Impact of Changes in the Operating Environment on the Forest Industry Groups’ Activities in the Electricity Market

Abstract

Changes in the operating environment shape the electricity market to meet changing needs, and these changes directly impact market actors and their activities. The thesis aimed to examine the most critical upcoming changes in the electricity market and the most profitable market activities for the Forest Industry Group aligned with future changes. As an electricity market actor, the Forest Industry Group has its own challenges, such as variable process-dependent electricity production and consumption.

The integrated European electricity market, the renewal of the generation mix and the energy crisis were identified as drivers of changes affecting the electricity market. Changes identified in the theoretical review that have a critical impact on the activities of the Forest Industry Group included increasing electricity price volatility, decreasing amount of controllable production forms, an accelerating pace in trading, opening of new marketplaces, and tightening emission reduction targets. Based on the theoretical review, proposed activities aligned with the changes were created for the Forest Industry Group. Proposed activities included increasing self-sufficiency through production or energy efficiency measures, harnessing flexible components for demand response, optimising trading on multiple market platforms, and electrification of process components.

The actions identified were examined experimentally with electricity market simulation. Four forest industrial manufacturing plants and their main components were defined for the simulation model. Selected manufacturing plants have differing production and consumption profiles. Wind power generation capacity was used to examine the economic profitability of the self-sufficiency, flexible components for demand response, and electric boiler for electrification. Different market platforms were defined to examine multimarket optimisation and the potential of the intraday market. Market scenarios were created for the simulation to examine the profitability of defined activities. Profitability was measured as an impact on the total energy cost in the review year 2021. As a result of the simulation, the most significant economic impact on the total cost came from wind power and flexible components. Trading on multiple market platforms correlated with receivables from flexible components. The electric boiler had a relatively small economic impact on the total energy cost.

Based on the research, profitable actions aligned with the future electricity market for the Forest Industry Group would be to increase self-sufficiency, either through increased production capacity or through energy efficiency measures, identify flexible components for demand response, and utilise them to support day-to-day trading and balance management, as well as optimise trading actively in multiple market platforms. With these measures, the Forest Industry Group can hedge against the electricity price risk and maintain the balance efficiently. However, actual implementation will require further research and development in automation solutions.

Toimintaympäristön muutokset muovaavat sähkömarkkinoita muuttuvien tarpeiden mukaiseksi, ja muutoksilla on suora vaikutus markkinatoimijoihin ja niiden toimintaan. Työn tavoitteena oli selvittää, mitkä ovat kriittisimmät sähkömarkkinoihin vaikuttavat toimintaympäristön muutokset, ja mitkä muutoksien kanssa linjassa olevat markkinatoimet olisi metsäteollisuuskonsernin kannattavaa toteuttaa. Sähkömarkkinatoimijana Metsäteollisuuskonsernilla on omat haasteensa, kuten muuttuva prosessiriippuvainen sähkönkulutus ja -tuotanto.

Sähkömarkkinaan vaikuttavien muutoksien ajureina tunnistettiin Euroopan yhteiset sähkömarkkinat, tuotantorakenteen muutos ja energiakriisi. Teoreettisen tarkastelun pohjalta tunnistettuja muutoksia, joilla on merkittävä vaikutus metsäteollisuuskonsernin toimintaan ovat sähkön hinnan volatiliteetin kasvu, säätökykyisen tuotannon väheneminen, nopeutuva kaupankäynnin tahti, uusien markkinapaikkojen avautuminen ja kiristyvät päästötavoitteet. Teoriaosuuden pohjalta luotiin muutosten kanssa linjassa olevat ehdotukset toimista metsäteollisuusyritykselle. Ehdotetut toimet olivat omavaraisuuden kasvattaminen, joko sähköntuotannon kasvattamisella tai energiatehokkuustoimin, joustavien komponenttien valjastaminen kysyntäjoustoon, kaupankäynnin optimointi usealla markkinapaikalla ja prosessien sähköistäminen.

Tunnistettuja toimia tarkasteltiin kokeellisesti sähkömarkkinasimulaation avulla. Simulaatiota varten luotiin malli, johon määriteltiin neljä sähkönkulutuksen ja -tuotannon suhteen poikkeavaa metsäteollisuuden tuotantolaitosta ja niiden keskeisimmät komponentit. Tuulivoiman tuotantokapasiteetin avulla pyrittiin tarkastelemaan omavaraisuusasteen kasvattamisen taloudellista vaikutusta, joustavien komponenttien avulla kysyntäjouston vaikutusta, sähkökattilalla sähköistämisen vaikutusta ja eri markkinapaikkoja määriteltiin monimarkkinaoptimoinnin ja intraday markkinan potentiaalin tarkasteluun. Mallille määriteltiin markkinaskenaarioita, joiden avulla pystyttiin tarkastelemaan eri aktiviteettien kannattavuutta ja niiden relaatioita. Kannattavuutta tarkasteltiin vaikutuksena sähköenergian kustannuksiin tarkasteluvuonna 2021. Simulaation tuloksena merkittävin taloudellinen vaikutus sähköenergian kokonaiskustannuksiin saatiin tuulivoimalla ja joustavilla komponenteilla. Kaupankäynti usealla markkinapaikalla korreloi tuloihin joustavista komponenteista. Sähkökattilalla oli pieni vaikutus kokonaisvuosikustannuksiin.

Tutkimuksen perusteella metsäteollisuuskonsernin kannattavia toimia tulevaisuuden sähkömarkkinoilla olisi omavaraisuuden kasvattaminen joko kasvattamalla sähköntuotantokapasiteettia tai energiatehokkuustoimenpiteillä, tunnistaa joustavia komponentteja kysyntäjoustoon ja hyödyntää niitä päivittäisen kaupankäynnin ja tasehallinnan tukena, ja aktiivinen kaupankäynnin optimointi usealla markkinapaikalla. Näillä toimenpiteillä Metsäteollisuuskonserni voi suojautua sähkön hintariskiltä ja ylläpitää tasetta tehokkaasti, mutta niiden toteuttaminen vaatii jatkotutkimusta ja kehittämistä automaatioratkaisuissa.