Metody a nástroje modelování Generation Adequacy David Hrycej, CIIRC ČVUT david.hrycej@cvut.cz
Modelování panevropské sítě? Změny energetiky s vlivem na řízení soustavy: nárůst OZE, decentralizace, Demand Side Response/Management (DSR/DSM), elektromobilita, skladování elektřiny, atd. Rostoucí míra nejistoty na straně výroby i spotřeby spotřeba změna chování odběratelů nové spotřebiče vnořené zdroje (u spotřebitelů)... výroba intermitentní zdroje decentrální autonomní zdroje ukončování provozu konvenčních zdrojů nedostatek paliv emisní omezení... flexibilita DSR, DSM skladování elektřiny baterie a další technologie elektromobilita 2
Modelování panevropské sítě? Rostoucí dynamika změn výkonů (bilanční rovnováhy) snížení residuálního diagramu => nelze nasadit zdroje s PpS mezihodinové změny (rampy) residuálního zatížení => potřeba rychlých PpS velké výkyvy mezi minimem a maximem => potřeba velké kapacity PpS Nutnost celoevropské a regionální spolupráce operátorů sítí mezinárodní spolupráce v oblasti rezerv nesoudobost špiček pomáhá stabilitě evropské soustavy 3
Příklad: celkový load a res. load Res load = Load FVE VTE MR Nedisp Saldo zahraničí 4
Příklad: celkový load a res. load Res load = Load FVE VTE MR Nedisp Saldo zahraničí 5
Četnost Dynamika residuálního loadu r. 2025 65 000 Četnost mezihodinových změn loadu a residuálního loadu 60 000 55 000 50 000 45 000 40 000 35 000 30 000 25 000 Load Res load 20 000 15 000 10 000 5 000 0-4 000-3 500-3 000-2 500-2 000-1 500-1 000-500 0 500 1 000 1 500 2 000 2 500 3 000 3 500 4 000 Mezihodinová změna MW 6
Metodika modelování Od bilančního modelu k modelu postihujícího dynamiku soustavy Modeluje se výroba a spotřeba elektřiny a toky mezi státy (regiony) tisíce uzlů (státy, regiony) tisíce zdrojů Od panevropského modelu k lokálnímu (národnímu) celoevropská síť regionální v evropském kontextu národní v evropském kontextu Zásadní je práce s nejistotou, rozhodování: deterministické, pravděpodobnostní, stochastické 7
Modelování GA - nejistota Scénáře budoucího vývoje (ucelené sady okrajových podmínek) vývoj zdrojové základy, spotřeby, nových technologií atd. Modely jednotlivých komponent spotřeby a výroby strukturovaná spotřeba výroba: klasické zdroje, VTE, FVE, Stochastické modelování nejistoty - metodika Monte Carlo (simulace) nejistoty: zatížení, výroba FVE, výroba VTE, výpadky zdrojů, hydrologické podmínky; postupně přibývají další (DSR apod.) fluktuace zatížení, výroba VTE a FVE: 34 klimatických let (teplota, osvit,...) koeficienty přepočtu meteo dat na zatížení, výrobu VTE a FVE výpadky zdrojů: Markovské procesy podklady jsou data o spolehlivosti zdrojů hydrologické podmínky: v ČR zatím ne 8
Modelování GA postup výpočtu Model sítě uzly menší státy nebo (energeticky) kompaktní regiony větších států zatížení, požadavky na rezervu, pokuty vedení parametry vedení (kapacita, impedance) výpadkovost Unit commitment používá se již dávno ve výrobě a obchodu s elektřinou (business) plán odstávek zdrojů a vedení nasazení zdrojů včetně alokace PpS vstupní parametry: technické: výkony, rampy, min. doby provozu/odstávky, certifikace PpS ekonomické: startovací, provozní, fixní náklady musí respektovat síťová omezení výsledky (po hodinách): zdroje: nasazení zdrojů, alokace PpS, náklady na provoz, spotřeba paliv, emise atd. toky elektřiny mezi oblastmi marginální náklady per uzel nedostatek a přebytek výkonu metody optimalizace: heuristiky, dynamické programování, lineární programování (LP), celočíselné programování (MILP) 9
10 Příklad nasazení zdrojů 1 týden
Modelování GA postup výpočtu Statistické vyhodnocení výsledků simulací vyhodnocení nedostatku a přebytku výkonu včetně výkonu na požadovanou rezervu ukazatele EENS (Expected Energy Not Supplied) odhad nedodané energie LOLE (Loss of Load Expectation) očekávaný počet hodin s nepokrytým zatížením LOLP (Loss of Load Probability) pravděpodobnost nepokrytí zatížení vyhodnocení přetížených vedení 11
Schéma managementu modelů ŘÍZENÍ SIMULACÍ PREPROCESING FIXNÍ PARAMETRY A NASTAVENÍ MODELU VARIABILNÍ DATA ANALYTICKÉ PROSTŘEDÍ (MODELY a NÁSTROJE) POSTPROCESING DATOVÁ PLATFORMA AKVIZICE A TVORBA DAT PREZENTACE DAT A REPORTING Okruhy vstupních dat konfigurace sítě (uzly, vedení) požadavky na zatížení a výkonovou rezervu v uzlech technické a nákladové parametry zdrojů Výsledky nasazení zdrojů včetně PpS toky mezi uzly nedostatky výkonu a PpS spolehlivostní ukazatele (LOLE, LOLP, ENS...) 12
Závěry Využití sofistikovaných matematických a modelovacích metod optimalizace modely nejistoty v energetice, Monte Carlo simulace metody statistického vyhodnocení Výpočetně náročné modelovací nástroje software, výpočetní kapacita certifikované (ENTSO-e) nástroje pro účely Generation Adequacy ANTARES, GRARE, POWRSYM, PLEXOS MAGMA software pro modelování celoevropské soustavy vývoj v rámci Centra Aplikované Kybernetiky, CIIRC Náročnost na kvalitu a relevanci vstupních dat věrohodná vstupní data (zdroje, spotřeba, DECE,...) kvalita scénářů budoucího vývoje kvalitní modely nejistoty Nutná masivní datová podpora sběr dat úložiště management dat (scénáře, varianty,...) prezentace a vizualizace 13