Flow-based market coupling na evropských trzích

Propojování jednotlivých evropských trhů s energiemi neboli market coupling je stále aktuální téma, jehož význam narůstá spolu s tím, jak narůstá i požadavek na efektivní řízení přenosové soustavy spojující evropské státy. Propojování trhů započalo v podstatě již s proběhlou liberalizací energetiky, kdy obchodníci začali aktivně využívat přeshraniční kapacity za účelem nakoupit či prodat svůj výkon do zahraniční země.

ATC vs. Flow based market coupling

Od počátku liberalizace uplynula dlouhá doba a dnes již operátoři přenosových soustav operují s komplexními algoritmy, které vypočítávají dostupnou přenosovou kapacitu mezi dvěma sousedními trhy. Ve většině zemí funguje přeshraniční výpočet kapacity na denním trhu (day ahead) na základě tzv. „ATC market couplingu“. Tento způsob market couplingu funguje i mezi zeměmi tzv. 4M market couplingu, kterého se účastní Česko, Slovensko, Maďarsko a Rumunsko.

Na obrázku výše jsou zobrazeny jednotlivé regiony, mezi kterými probíhá market coupling. Cílový model by do budoucna měl být jeden společný algoritmus pro všechny participující.

Zatím nejpokrokovější region je region CWE (Central Western Europe) do kterého se řadí Belgie, Francie, Německo, Lucembursko a Nizozemí. V tomto regionu byl 20. května 2015 spuštěn právě flow based market coupling, který by měl do budoucna nahradit model ATC.

CWE region nyní slouží jako vzor pro ostatní regiony, jako je třeba region CEE (Central Eastern Europe), do kterého patří i Česká Republika.

ATC model

ATC market coupling probíhá na základě implicitní aukce, kde jsou všechna vstupní data z denního trhu (bidy obchodníků a přenosová kapacita) vyhodnocována současně.  V ATC modelu se vyhodnocují nabídky a poptávky z jednotlivých trhů, to se děje do té doby, dokud je mezi zeměmi dostatečná přenosová kapacita. Pokud je mezi zeměmi dostatečná přenosová kapacita, pak se utvoří jednotná cena. Pokud se při sesouhlasování nabídky a poptávky narazí na přenosové omezení, vznikne mezi zeměmi cenový rozdíl.

Na obrázku výše je situace, kdy kapacita vedení je dostatečná mezi trhem B a A, trh B exportuje levnější elektřinu do trhu A a na obou trzích se vytvoří jednotná cena.

Na druhém obrázku je situace, kdy kapacita mezi trhy není dostatečná, cena se přiblíží, ale vzniká cenový rozdíl.

ATC, neboli „Availible transmission capacity“ model, je pokrokem od základního modelu, kdy mezi zeměmi probíhají tzv. explicitní aukce kapacit. Při explicitní aukci se obchoduje zvlášť přenosová kapacita a zvlášt elektřina jako komodita. Tento způsob market couplingu je zatím nejběžnější, do budoucna by měl být ale nahrazen efektivnějším flow based market couplingem.

Flow based model

Flow based (FB) model funguje v podstatě na podobném principu jako model ATC, bere však v úvahu více parametrů a optimalizačních podmínek pro lepší reprezentaci skutečného stavu sítě.

Flow based model byl vybrán jako cílový model napříč státy EU. Oproti ATC modelu by měl tento algoritmus zajistit efektivnější využívání přenosových kapacit mezi jednotlivými státy. Flow based model zajišťuje oproti ATC modelu realističtější pohled na skutečné toky mezi sousedními trhy. Na rozdíl od ATC metody, která ve svém výpočtu zohledňuje pouze omezení na přenosové lince mezi sousedními trhy, FB metoda zavádí tzv. „critical branches“. Critial branches jsou přenosové linky, kabely, nebo zařízení, které mohou být výrazně ovlivněny přeshraničním tokem.

Zohledňování pouze přeshraniční linky mezi sousedními zeměmi, jak je tomu u ATC metody, není v souladu s fyzikální realitou. Elektřina se podle Kirchhofových zákonů rozlévá od výroby ke spotřebě podle impedancí příslušných vedení, přeshraniční tok tak může být ovlivněn některými poddimenzovanými místy v soustavě uvnitř státu. Mnohokrát se v této souvislosti zmiňuje například problém v německé soustavě, kde nastává problém přenesení elektřiny z větrných parků na severu země do průmyslového jihu.

Aplikace flow based metody

Flow based metoda, tak jak byla popsána, je vhodná víceméně pouze pro krátkodobé trhy s elektřinou (denní trh), neboť na forwardových trzích, kde se elektřina obchoduje na více let dopředu, je ještě značná míra nejistoty, v jakém bude soustava v dané době stavu.

Výpočet přeshraniční kapacity FB metodou se provádí z takzvaného základního případu (base case), ten zohledňuje pouze předpokládané toky v síti, čili nebere v úvahu přeshraniční výměny. Dále jsou do modelu zakomponovány všechny přeshraniční transakce, které byly alokovány v dřívějších aukcích a předpokládané toky vyplývající z aukcí na hranicích společného regionu.

Spolu s těmito informacemi se do výpočtu zahrnou ještě potřebné bezpečnostní rezervy (FRM – flow reliability margin), podle kterých se vypočítají maximální přípustné toky (Maximum Flow). Ve společné aukci potom musí každá transakce vyhovět hodnotám maximálních přípustných toků, pouze potom může být akceptována.

Na rozdíl od ATC metody nemusí být požadavky zadávány jako obchodní toky mezi dvěma sousedními oblastmi (je možné požadovat kapacitu například z Polska do Maďarska). Tyto obchodní toky jsou pak pomocí PTDF matice (Power Transfer Distribution Factor) přepočítány na toky fyzické. PTDF matice pro každou kombinaci obchodních výměn vyměřuje procentuální podíl transakce na jednotlivé prvky sítě. Tyto fyzické toky jsou potom porovnávány vůči MF hodnotám.

Dalším důležitým prvkem FB metody jsou tzv. GSK hodnoty (Generation Shift Keys), ty určují procentuální změnu výroby na daném prvku sítě pro případ zvýšení salda dané oblasti.

Implementace Flow based metody

Jak bylo uvedeno výše, zatím jediní úspěšní průkopníci, kterým se povedlo zkoordinovat a zavést tento algoritmus do praxe, jsou státy regionu CWE (Německo, Francie, Benelux). Tato metoda je v praxi rok a již od začátku zavedení se prokazují její ekonomické výhody. Průkazně se například pomocí FB metody daří spárovat více transakcí, než tomu bylo dříve. Zvýšila se tedy výrazně vzájemná konvergence sousedních trhů.

Pro běžného účastníka trhu se toho přitom implementací této metody mnoho nemění. Účastníci nadále podávají do implicitní aukce nabídky na úrovni mezních nákladů výroby a spotřeby. Tento fakt pomohl implementaci flow based metody, která běžela v testovacím režimu paralelně s ATC metodou již od roku 2010, čili byl dostatečný čas pro celkové odladění této metody.

[1] Trh s elektřinou: úvod do liberalizované energetiky. Vydání druhé, aktualizované. Praha: Asociace energetických manažerů, 2016. ISBN 978-80-260-9212-4.