ORIGINAL PAPER
Forecasting electricity prices in the Polish Day-Ahead Market using machine learning models
More details
Hide details
1
Department of Energy Policy and Markets, Mineral and Energy Economy Research Institute, Polish Academy of Sciences, Poland
Submission date: 2025-06-06
Final revision date: 2025-06-14
Acceptance date: 2025-06-16
Publication date: 2025-06-23
Corresponding author
Rafał Sowiński
Department of Energy Policy and Markets, Mineral and Energy Economy Research Institute, Polish Academy of Sciences, J. Wybickiego 7A, 31-261, Kraków, Poland
Polityka Energetyczna – Energy Policy Journal 2025;28(2):211-230
KEYWORDS
TOPICS
ABSTRACT
Given the constantly changing market situation for electricity prices, driven by shifts in the energy mix, regulatory reforms, and broader socio-economic factors, it is necessary to reassess the understanding of price forecasting periodically. Traditional statistical methods may struggle when faced with heightened volatility, nonlinear dependencies, and rapidly changing input features. In contrast, machine learning models, particularly Artificial Neural Networks (ANNs), can adapt more effectively to complex, non-stationary patterns in price time series. In this study, six distinct artificial neural network (ANN) architectures were developed and trained using eight years of historical Polish Day-Ahead Market electricity price data (2016–2024). Four of these were plain deep learning models: a Multilayer Perceptron (MLP), a Convolutional Neural Network (CNN), a Long Short-Term Memory (LSTM) model, and a Gated Recurrent Unit (GRU) model. Two others were hybrid models combining convolutional layers with recurrent layers. The hybrid architectures, namely CNN+LSTM and CNN+GRU, were designed to leverage the capacity of CNN to automatically extract features from narrower sliding windows of past prices and the
LSTM/GRU layers’ ability to capture long-term temporal dependencies. The models’ performances were evaluated using three metrics: Mean Absolute Error (MAE), Root Mean Squared Error (RMSE), and the coefficient of determination (R2). The top-performing CNN+LSTM achieved an MAE of 75.21 PLN/MWh, an RMSE of 103.64 PLN/MWh, and an R2 of 0.59. Results were also compared against several models previously reported in the literature. These results may be used to improve price forecasting by indicating the optimal pathways for building forecasting models and, in extension, lead to more efficient power system planning.
FUNDING
This paper was partially carried out as part of the statutory research activity of the Mineral and Energy Economy Research Institute of the Polish Academy of Sciences.
CONFLICT OF INTEREST
The Authors have no conflicts of interest to declare.
METADATA IN OTHER LANGUAGES:
Polish
Przewidywanie cen energii elektrycznej na Polskim Rynku Dnia Następnego z wykorzystaniem modeli uczenia maszynowego
energia elektryczna, Rynek Dnia Następnego, sztuczne sieci neuronowe, ceny, prognoza
Ze względu na stale zmieniające się ceny energii elektrycznej, spowodowane zmianami w miksie energetycznym, regulacyjnymi i innymi czynnikami społeczno-ekonomicznymi, konieczne staje się okresowe weryfikowanie podejścia do prognozowania cen. Tradycyjne metody statystyczne mogą zawodzić w warunkach nasilonej zmienności, nieliniowych zależności i często zmieniających się cech wejściowych. Modele uczenia maszynowego, a zwłaszcza Sztuczne Sieci Neuronowe (SSN), potrafią skutecznie dostosowywać się do złożonych, niestacjonarnych wzorców w szeregach czasowych. W niniejszym badaniu opracowano i wytrenowano sześć różnych modeli SSN, korzystając z danych historycznych z Polskiego Rynku Dnia Następnego z lat 2016–2024. Cztery z tych modeli to czyste modele głębokiego uczenia: wielowarstwowy perceptron (MLP), sień konwolucyjna (CNN), długa pamięć krótkotrwała (LSTM) oraz bramkowa jednostka rekurencyjna (GRU). Dwa pozostałe to architektury hybrydowe, oznaczone jako CNN+LSTM i CNN+GRU, łączą zdolność CNN do wychwytywania cech z węższych okien czasowych i umiejętność warstw rekurencyjnych do uczenia się zależności długoterminowych. Wydajność modeli oceniano na podstawie trzech miar: średniego błędu bezwzględnego (MAE), pierwiastka ze średniego błędu kwadratowego (RMSE) i współczynnika determinacji (R2). Najlepsze wyniki osiągnęła architektura CNN+LSTM, uzyskując MAE na poziomie 75,21 zł/MWh, RSME równe 103,64 zł/MWh i R2 wynoszące 0,59. Wyniki te mogą zostać wykorzystane do usprawnienia procesów prognozowania cen energii elektrycznej poprzez wskazanie wytycznych dotyczących projektowania modeli prognostycznych opartych na uczeniu maszynowym, co z kolei może wiązać się z wydajniejszym planowaniem działania systemu energetycznego.
REFERENCES (28)
1.
Adolfsen et al. 2022 – Adolfsen, J.F., Kuik, F., Schuler, T. and Lis, E.M. 2022. The impact of the war in Ukraine on euro area energy markets. ECB Economic Bulletin 4.
2.
Agarap, A.F.M. 2018. A Neural Network Architecture Combining Gated Recurrent Unit (GRU) and Support Vector Machine (SVM) for Intrusion Detection in Network Traffic Data. 10th International Conference on Machine Learning and Computing, pp. 26–30, DOI: 10.1145/3195106.3195117.
3.
Alboom, R.K. 2025. Energy Forecasting Inaccuracies and Their Direct Impact on Grid Performancee. Dubai: Rochester Institute of Technology.
4.
Belenguer et al. 2025 – Belenguer, E., Segarra-Tamarit, J., Pérez, E. and Vidal-Albalate, R. 2025. Short-term electricity price forecasting through demand and renewable generation prediction. Mathematics and Computers in Simulation 229, pp. 350–361, DOI: 10.1016/j.matcom.2024.10.004.
5.
Benalcazar et al. 2017 – Benalcazar, P., Krawczyk, M. and Kamiński, J. 2017. Forecasting global coal consumption: An artificial neural network approach. Gospodarka Surowcami Mineralnymi – Mineral Resources Management 33(4), pp. 29–44, DOI: 10.1515/gospo-2017-0042.
6.
Chreng et al. 2022 – Chreng, K., Lee, H.S., and Tuy, S. 2022. A Hybrid Model for Electricity Demand Forecast Using Improved Ensemble Empirical Mode Decomposition and Recurrent Neural Networks with ERA5 Climate Variables. Energies 15(19), DOI: 10.3390/en15197434.
7.
Cho et al. 2014 – Cho, K., Van Merriënboer, B., Gulcehre, C., Bahdanau, D., Bougares, F., Schwenk, H. and Bengio, Y. 2014. Learning Phrase Representations using RNN Encoder-Decoder for Statistical Machine Translation. Proceedings of the 2014 Conference on Empirical Methods in Natural Language Processing (EMNLP), pp. 1724–1734, DOI: 10.3115/v1/D14-1179.
8.
Dong et al. 2019 – Dong, S., Li, H., Wallin, F., Avelin, A., Zhang, Q. and Yu, Z. 2019. Volatility of electricity price in Denmark and Sweden. Energy Procedia 158, pp. 4331–4337, DOI: 10.1016/j.egypro.2019.01.788.
9.
Dubus et al. 2023 – Dubus, L., Saint-Drenan, Y.-M., Troccoli, A., De Felice, M., Moreau, Y., Ho-Tran, L., Goodess, C., Amaro Silva, R. and Sanger, L. 2023. C3S Energy: A climate service for the provision of power supply and demand indicators for Europe based on the ERA5 reanalysis and ENTSO-E data. Meteorological Applications 30(5), DOI: 10.1002/met.2145.
10.
Ejdys et al. 2015 – Ejdys, J., Halicka, K. and Godlewska, J. 2015. Forecasting the price of electricity on the energy exchange (Prognozowanie cen energii elektrycznej na giełdzie energii). Zeszyty Naukowe Politechniki Śląskiej 77, pp. 53–61 (in Polish).
14.
Halicka, K. 2010. Application of artificial neural networks in forecastng on energy market (Wykorzystanie sztucznych sieci neuronowych do prognozowania cen na giełdzie energii). Rynek Energii 1 (in Polish).
15.
Haykin, S. 1999. Neural networks: a comprehensive foundation by Simon Haykin. The Knowledge Engineering Review 13(4) pp. 409–412.
16.
Hochreiter, S. and Schmidhuber, J. 1997. Long Short-Term Memory. Neural Computation 9(8), pp. 1735–1780.
18.
Jain, L.C. and Medsker, L.R. 1999. Recurrent Neural Networks: Design and Applications. Boca Raton: CRC Press.
19.
Liu, Y. and Feng, C. 2023. Promoting renewable energy through national energy legislation. Energy Economics 118, DOI: 10.1016/j.eneco.2023.106504.
20.
Mao et al. 2025 – Mao, X., Chen, S., Yu, H., Duan, L., He, Y. and Chu, Y. 2025. Simplicity in dynamic and competitive electricity markets: A case study on enhanced linear models versus complex deep-learning models for day-ahead electricity price forecasting. Applied Energy 383, DOI: 10.1016/j.apenergy.2024.125201.
21.
Miller, A. and Bućko, P. 2014. Using artificial neural networks to forecasting the energy exchange price (Zastosowanie sztucznych sieci neuronowych do prognozowania cen na giełdzie energii). Zeszyty Naukowe Wydziału Elektrotechniki i Automatyki Politechniki Gdańskiej 40 (in Polish).
22.
Obiora et al. 2024 – Obiora, S.C., Bamisile, O., Hu, Y., Ozsahin, D.U. and Adun, H. 2024. Assessing the decarbonization of electricity generation in major emitting countries by 2030 and 2050: Transition to a high share renewable energy mix. Heliyon 10(8), DOI: 10.1016/j.heliyon.2024.e28770.
23.
O’Shea, K. and Nash, R. 2015. An Introduction to Convolutional Neural Networks. International Journal for Research in Applied Science and Engineering Technology 10(12), pp. 943–947, DOI: 10.48550/arXiv.1511.08458.
24.
Pepłowska, M. 2025. Climate neutrality in Poland: the role of the coal sector in achieving the 2050 goal. Polityka Energetyczna – Energy Policy Journal 28(1), pp. 113–125, DOI: 10.33223/epj/202307 .
26.
Tschora et al. 2022 – Tschora, L., Pierre, E., Plantevit, M. and Robardet, C. 2022. Electricity price forecasting on the day-ahead market using machine learning. Applied Energy 313, DOI: 10.1016/j.apenergy.2022.118752.
27.
Yu et al. 2019 – Yu, Y., Si, X., Hu, C., and Zhang, J. 2019. A Review of Recurrent Neural Networks: LSTM Cells and Network Architectures. Neural Computation 31(7), pp. 1235–1270, DOI: 10.1162/neco_a_01199.
28.
Zhong et al. 2020 – Zhong, H., Member, S., Tan, Z., Member, S., He, Y., Xie, L. and Kang, C. 2020. Implications of COVID-19 for the electricity industry: A comprehensive review. CSEE Journal of Power and Energy Systems 6(3), pp. 489–495, DOI: 10.17775/CSEEJPES.2020.02500.