Aufrufe
vor 5 Jahren

Jahresbericht 2007 - FGE - RWTH Aachen University

Jahresbericht 2007 - FGE - RWTH Aachen University

DISSERTATIONEN

DISSERTATIONEN Untertägliche Optimierung des Kraftwerksbetriebs an Märkten für Fahrplanenergie und Reserve Intraday Optimisation of Power Plant Operation at Wholesale and Reserve Markets Dr.-Ing. Gerd Hinüber gerd.hinueber@iaew.rwth-aachen.de Durch die jüngsten Strukturveränderungen in der Energiewirtschaft, z. B. die im September 2006 durch die EEX eingeführte Intradayhandelsplattform oder die vereinheitlichten Ausschreibungsbedingungen für Minutenreserve, bieten sich Kraftwerksbetreibern im untertäglichen Zeitbereich neue Möglichkeiten zur Verbesserung des betriebswirtschaftlichen Ergebnisses des Unternehmens. In der diesem Bericht zu Grunde liegenden Dissertation wurde daher ein neues Rechenverfahren entwickelt, mit dem der untertägliche Kraftwerksbetrieb unter Berücksichtigung der durch die Strukturveränderungen entstandenen neuen Absatzalternativen mit ihren jeweiligen Planungsunsicherheiten optimiert werden kann. With the liberalisation of the energy markets, which led to increasing competition, electrical power exchanges have emerged in Europe. Besides the already established spot and futures markets, there are additional intraday markets in some European countries. These markets offer the opportunity to trade electrical energy shortly before the physical fulfilment and hence, after the closing of the day-ahead market, i.e. spot market. Following the guidelines of the second „Gesetz zur Neuregelung des Energiewirtschaftsrechtes“ and the associated „Verordnung über den Zugang zu Elektrizitätsversorgungsnetzen“, i.e. German laws, an electronic platform for intrayday trading has been launched from the European Energy Exchange (EEX) in Leipzig in September 2006. In a midterm time horizon this trading platform will offer the trading of quarter-hour deliveries up to 45 minutes before the commencement of delivery. Power generation companies therefore have a new marketing alternative besides the established energy markets. The markets for reserve, where the total required amount of reserve is put out to tender by the transmission system operators (TSO), are another marketing alternative of power plant operators. Particularly, with regard to the ongoing installation of wind turbines the demand of reserve power and reserve energy will increase in the future. After announcing the produced energy to the TSO, a power plant operator has the task to deliver this amount of energy. Furthermore, the concluded trades at the reserve markets have to be fulfilled which includes the provision of the traded reserve power and the delivery of the reserve energy requested by the TSO. Especially the growing demand of reserve leads to a more complex planning task for power plant operators. Within this work a new optimisation method has been developed that determines the optimal intraday operation strategy with regard to the described planning task. The higher optimisation potential in operation planning caused by the integration of the new marketing alternatives with their specific planning uncertainties into this method affords power plant operators an opportunity to improve the profit on ordinary activities. The method is based on approved decomposition approaches which guarantee the compliance of systemcoupling constraints, i.e. the fulfilment of trades of electrical energy, the provision of reserve power and the delivery of reserve energy. The optimisation of the subproblems are performed by means of the most appropriate algorithms. Exemplary investigations have shown the necessity of using a higher modelling accuracy in operation planning than in day-ahead planning. Concluded trades of electrical energy and reserve based on day-ahead planning can possibly not be fulfilled in real operation due to the restricting ramp rates of thermal power plants as well as the discrete working points of the pumps of hydro power plants. In many cases the planned power plant operation has to be adjusted which leads to a more uneconomic operation and furthermore to a decreasing contribution margin. The participation in an intraday market eases the fulfilment of concluded trades day-ahead because the intraday market can be used to equalise structural weaknesses of the generation pool. Outages of thermal power plants have a high impact on the contribution margin due to the high costs of reserve contracts and the prices at the intraday market. In comparison with the influence of outages, the uncertain intraday market prices as well as the unknown amount of requested reserve energy have a much lower impact on the results. 30 IAEW – FGE – JAHRESBERICHT 2007

1 Aktuelle Entwicklungen Im Zuge der Liberalisierung der Strommärkte, die vor allem zu verstärktem Wettbewerb zwischen Stromerzeugungsunternehmen geführt hat, haben sich in Europa börsliche Handelsplätze auch für elektrische Energie gebildet. Neben den etablierten Spot- und Terminmärkten bestehen in einigen europäischen Ländern bereits Intradaymärkte, an denen nach Abschluss der Handelsgeschäfte am Spotmarkt, der üblicherweise am Vortag der Erfüllung stattfindet, kurzfristig im Stundenbereich elektrische Energie beschafft und abgesetzt werden kann. Den Vorgaben des zweiten Gesetzes zur Neuregelung des Energiewirtschaftsrechtes [1] und der damit verbundenen Verordnung über den Zugang zu Elektrizitätsversorgungsnetzen [2] folgend, wurde im September 2006 von der European Energy Exchange (EEX) in Leipzig eine elektronische Intradayhandelsplattform eingerichtet [3]. Durch diese Handelsplattform wird mittelfristig der Stromhandel von Viertelstundenlieferungen bis 45 Minuten vor Lieferbeginn ermöglicht. Hierdurch wird den Erzeugungsgesellschaften neben den bereits etablierten Strommärkten eine weitere Vermarktungsalternative geboten. Eine Absatzalternative bietet sich den Kraftwerksbetreibern auch an den Handelsplätzen für Reserve, an denen die Übertragungsnetzbetreiber ihren gesamten Reservebedarf öffentlich ausschreiben. Insbesondere durch den in Deutschland weiterhin starken Ausbau von Windenergieanlagen ist ein steigender Bedarf an Reserveleistung und damit verbunden eine steigende Anforderung von Reservearbeit durch die Übertragungsnetzbetreiber zu erwarten. Die Aufgaben eines Kraftwerksbetreibers im untertäglichen Zeitbereich sind die Lieferung der dem Übertragungsnetzbetreiber am Vortag gemeldeten Fahrplanenergie, die Vorhaltung der vermarkteten Reserveleistung sowie die Erbringung der im Bedarfsfall vom Übertragungsnetzbetreiber angeforderten Reservearbeit. Hierbei besteht der Freiheitsgrad, die Aufteilung der Fahrplanenergie kurzfristig und ohne Einschränkungen vorzunehmen, während die Aufteilung der angeforderten Reservearbeit und der vorzuhaltenden Reserveleistung hinsichtlich der einzelnen Reservequalitäten unterschieden werden müssen [4]. Dies stellt insbesondere bei wachsendem Reservebedarf eine zunehmend komplexere Planungsaufgabe dar. Ziel der Arbeit ist daher die Entwicklung eines neuen Rechenverfahrens, mit dem der untertägliche Kraftwerksbetrieb zur Erfüllung dieser Planungsaufgabe optimiert werden kann. Dabei werden die durch die DISSERTATIONEN Strukturveränderungen entstandenen neuen Absatzalternativen mit ihren jeweiligen Planungsunsicherheiten berücksichtigt, um vorhandenes Optimierungspotenzial zu nutzen und die damit verbundenen Risiken zu bewerten. 2 Analyse und Modellbildung 2.1 Abgrenzung des Betrachtungsbereiches Für die Optimierung des untertäglichen Kraftwerksbetriebs kann in der Regel ein Zeithorizont von einem Tag angesetzt werden. Dies bedeutet, dass Ergebnisgrößen einer mittelfristigen Planung, z. B. Handelsempfehlungen für den Terminmarkt, als exogene Eingangsgrößen für die untertägliche Planung vorgegeben werden müssen. Da Kraftwerksbetreiber die Fahrpläne dem jeweiligen ÜNB im Viertelstundenraster melden müssen und die Minutenreserve (MR) jeweils als Fahrplanlieferung zur vollen Viertelstunde eingesetzt wird sowie innerhalb von 15 Minuten vollständig aktivierbar sein muss, wird als Zeitraster die Viertelstunde gewählt. Das für die Optimierung resultierende System ist in Bild 1 skizziert. Ein Unternehmen kann einen Erzeugungspark bestehend aus thermischen und hydraulischen Kraftwerken besitzen. Dem Unternehmen stehen weiterhin Vermarktungsmöglichkeiten an Märkten für elektrische Energie und Reserve zur Verfügung, die in Abhängigkeit des Zeitpunktes der Optimierung berücksichtigt werden müssen [4]. Die bereits getätigten Geschäfte finden sich in der Komponente „abgeschlossene Geschäfte“ wieder. Ausfälle RA thermische Kraftwerke ∼∼∼ hydraulische Kraftwerke Spotmarkt Markt für MR Unsicherheiten ∼∼∼ abgeschl. Geschäfte Intradaymarkt Preise Preise RA Preise Bild 1: Systemabgrenzung RA: Reservearbeit IAEW – FGE – JAHRESBERICHT 2007 31

Trend-Report - (ISF) der RWTH Aachen - RWTH Aachen University
Neuroästhetik - AKWG Aachen - RWTH Aachen University
2. Zirkular - LEK RWTH-Aachen - RWTH Aachen University
rührkessel - Aachener Verfahrenstechnik - RWTH Aachen University
aktuelle Ausgabe (PDF) - IMA,ZLW & IfU - RWTH Aachen University
Broschüre für Partner - CAMMP - RWTH Aachen University
Sonderdruck - Institut für Textiltechnik - RWTH Aachen
RWTH-Themen 2009/2 - Aachener Verfahrenstechnik
Atmosphärische Neutrinos - Physikzentrum der RWTH Aachen
Wahlzeitung 2012 - Studierendenschaft der RWTH Aachen - RWTH ...
Pflegen zu Hause (pdf: 3378 kb) - RWTH Aachen University
Vortrag (.pdf) - Server der Fachgruppe Physik der RWTH Aachen
SP-Listen - Studierendenschaft der RWTH Aachen
Thorsten Wüster - Lehrstuhl für Brennstoffzellen der RWTH Aachen
Wahlzeitung 2011 - Studierendenschaft der RWTH Aachen