Zavedení Flow-Based výpočtu přeshraničních přenosových kapacit přiblížilo obchodní svět fyzikálnímu světu

ABSTRACT: On the 8^th of June, ČEPS – together with other transmission system operators and nominated electricity market operators from the "Core" region for coordinated capacity calculation – launched a Flow-Based method of cross-border capacity calculation. This new approach has been under development for 16 years.

Nová metoda byla zavedena na hranicích 12 nabídkových zón najednou a ve stejnou dobu byla spuštěna i implicitní alokace umožňující Flow-Based metodu zohlednit při obchodování na evropském denním trhu s elektřinou pro region Core.

Nově výpočet probíhá centralizovaně a koordinovaně, což oproti doposud používané metodě NTC přináší snížení fenoménů kruhových a tranzitních toků, a tím přiblížení obchodního světa fyzikálnímu světu. Zároveň povede alokace přeshraničních kapacit k nabídnutí více obchodních příležitostí v těch obchodních směrech, o které mají účastníci trhu největší zájem.

OBCHODOVÁNÍ MEZI NABÍDKOVÝMI ZÓNAMI JE LIMITOVÁNO PŘENOSOVOU SCHOPNOSTÍ ES

Elektrizační soustavy (ES) měly v době svého vzniku za úkol hlavně spojit místa výroby s místy spotřeby v rámci jednotlivých států. Stavba přeshraničních vedení probíhala až druhotně s cílem zajistit vyšší provozní spolehlivost států, respektive elektrizačních soustav. Důsledkem tohoto historického vývoje je stav, kdy hustota a přenosová schopnost vnitřních elektrizačních sítí je vyšší než u přeshraničních propojení. Toto fyzické omezení se následně promítá i do obchodního světa.

U obchodů uvnitř hustě zasíťovaných elektrizačních sítí, označovaných jako nabídkové zóny, se předpokládá, že jejich rea­lizace bude vždy možná a nezpůsobí přetížení. To však neplatí pro obchody mezi nabídkovými zónami. Proto se musí ověřit, zda tyto obchody neohrozí bezpečnost provozu a případně výměny limitovat tzv. přes­hraniční přenosovou kapacitou, kterou stanovují provozovatelé přenosových soustav (v České republice ČEPS, a.s.).

Obrázek č. 1: Příklad reprezentace přeshraničních kapacit při použití metody Flow-Based

JEDNODUCHÝ VÝPOČET NA BÁZI NTC MĚL NĚKOLIK OMEZENÍ

Dnes již tradičním způsobem stanovení přes­hraničních kapacit je metoda čistých přenosových kapacit, tzv. metoda NTC. Každý provozovatel přenosové soustavy si pro své hranice sám, na základě národní metodiky, stanoví hodnoty NTC. Maximální NTC hodnota je stanovena pro každou hranici se sousední nabídkovou zónou a pro každý možný směr toku elektřiny (import a export). Interpretace hodnot je jednoduchá – obchod mezi dvěma zónami je možný, pokud je nižší než daný importní nebo exportní limit. Jednoduchost je však vykoupena několika zjednodušeními.

Jedním z nich je nepřesnost vstupních dat. Každý provozovatel přenosové soustavy provádí výpočet hodnot sám, na základě vlastní metodiky, svých předpokladů a jemu dostupných predikčních dat. To vede například k situacím, kdy sousední provozovatelé přenosových soustav stanoví rozdílné importní a exportní limity pro stejnou hranici nabídkové zóny. V důsledku je pak nutné, pro zachování bezpečnosti provozu, aplikovat harmonizační pravidlo a použít nižší ze dvou spočtených hodnot pro daný směr obchodování.

Dalším je např. vypočítávání celkové přenosové kapacity pro všechny hranice nabídkové zóny dohromady. Rozdělení výsledné hodnoty na jednotlivé hranice se pak provádí různými způsoby a nejčastěji podle predikce poptávky po kapacitách na jednotlivých hranicích. Predikci poptávky však pak nejde během alokace změnit podle skutečného zájmu o obchodní směry. Může se tak stát, že algoritmus vyhodnocující poptávky a nabídky obchodníků plně nevyužije přenosové schopnosti elektrizační soustavy.

FLOW-BASED VÝPOČET ŘEŠÍ MNOHÉ NEDOSTATKY SVÉHO PŘEDCHŮDCE

Metoda, která umožňuje zlepšení alokace kapacit podle požadavků obchodníků s elektřinou a přibližuje obchodní svět fyzikálnímu, je nazývána výpočet kapacit založený na fyzikálních tocích, tzv. Flow-Based. Oproti NTC světu je nově výstupem seznam kritických prvků elektrizačních soustav, tzv. CNEC (Critical Network Element with Contingency). Pro každý CNEC je provozovatelem stanovena jeho volná obchodovatelná kapacita RAM (Remaining Available Margin) a citlivost na libovolné přeshraniční výměny PTDF (Power Transfer Distribution Factor). Kombinací všech výstupů pak dochází k propojení obchodního a fyzikálního světa. Obchodní výměna mezi dvěma nabídkovými zónami je přípustná pouze tehdy, když tok způsobený touto výměnou je menší nebo rovný RAM všech CNEC. Velikost toku spočteme jako násobek PTDF a uvažované výměny.

ČEPS VYPOČÍTÁVÁ PŘESHRANIČNÍ PŘENOSOVÉ KAPACITY KOORDINOVANĚ V RÁMCI REGIONU CORE

Diskuze o zavádění Flow-Based výpočtu přes­hraničních kapacit v ČR byly zahájeny již roku 2006. Dobrovolnost a složitost celého procesu však do roku 2015 nevedly k dostatečnému posunu. Nicméně Flow-Based výpočet se podařilo zavést v sousedním regionu střední a západní Evropa, který také položil základy principů metody pro ostatní spolupráce. Zároveň v roce 2015 vstoupilo v platnost nařízení Evropské komise, kterým se stanoví rámcový pokyn pro přidělování kapacit a řízení přetížení, tzv. CACM. CACM vedl k rozdělení Evropské unie do několika regionů pro koordinovaný výpočet kapacit. Region, jehož součástí je velká část kontinentální Evropy včetně České republiky, se jmenuje Region pro výpočet kapacit Core.

 Každému z regionů pro výpočet kapacit dále CACM předepisuje navrhnout a implementovat harmonizovaný a koordinovaný výpočet přeshraničních přenosových kapacit pro denní a vnitrodenní rámec. Pro Core je výchozí metodou Flow-Based.

Provozovatelé přenosových soustav z regionu Core proto společně vypracovali metodiku koordinovaného výpočtu přes­hraničních kapacit, která byla předložena národním regulačním úřadům a nakonec schválena Agenturou ACER na začátku roku 2019. Od té doby probíhala implementace a intenzivní přípravy na spuštění. Společně se změnou filozofie výpočtu a reprezentace přeshraničních kapacit bylo zapotřebí také upravit princip jejich přidělování (alokace). Zavádění Flow-Based alokace probíhalo proto paralelně ke změnám ve výpočtu přeshraničních kapacit, a to ve spolupráci provozovatelů přenosových soustav a nominovaných organizátorů trhu s elektřinou, za Českou republiku společností OTE, a.s.

Součástí příprav bylo i několik workshopů pro odbornou veřejnost a také tzv. paralelní běh, kdy se denně zveřejňovaly výsledky z testovacího provozu. Celý proces byl úspěšně završen spuštěním koordinovaného výpočtu a alokace denních přeshraničních přenosových kapacit metodou Flow-Based 8. června 2022.

Obrázek č. 2: Země regionu Core

FLOW-BASED ZVYŠUJE EFEKTIVITU A TRANSPARENTNOST VÝPOČTU A ALOKACE

Flow-based výpočet začíná v 19:00 dva dny před dnem skutečné dodávky elektřiny. Hlavním vstupem je pro něj predikční model elektrizační soustavy každého provozovatele přenosové soustavy v regionu Core. Model obsahuje elektrické parametry jednotlivých prvků elektrizační soustavy, předpověď jejich zapojení a také predikci výroby a spotřeby v jednotlivých uzlech sítě. Dále provozovatelé do procesu zasílají seznam CNEC, pro něž mají být spočteny hodnoty RAM a PTDF. CNEC nemusí být pouze vedení, ale také jiné prvky sítě, jako jsou například transformátory nebo vypínače v rozvodnách.

Spojením individuálních modelů sítě vzniká společný model pro celý region Core. Tento model následně slouží jako hlavní podklad výpočtu PTDF. Tento výpočet zohledňuje také kritérium N-1, tedy PTDF kaž­dého CNEC je počítáno jak ve stavu bez poruchy v síti, tak i v případě výpadku libovolného prvku elektrizační soustavy.

Volná obchodovatelná kapacita, tedy RAM každého CNEC, se následně stanoví jako jeho maximální proudová zatížitelnost, od níž odečteme tok, který je v síti i v situaci, kdy nedochází k žádným přeshraničním obchodním výměnám. Výsledná hodnota se dále zmenší o spolehlivostní konstantu, která zohledňuje nepřesnost výpočtu vzhledem k použitým předpovědím vstupních dat.

Zároveň se během výpočtu uvažují i tzv. nenákladová nápravná opatření, např. možnost manipulace s odbočkami transformátorů s regulací fáze nebo změny zapojení v rozvodnách. Automatická optimalizační úloha najde jejich optimální kombinaci, která povede k maximalizaci přenosových kapacit bez přetížení v soustavě. Na konci tak provozovatelé mají RAM respektující fyzikální a provozní předpoklady provozovatelů.

Nadto však musejí provozovatelé přenosových kapacit respektovat legislativní požadavky a vypočtené kapacity navýšit podle dodatečných pravidel. Nejdříve musí zajistit, že kapacity pro denní trh umožní dodržení závazků z předcházejících časových rámců trhů s elektřinou. Dále pak musí splnit požadavek legislativy a nabídnout 70 % zatížitelnosti jednotlivých prvků elektrizační soustavy pro přeshraniční obchodování s elektřinou.

Zároveň však mají provozovatelé přenosových soustav právo v jednom z posledních kroků výpočtu provést validaci, pro niž si např. ČEPS vyvinula vlastní nástroj. Validací dochází k ověření, zda plné využití RAM nezpůsobí ohrožení provozní bezpečnosti elektrizační soustavy. Pokud ani za použití dodatečných nápravných opatření není možné toto nebezpečí odvrátit, může dojít ke snížení RAM. Pokud ke snížení dojde, musí je provozovatelé odůvodnit a reportovat ho národním regulačním úřadům a účastníkům trhu.

Obrázek č. 3: Srovnání plánovaných obchodních a skutečných fyzikálních toků na česko – rakouském profilu

PRVNÍ TÝDNY PROVOZU FLOW-BASED POTVRZUJÍ PŘEDPOKLADY

Z pohledu provozovatele přenosové soustavy je důležitá nejen velikost RAM , ale i provozní bezpečnost. Provozní bezpečnost lze sledovat např. velikostí rozdílu mezi obchodně plánovaným tokem a skutečným fyzikálním tokem. Obrázek 3 je důkazem, že např. na česko-rakouské hranici došlo při srovnání měsíce před a měsíce po spuštění Flow-Based ke znatelnému přiblížení těchto toků.

Dalším možným měřítkem přínosů Flow-Based je např. i přiblížení cen elektřiny mezi nabídkovými zónami. Obrázek 4 ukazující krabicový graf rozdílů cen elektřiny na denním trhu měsíc před a měsíc po spuštění Flow-Based indikuje, že po spuštění byla Česká republika častěji levnější než uvedené sousední státy, současně se zvýšila volatilita rozdílů cen.

Obrázek č. 4: Rozložení rozdílů cen na denním trhu (krabicový graf). Záporné hodnoty reprezentují hodiny, kdy je ČR levnější než sousední země.

HARMONIZACE A VYŠŠÍ KOORDINACE VÝPOČTU PŘESHRANIČNÍCH KAPACIT BUDE POKRAČOVAT

Úspěšné spuštění Flow-Based výpočtu pro denní trh je zásadním, ale pouze prvním krokem k harmonizaci a vyšší koordinaci výpočtu přeshraničních kapacit. Již v následujícím roce projde obdobnou změnou také výpočet přeshraničních kapacit pro vnitrodenní obchodování a dále v roce 2024 i výpočet přeshraničních kapacit pro dlouhodobé trhy.

O AUTOROVI

Ing. Michael Němý působí jako senior specialista odboru Rozvoj energetických trhů společnosti ČEPS. Zaměřuje se převážně na rozvoj přenosových služeb, konkrétně na návrh a implementaci nových způsobů stanovení a alokace přeshraničních přenosových kapacit.

Kontakt: nemy@ceps.cz