PLANISTYCZNE I ROZLICZENIOWE BILANSOWANIE POZYCJI HANDLOWYCH ODBIORCÓW RYNKU ENERGII ELEKTRYCZNEJ

Transkrypt

1 PLANISTYCZNE I ROZLICZENIOWE BILANSOWANIE POZYCJI HANDLOWYCH ODBIORCÓW RYNKU ENERGII ELEKTRYCZNEJ Autorzy: Radian Karpuk, Eugeniusz Toczyłowski ("Rynek Energii" - luty 2014) Słowa kluczowe: harmonogramowanie, rynek bilansujący, struktury procesów Streszczenie. Na rynku bilansującym w kolejnych krokach bilansowania są składane korekcyjne oferty odbiorców na zakup lub odsprzedaż energii bilansującej. Oferty te są przygotowywane na podstawie aktualizowanych na bieżąco prognoz zapotrzebowania odbiorców. Rozliczanie zakupu energii bilansującej dopiero na podstawie bilansu w czasie rzeczywistym, połączone z wykorzystywaniem ofert bilansujących we wcześniejszych fazach bilansowania jedynie do celów planistycznych, nie stwarza jednak zachęt do wczesnego ujawniania realistycznych prognoz zapotrzebowania oraz nie sprzyja jak najwcześniejszemu zbilansowaniu systemu. W artykule została przeanalizowana możliwość takiego doboru struktury procesów bilansowania, zawierającej odpowiednią sekwencję rozliczeniowych i planistycznych procesów bilansujących, aby stwarzać zachęty dla uczestników rynku do jak najwcześniejszego ujawniania rzeczywistych zapotrzebowań i preferencji. 1. WSTĘP Rynek bilansujący (RB) jest końcowym segmentem rynku energii elektrycznej (REE), ściśle powiązanym z działającymi wcześniej segmentami rynku giełdowego. Jest to rynek techniczny, którego zadanie polega na bilansowaniu korekcyjnych ofert kupna i sprzedaży energii bilansującej składanych przez odbiorców i wytwórców energii [1][9]. Podczas bilansowania Operator Systemu Przesyłowego (OSP) bierze pod uwagę konieczność bilansowania popytu i podaży w czasie rzeczywistym, z uwzględnieniem wszystkich ograniczeń technicznych występujących w KSE oraz wymagań bezpieczeństwa dostaw. Uwzględnia również potrzebę realizacji umów zawartych na rynku kontraktowym, pod warunkiem, że jest to technicznie wykonalne. Rynek bilansujący dokonuje jak najlepszego powiązania ofert sprzedaży i kupna. Najważniejszym zadaniem jest oczywiście znalezienie dopuszczalnego planu realizacji dostaw i odbiorów energii, który zapewnia także jak największe sumaryczne korzyści ekonomiczne oraz sprawiedliwy podział tych korzyści pomiędzy konkurujące podmioty rynkowe [5]. Ze względu na wymagania RB, bilansowanie odbywa się w sposób iteracyjny. W każdym kroku uczestnicy składają oferty zakupu/sprzedaży energii elektrycznej. Dla uproszczenia rozważań przyjmujemy, że odbiorcy są zobowiązani do przedstawiania sztywnych ofert zakupu energii, na podstawie własnych prognoz wielkości zapotrzebowania. Składane oferty kupna są wykorzystywane przez OSP m.in. przy doborze jednostek wytwórczych do pracy oraz do rozdziału obciążeń. Im dokładniejszymi prognozami dysponuje operator, tym lepiej dopasowany do ostatecznych zapotrzebowań będzie wcześniej przygotowywany harmonogram pracy jednostek wytwórczych.

2 Z drugiej strony, rozliczanie zakupu energii bilansującej dopiero na podstawie bilansów w czasie rzeczywistym, połączone z wykorzystywaniem ofert bilansujących we wcześniejszych fazach bilansowania jedynie do celów planistycznych, nie stwarza zachęt do wczesnego ujawniania realistycznych prognoz zapotrzebowania oraz nie sprzyja jak najwcześniejszemu zbilansowaniu systemu. Z punktu widzenia indywidualnych interesów odbiorców, gra strategiczna polegająca na opóźnieniu ujawnienia zapotrzebowania na energię oraz składanie ofert odbiegających od prognoz może zwiększyć udział odbiorcy w wypracowanej na RB nadwyżce rynkowej. Ukrycie własnego zapotrzebowania aż do chwili dostawy może doprowadzić także do uzyskania dodatkowych korzyści ekonomicznych [6][7]. W skali całego rynku takie zachowanie może skutkować ułożeniem gorszego harmonogramu doboru jednostek przez OSP i wypracowywaniem w systemie niższych niż to możliwe sumarycznych korzyści ekonomicznych. W artykule została przeanalizowana możliwość doboru struktur procesów bilansowania, zawierających odpowiednią sekwencję rozliczeniowych i planistycznych procesów bilansujących tak, aby powstawały zachęty dla uczestników rynku do jak najwcześniejszego ujawniania rzeczywistych zapotrzebowań i preferencji. Zaproponowane struktury procesów bilansujących promują uczestników wcześniej przedstawiających prognozy dopasowane do rzeczywistych zapotrzebowań tworząc zachęty do wcześniejszego ujawniania ich preferencji. 2. MODEL STRUKTUR PROCESÓW BILANSUJĄCYCH Procesy bilansowania na rynku bilansującym energii elektrycznej są powtarzane cyklicznie w kolejnych krokach. W obrębie każdego segmentu RB wykonywanych jest wiele kroków bilansowania, które następują po sobie w określonych odstępach czasu. Dany krok ma na celu zbilansowanie ofert dotyczących wielu etapów okresów bilansowych (godziny, kwadranse) w zadanym z góry horyzoncie czasowym, określanym jako horyzont bilansowania. Długości okresów i horyzontu, częstotliwość wykonywania kroków, a także wiele innych parametrów procesów bilansujących, jest cechą właściwą dla danego segmentu rynku bilansującego [2][4][8]. Rys. 1 przedstawia uproszczony model struktury procesów bilansujących składający się z dwóch segmentów. Prostokąty poziome odpowiadają procesom bilansowania w poszczególnych segmentach (pierwszy segment jasne prostokąty dotyczy dłuższego horyzontu bilansowania, drugi segment ciemne dotyczy horyzontu krótszego). Pionowym prostokątem oznaczono wybrany elementarny okres bilansowy w horyzoncie planowania. Na przykładzie wyróżnionego okresu ukazano, że pojedynczy okres brany jest pod uwagę przy wykonywaniu wielu procesów bilansujących każdego segmentu rynku bilansującego. Dodatkowo uwidoczniono fakt, że dany okres jest uwzględniany w horyzoncie planowania w wielu krokach bilansowania w obrębie każdego segmentu. Dla uproszczenia, w dalszych rozważaniach struktura procesów bilansujących została ograniczona do kroków wykonywanych w obrębie pojedynczego segmentu RB.

3 Rys. 1. Przykładowa struktura procesów bilansujących 2.1. Rodzaje procesów bilansowania Dla ustalonego okresu bilansowego, ilustrowanego wstęgą pionową, na horyzoncie planowania złożonym z wielu kroków bilansowania można wyodrębnić dwa rodzaje procesów bilansujących. Jako kryterium podziału uznajemy charakter bilansowania: bilansowanie rozliczeniowe W jego wyniku uzyskane pozycje kontraktowe są wiążące żadna ze stron nie ma możliwości wycofania się z zawartego kontraktu. Po zakończeniu danego kroku bilansowania, uczestnicy mogą złożyć nowe oferty korekcyjne, które zostaną uwzględnione w kolejnym kroku bilansowania. bilansowanie planistyczne W tym przypadku rezultaty uzyskane w danym kroku pełnią jedynie rolę informacyjną w wyniku bilansowania planistycznego nie są zawierane żadne kontrakty. Tego typu podejście wymaga nałożenia dodatkowych ograniczeń na oferty składane przez uczestników, które ograniczą możliwości spekulacji na rynku. Na przykład jednym z ograniczeń może być wymóg odnoszący się do poziomu cen ofertowych w kolejnych krokach, które mogą być jedynie obniżane w przypadku ofert sprzedaży i podnoszone w przypadku ofert kupna. Dodatkowo mogą być określane limity wskazujące na maksymalne dozwolone zmiany wolumenów składanych ofert Bilansowanie okresów w horyzoncie kroku Na Rys. 2 przedstawiono strukturę kroków bilansowania w ramach jednego segmentu. Ciemniejszym kolorem wyróżniono te części horyzontu planowania poszczególnych kroków, które są bilansowane rozliczeniowo, natomiast jaśniejsze części odpowiadają tym okresom w horyzoncie, które są poddane procesom bilansowania planistycznego.

4 Rys. 2. Struktura procesów pojedynczego segmentu Punktem odniesienia jest sytuacja na aktualnie działającym rynku bilansującym, na którym rozliczeniowo jest bilansowana tylko końcowa część horyzontu planowania, czyli bilansowanie w czasie rzeczywistym. Pomimo, że każdy etap bilansowy jest uwzględniany w horyzoncie wielu kroków, to kontrakty zawierane są dopiero w wyniku procesu bilansowania w czasie rzeczywistym. Podejście takie powoduje, że uczestnicy rynku nie muszą być skłonni do wcześniejszego ujawniania rzeczywistych preferencji. Cała rozgrywka sprowadza się do ostatniego możliwego kroku bilansowania, po którym rozliczenia dotyczą pozycji kontraktowych odpowiadających rzeczywistym dostawom energii. 3. PROPONOWANE ROZWIĄZANIE W aktualnie działającym systemie, w horyzoncie każdego kroku bilansowania można wydzielić dwie części: początkową bilansowaną rozliczeniowo i dalszą, w której wykonywane jest bilansowanie planistyczne. W proponowanym rozwiązaniu horyzont planowania kroku postrzegany jest jako zbiór kolejnych etapów odpowiadających poszczególnym okresom bilansowym. Każdemu etapowi niezależnie zostaje przypisany konkretny rodzaj procesu bilansowania. Oznacza to możliwość przeprowadzenia bilansowania rozliczeniowego nie tylko na początku horyzontu planowania, ale także w dalszych jego częściach ( Rys. 3). Rys. 3. Przypisanie procesów bilansowania rozliczeniowego do 1. i 5. etapu w horyzoncie planowania kroku

5 Skutkiem wprowadzenia procesów bilansowania rozliczeniowego w dalszych etapach horyzontu planowania jest umożliwienie zawierania wiążących kontraktów również we wcześniejszych krokach bilansowania, a nie tylko w ostatnim, jak to ma miejsce w obecnym systemie. Ma to na celu stworzenie motywacji wśród odbiorców do szybszego ujawniania swoich preferencji i wcześniejszego zawarcia kontraktów. 4. OCENA ROZWIĄZANIA W celu oceny skuteczności proponowanego rozwiązania przeprowadzono serię symulacji. Rozpatrywano oferty uczestników związane z zadanym okresem o długości 1h. Wytwórcy i odbiorcy składali oferty najwcześniej na 24h przed okresem, którego te oferty dotyczą. Przy bilansowaniu brane były pod uwagę jedynie pozycje kontraktowe w rozpatrywanej godzinie (brak ograniczeń związanych z wcześniej przyjętymi ofertami i wymaganym końcowym stanem bilansowanego okresu) Składane oferty Każdy uczestnik mógł składać zarówno oferty kupna, jak i sprzedaży energii elektrycznej. Wolumeny składanych ofert uzależnione były od zdolności wytwórczych bądź też dostępnych prognoz zapotrzebowania w przypadku odbiorców. W stanie początkowym posiadane informacje odnośnie przyszłych zapotrzebowań na energię elektryczną były obarczone dużą niepewnością. W miarę zbliżania się do momentu fizycznej realizacji, prognozy stawały się coraz dokładniejsze, dzięki czemu odbiorcy mogli składać oferty lepiej dopasowane do ich rzeczywistych potrzeb. Odbiorca mógł przyjąć jedną z czterech strategii wyznaczania wolumenu ofert: max wolumeny ofert wyznaczane na podstawie górnego oszacowania zapotrzebowania, ocz wolumeny ofert wyznaczane na podstawie wartości oczekiwanej prognozy, min wolumeny ofert wyznaczane na podstawie dolnego oszacowania, prop wolumeny ofert dobrane tak, aby zakupy energii zostały rozłożone równomiernie na wszystkie kroki. Przy ustalaniu cen ofertowych uczestnicy rynku opierali się na szacowanej użyteczności (w przypadku odbiorców) bądź też kosztach wytworzenia energii (w przypadku producentów). W oparciu o te informacje mogli oni składać oferty szczere, bądź też odpowiednio zaniżać/zawyżać ceny ofertowe zgodnie z przyjętą strategią. Pełny opis przyjętych założeń oraz parametrów symulacji został przedstawiony w pracy [3].

6 4.2. Analizowane struktury Horyzont bilansowania w ocenianych strukturach wynosił 24h. Odstępy czasowe pomiędzy wykonaniami poszczególnych kroków były równe 1h. Horyzont planowania każdego kroku bilansowania podzielony został na 24 okresy o długości 1h. Rozpatrywano struktury, które dla ustalonego okresu bilansowego, na horyzoncie planowania złożonym z 24 kroków bilansowania, miały 1, 2, 3, 4, 6, 8, 12 lub 24 okresy bilansowania rozliczeniowego (pozostałe okresy w horyzoncie były bilansowane planistycznie). Procesy bilansowania rozliczeniowego zostały rozłożone równomiernie między procesami bilansowania planistycznego. Przy założonych 4 procesach bilansowania rozliczeniowego były one przypisywane co 6 okresów bilansowych ( Rys. 4). Struktura mająca tylko jeden okres bilansowany rozliczeniowo (w ostatnim kroku bilansowania) odpowiada rozwiązaniu aktualnie istniejącemu na rynku bilansującym. Rys. 4. Rozkład procesów bilansujących w horyzoncie pojedynczego kroku 4.3. Przykładowe wyniki symulacji W symulacji założono występowanie 14 jednostek wytwórczych, oferujących moc do 10 MW każda. Koszty produkcji energii wynosiły odpowiednio 40, 45,, 105 zł/mwh. Ze względu na strukturę odbiorców rozpatrywano następujące scenariusze: 1 łączny odbiorca: zapotrzebowanie: 100 MWh, szacowana użyteczność: 120 zł/mwh, 4 równorzędnych odbiorców: zapotrzebowanie: 25 MWh każdy, szacowana użyteczność: 120 zł/mwh. W przypadku występowania 4 odbiorców, każdy wolumenów ofert. z nich przyjmował inną strategię wyznaczania Symulacja scenariusza zakładającego występowanie 4 równorzędnych odbiorców wskazała, że największe zyski osiągali odbiorcy, których oferty w początkowych krokach miały wyższe wolumeny ( Rys. 5 (b). Oznacza to, że opłacalny był zakup energii we wcześniejszych krokach bilansowania. Najmniejsze zyski uzyskał odbiorca, który nie ujawniał do ostatniej chwili swoich zapotrzebowań, zaniżając wolumeny składanych ofert. Uczestnik ten dokupował energię w kolejnych krokach bilansowania po wyższych cenach.

7 (a) Podział pomiędzy grupy odbiorców i wytwórców (b) Podział zysków wśród odbiorców Rys. 5. Zyski uczestników rynku w zależności od liczby procesów bilansujących w kroku Dokupowanie energii przez odbiorców stosujących strategię min i prop w kolejnych krokach bilansowania jest powodem uzyskania największych zysków przez odbiorcę stosującego strategię max. Strategia max jest jednak ryzykownym wyborem, ponieważ w przypadku, gdyby pozostali odbiorcy nie odkupili nadwyżek energii, musiałyby one zostać odsprzedane wytwórcom powodując zmniejszenie ich generacji, co oznaczałoby odsprzedaż energii po cenie niższej niż jej pierwotny zakup ( Rys. 6). Rys. 6. Zyski uczestników rynku w zależności od liczby procesów bilansujących przy ustalaniu wolumenów składanych na podstawie górnego oszacowania prognoz Z kolei w sytuacji, gdyby odbiorcy doszli do porozumienia (odpowiednik scenariusza z 1 łącznym odbiorcą) i przyjęli tę samą strategię stopniowego zakupu energii (zaniżenie popytu w początkowych krokach bilansowania) mogliby oni osiągnąć znacznie wyższe zyski kosztem zmniejszenia dochodów wytwórców ( Rys. 7).

8 Rys. 7. Zyski uczestników rynku w zależności od liczby procesów bilansujących przy równomiernym rozłożeniu zakupów na wszystkie kroki 5. WNIOSKI Wraz ze zwiększaniem liczby procesów bilansowanych rozliczeniowo w horyzoncie kroku wzrasta uzyskiwana nadwyżka rynkowa. Dzięki wielokrotnemu przeprowadzaniu bilansowania rozliczeniowego uczestnicy mają możliwość lepszego dopasowania parametrów swoich ofert do sytuacji panującej na rynku. Bilansowanie rozliczeniowe danego okresu w horyzontach wielu kroków zachęca uczestników do wcześniejszego ujawniania swoich preferencji. W scenariuszach zakładających istnienie wielu konkurencyjnych odbiorców zwykle największe zyski uzyskiwane są przez tych, którzy zakupują energię we wcześniejszych krokach. Oznacza to, że z punktu widzenia uczestnika rynku opłacalne jest wcześniejsze złożenie ofert o parametrach zbliżonych do posiadanych prognoz i wycen. Istnieją też potencjalne niebezpieczeństwa związane ze zmowami uczestników. Mogą oni wykorzystać fakt wielokrotnego bilansowania rozliczeniowego i zwiększyć swoje zyski poprzez zastosowanie jednolitej strategii polegającej na zaniżaniu wolumenów swoich ofert we wcześniejszych krokach. Takie zachowanie wymagałoby jednak współpracy większości konkurentów, tak aby mogli być oni postrzegani jako pojedynczy podmiot grający na rynku. Dodatkowo przy wspomnianej zmowie najkorzystniejsze ceny energii wystąpiłyby w początkowych krokach bilansowania, kiedy to wolumeny ofert są najbardziej zaniżone oznacza to, że z punku widzenia pojedynczego odbiorcy korzystne byłoby zawarcie kontraktów na jak najwyższy wolumen w początkowych krokach, co jest zachowaniem przeciwnym do przyjętego przez uczestników będących w zmowie.

9 LITERATURA [1] Kaleta M., Pałka P., Toczyłowski E.: Wieloagentowa platforma handlu dla lokalnego rynku energii elektrycznej. Zeszt Tematyczny Rynku Energii 2009, nr I(III). [2] Kaleta M., Smolira K., Toczyłowski E.: Wspomaganie projektowania struktury czasowej procesów rynku energii elektrycznej. Zeszt Tematyczny Rynku Energii 2009, nr I (III). [3] Karpuk R.: Analiza struktur procesów bilansujących na rynkach energii elektrycznej. Praca Magisterska, Politechnika Warszawska, Warszawa [4] Smolira K., Toczyłowski E., Kacprzak P.: Analiza symulacyjna struktur procesów rynku energii. Rynek Energii 2011, nr 1. [5] Toczyłowski E.: Optymalizacja procesów rynkowych przy ograniczeniach. Wydanie II zmienione i poszerzone. Akademicka Oficyna Wydawnicza EXIT, Warszawa [6] Toczyłowski, E.: Mechanizmy przejrzystości i efektywności rynku energii. Materiały konferencyjne XIII Konferencji Naukowo-Technicznej Rynek Energii Elektrycznej, Kazimierz Dolny, 9-11 maja [7] Toczyłowski E.: Zgodność motywacji w mechanizmach rynku energii. Rynek Energii 2009, nr 2. [8] Toczyłowski E. i inni: Opracowanie perspektywicznych rozwiązań w zakresie efektywnego mechanizmu bilansowania z uwzględnieniem wielotowarowego charakteru rynku energii elektrycznej etap V. Raport IAiIS PW, [9] Centrum Informacji o Rynku Energii. PLANNING AND BILLING BALANCING OF CUSTOMERS TRADING POSITIONS ON THE ELECTRICITY MARKET Key words: scheduling, balancing market, process structures Summary. On the balancing market, in subsequent balancing steps, corrective offers are submitted by customers to purchase or resale balancing energy. These offers are prepared on the basis of instantly updated customer demand forecasts. Accounting for purchase of balancing energy only on the basis of the real-time balance, combined with the use of balancing offers in earlier stages only for the purpose of planning, does not create incentives for early disclosure of realistic demand forecasts and is not conducive to balancing the system as early as possible. In the article we analyse the possibility of such selection of balancing processes structure, containing the appropriate sequence of planning and billing balancing processes, to create incentives for market participants to disclose the real needs and preferences as soon as possible. Radian Karpuk, mgr inż., doktorant w IAiIS PW, radian.karpuk@gmail.com Eugeniusz Toczyłowski, profesor, Kierownik Zakładu Badań Operacyjnych i Systemowych w IAiIS PW, E.Toczylowski@ia.pw.edu.pl