Celoevropská a regionální koordinace v oblasti přenosových sítí

Evropská energetika klade dlouhodobě velký důraz na vzájemnou koordinaci plánování rozvoje sítě, obchodu s elektřinou, zajištění bezpečnosti sítě i samotného provozu elektrizační soustavy napříč jednotlivými zeměmi. Jedním z důsledků této potřeby vzájemné spolupráce je vznik regionálních bezpečnostních koordinátorů (Regional Security Coordinators – RSC). Na úvod je vhodné vysvětlit jednotlivé pojmy použité v nadpisu článku:

• Celoevropská – povinnost koordinace mají všichni operátoři přenosových soustav (TSO – Transmission System Operator) v Evropě, tedy více než 40 subjektů. Co se týče počtu prvků elektrické sítě, jedná se o desetitisíce zařízení (linky, transformátory, uzly), u nichž je potřeba zajistit bezpečnost (tedy předcházení přetížení, výpadků a kaskádovitého řešení poruchy), koordinovat plánované odstávky či spočítat maximální kapacitu při zachování bezpečnosti. Některé z těchto výpočtů již jsou nebo budou prováděny na celoevropské úrovni.
• Regionální – každá evropská oblast má z pohledu přenosových sítí svá specifika – pro oblast střední Evropy je například důležité zohlednění tranzitních toků elektrické energie, pro oblast západní a severní Evropy zase započtení HVDC kabelů a energie z obnovitelných zdrojů.
• Koordinace – hlavní motivací je vzájemná koordinace plánování kapacit, odstávek, provozu a identifikace dopadů na okolní TSO, a to jak na celoevropské, tak na regionální úrovni. To vše s dostatečným předstihem, aby bylo možné případné hrozící problémy vyřešit.
• Přenosové sítě – jedná se o sítě pod správou přenosových operátorů v jednotlivých evropských zemích, tj. zejména 400kV a 220kV sítě vzájemně propojené přeshraničními linkami či HVDC kabely.

V současnosti existuje v Evropě pět regionálních bezpečnostních koordinátorů: TSCNET Services pokrývající oblast Holandska, Německa, Švýcarska a střední Evropy, dále pak Coreso koordinující oblast západní a jihozápadní Evropy, Nordic RSC pro Skandinávii, Baltic RSC pro baltské země a SCC pro oblast Balkánu. Připravuje se vznik dalšího RSC pro oblast jihovýchodní Evropy.

Motivace pro koordinaci

Povinnost vzájemné koordinace přenosových operátorů a jejich spolupráce s RSC je zakotvena přímo v legislativě Evropské unie, zejména v nařízení číslo 2017/1485 pro provoz elektroenergetických přenosových soustav (celé znění dostupné zde) a v nařízení 2015/1222 pro přidělování kapacity a řízení přetížení (dostupné pod tímto odkazem). Jako příklad uveďme formulaci z prvního z výše uvedených nařízení: Do tří měsíců po schválení metodiky koordinace analýz bezpečnosti provozu podle čl. 75 odst. 1 všichni provozovatelé přenosových soustav v každém regionu pro výpočet kapacity společně vypracují návrh společných ustanovení týkajících se regionální koordinace bezpečnosti provozu, která mají být uplatňována regionálními bezpečnostními koordinátory a provozovateli přenosových soustav z daného regionu pro výpočet kapacity.

Tato poměrně suchá, až právnická formulace nabývá praktického významu zejména v případech „bad days“ z minulosti. Během nich vedl nedostatek koordinace k zásadním problémům v evropské síti, jako je rozpad synchronní oblasti či úplný výpadek dodávky elektřiny (blackout). Vzhledem ke stále větší závislosti naší společnosti na elektrické energii by dopady takových problémů byly nyní obrovské, a proto je nutné jim v maximální míře předcházet.

Koordinované procesy

Výše uvedená nařízení Evropské unie definují povinnost koordinace pro následujících pět procesů, které jsou tedy i základní přidanou hodnotou regionálních bezpečnostních koordinátorů:

• Vytváření společného modelu sítě
• Koordinovaná analýza bezpečnosti provozu
• Výpočet kapacity
• Koordinované plánování odstávek
• Posouzení přiměřenosti

Mimo těchto pěti procesů je v nových nařízeních (tzv. Clean Energy Package) definováno dalších 11 služeb, které by regionální bezpečnostní koordinátoři měli poskytovat, mimo jiné koordinace výpočtu výkonových rezerv, identifikace krizových scénářů atd. Regionální bezpečnostní koordinátoři budou nově nazýváni Regionální koordinační centra (RCC) – i tento nový název vyjadřuje rozšíření potřeb nadnárodní koordinace, která se neomezuje pouze na analýzu bezpečnosti provozu.

V současnosti je tedy hlavní úlohou jednotlivých RSC implementace pěti základních procesů, po nichž budou následovat další procesy, jak je zmíněno výše. Některé procesy jsou již rozvinuty více a rutinně se využívají, jiné jsou teprve ve stadiu prototypů či vývoje. Je to program na několik let dopředu, který vyžaduje změny v procesech na straně přenosových operátorů, vytváření nových metodologií a v neposlední řadě i vývoj nových IT systémů pro energetiku.

Pojďme se podívat na jednotlivé RSC procesy podrobněji:

Vytváření společného modelu sítě

Proces vytváření společného modelu sítě je znázorněn na následujícím obrázku:

Jednotliví přenosoví operátoři dodávají individuální modely sítě, t.j. krátkodobé předpovědi výroby a spotřeby v jednotlivých uzlech sítě dané země. V rámci koordinovaného procesu na straně RSC probíhá příjem modelů a jejich validace. Dále je pak vytvořen společný celoevropský model sítě pomocí spojení přeshraničních linek. Tento společný model sítě má zásadní význam v tom, že zohledňuje nejen okolí daného přenosového operátora, ale i tranzitní a kruhové toky v rámci evropské sítě, tj. například tok energie z Německa do Itálie přes Českou republiku. Tento společný model je poté publikován pro potřeby přenosových operátorů a pro využití v návazných koordinačních procesech.

Koordinovaná analýza bezpečnosti provozu

Tento proces zkoumá hrozící přetížení ve společném modelu a analyzuje bezpečnost modelu ve smyslu kritéria N-1: výpadek jednoho elementu nesmí způsobit kaskádovité šíření poruchy v síti:

Koordinovaná analýza bezpečnosti provozu probíhá typicky na den dopředu a v rámci dne na několik hodin dopředu, tedy v časových horizontech, kdy už jsou známy modely sítě s dostatečnou přesností, ale je stále dostatek času na reálnou implementaci nápravných opatření. Proces probíhá nad společným modelem. Nejprve se spočte chod sítě, t.j. matematický výpočet proudů a výkonů tekoucích jednotlivými větvemi sítě. Poté probíhá N-1 analýza, tj. simulace výpadku jednoho (případně více) elementů a sledování chování sítě v nastalé situaci. Pokud tento stav vede k přetížení nebo kaskádovitému šíření poruchy, jsou nutná nápravná opatření, tedy simulace změny parametrů či konfigurace sítě za účelem odstranění problému. Proces může mít několik cyklů, než je dosaženo stavu (předpovědi) bez hrozících předpovědí a výpadků. Odpovědností přenosových operátorů je pak identifikovaná nápravná opatření implementovat v praxi při řízení soustavy.

Podle nových metodologií by měl systém navrhnout nápravná opatření automaticky (na základě dat dodaných přenosovými operátory), jednotliví přenosoví operátoři poté „jen“ rozhodují o použití navržených akcí. Při tomto procesu je důležitá také spolupráce mezi jednotlivými RSC při identifikaci potřebných nápravných opatření a analýze jejich dopadu.

Další procesy

Již jen krátce popišme další RSC procesy:

• Výpočet kapacity slouží k identifikaci bezpečné přeshraniční kapacity, která může být poté publikována na operátora trhu s elektřinou a nabídnuta pro obchodování. Tento proces opět probíhá nad společným modelem a jeho nedílnou součástí je opět analýza bezpečnosti sítě. V rámci procesu se simuluje zvyšování přeshraničního přenosu a sleduje se zatížení klíčových prvků sítě. Cílem procesu je poskytnout energetickému trhu maximální kapacitu pro obchodování, ovšem se zachováním bezpečnosti sítě ve smyslu popsaném v procesu výše.
• Koordinované plánování odstávek umožňuje identifikovat dopady plánované údržby sítě (a tedy odstávek prvků sítě) na bezpečnost provozu. Jednotliví přenosoví operátoři zasílají své plány odstávek, v rámci centrálního celoevropského procesu se z nich vytvoří spojené plány odstávek, které jsou pak posuzovány jednotlivými RSC na regionální úrovni. Klíčovým prvkem tohoto regionálního posouzení je opět analýza bezpečnosti provozu, tedy identifikace případů, kdy by jedna nebo více odstávek mohly způsobit přetížení či kaskádovité šíření výpadku. Součástí procesu je i optimalizace případných nápravných opatření.
• Úkolem procesu Posouzení přiměřenosti je zajistit, aby byl v dané oblasti dostatek výrobních zdrojů na pokrytí předpokládaného odběru elektřiny. Do procesu tedy vstupují předpovědi odběru a kapacity jednotlivých výrobních zdrojů, se zohledněním neurčitosti obnovitelných zdrojů. Výstupem je předpověď, zda je pro dané časové období v dané oblasti pokryta předpokládaná poptávka po elektřině dostupnými výrobními zdroji. Samotný proces má opět celoevropskou a regionální část.

Informační systémy pro RSC procesy z pohledu Unicorn Systems

Všechny výše uvedené procesy samozřejmě musí být na straně RSC pokryty odpovídajícími IT systémy, které splňují funkční požadavky a zajišťují dostatečnou dostupnost služby, výkonnost a bezpečnost přenášených dat.

Vývoj produktů pokrývajících nové RSC služby je jednou hlavních priorit společnosti Unicorn Systems v energetické doméně. V této oblasti se pohybujeme již více než 10 let a dodáváme robustní a spolehlivé systémy, které se v mnoha ohledech staly základem pro definici nových metodologií. Na základě našich zkušeností a znalosti nových nařízení a metodologií musí nové IT systémy pro RSC procesy splňovat následující vlastnosti:

• Modularita – systém musí být dekomponován na jednotlivé služby, které navzájem komunikují prostřednictvím API (Application Programming interface).
• Otevřenost – vzhledem ke komplexitě systémů bude pravděpodobně systém složen z komponent od více dodavatelů, což se týká zejména nástrojů pro síťové výpočty.
• Znovupoužitelnost – jednotlivé služby musí být použitelné pro více procesů.
• Škálovatelnost – systém musí být připraven na případné zvýšení objemu dat či rostoucí nároky na výpočetní kapacitu bez velkých dopadů do architektury systému.
• Centralizace – vzhledem k nutnosti integrace na centrální služby (například ohledně koordinace nápravných opatření) bude preferován centrální systém s možností vzdáleného přístupu.
• Kvalitní dokumentace – veškerá rozhraní a funkčnosti systému musí být detailně popsány.

Vzhledem k velkému počtu budoucích procesů není pravděpodobné, že by každý jeden z nich byl pokryt samostatným IT systémem. Mnohem pravděpodobnější je varianta, že procesy budou „poskládány“ ze sdílených a znovupoužitelných služeb. Vyplývá to již z popisu procesů uvedených výše, kdy je například analýza bezpečnosti sítě součástí mnoha dalších procesů.

Následující obrázek ilustruje tento koncept sdílených služeb mezi jednotlivými RSC procesy:

O autorovi

Pavel Kočica pracuje ve společnosti Unicorn Systems na pozici Senior Consultant pro oblast energetiky. Zaměřuje se zejména na produkty pro regionální koordinační centra, síťové výpočty a formáty modelů sítě.