1 UVOD V članku predstavljamo testni sistem, s katerim smo preverili moţnost zagotavljanja rezerv delovne moči pri odjemalcih električne energije. V nadaljevanju podajamo najprej definicijo testnega sistema, nato pa prikazujemo rezultate delovanja novega modela, ki je bil predstavljen v članku [1]. 2 TESTNI SISTEM 2.1 Definicija Za prikaz delovanja modela zagotavljanja rezerv pri odjemalcih električne energije za dan vnaprej smo za testni sistem uporabili IEEE Reliability Test System [2]. Izbrani testni sistem ima 32 proizvodnih enot različnih tehnologij. Stroškovne krivulje, ki jih potrebujemo za oblikovanje ponudb proizvajalcev, imajo obliko kvadratne funkcije [3]. Ker je stroškovna krivulja posamezne proizvodne enote kvadratna funkcija cene in moči, ne izpolnjuje zahtev linearnega programiranja. Zato moramo namesto kvadratne stroškovne krivulje uporabiti njen linearni pribliţek. Kvadratno stroškovno krivuljo lineariziramo z odsekoma zvezni linearnimi krivuljami, ki je sprejemljiv pribliţek kvadratne stroškovne krivulje [4]. Za potrebe prikaza delovanja modela zagotavljanja rezerv pri odjemalcih električne energije pri različnih tipih odjemalcev smo zdruţen odjem zaradi jasnosti prikaza rezultatov enakomerno razdelili na štiri skupine odjema. Obravnavani odjemalci se prilagajajo razmeram na elektroenergetskem trgu. Realne parametre prilagodljivosti je zelo teţko pridobiti. Način, ki se je do zdaj izkazal za najprimernejšega, je pridobivanje podatkov iz pilotnih projektov integracije aktivnega odjema, s čimer pridemo do parametrov dejanskega Prejet 7. november, 2014 Odobren 20. december, 2014 ZAGOTAVLJANJE REZERV DELOVNE MOČI PRI ODJEMALCIH ELEKTRIČNE ENERGIJE, 2. DEL – TESTNI SISTEM 27 odziva odjemalcev. Ţal se v Sloveniji tovrstni projekti še ne izvajajo, zato smo parametre prilagodljivosti določili tako, da smo zajeli razpon prilagodljivosti odjemalcev od neprilagodljivih do zelo prilagodljivih. Parametri prilagodljivih odjemalcev so prikazani v tabeli 1. Tabela 1: Parametri prilagodljivih odjemalcev1 Odjem 1 Odjem 2 Odjem 3 Odjem 4 Elastičnost ε - 0,3 0 - 0,15 - 0,3 Referenčna cena λref [€/MWh] 50 50 30 10 Delež prilagodljivega odjema DPO [%] 40 10 25 40 VOLL €/MWh 2000 Zaradi prikaza delovanja modela zagotavljanja rezerv pri odjemalcih električne energije pri različno prilagodljivih odjemalcih smo Odjem 1 in Odjem 4 opredelili kot zelo prilagodljiva, pri čemer ima Odjem 1 visoko referenčno ceno. Odjem 3 je delno prilagodljiv, medtem ko je Odjem 2 zelo slabo prilagodljiv. Vrednost VOLL pri vseh skupinah odjema je 2000 €/MWh. Deleţ prilagodljivega odjema (DPO) je na splošno odvisen od tega, ali odjem v določenem časovnem obdobju poveča ali zmanjša svojo porabo. Za zmanjšanje porabe je DPO določen kot , u min ref , D , ref , DPO ( - ) 100%. j t j t j t j t P P P  (1) Za povečanje porabe je DPO določen kot , d max D , ref , ref , DPO ( ) 100%, j t j t j t j t P P P   (2) kjer je Pref referenčna cena skupine odjemalcev j in PD min ter PD max spodnja in zgornja meja prilagodljivega odjema skupine odjemalcev j. Proizvodnja iz OVE je definirana kot deleţ zdruţenega odjema v EES, pomnoţena z urnim profilom vetrne proizvodnje. Urni profil je realizirana vetrna proizvodnja v Republiki Irski (EirGrid). 2.2 Obravnavani primeri Za ponazoritev delovanja modela zagotavljanja rezerv pri odjemalcih električne energije smo definirali deset primerov, s katerimi ţelimo prikazati:  vpliv deleţa proizvodnje iz OVE v EES,  vpliv parametrov prilagodljivosti odjemalcev,  koristi in stroške odjemalcev in  vpliv povratnega energetskega učinka. Za prikaz vpliva deleţa proizvodnje iz OVE v EES na zagotavljanje rezerv pri odjemalcih električne energije 1 Parametri prilagodljivosti so lastnosti odjemalcev in jih določi vsak posamezni odjemalec sam ali jih zanje določi agregator. smo definirali tri primere deleţev proizvodnje iz OVE. V prvem primeru je deleţ proizvodnje iz OVE enak 0 %, v drugem 25 % in v tretjem 50 %. Parametri prilagodljivosti odjemalcev so v vseh treh primerih enaki kot v tabeli 1. S tem smo prikazali tudi vpliv različnih parametrov prilagodljivosti odjemalcev na zagotavljanje rezerv pri odjemalcih električne energije. Koristi in stroške rezerv ter energije odjemalcev in stroške neprostovoljnega zmanjšanja odjema z zagotavljanjem rezerv in brez zagotavljanja rezerv pri odjemalcih električne energije smo prikazali s primeri, ki so enaki kot prvi, drugi in tretji primer, ter s tremi dodatnimi primeri. Četrti, peti in šesti primer so paroma enaki kot prvi trije primeri, vendar v teh primerih odjemalci električne energije ne zagotavljajo rezerv. Do zdaj definirani primeri 1−6 imajo definirane štiri različne skupine odjema. Za prikaz vpliva povratnega energetskega učinka na zagotavljanje rezerv pri odjemalcih električne energije pa smo v vsakem primeru obravnavali le zdruţen odjem. S tem smo definirali štiri nove primere z enakim urnim profilom in enakimi parametri prilagodljivosti. Velikost povratnega energetskega učinka, trajanje povratnega učinka in druge parametre prilagodljivosti za primere 7, 8, 9 in 10 prikazuje tabela 2. Deleţ proizvodnje iz OVE v vseh primerih znaša 25 %. Tabela 2: Parametri povratnega energetskega učinka in prilagodljivosti Primer 7 Primer 8 Primer 9 Primer 10 Velikosti povratnega energetskega učinka PS [%] 30 25 50 0 Trajanje povratnega energetskega učinka DP [h] 4 1 1 0 Elastičnost ε -0,15 Referenčna cena λref [€/MWh] 30 Delež prilagodljivega odjema DPO [%] 25 VOLL [€/MWh] 2 000 Zaradi preglednosti smo predvidevali, da odjemalci niso občutljivi na ceno električne energije. To pomeni, da je njihova prilagodljivost namenjena le zagotavljanju rezerv. 3 REZULTATI Slike1–3 prikazujejo vpliv OVE v EES na zagotavljanje sekundarnih rezerv odjemalcev in proizvajalcev električne energije. Za vsak primer sta poleg sekundarnih rezerv prikazana tudi urni profil zdruţenega odjema v izbranem dnevu in urni profil vetrne proizvodnje. Za ravnovesje med proizvodnjo in porabo lahko v prvih 15 minutah po motnji v EES skrbijo tudi minutne terciarne rezerve, ki jih zagotavljajo proizvajalci. Zato smo jih ob prikazu prišteli k pozitivnim sekundarnim rezervam. 28 ARTAČ, KLADNIK, HAJDINJAK, GOLOB, GUBINA V prvem primeru (slika 1), ko v sistemu ni proizvodnje OVE, na količino potrebnih sekundarnih rezerv vplivajo napaka v napovedi porabe in naključni izpadi proizvodnih enot. V nočnih urah je zaradi manjše porabe potrebnih manj rezerv. V teh urah dobršen del pozitivnih sekundarnih rezerv zagotavljajo proizvajalci. Odjemalci zagotavljajo pribliţno 15 % zahtevanih pozitivnih sekundarnih rezerv. V urah z veliko porabo (od 9. do 21. ure) pa se deleţ rezerv, ki jih zagotavljajo odjemalci, poveča na pribliţno 40 %. Zaradi velike porabe in s tem večje proizvodnje električne energije je na voljo manj razpoloţljive moči iz proizvodnih enot, ki bi jo lahko namenili za pozitivne sekundarne rezerve. Za razliko pa je v nočnih urah na voljo veliko rezerv moči iz proizvodnih enot, saj le-te obratujejo z manjšo močjo. Negativne sekundarne rezerve zagotavljajo odjemalci predvsem v urah, ko v sistemu pride do večje spremembe porabe. V teh urah se vklopijo ali izklopijo nove proizvodne enote, ki zaradi tehničnih omejitev, kot so minimalna moč in največje hitrosti spremembe izhodne moči, ne morejo zagotavljati dovolj negativne sekundarne rezerve. 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 -1000 -500 0 500 1000 1500 2000 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 O d je m , P ro iz v o d n ja O V E [ M W ] S e k u n d a rn e r e z e rv e [ M W ] Čas [h] Primer 1 Proizvajalci Odjemalci Proizvodnja OVE Odjem Slika 1: Zagotavljanje sekundarnih rezerv odjemalcev in proizvajalcev za primer 1 (brez OVE) V drugem (slika 2) in tretjem primeru (slika 3) se zahtevana količina sekundarnih rezerv zaradi proizvodnje OVE in s tem povezane napake napovedi OVE poveča skladno s povečanjem proizvodnje OVE. Zaradi spremenljive narave OVE in povečane zahtevane količine sekundarnih rezerv se zagotavljanje sekundarnih rezerv odjemalcev poveča. Kljub temu pa je zagotavljanje pozitivnih sekundarnih rezerv odjemalcev v drugem primeru nekoliko večje kot v tretjem primeru. V tretjem primeru zaradi tako visokega deleţa OVE obratujejo nekatere proizvodne enote na zmanjšani ali celo na minimalni moči. S tem je na voljo več razpoloţljive moči proizvodnih enot, ki bi jo lahko namenili za pozitivne sekundarne rezerve. Po drugi strani pa je na voljo manj razpoloţljive moči za zmanjšanje proizvodnje. Zato odjemalci zagotavljajo več negativnih sekundarnih rezerv. 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 -1000 -500 0 500 1000 1500 2000 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 O d je m , P ro iz v o d n ja O V E [ M W ] S e k u n d a rn e r e z e rv e [ M W ] Čas [h] Primer 2 Proizvajalci Odjemalci Proizvodnja OVE Odjem Slika 2: Zagotavljanje sekundarnih rezerv odjemalcev in proizvajalcev za primer 2 (25 % OVE) 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 -2000 -1500 -1000 -500 0 500 1000 1500 2000 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 O d je m , P ro iz v o d n ja O V E [ M W ] S e k u n d a rn e r e z e rv e [ M W ] Čas [h] Primer 3 Proizvajalci Odjemalci Proizvodnja OVE Odjem Slika 3: Zagotavljanje sekundarnih rezerv odjemalcev in proizvajalcev za primer 3 (50 % OVE) Tabeli 3 in 4 prikazujeta vsoto urnih količin rezerv, ki jih zagotavljajo odjemalci in proizvajalci električne energije. Zaradi ţe omenjenih razlogov skupna količina rezerv z večanjem deleţa OVE v EES raste. Kot smo ţe omenili, se stroški zmanjšanja porabe z večanjem do zdaj porabljene energije pri zagotavljanju pozitivnih rezerv povečujejo. Zato so pozitivne sekundarne rezerve večje od terciarnih rezerv, ki jih zagotavljajo odjemalci električne energije. Kljub temu pa se ta razlika v tretjem primeru zmanjša, saj je zahtevana količina terciarnih rezerv tako velika, da je proizvajalci ne morejo zadostiti oziroma bi jo lahko zadostili le po višji ceni. Tabela 3: Vsota rezerv v 24 urah, ki jih zagotavljajo odjemalci Odjemalci Primer / Tip rezerv SR u [MW] SR d [MW] TR [MW] Primer 1 3.904 581 993 Primer 2 4.749 862 1.170 Primer 3 4.402 2.862 2.995 Tabela 4: Vsota rezerv v 24 urah, ki jih zagotavljajo proizvajalci Proizvajalci Primer / Tip rezerv SR u [MW] SR d [MW] TR q [MW] TR s [MW] Primer 1 3.072 5.467 5.983 0 Primer 2 4.646 8.277 6.841 1.384 Primer 3 7.455 11.959 7.109 1.753 ZAGOTAVLJANJE REZERV DELOVNE MOČI PRI ODJEMALCIH ELEKTRIČNE ENERGIJE, 2. DEL – TESTNI SISTEM 29 Zagotavljanje sekundarnih in terciarnih rezerv odjemalcev z različnimi parametri prilagodljivosti je prikazano v tabeli 5. Odjemalci z večjo prilagodljivostjo zagotavljajo več rezerv. Tako odjemalec 4, ki je najbolj prilagodljiv, zagotavlja največje sekundarne rezerve. Odjemalec 1 ima enake lastnosti, razen referenčne cene, ki je višja. Zato je izhodišče njegove ponudbene cenovne krivulje višje. To pa je razlog, da zagotavlja manj sekundarnih rezerv. Kljub temu, da je odjemalec 2 zelo slabo prilagodljiv, v določenih urah zagotavlja sekundarne rezerve. Vendar pa je to zgolj v urah, ko je potreba po rezervah v EES velika. Pri zagotavljanju terciarnih rezerv je vpliv parametrov prilagodljivosti podoben. Vendar pa mora biti sprememba porabe, ki je namenjena sekundarnim ali terciarnim rezervam, manjša od deleţa prilagodljivosti odjema. Zato je lahko v primerih, ko odjemalec zagotavlja večjo količino sekundarnih rezerv, deleţ terciarnih rezerv manjši in nasprotno. Zato je v nočnih urah, ko odjemalci zagotavljajo malo sekundarnih rezerv, deleţ terciarnih rezerv večji. Tabela 5: Zagotavljanje sekundarnih in terciarnih rezerv odjemalcev Primer 1 Odjem / Tip rezerv SR u [MW] SR d [MW] TR [MW] Odjem 1 90 0 94 Odjem 2 13 0 12 Odjem 3 411 581 162 Odjem 4 3.390 0 725 Primer 2 Odjem / Tip rezerv SR u [MW] SR d [MW] TR [MW] Odjem 1 656 259,58 151 Odjem 2 151 0 17 Odjem 3 636 602,51 232 Odjem 4 3.306 0 765 Primer 3 Odjem / Tip rezerv SR u [MW] SR d [MW] TR [MW] Odjem 1 898 1.477 812 Odjem 2 212 62 114 Odjem 3 811 1.322 536 Odjem 4 2.482 0 1.532 Tabela 6 prikazuje vsoto urnih količin koristi, stroškov rezerv, stroškov energije in stroškov neprostovoljnega zmanjšanja odjema za primere, ko odjemalci zagotavljajo rezerve, in za primere, ko jih ne zagotavljajo. Korist, ki jo imajo odjemalci z zagotavljanjem rezerv, z večanjem deleţa OVE raste. Z večanjem potreb po rezervah raste tudi doseţena cena za te rezerve, ki vpliva na korist odjemalca. Poleg tega pa odjemalci zagotavljajo čedalje več rezerv. V primerih, ko odjemalci ne zagotavljajo rezerv, seveda nimajo koristi. Kot smo ţe omenili, se z večanjem deleţa OVE potrebe po rezervah v EES povečujejo. Zato se viša tudi cena za rezerve in s tem povezani stroški rezerv. V primerih, ko odjemalci ne zagotavljajo rezerv, so ti stroški višji. Posebno to velja za primer 6, ko je deleţ OVE v sistemu največji. Takrat je potreba po rezervah v sistemu tako velika, da je proizvajalci sami ne morejo zadostiti. Zato pride do neprostovoljnega zmanjšanja moči porabe in s tem povezani stroški se povečajo. To vpliva tako na stroške rezerv, kot tudi na stroške energije. V preostalih primerih se stroški energije z večanjem deleţa OVE niţajo. Zaradi specifičnih lastnosti namreč proizvajalci iz OVE ponujajo niţjo ceno na trgu kot drugi proizvajalci. Kot kaţe primer 6, pa to velja zgolj do določenega deleţa OVE v sistemu. Stroški energije so niţji tudi, kadar odjemalci zagotavljajo rezerve. Bolj ko je odjemalec prilagodljiv, večjo ima korist z zagotavljanjem rezerv. Pri odjemalcih, ki so manj prilagodljivi, se lahko zgodi, da imajo v določenem scenariju stanja v EES celo negativno korist. Kljub temu pa te koristi ne vplivajo veliko na celotno njihovo korist pri zagotavljanju rezerv, saj je verjetnost takih scenarijev zelo majhna. V večini scenarijev odjemalci aktivirajo nič ali malo rezerv, ki so bile rezervirane. To pa pomeni, da dobijo plačano rezervacijo rezerv. Ker odjemalci nimajo priloţnostnih stroškov, to zanje pomeni zgolj korist. Tabela 6: Koristi, stroški rezerv, stroški energije in stroški neprostovoljnega zmanjšanja odjema v 24 urah Korist [€/h] Stroški rezerv [€/h] Stroški energije [€/h] Stroški neprostovoljnega zmanjšanja odjema [€/h] Primer 1 40.417 172.824 1.972.164 4.080 Primer 2 70.152 297.760 1.259.121 7.143 Primer 3 132.798 502.411 1.171.283 30.545 Primer 4 / 275.858 2.020.774 15.004 Primer 5 / 322.785 1.415.330 34.070 Primer 6 / 3.745.397 4.645.358 2.826.263 4 SKLEP Uporabnost novega modela smo prikazali na vrsti primerov, s katerimi smo ţeleli zajeti različne lastnosti odjemalcev in mogoče deleţe proizvodnje iz OVE v sistemu. Za testni sistem smo uporabili IEEE Reliability Test System. Rezultati kaţejo, da imajo različne lastnosti odjemalcev velik vpliv na zagotavljanje rezerv odjemalcev električne energije in njihove koristi. Odjemalci, ki so dovolj prilagodljivi, lahko pri zagotavljanju rezerv uspešno konkurirajo proizvodnim enotam. Bolj ko so odjemalci prilagodljivi, večji deleţ rezerv zagotavljajo in večje koristi imajo. Kljub temu se pri določenih odjemalcih, ki so manj prilagodljivi, lahko zgodi, da imajo pri zagotavljanju rezerv negativne koristi oziroma škodo, vendar je verjetnost takšnega scenarija zelo majhna. Na deleţ rezerv, ki ga zagotavljajo odjemalci, vpliva tudi povratni energetski učinek. Večji ko je ta učinek, manjši deleţ rezerv zagotavljajo odjemalci. Po drugi strani pa se njihova korist s povratnim energetskim učinkom poveča. 30 ARTAČ, KLADNIK, HAJDINJAK, GOLOB, GUBINA Rezultati hkrati tudi kaţejo, da se s povečevanjem deleţa proizvodnje iz OVE v sistemu povečujejo tudi potrebe po rezervah in s tem zagotavljanje rezerv odjemalcev. Poleg tega se zaradi povečanja deleţa proizvodnje iz OVE povečuje tudi potreba po negativnih rezervah, ki v preteklosti niso imele tolikšnega pomena kot pozitivne. Zagotavljanje rezerv odjemalcev vpliva na zniţanje stroškov SOPO za nakup rezerv, saj imamo v sistemu več ponudbe, ki nadomesti draţje moţnosti ter pripomore k povečanju zanesljivosti EES. Pri zelo velikem deleţu proizvodnje iz OVE se lahko namreč celo zgodi, da v sistemu ni dovolj proizvodnje in zato pride do neprostovoljnega zmanjšanja moči. Če pa rezerve zagotavljajo tudi odjemalci, se verjetnost tega učinka bistveno zmanjša. Na koncu pa zagotavljanje rezerv odjemalcev vpliva tudi na izboljšanje zanesljivosti EES, saj se zmanjša količina neprostovoljnega zmanjšanja odjema, hkrati pa se zniţajo tudi stroški neprostovoljnega zmanjšanja odjema. Rezultati našega testnega sistema kaţejo na pozitivne učinke odziva odjemalcev električne energije pri zagotavljanju rezerv. Takšni učinki so bili s številnimi pilotnimi projekti po svetu potrjeni tudi v praksi. To naj bo spodbuda za uvedbo novih pilotnih projektov na področju integracije aktivnega odjema tudi v Sloveniji. O teh projektih se ţe dlje časa govori, do izvedbe pa na ţalost še ni prišlo. 5 ZAHVALA Raziskava je nastala v okviru raziskovalne skupine Elektroenergetski sistemi, P2-0356, ki jo financira Javna agencija za raziskovalno dejavnost Republike Slovenije (ARRS). Avtorji se zahvaljujejo tudi Tehnološki agenciji Slovenije in EU, ki je raziskavo podprla s sredstvi iz Evropskega socialnega sklada.