Rozdział obciążeń na rynku energii elektrycznej Doświadczenia z wdrażania programu LPD

Transkrypt

1 Rozdział obciążeń na rynku energii elektrycznej Doświadczenia z wdrażania programu LPD Stefania Kasprzyk Dyrektor SP- KDM., PSE S. A. Kierownik merytoryczny projektu LPD. Władysław Mielczarski Doradca - Energoprojekt-Consulting S.A. Kierownik merytoryczny projektu LPD. Jednym z głównych procesów na rynku energii elektrycznej jest rozdział obciążeń pomiędzy jednostki wytwórcze. Proces ten decyduje o przydzieleniu do pracy poszczególnych jednostek wytwórczych. W warunkach rynkowych rozdział obciążeń odbywa się w oparciu o oferty bilansujące zgłoszone przez jednostki wytwórcze przy uwzględnieniu charakterystyk technicznych tych jednostek oraz ograniczeń sieciowych. Typową metodą rozdziału obciążeń w warunkach rynkowych jest stosowanie programowania liniowego za pomocy którego następuje przygotowanie planu pracy jednostek wytwórczych na dzień następny Plan Koordynacyjny Dobowy (PKD). W ramach wdrażania rynku bilansującego PSE S.A. jako Operator Systemu Przesyłowego zleciło firmie Energoprojekt-Consulting S.A. budowę komputerowego programu rozdziału obciążeń, który wykorzystując nowoczesne techniki programowania liniowego będzie przygotowywał plan pracy jednostek wytwórczych w warunkach polskiego rynku energii elektrycznej. Program taki o nazwie LPD został zbudowany i zainstalowany w PSE S.A. i po przejściu testów jest gotowy do działania w oparciu o przesyłane przez uczestników rynku oferty bilansujące. Kierownicy merytoryczni, ze strony zamawiającego i wykonawcy, nadzorujący budowę i instalację programu opisują działanie tego kluczowego dla rynku programu przedstawiają wyniki jego wdrażania.

2 Rozdział obciążeń na rynku energii elektrycznej Doświadczenia z wdrażania programu LPD S. Kasprzyk W. Mielczarski PSE S.A Energoprojekt-Consulting S.A. Harmonogram tworzenia planów koordynacyjnych Zapewnienie bezpieczeństwa działania systemu elektroenergetycznego w warunkach rynkowych wymaga tworzenia przez Operatora Systemu Przesyłowego (OSP) szeregu planów koordynacyjnych. Na Rys. 1 przedstawiono koordynacyjne plany dobowe. W dniu N-2 OSP publikuje Wstępny Plan Koordynacyjny Dobowy (WPKD) w którym pokazuje prognozowane zapotrzebowanie na dzień N, wytwarzanie zdeterminowane, wymianę międzynarodową oraz ograniczenie sieciowe. Do godziny dnia N-1 są przyjmowane przez OSP informacje o umowach sprzedaży energii elektrycznej i oferty bilansujące. Pomiędzy godziną i następuje weryfikacja przesłanych informacji i ofert oraz przygotowanie Planu Koordynacyjnego Dobowego (PKD). Plan PKD pokazuje planowaną pracę jednostek wytwórczych, rezerwę wirującą i odtworzeniową, rozruchy i odstawienia oraz dociążenia od odciążenia dla każdej godziny doby N. Plan PKD jest publikowany przez OSP do godziny W oparciu o PKD jest tworzony Bieżący Plan Koordynacyjny Dobowy (BPKD) w którym pokazane są punkty pracy jednostek wytwórczych w przedziałach 15 minutowych. Plan BPKD jest publikowany do godziny dnia N-1, a następnie uaktualniany zgodnie z sytuacją ruchową. Dzień N-2 Dzień N-1 Dzień N Publikacja WPKD Przyjmowanie oferty bilansujących Publikacja PKD Publikacja BPKD i jego aktualizacja na bieżąco Czas Tworzenie PKD Rys. 1 Harmonogram przygotowywania planów koordynacyjnych dobowych. Tworząc PKD należy brać pod uwagę zgłoszone oferty bilansujące jednostek wytwórczych oraz charakterystyki techniczne jednostek wytwórczych a także informacje o ograniczeniach sieciowych, które są przekazywane do programu LPD z programu GMOS (Generator Modeli Ograniczeń Sieciowych). Plan PKD musi być zweryfikowany poprzez wykonanie obliczeń rozpływów mocy. Zmienność obciążenia powoduje, że należy przewidzieć pracę systemu dla przypadków kiedy rzeczywiste zapotrzebowanie będzie niższe lub wyższe od prognozowanego. Dodatkowo dla celów rozliczeń należy przygotować dwa plany PKD: bez uwzględnienia ograniczeń sieciowych i z ich uwzględnieniem. Wszystko to powoduje, że program LPD musi przygotowywać co najmniej cztery plany pracy na dzień następny. W pierwszej kolejności jest tworzony PKD z uwzględnieniem ograniczeń sieciowych. Plan ten jest analizowany przez dyspozytora odpowiedzialnego za przygotowanie PKD. Jeżeli wstępna analiza potwierdza realizowalność tego planu, następuje ponowne uruchomienie LPD ze zmienionymi wielkościami prognozowanego zapotrzebowania w KSE o Max ognoza Min Z Pr = Z Pr ognoza + Z oraz o Z Pr ognoza = Z Pr ognoza Z. Powstają w ten sposób dwa następne plany koordynacyjne. Najczęściej przyjmuje się Z = 2000MW. Plany te podlegają wstępnej analizie przez dyspozytora i w przypadku poztywnej oceny przygotowane trzy plany PKD są przekazywane do programu PLANS wykonującego obliczenia rozpływowe. Jeżeli obliczenia te wykażą spełnienie wszystkich warunków technicznych przygotowywany jest czwarty PKD bez uwzględnienia ograniczeń sieciowych. Plan ten jest wykorzystywany tylko w celu obliczenie prognozowanej ceny rozliczeniowej. Jeżeli jednak symulacje rozpływowe wykażą nie spełnienie jakiegoś ograniczenie technicznego następuje korekta ograniczeń w systemie GMOS i ponowne uruchomienie całego procesu. Zapewnienie bezpieczeństwa działania pracy systemu elektroenergetycznego wymaga aby plany pracy jednostek wytwórczych były dokładnie analizowane i weryfikowane. Należy również przygotować plany pracy dla odchyleń zapotrzebowania w KSE od wielkości prognozowanych. I chociaż sam program LPD działa bardzo szybko przygotowując plan pracy z ograniczeniami w typowych warunkach w około 3 minuty to jednak analizy dokonywane przez odpowiedzialnych dyspozytorów oraz symulacje weryfikacyjne wymagają odpowiednio długiego czasu.

3 Obiektywność LPD Rozdział obciążeń prowadzony przez program LPD jest całkowicie zobiektywizowany. Program korzysta z ofert bilansujących składanych przez wytwórców energii elektrycznej Rys 2. oraz z informacji o ograniczeniach sieciowych z programu GMOS. Po wczytaniu informacji wejściowych uruchamiany jest moduł XPRESS 1, który dokonuje rozdziału obciążeń w oparciu o metodę programowania liniowego. Przydzielając jednostki wytwórcze do pracy LPD bierze pod uwagę pasma oferty bilansującej w kolejności cenowej poczynając od ceny najniższej. Jeżeli jednak przydzielenie danego pasma do pracy naruszałoby ograniczenia sieciowe, wówczas dane pasmo jest pomijane i brane jest pasmo następne. Pasma które zostają przydzielane do pracy na skutek działania ograniczeń sieciowych otrzymują specjalne znaczniki pozwalające na ich identyfikacje w procesie rozliczeń. JG W1 - oferta bilansująca Pasmo Cena (zł/mwh) Razem Kontrakt Energia netto (MWh) Energia brutto (MWh) Typ pasma R R R P P P P P P P Rys. 2 Przykład części handlowej oferty bilansującej jednostki wytwórczej. Obiektywność procesu rozdziału obciążeń jest zapewniona poprzez korzystanie wyłącznie z ofert wytwórców w których oni sami określają energię oferowaną w poszczególnych pasmach oraz jej ceny. Oferty pasmowe pozwalają uczestnikom rynku bilansującego na dużą swobodę w przygotowaniu oferty bilansującej, a OSP na elastyczne prowadzenie ruchu w oparciu o składane oferty. Szczegółowe zasady działania programu LPD są przedstawione w Regulaminie Rynku Bilansującego. Wyniki działania programu LPD Wynikiem działania programu LPD jest szereg plików wyjściowych pogrupowanych w czterech głównych zbiorach Rys. 3. Każdy ze zbiorów zawiera: Pasmowy plan pracy jednostek wytwórczych, w którym pokazane są na każdą godzinę pasma oferty bilansującej zaakceptowane do pracy. Plan pracy sumacyjnym pokazujący całkowite obciążenie każdej jednostki wytwórczej na każdą godzinę planowanej doby. Lista obciążeń i uruchomień dla zadanej wielkości zapotrzebowania w KSE i zadanej wielkości rezerwy wirującej. Lista odbciążeń i odstawień dla zadanej wielkości zapotrzebowania w KSE i zadanej wielkości rezerwy wirującej. Prognozowane zapotrzebowanie na dzień nastę pny Zadawany poziom rezerwy Zadawany poziom wzrostu i spadku zapotrzebowania w KSE zapotrzebowania z ograniczeniami sieciowymi Ograniczenie sieciowe z programu GMOS Oferta bilansująca Część handlowa Tworzenie planu koordynacyjnego dobowego przez program LPD zapotrzebowania + Z z ograniczeniami sieciowymi zapotrzebowania Z z ograniczeniami sieciowymi Oferta bilansująca Część techniczna zapotrzebowania bez ograniczeń sieciowych Rys. 3 Informacje wejściowe i wyjściowe z programu LPD. Przygotowane przez LPD plany pracy pozwalają prowadzić ruch systemu zarówno w warunkach kiedy rzeczywiste zapotrzebowanie w KSE jest bliskie prognozowanemu jak również kiedy jest znacznie większe lub mniejsze od prognozowanego. Listy uruchomień i odstawień jednostek wytwórczych wskazują na działania jakie powinien podejmować dyspozytor w przypadku awarii jednostek wytwórczych lub linii przesyłowych. 1 XPRESS jest programem firmy Dash Associates Limited. Northants, Wielka Brytania

4 Wnioski z wdrażanie programu LPD Zbudowany program LPD został zainstalowany u Operatora Systemu Przesyłowego, a następnie przeszedł testy wdrożeniowe. Program testowano korzystając z danych technicznych jednostek wytwórczych i typowego przebiegu zapotrzebowania w KSE. Ponieważ w chwili rozpoczęcia testów wytwórcy nie byli jeszcze podłączeni do OSP i nie składali ofert bilansujących dla celów testowych przygotowano różnorodne zestawy ofert bilansujących w części handlowej. Przygotowując oferty bilansujące korzystano z informacji o kosztach stałych i zamiennych jednostek wytwórczych oraz stosowano typowe strategie składania ofert znane z rynków działających w innych krajach. W miarę podłączania się wytwórców do rynku bilansującego i rozpoczęcia przez nich przysyłania ofert bilansujących oferty testowe są zastępowane ofertami przysyłanymi przez uczestników rynku bilansującego. Przykładowe wyniki testów pokazano w załączniku. Testy wykazały dużą efektywność programu LPD przy przygotowaniu Planu Koordynacyjnego Dobowego, a oceny eksperckie techniczną realizowalność przygotowywanych planów. Program działa szybko i skutecznie. Dzięki zastosowaniu programowania liniowego do rozdziału obciążeń w warunkach rynkowych i zbudowaniu programu LPD operator polskiego rynku bilansującego został wyposażony w skuteczne narzędzie, o światowym standardzie, do tworzenia planu pracy jednostek wytwórczych w warunkach rynkowych. Załącznik Pokazane informacje pochodzą z plików wyjściowych programu LPD. Obliczenie były prowadzone w dniu 10 kwietnia 2001 dla dnia 11 kwietnia W czasie obliczeń czynne były opcje jak pokazano poniżej. Na Rys 5 pokazano fragment harmonogramu pracy JW. Symbol --- oznacza normalną pracę JW. Symbol *** oznacza JW w czasie rozruchu. Rys. 6 pokazuje również fragment planu pracy JW wskazując planowane do wytwarzania wielkości energii elektrycznej w MWh. Rys. 7 pokazuję fragment listy rankingowej dociążeń z rezerwy wirującej dla Godziny 1 oraz listę nowych uruchomień i dociążeń. Dyspozytor korzysta z tych list w przypadku wzrostu zapotrzebowania. Podobnie są określane listy rankingowe odciążeń. Na Rys. 7, 8 i 9 pokazano przykładowe plany pracy JW dla trzech elektrowni. Wyznaczone plany pracy zależą od ofert składanych przez wytwórców. W fazie testowania użyto ofert symulacyjnych. Wykresy pokazują dużą płynność dokonywania rozruchów i obciążeń oraz odciążeń JW. Płynność pracy JW udało się osiągnąć poprzez włącznie w działania programu LPD trzech charakterystyk rozruchowych oraz współczynników obciążeń id odciążeń JW. ************************************************************************************************ HARMONOGRAM PRACY JWCD NA DZIEN: (Pliki wygenerowane dnia o godzinie 11:30:32) OPCJE LPD: Minimalne czasy postoju: TAK; Obciążanie i odciążanie jednostek: TAK; Ograniczenia z GMOS: TAK; Rozruchy: TAK; Rezerwa systemowa: TAK. Elektrownia: Kozienice 1 Kod/Godzina <24> KOZ KOZ KOZ KOZ KOZ11-06 **** **** KOZ12-05 KOZ KOZ12-08 **** **** =============================================================================================================== Elektrownia: Połaniec Kod/Godzina <24> POL 1-01 **** **** POL 2-02 **** **** POL POL POL POL 4-06 **** **** POL POL 4-08 **** **** Rys. 4 Fragment harmonogramu pracy JW

5 Kozienice 1 Kod/Godzina KOZ KOZ KOZ KOZ KOZ KOZ KOZ KOZ Połaniec Kod/Godzina POL POL POL POL POL POL POL POL Rys. 5 Fragment harmonogramu pracy JW z podaniem planowanych wielkości energii dla poszczególnych godzin. Lista rankingowa dociążeń JW z pasm rezerwy wirującej DATA GODZ NJWCD PASMO BEL RYB BEL BEL RYB BEL RYB BEL OPL RYB PAT BEL RYB OPL RYB RYB BEL RYB PAT PAT OPL BEL RYB RYB BEL KONB Lista nowych uruchomien JW i dociazen ich pasm Godzina: 1 Godzina: 2 Godzina: POL Godzina: POL POL Godzina: RYB RYB POL POL DOD Godzina: POL POL KOZ KOZ DOD Rys. 6. Listy rankingowa dociążeń JW z rezerwy wirującej oraz list JW do uruchomienia i pasma ich obciązęnia.

6 4500 Symulacyjny plan pracy dla elektrowni Bełchatów Obciązenie JW w MW Godziny dnia N BEL 2-01 BEL 2-02 BEL 2-03 BEL 2-04 BEL 2-05 BEL 4-06 BEL 4-07 BEL 4-08 BEL 4-09 BEL 4-10 BEL 4-11 BEL 4-12 Rys. 7. Symulacyjny plan pracy JW w elektrowni Bełchatów 1400 Symulacyjny plan pracy dla elektrowni Kozienice 1200 Obciązenie JW w MW Godziny dnia N KOZ12-01 KOZ12-04 KOZ12-03 KOZ11-02 KOZ11-06 KOZ12-05 KOZ12-07 KOZ12-08 KOZ24-10 Rys. 8. Symulacyjny plan pracy JW w elektrowni Kozienice

7 1800 Symulacyjny plan pracy dla elektrowni Połaniec Obciążenie JW w MW Godzina dnia N POL 1-01 POL 2-02 POL 2-04 POL 2-03 POL 4-05 POL 4-06 POL 4-07 POL 4-08 Rys. 9 Symulacyjny plan pracy JW w elektrowni Połaniec.