ΟΛΟΚΛΗΡΩΣΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΩΝ ΑΓΟΡΩΝ

Transcript

1 ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ & ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ ΤΟΜΕΑΣ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΟΛΟΚΛΗΡΩΣΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΩΝ ΑΓΟΡΩΝ Διδακτορική Διατριβή του Δημητρίου Ι. Χατζηγιάννη Επιβλέπων Καθηγητής: Αναστάσιος Γ. Μπακιρτζής Θεσσαλονίκη, Ιούνιος 2014

2 Δημήτριος Χατζηγιάννης - Διδακτορική Διατριβή

3 Δημήτριος Χατζηγιάννης - Διδακτορική Διατριβή iii Αφιερώνεται με αγάπη στην οικογένειά μου

4 iv Δημήτριος Χατζηγιάννης - Διδακτορική Διατριβή ΕΥΧΑΡΙΣΤΙΕΣ Ολοκληρώνοντας την παρούσα διδακτορική διατριβή, θα ήθελα να ευχαριστήσω θερμά όλους όσους στάθηκαν δίπλα μου σε αυτήν την επίπονη αλλά ιδιαίτερα όμορφη διαδρομή. Αρχικώς θα ήθελα να ευχαριστήσω τον επιβλέποντά μου, Καθηγητή Αναστάσιο Μπακιρτζή, για τη συνεχή και αμέριστη συμπαράστασή του κατά τη διάρκεια εκπόνησης της διδακτορικής διατριβής. Ήταν μεγάλη τιμή να συνεργαστώ με έναν άνθρωπο με βαθύ επιστημονικό υπόβαθρο, ο οποίος ήταν πάντα πρόθυμος να συζητήσει μαζί μου τις όποιες επιστημονικές αναζητήσεις και προβληματισμούς μου. Κυρίως όμως τον ευχαριστώ από καρδιάς για την εμπιστοσύνη που έδειξε στο πρόσωπό μου όλα αυτά τα χρόνια, αλλά και για την ηθική και υλικοτεχνική στήριξη που μου παρείχε, χωρίς την οποία δε θα είχαν προκύψει τα αποτελέσματα της παρούσας διατριβής. Θερμές ευχαριστίες αρμόζουν και στα άλλα δύο μέλη της τριμελούς συμβουλευτικής επιτροπής, τον Καθηγητή Δημήτριο Λαμπρίδη και τον Λέκτορα Παντελή Μπίσκα, για την αμέριστη συμπαράσταση και τις εύστοχες υποδείξεις τους. Ιδιαιτέρως θα ήθελα να ευχαριστήσω τον κ. Μπίσκα, του οποίου η επιστημονική βοήθεια και η ηθική τόνωση καθ' όλη τη διάρκεια της διδακτορικής διατριβής ήταν ανεκτίμητες. Επίσης, θα ήθελα να ευχαριστήσω τους Αναπληρωτές Καθηγητές Γρηγόρη Παπαγιάννη και Παντελή Μικρόπουλο, καθώς επίσης και τον Λέκτορα Μηνά Αλεξιάδη για την άψογη συνεργασία τους και την ηθική τους συμπαράσταση όλα αυτά τα χρόνια. Τις θερμές ευχαριστίες μου θα ήθελα να εκφράσω προς το Ίδρυμα Κρατικών Υποτροφιών, του οποίου υπήρξα υπότροφος, για την πολύχρονη οικονομική υποστήριξη που παρείχε. Θερμές ευχαριστίες αρμόζουν επίσης προς όλα τα μέλη του Τομέα Ηλεκτρικής Ενέργειας του ΤΗΜΜΥ και κυρίως προς τα μέλη του Εργαστηρίου Συστημάτων Ηλεκτρικής Ενέργειας. Ευχαριστώ ιδιαιτέρως τον Δρ. Χρήστο Σίμογλου, με τον οποίο μοιραστήκαμε το ίδιο γραφείο στο μεγαλύτερο τμήμα εκπόνησης των διδακτορικών διατριβών μας. Η ηθική υποστήριξη που παρείχε και η ατελείωτη υπομονή που έδειξε, ιδιαίτερα τους τελευταίους μήνες της παρούσας διατριβής, ήταν ανεκτίμητες. Ευχαριστώ επίσης τον Δρ. Κώστα Μπασλή, για τη συμπαράστασή του και τη δημιουργία ιδιαίτερα ευχάριστου κλίματος στο ξεκίνημα αυτής της προσπάθειας, καθώς επίσης και για το γεγονός ότι ανέχτηκε σε μεγάλο βαθμό τις φιλοσοφικές και επιστημονικές μου αναζητήσεις όλα αυτά τα χρόνια. Ιδιαίτερες ευχαριστίες αρμόζουν επίσης και προς τους διδάκτορες του εργαστηρίου ΣΗΕ Δρ. Απόστολο Μηλιούδη, Δρ. Παναγιώτη Παπαδόπουλο, Δρ. Χρήστο Καλουδά και Δρ. Θεόφιλο

5 Δημήτριος Χατζηγιάννης - Διδακτορική Διατριβή v Παπαδόπουλο για το αστείρευτο χιούμορ τους και τις κοινές μας εμπειρίες εντός και εκτός του χώρου του πανεπιστημίου. Φυσικά, ο ακαδημαϊκός κύκλος των ευχαριστιών δε θα μπορούσε να κλείσει χωρίς να απευθύνω ένα μεγάλο ευχαριστώ στους υποψήφιους διδάκτορες και πρωτίστως φίλους Δημήτρη Δούκα, Μανώλη Μπακιρτζή, Στέλιο Βαγρόπουλο, Βαγγέλη Καρδάκο, Ανδρέα Ντόμαρη, Ηλία Μαρνέρη, Γρηγόρη Δουρμπόη, Νίκο Κανελλάκη, Νίκο Πατεράκη, Θανάση Μεσεμανώλη, Καλλισθένη Σγούρα και Ανδρέα Χρυσοχό, διότι με την ευχάριστη διάθεσή τους και την παρέα τους κατόρθωσαν να κάνουν την περίοδο αυτή μία από τις ομορφότερες της ζωής μου. Επίσης, ευχαριστώ θερμά όλους τους φίλους και τις φίλες μου που στάθηκαν δίπλα μου όλα αυτά τα χρόνια και με στήριξαν ιδιαίτερα στις δύσκολες στιγμές που παρουσιάζονται κατά τη διάρκεια ενός διδακτορικού. Τελευταίες, αλλά δικαιωματικά με τη μεγαλύτερη σημασία, είναι οι ευχαριστίες προς τους πιο κοντινούς μου ανθρώπους: τους γονείς μου Ιωάννη και Γιαννούλα και τον αδερφό μου Χρήστο. Στους ανθρώπους αυτούς αρμόζει ένα μεγάλο, βαθύ και θερμό ευχαριστώ, το οποίο δε θα είναι ποτέ αρκετό, καθώς η εκπόνηση και η ολοκλήρωση της διδακτορικής αυτής διατριβής δε θα ήταν δυνατή χωρίς την αγάπη και την ατελείωτη συμπαράσταση τους. Θεσσαλονίκη, Ιούνιος 2014

6 vi Δημήτριος Χατζηγιάννης - Διδακτορική Διατριβή ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ ΚΕΦΑΛΑΙΟ Μοντέλα Οργάνωσης των Αγορών Ηλεκτρικής Ενέργειας Εισαγωγή Κοινοπραξία Ισχύος Αγορά Διμερών Συμβολαίων και Χρηματιστήρια Ενέργειας Αγορά Διμερών Συμβολαίων Χρηματιστήρια Ενέργειας Σύγκριση Κοινοπραξίας Ισχύος και Χρηματιστηρίου Ενέργειας Ευρωπαϊκοί Μηχανισμοί Διαχείρισης των Διασυνδέσεων Εισαγωγή Άμεσες Δημοπρασίες Έμμεσες Δημοπρασίες Διαδικασία Διάσπασης της Αγοράς Διαδικασία Σύζευξης της Αγοράς Μοντέλα Υπολογισμού Μεταφορικής Ικανότητας στις Διασυνδέσεις Διμερής Υπολογισμός Μεταφορικής Ικανότητας Υπολογισμός της Μεταφορικής Ικανότητας "Βασιζόμενος στη Ροή" Ορόσημα Προς την Κατεύθυνση της Εσωτερικής Αγοράς Ηλεκτρικής Ενέργειας στην Ευρώπη - Ιστορική Αναδρομή ο Ενεργειακό Πακέτο (1996) ο Ενεργειακό Πακέτο (2003) Οδηγία 2003/54/ΕΚ Κανονισμός 1228/ Αποκεντρωμένη Σύζευξη Αγορών (2003) Μεσοπρόθεσμο Πλάνο για την Ενιαία Ευρωπαϊκή Αγορά Ηλεκτρικής Ενέργειας (2004) η Συνεδρίαση του Φόρουμ της Φλωρεντίας (2004) Περιφερειακές Πρωτοβουλίες (2006) Πρόταση ERGEG (2005) Απόφαση της Ευρωπαϊκής Επιτροπής (2006) ο Ενεργειακό Πακέτο (2009) Οδηγία 2009/72/ΕΚ Κανονισμός 713/ Κανονισμός 714/

7 Δημήτριος Χατζηγιάννης - Διδακτορική Διατριβή vii Μοντέλο Στόχου (2009) Κατευθυντήριες Γραμμές και Κώδικας Δικτύου (2011 και 2012) Σύζευξη Τιμών των Περιφερειών (2012) Πρόσφατες Εξελίξεις (2012-σήμερα) Έργο Σύζευξης Αγορών CEE Έναρξη Σύζευξης NWE-SWE Βιβλιογραφική Επισκόπηση Διαχείριση των Συμφορήσεων Άμεση Δημοπράτηση των Φυσικών Δικαιωμάτων Μεταφοράς Έμμεση Δημοπράτηση των Φυσικών Δικαιωμάτων Μεταφοράς Συγκριτικές Μελέτες των Μεθόδων Δημοπράτησης ΦΔΜ Ποσοτικές Μελέτες Επικεντρωμένες σε Συγκεκριμένες Ευρωπαϊκές Διασυνοριακές Γραμμές Μοντελοποίηση των Γραμμών Μεταφοράς Συνεχούς Ρεύματος Εκκαθάριση των Συνδυαστικών Ευρωπαϊκών Αγορών Ηλεκτρικής Ενέργειας Επισκόπηση της Διδακτορικής Διατριβής Σύζευξη ενός Χρηματιστηρίου Ενέργειας και μίας Κοινοπραξίας Ισχύος Εφαρμογή της Μεθόδου Διάσπασης της Αγοράς στο Ευρωπαϊκό Σύστημα Ηλεκτρικής Ενέργειας Αναλυτική Μοντελοποίηση των Χρηματιστηρίων Ενέργειας και Επίλυση του Προβλήματος Διάσπασης της Αγοράς Εύρεση Τιμών Εκκαθάρισης Σε Συνδυαστικές Αγορές Ηλεκτρικής Ενέργειας Ανακεφαλαίωση και Συμπεράσματα Παραρτήματα και Βιβλιογραφία Συμβολή Διδακτορικής Διατριβής ΚΕΦΑΛΑΙΟ Εισαγωγή Μοντελοποίηση των Εξεταζόμενων Αγορών Ηλεκτρικής Ενέργειας Μοντελοποίηση Κοινοπραξίας Ισχύος Μοντελοποίηση Χρηματιστηρίου Ενέργειας με Απλές Ωριαίες Προσφορές Παραγωγής και Κατανάλωσης Ηλεκτρικής Ενέργειας Διαδικασία Σύζευξης Ποσοτήτων Εισαγωγή Κατασκευή Καμπυλών Καθαρών Εξαγωγών Ισχύος Χρηματιστήρια Ενέργειας με Απλές Ωριαίες Προσφορές Κοινοπραξίες Ισχύος... 66

8 viii Δημήτριος Χατζηγιάννης - Διδακτορική Διατριβή Μεθοδολογία Σύζευξης Ποσοτήτων Κεντρικό Πρόβλημα Διάσπασης της Αγοράς Αποτελέσματα Σύστημα Εφαρμογής Αποτελέσματα Αποκεντρωμένης Μεθόδου Αποτελέσματα Επίλυσης Θέματα Τιμολόγησης Αποτελέσματα Κεντρικής Μεθόδου Διάσπασης των Αγορών Σύγκριση των Δύο Μεθόδων Συμπεράσματα ΚΕΦΑΛΑΙΟ Εισαγωγή Μαθηματική Μοντελοποίηση Μοντελοποίηση Κοινοπραξίας Ισχύος Μοντελοποίηση Χρηματιστηρίου Ενέργειας με Απλές Ωριαίες Προσφορές Μοντελοποίηση Περιορισμών Δικτύου Μεταφοράς Ενοποίηση Αγορών ΗΕ μέσω της Διαδικασίας Διάσπασης της Αγοράς - Συνολικό Πρόβλημα Βελτιστοποίησης Εφαρμογή & Αποτελέσματα Σύστημα Εφαρμογής Αποτελέσματα Προσομοιώσεων Υπολογιστικός Φόρτος Συμπεράσματα ΚΕΦΑΛΑΙΟ Εισαγωγή Μοντελοποίηση του Ευρωπαϊκού Κεντρικού Προβλήματος Διάσπασης της Αγοράς Μοντελοποίηση Κοινοπραξίας Ισχύος Μοντελοποίηση των Χρηματιστηρίου Ενέργειας με Δυνατότητα Υποβολής Σύνθετων Προσφορών Κεντρικό Ευρωπαϊκό Πρόβλημα Διάσπασης της Αγοράς Αλγόριθμοι Επίλυσης Παραδόξως Αποδεκτές/Απορριπτόμενες Προσφορές Υπάρχοντες Εμπορικοί Αλγόριθμοι Επίλυσης Προτεινόμενος Αλγόριθμος Αποτελέσματα Σύστημα Εφαρμογής

9 Δημήτριος Χατζηγιάννης - Διδακτορική Διατριβή ix Αποτελέσματα Προσομοιώσεων Αποτελέσματα Διατήρησης της Κατάστασης των Σύνθετων Προσφορών Υπολογιστικός Φόρτος και Θέματα Σύγκλισης του Αλγορίθμου - Απόδειξη της Έννοιας Επιπλέον Προβληματισμοί Προβληματισμοί Συγκρίσιμες Τιμές σε Όλες τις Αγορές Κανόνες Αγοράς σε Ζωνικές Αγορές Ηλεκτρικής Ενέργειας Οικονομικές Επιπτώσεις της Ολοκλήρωσης των Ευρωπαϊκών Αγορών Ηλεκτρικής Ενέργειας Συμπεράσματα ΚΕΦΑΛΑΙΟ Εισαγωγή Διαμόρφωση του Προβλήματος Εύρεσης Τιμών Εκκαθάρισης σε Συνδυαστικές Αγορές Ηλεκτρικής Ενέργειας Μοντελοποίηση του Προβλήματος Διάσπασης των Αγορών ΗΕ Μαθηματικό Υπόβαθρο Συνθήκες Συμπληρωματικότητας Χαλάρωση Συνθηκών Συμπληρωματικότητας Δυικό Πρόβλημα Τελικό Πρόβλημα Βελτιστοποίησης - Υπολογισμός Σημείου Ισορροπίας της Αγοράς Αποτελέσματα Σύστημα Εφαρμογής Αποτελέσματα Προσομοιώσεων Αρχικά Αποτελέσματα Υπολογιστικός Φόρτος Συμπεράσματα ΚΕΦΑΛΑΙΟ Ανασκόπηση - Συμπεράσματα - Συμβολή Κατευθύνσεις για περαιτέρω έρευνα ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ Α ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ Β B.1. Μοντελοποίηση Ροής Φορτίου Εναλλασσομένου Ρεύματος B.2. Μοντελοποίηση Ροής Φορτίου Συνεχόμενου Ρεύματος B.3. Υπολογισμός των Συντελεστών Κατανομής Μεταφοράς Ισχύος ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ Γ

10 x Δημήτριος Χατζηγιάννης - Διδακτορική Διατριβή ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ

11 Δημήτριος Χατζηγιάννης - Διδακτορική Διατριβή xi ΛΙΣΤΑ ΣΧΗΜΑΤΩΝ Σχήμα 1-1 Μοντέλα οργάνωσης των Ευρωπαϊκών αγορών ηλεκτρικής ενέργειας... 3 Σχήμα 1-2 Γεωγραφική δομή Περιφερειακών Πρωτοβουλιών Σχήμα 1-3 Πρωτοβουλίες ολοκλήρωσης αγορών μέσω έμμεσων δημοπρασιών Σχήμα 1-4 Συμβαλλόμενες με το έργο Σύζευξης Τιμών των Περιφερειών Ευρωπαϊκές αγορές ηλεκτρικής ενέργειας Σχήμα 2-1 Κατασκευή ΚΚΕ ενός ΧΕ με απλές (μη-σύνθετες) προσφορές Σχήμα 2-2 Διάγραμμα ροής για την κατασκευή των ΚΚΕ σε μία ΚΙ Σχήμα 2-3 Σύγκριση των ελληνικών ΚΚΕ την ώρα Σχήμα 2-4 Αλγόριθμος Σύζευξης Ποσοτήτων Σχήμα 2-5 Αποκλίσεις τιμών στο Βήμα 3 και Βήμα 4 της αποκεντρωμένης διαδικασίας Σχήμα 2-6 Επίλυση της πρώτης υλοποίησης Σύζευξης Αγορών την ώρα Σχήμα 2-7 Συγκεντρωτική ελληνική ΚΚΕ και επίλυση την ώρα Σχήμα 2-8 Τιμές Εκκαθάρισης πριν τη διαδικασία Σύζευξης Αγορών Σχήμα 2-9 Τιμές Εκκαθάρισης μετά την αποκεντρωμένη διαδικασία Σύζευξης Αγορών Σχήμα 2-10 Τιμές Εκκαθάρισης μετά την κεντρική διαδικασία Σύζευξης Αγορών Σχήμα 3-1 Τιμές Εκκαθάρισης 10 τυχαία επιλεγμένων περιοχών προσφορών Σχήμα 3-2 Τιμές Εκκαθάρισης και σκιώδης τιμές των κορεσμένων διασυνδέσεων την ώρα Σχήμα 3-3 Τιμές Εκκαθάρισης, σκιώδεις τιμές και ροή ισχύος στη διασύνδεση ΕΡ μεταξύ AT και SI (πυκνά διασυνδεδεμένο δίκτυο ΕΡ) Σχήμα 3-4 Τιμές Εκκαθάρισης, σκιώδεις τιμές και ροή ισχύος στη διασύνδεση ΕΡ μεταξύ IT4 και IT5 (ακτινικά διασυνδεδεμένο δίκτυο ΕΡ) Σχήμα 3-5 Τιμές Εκκαθάρισης, σκιώδεις τιμές και ροή ισχύος στη διασύνδεση ΣΡ μεταξύ DK1 και SE Σχήμα 3-6 Επίδραση των διασυνδετικών γραμμών ΣΡ στις Τιμές Εκκαθάρισης Σχήμα 3-7 Αντίθετες ροές ισχύος στην σύγχρονη περιοχή του Nordpool την ώρα Σχήμα 3-8 Χρόνος εκτέλεσης για διαφορετικά κριτήρια σύγκλισης του αλγορίθμου Σχήμα 4-1 Γονική σχέση σε μορφή "πύργου" Σχήμα 4-2 Παράλληλη γονική σχέση σε κάθε επίπεδο ιεραρχίας Σχήμα 4-3 Τιμές Εκκαθάρισης επιλεγμένων περιοχών προσφορών Σχήμα 4-4 Τιμές Εκκαθάρισης και σκιώδης τιμές των κορεσμένων διασυνδέσεων την ώρα Σχήμα 4-5 Μέσος χρόνος εκτέλεσης για διαφορετικά κριτήρια σύγκλισης του αλγορίθμου Σχήμα 4-6 Μέσος χρόνος εκτέλεσης σαν συνάρτηση του συνολικού αριθμού μπλοκ προσφορών (Περίπτωση Α), για κριτήριο σύγκλισης ίσο με 10-x

12 xii Δημήτριος Χατζηγιάννης - Διδακτορική Διατριβή Σχήμα 4-7 Μέσος χρόνος εκτέλεσης σαν συνάρτηση του συνολικού αριθμού ευέλικτων προσφορών (Περίπτωση B), για κριτήριο σύγκλισης ίσο με 10-x Σχήμα 4-8 Μέσος χρόνος εκτέλεσης σαν συνάρτηση του συνολικού αριθμού συνδεδεμένων μπλοκ προσφορών - Γονική σχέση σε μορφή πύργου (Περίπτωση Γ), για κριτήριο σύγκλισης ίσο με 10-x Σχήμα 4-9 Μέσος χρόνος εκτέλεσης σαν συνάρτηση του συνολικού αριθμού συνδεδεμένων μπλοκ προσφορών - Παράλληλη γονική σχέση (Περίπτωση Δ), για κριτήριο σύγκλισης ίσο με 10-x Σχήμα 4-10 Μέσος χρόνος εκτέλεσης σαν συνάρτηση του συνολικού αριθμού όλων των σύνθετων προσφορών (Περίπτωση Ε), για κριτήριο σύγκλισης ίσο με 10-x Σχήμα 4-11 Αριθμός απαιτούμενων επαναλήψεων σαν συνάρτηση του συνολικού αριθμού όλων των σύνθετων προσφορών (Περίπτωση E), για κριτήριο σύγκλισης ίσο με 10-x Σχήμα 5-1 Εξεταζόμενο σύστημα 10 Ευρωπαϊκών περιοχών προσφορών Σχήμα 5-2 Τιμές Εκκαθάρισης των 10 περιοχών προσφορών μέσω της απλής επίλυσης της αγοράς Σχήμα 5-3 Τιμές Εκκαθάρισης των 10 περιοχών προσφορών μέσω του Αρχικού-Δυικού Αλγορίθμου Σχήμα 5-4 Τιμή Εκκαθάρισης και όφελος των οριακών προσφορών μέσω της μεθόδου οριακής τιμολόγησης Σχήμα 5-5 Τιμή Εκκαθάρισης και όφελος των οριακών προσφορών μέσω του Αρχικού- Δυικού αλγορίθμου Σχήμα 5-6 Τιμές Εκκαθάρισης, σκιώδεις τιμές και ροή ισχύος στη διασύνδεση ΕΡ μεταξύ DE και DK (ακτινικά διασυνδεδεμένο δίκτυο ΕΡ) Σχήμα 5-7 Τιμές Εκκαθάρισης, σκιώδεις τιμές και ροή ισχύος στη διασύνδεση ΕΡ μεταξύ CH και FR (πυκνά διασυνδεδεμένο δίκτυο ΕΡ) Σχήμα 5-8 Αντίθετες ροές ισχύος στο σύστημα εφαρμογής και κορεσμένες διασυνδετικές γραμμές την ώρα t= Σχήμα Α-1 Καταστάσεις λειτουργίας μονάδας παραγωγής HE Σχήμα Β-1 Μοντέλο γραμμής μεταφοράς

13 Δημήτριος Χατζηγιάννης - Διδακτορική Διατριβή xiii ΛΙΣΤΑ ΠΙΝΑΚΩΝ Πίνακας 1-1 Σύγκριση μοντέλων κεντρικής οργάνωσης της προ-ημερήσιας αγοράς ηλεκτρικής ενέργειας... 9 Πίνακας 1-2 Περίληψη των Διαδικασιών Σύζευξης Τιμών και Ποσοτήτων Πίνακας 1-3 Πρωτοβουλίες Ολοκλήρωσης Αγορών Μέσω Έμμεσων Δημοπρασιών και Μέθοδοι Σύζευξης Πίνακας 2-1 Δεδομένα Προσφορών Ελληνικής Αγοράς Πίνακας 2-2 Τιμές Εκκαθάρισης Αποκεντρωμένη Επίλυση Πίνακας 2-3 Κοινωνικό Πλεόνασμα Στις Μελετώμενες Περιπτώσεις Πίνακας 3-1 Διαθέσιμη Μεταφορική Ικανότητα των Διασυνδετικών Γραμμών ΕΡ Πίνακας 3-2 Διαθέσιμη Μεταφορική Ικανότητα των Διασυνδετικών Γραμμών ΣΡ Πίνακας 4-1 Διαθέσιμη Μεταφορική Ικανότητα των Διασυνδετικών Γραμμών ΣΡ Πίνακας 4-2 Διαθέσιμη Μεταφορική Ικανότητα των Διασυνδετικών Γραμμών ΕΡ Πίνακας 4-3 Αποτελέσματα των Σύνθετων Προσφορών Πίνακας 4-4 Συνολικός Απαιτούμενος Αριθμός Επαναλήψεων για τις Περιπτώσεις Α/Β/Γ/Δ Πίνακας 5-1 Διαθέσιμη Μεταφορική Ικανότητα των Διασυνδετικών Γραμμών ΕΡ Πίνακας 5-2 Αποτελέσματα Επίλυσης Μέσω Οριακής Τιμολόγησης Πίνακας 5-3 Παραδόξως Αποδεκτές Σύνθετες Προσφορές Πίνακας 5-4 Συνολικό Όφελος Γονέα και Παιδιού Πίνακας 5-5 Αποτελέσματα Επίλυσης Μέσω Αρχικού-Δυικού Αλγορίθμου Πίνακας 5-6 Επί Τις Χιλίοις Αλλαγή Των Τιμών Εκκαθάρισης Σε Σχέση με την Περίπτωση Της Οριακής Τιμολόγησης Πίνακας 5-7 Αποτελέσματα Επίλυσης Μέσω Αρχικού-Δυικού Αλγορίθμου Πίνακας 5-8 Μέγεθος Προβλήματος Βελτιστοποίησης και Χρόνος Εκτέλεσης

14 xiv Δημήτριος Χατζηγιάννης - Διδακτορική Διατριβή

15 Κεφάλαιο 1 ΕΙΣΑΓΩΓΗ 1.1. Μοντέλα Οργάνωσης των Αγορών Ηλεκτρικής Ενέργειας Εισαγωγή Αν και η εποχή του ηλεκτρισμού ξεκίνησε στα τέλη του 19ου αιώνα με πολλές ανεξάρτητες ιδιωτικές εταιρίες ηλεκτρισμού που εξυπηρετούσαν μικρά τοπικά δίκτυα, η ανάγκη των κοινωνιών για μεγαλύτερη και ποιοτικότερη πρόσβαση στην ηλεκτρική ενέργεια γρήγορα οδήγησε στην εξαγορά και απορρόφησή τους από μεγάλες καθετοποιημένες επιχειρήσεις, οι οποίες ήλεγχαν πλέον μονοπωλιακά όλες τις λειτουργίες του συστήματος σε κάθε περιφέρεια ή χώρα. Μέσω του κεντρικού ελέγχου και σχεδιασμού έγιναν δυνατές πολύ μεγάλες επενδύσεις στην κατασκευή νέων μονάδων παραγωγής και δικτύων μεταφοράς και διανομής και πολύ γρήγορα εξασφαλίστηκε η αδιάλειπτη πρόσβαση στην ηλεκτρική ενέργεια, ακόμα και σε περιοχές δύσβατες και απομακρυσμένες. Παράλληλα, δόθηκε σημαντική ώθηση στην ανάπτυξη τεχνολογιών με εφαρμογή στα συστήματα ηλεκτρικής ενέργειας, που αργότερα χρησιμοποιήθηκαν σε άλλους τομείς της βιομηχανίας και της οικονομίας. Τα τελευταία χρόνια όμως, οι αλλαγές στις κοινωνικές και οικονομικές δομές που παρατηρήθηκαν σε παγκόσμια κλίμακα, οδήγησαν τα περισσότερα από τα παραδοσιακά μονοπώλια να περάσουν σιγά σιγά στη σφαίρα επιρροής των νόμων της ελεύθερης αγοράς. Τα κύρια επιχειρήματα εναντίον της μονοπωλιακής διαχείρισης υπήρξαν οικονομικής φύσης. Όπως αναλύει ο Stoft [1], ο διαχειριστής ενός κεντρικά/μονοπωλιακά διαχειριζόμενου Συστήματος Ηλεκτρικής Ενέργειας (ΣΗΕ) αδυνατεί να εξασφαλίσει την ταυτόχρονη υλοποίηση δύο βασικών στόχων για την οικονομική λειτουργία του συστήματος: την τιμολόγηση κοντά στο πραγματικό κόστος παραγωγής και την παροχή ισχυρών κινήτρων για την ελαχιστοποίηση του κόστους παραγωγής. Αντίθετα, μία ορθά οργανωμένη αγορά μπορεί

16 2 Κεφάλαιο 1- Εισαγωγή να πετύχει ταυτόχρονα και τους δύο αυτούς στόχους. Ο κρατικός έλεγχος στον τομέα του ηλεκτρισμού υπήρξε επίσης προβληματικός, καθώς πολύ συχνά η διαχείριση των επιχειρήσεων ηλεκτρισμού υπάκουε περισσότερο σε πολιτικές επιδιώξεις παρά σε οικονομικά και λειτουργικά κριτήρια. Η διαμόρφωση της πρώτης απελευθερωμένης αγοράς ηλεκτρικής ενέργειας παγκοσμίως έγινε το 1988 στη Χιλή, ενώ το παράδειγμα της ακολούθησαν και οι περισσότερες χώρες της Λατινικής Αμερικής. Η απελευθέρωση της αγοράς ηλεκτρικής ενέργειας στον ευρωπαϊκό χώρο πραγματοποιήθηκε για πρώτη φορά στην Αγγλία και στην Ουαλία το 1990, ενώ η απελευθέρωση της αγοράς της Νορβηγίας πυροδότησε σημαντικές εξελίξεις, καθώς οδήγησε στο σχηματισμό της πρώτης οργανωμένης διεθνούς αγοράς ηλεκτρικής ενέργειας (Nord Pool). Η συγκεκριμένη απελευθερωμένη αγορά ηλεκτρικής ξεκίνησε τη λειτουργία της το 1996, ενώνοντας τις περιφερειακές αγορές της Νορβηγίας και της Σουηδίας, ενώ αργότερα εισήλθαν σε αυτήν η Δανία και η Φινλανδία. Στο νέο αυτό ρυθμιστικό πλαίσιο, ο στόχος της οικονομικής και αξιόπιστης λειτουργίας του Συστήματος Ηλεκτρικής Ενέργειας εξυπηρετείται μέσα από μηχανισμούς βασιζόμενους στην αγορά. Σημαντικό ρόλο στην κατεύθυνση αυτή παίζουν πλέον οι συμμετέχοντες στην αγορά (παραγωγοί, εκπρόσωποι φορτίου και καταναλωτές), οι οποίοι στοχεύουν στη μεγιστοποίηση του κέρδους τους. Από την άλλη πλευρά, ο Λειτουργός της Αγοράς (ΛΑ ή Market Operator - ΜΟ), o Διαχειριστής του Συστήματος (ΔΣ ή System Operator - SO) και οι Ρυθμιστικές Αρχές Ενέργειας (ΡΑΕ ή Regulatory Authorities for Energy - RAE) αποτελούν ανεξάρτητες οντότητες [2], οι οποίες καλούνται να διασφαλίσουν όλες τις απαραίτητες προϋποθέσεις εύρυθμης λειτουργίας των αγορών, με στόχο τη μεγιστοποίηση της κοινωνικής ευημερίας. Υπό το καθεστώς της προαναφερθείσας απελευθέρωσης, αναπτύχθηκαν κατά τη διάρκεια των τελευταίων 25 ετών χονδρικές αγορές στις περισσότερες χώρες της Ευρώπης. Στις αγορές αυτές η ενέργεια και η απαραίτητη για το Σύστημα εφεδρεία διαπραγματεύονται μεταξύ των συμμετεχόντων σε διάφορα χρονικά επίπεδα, από μακροπρόθεσμο έως και τον πραγματικό χρόνο. Αναλόγως του ρυθμιστικού πλαισίου κάθε χώρας λοιπόν, οι βασικές κατηγορίες αγορών ηλεκτρικής ενέργειας που συναντώνται είναι οι εξής [1]: α) η Μέσο-μακροπρόθεσμη Προθεσμιακή Αγορά (Forward market), β) η Προ-ημερήσια Αγορά (Day-ahead market), γ) η Ενδο-ημερήσια Αγορά (Intraday market), δ) η Αγορά Επικουρικών Υπηρεσιών (Ancillary Services market) και ε) η Αγορά Εξισορρόπησης ή Πραγματικού Χρόνου (Balancing ή real-time market)

17 Κεφάλαιο 1- Εισαγωγή 3 Σχήμα 1-1 Μοντέλα οργάνωσης των Ευρωπαϊκών αγορών ηλεκτρικής ενέργειας * Το Σχήμα 1-1 παρουσιάζεται για πρώτη φορά στην αναφορά [3] Μία από τις βασικότερες εκ των ανωτέρω αγορών, η οποία αποτέλεσε και το αντικείμενο έρευνας της παρούσας διδακτορικής διατριβής, είναι η προ-ημερήσια αγορά ηλεκτρικής ενέργειας (day-ahead market). Η μέχρι σήμερα αποκτούμενη από τη λειτουργία των ανταγωνιστικών αγορών ηλεκτρικής ενέργειας (ΗΕ) εμπειρία καταδεικνύει την απουσία ενός ενιαίου, σε Ευρωπαϊκό επίπεδο, μοντέλου οργάνωσης της προ-ημερήσιας αγοράς. Παρ' όλα αυτά, αναλύοντας το σχεδιασμό των ευρωπαϊκών αγορών, διακρίνονται δύο γενικοί τύποι οργάνωσης, ως ακολούθως: α) η Κεντρικά Οργανωμένη Αγορά ή Κοινοπραξία Ισχύος (Power Pool) και β) η Αποκεντρωμένη Αγορά Διμερών Συμβολαίων, σε συνδυασμό με την Εθελοντική Λειτουργία ενός Χρηματιστηρίου Ενέργειας (Bilateral Contracts with Voluntary Power Exchange Model). Η πλειοψηφία των υπαρχουσών αγορών ΗΕ ανά την Ευρώπη μπορεί να ταξινομηθεί σε ένα από τα δύο ανωτέρω μοντέλα οργάνωσης (ή σε παραλλαγές αυτών), η γενική αρχιτεκτονική των οποίων παρουσιάζεται διαγραμματικά στο Σχήμα 1-1. Στις επόμενες παραγράφους παρουσιάζονται οι βασικές διαφορές που εμφανίζονται στη λειτουργία μεταξύ των οργανωμένων ως Κοινοπραξίες Ισχύος (ΚΙ) ή ως Χρηματιστηρίων Ενέργειας (ΧΕ) αγορών ΗΕ Κοινοπραξία Ισχύος Σε μία Κοινοπραξία Ισχύος (ΚΙ) [4], η ενέργεια αποτελεί προϊόν διαπραγμάτευσης σε βραχυχρόνια βάση, καθώς στην αγορά αυτή εκκαθαρίζεται συνήθως και το μεγαλύτερο μέρος του όγκου των ημερήσιων συναλλαγών ηλεκτρικής ενέργειας. Βασικό χαρακτηριστικό των ΚΙ αποτελεί το γεγονός ότι στις συγκεκριμένες αγορές πραγματοποιείται καθημερινώς συν-

18 4 Κεφάλαιο 1- Εισαγωγή βελτιστοποίηση της ενέργειας και των απαραίτητων για την εύρυθμη λειτουργία του Συστήματος Επικουρικών Υπηρεσιών. Κατά τη λειτουργία της προ-ημερήσιας αγοράς ηλεκτρικής ενέργειας μίας περιοχής η οποία είναι οργανωμένη ως ΚΙ, οι παραγωγοί ΗΕ καταθέτουν μία σύνθετη προσφορά για παροχή ενέργειας και εφεδρείας. Η προσφορά αυτή περιλαμβάνει το σύνολο των τεχνικό-οικονομικών δεδομένων των μονάδων παραγωγής τους και μπορεί να είναι βασισμένη είτε στο πραγματικό κόστος λειτουργίας των μονάδων είτε στην εκτίμηση του κάθε παραγωγού για το που θα κινηθούν οι Τιμές Εκκαθάρισης (ΤΕ) της επόμενης ημέρας, προκειμένου να αποκομίσει αυτός το μεγαλύτερο δυνατό όφελος από την αντίστοιχη συναλλαγή. Από τη μεριά τους, οι προμηθευτές φορτίου υποβάλλουν στο Λειτουργό της Αγοράς δηλώσεις φορτίου, αντίστοιχες δηλαδή προσφορές ποσότητας-τιμής για το φορτίο που εκπροσωπούν. Κατά την εκκαθάριση της αγοράς, ο Λειτουργός της Αγοράς επιλύει ένα σύνθετο πρόβλημα συβελτιστοποίησης ενέργειας και εφεδρείας, στοχεύοντας στη μεγιστοποίηση του κοινωνικού οφέλους και λαμβάνοντας υπ όψιν του το σύνολο των κατατεθειμένων προσφορών, των περιορισμών λειτουργίας των μονάδων παραγωγής αλλά και των τεχνικών και λειτουργικών περιορισμών του Συστήματος. Οι τελευταίοι περιορισμοί περιλαμβάνουν την απαίτηση του Συστήματος στους διάφορους τύπους εφεδρείας, τους περιορισμούς του δικτύου μεταφοράς και τους περιορισμούς του Συστήματος υπό συνθήκες ασφαλείας "Ν-1" (απώλεια οποιουδήποτε στοιχείου του Συστήματος - π.χ. γραμμή μεταφοράς, μονάδα παραγωγής) 1. Η επίλυση του συγκεκριμένου προβλήματος μαθηματικής βελτιστοποίησης δίνει ως αποτέλεσμα τις εκκαθαρισμένες ποσότητες έγχυσης και απορρόφησης ενέργειας καθώς επίσης και τις Τιμές Εκκαθάρισης της ΚΙ. Σε περίπτωση που οι περιορισμοί του δικτύου μεταφοράς δεν έχουν συμπεριληφθεί στο μαθηματικό μοντέλο, τότε προκύπτει μία Οριακή Τιμή Εκκαθάρισης (ΟΤΕ ή Marginal Clearing Price - MCP) για κάθε ώρα της περιόδου κατανομής, η οποία αποτελεί και την ενιαία τιμή στην οποία αποζημιώνονται οι παραγωγοί και χρεώνονται οι προμηθευτές φορτίου [3]. Αντιθέτως, εάν η εκκαθάριση της αγοράς υπόκειται στους περιορισμούς του δικτύου μεταφοράς, τότε προκύπτει μία ξεχωριστή Κομβική Οριακή Τιμή (ΚΟΤ ή Locational Marginal Price - LMP) για κάθε έναν από τους κόμβους του Συστήματος, η οποία αποτελείται από 3 όρους [6]: α) έναν όρο ενέργειας, β) έναν όρο ο οποίος εξαρτάται από τη συμφόρηση των γραμμών μεταφοράς και 1 Ανάλογα με το ρυθμιστικό πλαίσιο της κάθε χώρας, οι περιορισμοί του δικτύου μεταφοράς και του κριτηρίου ασφαλείας Ν-1 μπορεί και να παραλειφθούν.

19 Κεφάλαιο 1- Εισαγωγή 5 γ) έναν όρο ο οποίος εξαρτάται από τις απώλειες του Συστήματος Στην περίπτωση της Κομβικής Οριακής Τιμολόγησης, οι χρεοπιστώσεις πραγματοποιούνται για τον κάθε συμμετέχοντα στην αγορά ξεχωριστά, βάσει της Κομβικής Οριακής Τιμής που προκύπτει για τον κόμβο στον οποίο καταθέτει την προσφορά του. Τέλος, ένα βασικό χαρακτηριστικό των Κοινοπραξιών Ισχύος είναι η παροχή παράπλευρων πληρωμών ("make-whole" side payments) σε παραγωγούς ΗΕ, οι οποίοι έχουν κατανεμηθεί από τον Λειτουργό της Αγοράς προς όφελος του κοινωνικού συνόλου, αλλά η αποζημίωση που λαμβάνουν για τη συμμετοχή τους στην αγορά δεν επαρκεί, βάσει των προκυπτουσών Τιμών Εκκαθάρισης, για την κάλυψη του συνολικού κόστους λειτουργίας τους. Οι συγκεκριμένες πληρωμές κρίνονται απαραίτητες για την εύρυθμη λειτουργία της αγοράς ηλεκτρικής ενέργειας, προκειμένου να μην καταστεί αυτή "δημευτική" (non-confiscatory market) [1] Αγορά Διμερών Συμβολαίων και Χρηματιστήρια Ενέργειας Όπως αναφέρθηκε και στην παράγραφο 1.1.1, το δεύτερο βασικό μοντέλο αγοράς ηλεκτρικής ενέργειας, είναι αυτό της Αγοράς Διμερών Συμβολαίων με την ταυτόχρονη λειτουργία ενός εθελοντικού Χρηματιστηρίου Ενέργειας (ΧΕ). Το μοντέλο αυτό υιοθετήθηκε κατά βάση από τις περισσότερες ευρωπαϊκές χώρες Αγορά Διμερών Συμβολαίων Η Αγορά Διμερών Συμβολαίων (Bilateral OTC Market) βασίζεται στη σύναψη διμερών συμβολαίων (bilateral contracts) μεταξύ παραγωγών, προμηθευτών και μεγάλων καταναλωτών για την παράδοση προκαθορισμένων ποσοτήτων ενέργειας, σε προκαθορισμένες τιμές και προκαθορισμένη περίοδο στο μέλλον [3]. Οι συναλλαγές αυτές επιτυγχάνονται συνήθως μέσω ηλεκτρονικών πινάκων ανακοινώσεων (electronic bulletin boards), είτε μέσω μεσαζόντων (broker), οι οποίοι αποσκοπούν στην εύρεση των κατάλληλων εταίρων για την απ' ευθείας ανταλλαγή ηλεκτρικής ενέργειας [7]. Ο συγκεκριμένος τύπος συναλλαγών αναφέρεται συχνά με τον όρο "Εξωχρηματιστηριακά Συμβόλαια" (Over the Counter - OTC) και περιγράφει το σύνολο των συναλλαγών που πραγματοποιούνται απουσία κάποιου επιβλέποντος Χρηματιστηρίου. Μέσω της συγκεκριμένης αγοράς, οι συμμετέχοντες μπορούν να ανταλλάσσουν ενέργεια σε προκαθορισμένες τιμές και ποσότητες (οι οποίες δεν δημοσιεύονται απαραίτητα), αντισταθμίζοντας έτσι το ρίσκο στο οποίο υπόκεινται εξαιτίας της αστάθειας που παρατηρείται στις Τιμές Εκκαθάρισης της προ-ημερήσιας αγοράς ηλεκτρικής ενέργειας. Για το λόγο αυτό, στις συγκεκριμένες αγορές ανταλλάσσεται εν γένει το μεγαλύτερο κομμάτι του

20 6 Κεφάλαιο 1- Εισαγωγή όγκου ημερήσιων συναλλαγών ΗΕ Χρηματιστήρια Ενέργειας Βασικό μειονέκτημα των Αγορών Διμερών Συμβολαίων αποτελεί το γεγονός ότι αυτές πραγματοποιούνται σε μεσοπρόθεσμο ή μακροπρόθεσμο χρονικό ορίζοντα και ως αποτέλεσμα απαιτείται μία πρόβλεψη, από τη μεριά των συμμετεχόντων, των συνθηκών που θα επικρατούν στο Σύστημα την ημέρα παράδοσης των διμερών συμβολαίων. Εξαιτίας του γεγονότος αυτού, δε μπορεί να εξασφαλιστεί μέσω μόνο των συγκεκριμένων αγορών η ασφάλεια του Συστήματος Ηλεκτρικής Ενέργειας και για το λόγο αυτό λειτουργεί παράλληλα με την Αγορά Διμερών Συμβολαίων και μία επιπλέον αγορά εθελοντικής συμμετοχής, με την ονομασία Χρηματιστήριο Ενέργειας, στην οποία δημοπρατούνται οι εναπομείνασες ενεργειακές απαιτήσεις του Συστήματος. Τα Χρηματιστήρια Ενέργειας [8] αποτελούν κεντρικά οργανωμένες πλατφόρμες οι οποίες εκκαθαρίζουν ανώνυμες συναλλαγές ηλεκτρικής ενέργειας σε προ-ημερήσιο επίπεδο, βάσει μίας απλής οικονομικής σειράς εκκαθάρισης των κατατεθειμένων προσφορών. Βασικό χαρακτηριστικό των ευρωπαϊκών ΧΕ αποτέλεσε η απαίτηση έκδοσης μίας ενιαίας γραμμικής 2 Τιμής Εκκαθάρισης για κάθε περίοδο κατανομής (συνήθως ώρα) της επόμενης ημέρας, βάσει της οποίας πραγματοποιούνται οι χρεοπιστώσεις μεταξύ των συμμετεχόντων στην προημερήσια αγορά και η οποία χρησιμεύει ως αναφορά για τα συμβόλαια που είναι διαπραγματεύσιμα στις Προθεσμιακές Αγορές (Forward Markets). Η τιμή αυτή μπορεί να είναι ίδια για όλους τους συμμετέχοντες στο Χρηματιστήριο Ενέργειας ή διαφορετική, εάν οι συμμετέχοντες στο ίδιο ΧΕ βρίσκονται σε διαφορετικές ζώνες και οι οποίες ενώνονται μεταξύ τους μέσω διασυνδετικών γραμμών (όπως π.χ. στην περίπτωση του Nord Pool). Η τιμή εκκαθάρισης προκύπτει στη συγκεκριμένη περίπτωση μέσω του μηχανισμού Ζωνικής Οριακής Τιμολόγησης (ΖΟΤ ή Zonal Marginal Price - ZMP). Τα Χρηματιστήρια Ενέργειας παρέχουν στους συμμετέχοντες τη δυνατότητα κατάθεσης τόσο απλών ωριαίων όσο και πιο σύνθετων προσφορών για παραγωγή και κατανάλωση ηλεκτρικής ενέργειας. Στα ευρωπαϊκά ΧΕ παρέχεται η δυνατότητα υποβολής ωριαίων προσφορών μέσω δύο τρόπων: α) είτε μέσω προσφορών για κάθε μονάδα παραγωγής ξεχωριστά (όπως π.χ. στην Ιταλία), β) είτε μέσω προσφορών χαρτοφυλακίου (όπως π.χ. στη Γαλλία). Το δεύτερο είδος προσφοράς επιτρέπει στον κάθε συμμετέχοντα της αγοράς ηλεκτρικής 2 Η μέθοδος γραμμικής τιμολόγησης ορίζεται ως εξής: Το σύνολο της ηλεκτρικής ενέργειας που ανταλλάσσεται σε μία συγκεκριμένη τοποθεσία και σε μία συγκεκριμένη χρονική στιγμή εκκαθαρίζεται βάσει μίας μόνο τιμής.

21 Κεφάλαιο 1- Εισαγωγή 7 ενέργειας (παραγωγός, εκπρόσωπος φορτίου, έμπορος ηλεκτρικής ενέργειας) να υποβάλλει μία ωριαία καμπύλη προσφοράς χαρτοφυλακίου για παραγωγή ή/και κατανάλωση ηλεκτρικής ενέργειας, Η καμπύλη αυτή εσωτερικεύει με αυτό τον τρόπο όλα τα τεχνικά και οικονομικά στοιχεία των εγκαταστάσεων του (για παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας), τα προθεσμιακά συμβόλαια (για κατανάλωση ηλεκτρικής ενέργειας από τελικούς καταναλωτές), και τα εμπορικά συμβόλαιά του για εισαγωγές/εξαγωγές. Έτσι, η προ-ημερήσια αγορά ενός ΧΕ εκκαθαρίζεται βάσει όλων των υποβαλλόμενων καμπυλών χαρτοφυλακίου για παραγωγή και κατανάλωση ηλεκτρικής ενέργειας. Οι σύνθετες προσφορές από την άλλη μιμούνται κάποιους από τους τεχνικούς περιορισμούς (π.χ. το τεχνικό ελάχιστο), τους λειτουργικούς περιορισμούς (π.χ. τη διαθεσιμότητα καυσίμου, ιδιαίτερα για τις υδροηλεκτρικές μονάδες) και/ή τις δομές κόστους πολλών περιόδων (π.χ. το κόστος εκκίνησης, το κόστος σβέσης, το κόστος μηδενικού φορτίου και το κόστος ελάχιστου φορτίου) των μονάδων παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας. Οι συγκεκριμένοι τύποι προσφορών εισήχθησαν στα Ευρωπαϊκά Χρηματιστήρια Ενέργειας προκειμένου να προστατευτούν οι συμμετέχοντες σε αυτά απέναντι στη μεταβλητότητα των Τιμών Εκκαθάρισης που προκύπτουν από την εκκαθάριση της προ-ημερήσιας αγοράς ηλεκτρικής ενέργειας. Οι σύνθετες προσφορές 3 που εμφανίζονται αυτή τη στιγμή στα Ευρωπαϊκά Χρηματιστήρια Ενέργειας είναι οι εξής [9]: o Μπλοκ προσφορές o Συνδεδεμένες μπλοκ προσφορές o Ευέλικτες ωριαίες προσφορές o Μετατρέψιμες μπλοκ προσφορές για παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας o Αποκλειστικές ομάδες μπλοκ προσφορών Οι παραπάνω κατηγορίες σύνθετων προσφορών εμφανίζονται στα περισσότερα από τα υπάρχοντα Ευρωπαϊκά Χρηματιστήρια Ενέργειας. Επιπλέον, ορισμένα χρηματιστήρια επιβάλλουν επιπρόσθετους κανόνες εκκαθάρισης των προσφορών τους, όπως είναι οι συνθήκες αδιαιρετότητας, ελαχίστου εισοδήματος, προγραμματισμένης διακοπής και κλίσης φορτίου που εμφανίζονται στο Ιβηρικό ΧΕ Omie και οι προσφορές οικονομικής προτεραιότητας και Εθνικής Ενιαίας Τιμής Συστήματος που συναντώνται στη GME (Ιταλικό ΧΕ). Βασικό χαρακτηριστικό των σύνθετων μπλοκ προσφορών αποτελεί το γεγονός ότι 3 Η μοντελοποίηση και οι επιπτώσεις των 4 πρώτων κατηγοριών σύνθετων μπλοκ προσφορών στις Τιμές Εκκαθάρισης και στη διαδικασία επίλυσης της πανευρωπαϊκής αγοράς ηλεκτρικής ενέργειας αποτέλεσαν ένα από τα αντικείμενα μελέτης της παρούσας διδακτορικής διατριβής, όπως θα παρουσιαστεί αναλυτικά στο 4 ο Κεφάλαιο.

22 8 Κεφάλαιο 1- Εισαγωγή αποτελούν προσφορές "ολικής αποδοχής ή απόρριψης" (fill-or-kill orders), αναγκάζοντας το Λειτουργό της Αγοράς είτε να τις αποδεχθεί πλήρως είτε να τις απορρίψει. Ως αποτέλεσμα της ανωτέρω ιδιαιτερότητας, οι Τιμές Εκκαθάρισης που προκύπτουν από τη διαδικασία εκκαθάρισης της αγοράς μπορεί να μην επαρκούν για την κάλυψη του συνολικού κόστους της εκκαθαρισμένης σύνθετης μπλοκ προσφοράς και ως εκ τούτου κάποιοι συμμετέχοντες αποκομίζουν ζημία από τη συμμετοχή τους στην αγορά. Οι προσφορές αυτές είναι γνωστές στη βιβλιογραφία ως Παραδόξως Αποδεκτές (ΠΑ) προσφορές και αποτελούν το ανάλογο της περίπτωσης όπου οι παραγωγοί ΗΕ δεν καλύπτουν μέσω των προκυπτουσών Τιμών Εκκαθάρισης το συνολικό κόστος λειτουργίας τους, σε μία Κοινοπραξία Ισχύος. Θα πρέπει να τονιστεί όμως ότι τα ευρωπαϊκά Χρηματιστήρια Ενέργειας παραδοσιακά απέφευγαν την εισαγωγή σύνθετων πληρωμών για την αντιμετώπιση του συγκεκριμένου προβλήματος, αλλά επιδίωκαν τη χρησιμοποίηση ευρετικών αλγορίθμων υπολογισμού κατάλληλων γραμμικών Τιμών Εκκαθάρισης, οι οποίες εξασφάλιζαν το θετικό όφελος όλων των συμμετεχόντων στην αγορά. Η μοντελοποίηση, η επίπτωση στην αγορά ΗΕ και ο χειρισμός των σύνθετων μπλοκ προσφορών που εμφανίζονται σε ένα Χρηματιστήριο Ενέργειας αποτελεί αντικείμενο μελέτης του 4 ου Κεφαλαίου της παρούσας διδακτορικής διατριβής. Τα βασικά χαρακτηριστικά των Χρηματιστήριων Ενέργειας, όπως είναι η ευκολία βραχυπρόθεσμων συναλλαγών, η προώθηση της ανταγωνιστικότητας, η διαφάνεια και η δυνατότητα "αυτό-προγραμματισμού" των μονάδων παραγωγής που προσφέρουν στους παραγωγούς ηλεκτρικής ενέργειας, τα κατέστησαν απαραίτητα συμπληρώματα των Αγορών Διμερών Συμβολαίων. Παρά τα πλεονεκτήματα τους όμως, οι συγκεκριμένες δομές προσελκύουν σε αρκετές περιοχές τις Ευρωπαϊκής ηπείρου, ένα πολύ μικρό μέρος του συνολικού όγκου ημερήσιων συναλλαγών ηλεκτρικής ενέργειας Σύγκριση Κοινοπραξίας Ισχύος και Χρηματιστηρίου Ενέργειας Ο Πίνακας 1-1 συνοψίζει και παρουσιάζει επιγραμματικά τα κύρια χαρακτηριστικά των δύο μοντέλων κεντρικής οργάνωσης της προ-ημερήσιας αγοράς ηλεκτρικής ενέργειας που εμφανίζονται αυτή τη στιγμή στην Ευρωπαϊκή ήπειρο.

23 Κεφάλαιο 1- Εισαγωγή 9 ΠΙΝΑΚΑΣ 1-1 ΣΥΓΚΡΙΣΗ ΜΟΝΤΕΛΩΝ ΚΕΝΤΡΙΚΗΣ ΟΡΓΑΝΩΣΗΣ ΤΗΣ ΠΡΟ-ΗΜΕΡΗΣΙΑΣ ΑΓΟΡΑΣ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ Κοινοπραξία Ισχύος (Power Pool) Κεντρική ένταξη μονάδων παραγωγής Τεχνικά χαρακτηριστικά μονάδων παραγωγής, σύστημα μεταφοράς (Κομβική ή Ζωνική Οριακή Τιμολόγηση) Σύνθετες Προσφορές Πρόσθετες πληρωμές για την κάλυψη του συνολικού κόστους λειτουργίας των μονάδων παραγωγής Χρηματιστήριο Ενέργειας (Power Exchange) Απλό, Διαφανές Αυτο-προγραμματισμός μονάδων παραγωγής Ωριαία/μπλοκ και σύνθετα ζεύγη προσφορών ποσότητας - τιμής ΌΧΙ τεχνικά χαρακτηριστικά μονάδων παραγωγής ΌΧΙ πρόσθετες πληρωμές για την κάλυψη του συνολικού κόστους λειτουργίας των μονάδων παραγωγής 1.2. Ευρωπαϊκοί Μηχανισμοί Διαχείρισης των Διασυνδέσεων Εισαγωγή Στις αρχές της δεκαετίας του 1970 ξεκίνησαν να παρατηρούνται αυξανόμενες ανταλλαγές ηλεκτρικής ενέργειας μεταξύ των ευρωπαϊκών κρατών, οι οποίες έκτοτε συνέχισαν να ενισχύονται ολοένα και περισσότερο. Δύο ήταν οι κύριοι λόγοι για αυτή την εξέλιξη, ένας τεχνικός και ένας τεχνοοικονομικός. Πρώτον, η χωροταξική κατανομή των κέντρων φορτίου και των μονάδων παραγωγής κατά μήκος της Ευρώπης είναι ανομοιογενής, και έτσι απαιτείται μεταφορά ενέργειας σε μεγάλες αποστάσεις. Δεύτερον, το μίγμα παραγωγικού δυναμικού ήταν διαφορετικό από χώρα σε χώρα, λόγω διαφορετικών πολιτικών συνθηκών καθώς επίσης και διαφορετικών διαθέσιμων πόρων. Αποτέλεσμα αυτών ήταν η δημιουργία διαφόρων επιπέδων τιμών ηλεκτρικής ενέργειας κατά μήκος της Ευρώπης, τα οποία με τη σειρά τους παρείχαν τα κατάλληλα οικονομικά σήματα για την ανταλλαγή ηλεκτρικής ενέργειας μεταξύ των εθνικών αγορών. Με την πάροδο του χρόνου και πριν το όραμα της Ευρωπαϊκής Ένωσης για μία ενιαία αγορά ηλεκτρικής ενέργειας, οι διασυνοριακές ανταλλαγές ηλεκτρικής ενέργειας έγιναν αντικείμενο διαπραγμάτευσης μεταξύ των ιστορικών μονοπωλίων (στην παραγωγή και την προμήθεια ηλεκτρικής ενέργειας) των κρατών-μελών. Κάθε συμβόλαιο συναλλασσόταν ξεχωριστά και αφορούσε μακροπρόθεσμες χρήσεις των διασυνδέσεων για ανταλλαγές ενέργειας. Παρ όλα αυτά, οι διασυνδέσεις μεταξύ των εθνικών συστημάτων μεταφοράς, αρχικά είχαν κατασκευαστεί κυρίως για λόγους ασφάλειας και εφεδρειών και επομένως δεν

24 10 Κεφάλαιο 1- Εισαγωγή μπορούσαν να εξυπηρετήσουν μεγάλες ποσότητες ανταλλαγών. Η σταθερά αυξανόμενη εμπορική δραστηριότητα στις διασυνδέσεις έθετε ολοένα και περισσότερους φυσικούς περιορισμούς στη μεταφορά λόγω συμφορήσεων. Στα πλαίσια εύρεσης ενός αποδοτικού μηχανισμού διαχείρισης των συμφορήσεων που εμφανιζόταν στις διασυνδέσεις μεταξύ των κρατών μελών, η Ευρωπαϊκή Ένωση εξέδωσε στις 26 Ιουνίου 2003, τον Κανονισμό 1228/2003 [10] ο οποίος αναφέρει χαρακτηριστικά ότι "τα προβλήματα που εμφανίζονται λόγω της συμφόρησης του δικτύου μεταφοράς, θα πρέπει να αντιμετωπίζονται χωρίς διακρίσεις μέσω λύσεων που στηρίζονται σε διαδικασίες της αγοράς και οι οποίες θα παρέχουν τα κατάλληλα οικονομικά σήματα στους συμμετέχοντες και στους συμβαλλόμενους Διαχειριστές των Συστημάτων Μεταφοράς" 4. Στα πλαίσια της Ευρωπαϊκής ολοκλήρωσης υιοθετήθηκαν δύο τρόποι για τη διαχείριση των συμφορήσεων και την κατανομή της μεταφορικής ικανότητας των διασυνδετικών γραμμών του Ευρωπαϊκού Συστήματος Ηλεκτρικής Ενέργειας, οι Άμεσες (Explicit Auctioning) και οι Έμμεσες Δημοπρασίες (Implicit Auctioning). Οι μέθοδοι αυτοί στηρίζονται σε διαδικασίες της αγοράς και παρουσιάζονται αναλυτικά στις επόμενες δύο ενότητες Άμεσες Δημοπρασίες Οι Άμεσες Δημοπρασίες (Explicit Auctions) αποτέλεσαν έως και τα πρώτα έτη της δεκαετίας του 2000 τον ευρύτερα διαδεδομένο μηχανισμό κατανομής της μεταφορικής ικανότητας των διασυνδέσεων στη Ευρώπη. Μέσω της συγκεκριμένης διαδικασίας, η δημοπράτηση των διασυνδέσεων πραγματοποιείται σε 2 στάδια. Αρχικώς, ο Διαχειριστής του Συστήματος Μεταφοράς υπολογίζει τη Διαθέσιμη Μεταφορική Ικανότητα (ΔΜΙ ή Available Transfer Capacity - ATC) στις διασυνδέσεις της περιοχής ελέγχου του, την οποία και δημοπρατεί στους συμμετέχοντες, οι οποίοι καταθέτουν με τη σειρά τους άμεσες προσφορές για την απόκτηση της. Οι προσφορές αυτές ταξινομούνται βάσει της τιμής τους, και εκκαθαρίζονται έως ότου εξαντληθεί το σύνολο της ΔΜΙ 5. Με τον τρόπο αυτό οι συμμετέχοντες αποκτούν δικαιώματα χρησιμοποίησης της αντίστοιχης διασυνδετικής γραμμής, τα οποία είναι γνωστά ως Φυσικά Δικαιώματα Μεταφοράς (ΦΔΜ ή Physical Transmission Rights - PTR). Τα δικαιώματα αυτά μπορούν να αποκτηθούν για διάφορους χρονικούς ορίζοντες (ημερήσια, μηνιαία, ετήσια ΦΔΜ), ενώ ο συμμετέχων που τα κατέχει μπορεί να τα μεταπωλήσει σε κάποια δευτερογενή αγορά [12]. Στο δεύτερο στάδιο της 4 Άρθρο 6, Παράγραφος 1 5 Οι προσφορές για απόκτηση της ΔΜΙ εκκαθαρίζονται είτε στην τιμή της κατατεθειμένης προσφοράς (pay-as-bid μοντέλο εκκαθάρισης), είτε σε τιμή ίση με αυτήν της χαμηλότερης αποδεκτής προσφοράς (marginal bid μοντέλο εκκαθάρισης). Οι Ευρωπαϊκές αγορές ηλεκτρικής ενέργειας υιοθέτησαν κατά βάσει το δεύτερο μοντέλο τιμολόγησης [11].

25 Κεφάλαιο 1- Εισαγωγή 11 διαδικασίας ανταλλαγής ισχύος, οι συμμετέχοντες προβλέπουν μια διαφορά τιμών μεταξύ των αγορών δύο περιοχών ελέγχου και υποβάλλουν προσφορές έγχυσης για εισαγωγή στη μία και δηλώσεις φορτίου για εξαγωγή από την άλλη (ανάλογα με την κατεύθυνση ροής της ενέργειας), κάνοντας χρήση των άμεσα δημοπρατημένων δικαιωμάτων μεταφοράς που έχουν ήδη αποκτήσει [13]. Το βασικό μειονέκτημα του συγκεκριμένου μηχανισμού έγκειται στο ότι η μεταφορική ικανότητα των διασυνδέσεων δημοπρατείται χωριστά και ανεξάρτητα από τις αγορές όπου δημοπρατείται αυτή καθεαυτή η ηλεκτρική ενέργεια. Εξαιτίας του γεγονότος αυτού, οι συμμετέχοντες στην αγορά "χάνουν" κάποια πληροφορία, καθώς θα πρέπει να προβλέψουν τις συνθήκες που θα επικρατούν στην εκάστοτε αγορά σε κάποια μελλοντική στιγμή, γεγονός το οποίο μπορεί να οδηγήσει σε μη αποδοτική χρήση των διασυνδέσεων κατά μήκος της Ευρώπης (περισσότερες διακρίσεις στην χρήση των διασυνδέσεων, μικρότερη σύγκλιση των τιμών μεταξύ των περιοχών ελέγχου και συχνές ανεπιθύμητες ροές, μερικές φορές ακόμη και προς τη λάθος κατεύθυνση). Επιπλέον, οι άμεσες δημοπρασίες ενδέχεται να δημιουργήσουν επιπλέον προβλήματα σε "μη ώριμες" αγορές ηλεκτρικές ενέργειας, οι οποίες στερούνται συνήθως διαφάνειας και ρευστότητας [14] Έμμεσες Δημοπρασίες Με βάση την εντύπωση λοιπόν, ότι οι διαδοχικές δημοπρατήσεις των Φυσικών Δικαιωμάτων Μεταφοράς και της ηλεκτρικής ενέργειας μπορεί να οδηγήσουν σε μη βέλτιστα αποτελέσματα, καθώς οι συμμετέχοντες θα πρέπει να προβλέπουν μελλοντικές επιδόσεις της αγοράς (π.χ. για ένα έτος μετά) κατά την απόκτηση των ΦΔΜ, η ιδέα των Έμμεσων Δημοπρασιών (Implicit Auctions) άρχισε να γίνεται πιο ελκυστική. Η βασική αρχή στην οποία στηρίζεται ο συγκεκριμένος μηχανισμός είναι ότι για να επιτευχθεί η βέλτιστη διαχείριση των συμφορήσεων στις διασυνδετικές γραμμές, τα ΦΔΜ και η ενέργεια πρέπει να δημοπρατούνται ταυτόχρονα. Για το λόγο αυτό, οι συμμετέχοντες στις εμπλεκόμενες αγορές δεν καταθέτουν πλέον προσφορές για άμεση απόκτηση ΦΔΜ, αλλά μόνο προσφορές παραγωγής και δηλώσεις φορτίου στις περιοχές μεταξύ των οποίων θέλουν να ανταλλάξουν ηλεκτρική ενέργεια. Στη συνέχεια, ένας Υπέρ-Λειτουργός της Αγοράς (ΥΛΑ ή Super Market Operator - SMA) εκκαθαρίζει την ενιαία αγορά ΗΕ, σεβόμενος τη Διαθέσιμη Μεταφορική Ικανότητα των διασυνδέσεων, όπως αυτή του έχει δοθεί από τους Διαχειριστές των Συστημάτων Μεταφοράς των συζευγμένων αγορών. Ως αποτέλεσμα, οι ανταλλαγές ισχύος μεταξύ των συμβαλλόμενων περιοχών υπολογίζονται έμμεσα μέσω του κεντρικού αλγορίθμου εκκαθάρισης της αγοράς, ενώ οι προκύπτουσες τιμές ανά περιοχή αντανακλούν τόσο το κόστος της παραγόμενης

26 12 Κεφάλαιο 1- Εισαγωγή ενέργειας όσο και το κόστος της συμφόρησης των διασυνδέσεων. Μηχανισμοί έμμεσης δημοπράτησης της μεταφορικής ικανότητας των διασυνδετικών γραμμών έχουν εφαρμοστεί μέχρι στιγμής μεταξύ εθνικών προ-ημερήσιων αγορών ηλεκτρικής ενέργειας, οι οποίες είναι οργανωμένες ως Χρηματιστήρια Ενέργειας. Η διαδικασία έμμεσης δημοπράτησης αναφέρεται στη διεθνή βιβλιογραφία είτε ως Διάσπαση της Αγοράς (Market Splitting), είτε ως Σύζευξη της Αγοράς (Market Coupling) [14]. Οι κύριες διαφοροποιήσεις μεταξύ των δύο προαναφερθεισων προσεγγίσεων παρουσιάζονται σε επίπεδο οργάνωσης των αγορών και ανταλλαγής πληροφοριών μεταξύ των εμπλεκομένων οντοτήτων (Λειτουργών Αγοράς, συμμετεχόντων, κ.α.) Διαδικασία Διάσπασης της Αγοράς Στη Διάσπαση της Αγοράς (Market Splitting), η έμμεση δημοπράτηση των Φυσικών Δικαιωμάτων Μεταφοράς διενεργείται εντός της προ-ημερήσιας αγοράς ηλεκτρικής ενέργειας από ένα και μόνο Χρηματιστήριο Ενέργειας. Οι συμμετέχοντες στην ενοποιημένη αγορά καταθέτουν της προσφορές τους στο κεντρικό ΧΕ, οι οποίες στη συνέχεια εισάγονται σε έναν κεντρικό αλγόριθμο εκκαθάρισης της αγοράς. Ο αλγόριθμος αυτός υπολογίζει για τη δοσμένη από τους Διαχειριστές των δικτύων μεταφοράς Διαθέσιμη Μεταφορική Ικανότητα των διασυνδετικών γραμμών, τις εκκαθαρισμένες τιμές, ποσότητες και ανταλλαγές ισχύος σε κάθε περιοχή προσφοράς. Σε περίπτωση απουσίας συμφορήσεων στις διασυνδετικές γραμμές, προκύπτει μία ενιαία Τιμή Εκκαθάρισης για όλες τις συζευγμένες περιοχές, ενώ σε αντίθετη περίπτωση, οι συζευγμένες περιοχές "διασπώνται" και εκκαθαρίζονται σε διαφορετικές τιμές Διαδικασία Σύζευξης της Αγοράς Στη Σύζευξη της Αγοράς (Market Coupling), η έμμεση δημοπράτηση της μεταφορικής ικανότητας των διασυνδετικών γραμμών πραγματοποιείται από κοινού μεταξύ δύο ή περισσότερων συμβαλλόμενων Χρηματιστηρίων Ενέργειας. Κατά τη διαδικασία Σύζευξης της Αγοράς, τα ΧΕ συγκεντρώνουν το σύνολο των προσφορών που καταθέτουν οι συμμετέχοντες σε αυτά, τις οποίες εισάγουν σε ένα κοινό αλγόριθμο εκκαθάρισης των συζευγμένων αγορών. Ο κεντρικός αυτός αλγόριθμος αυτός εκκαθαρίζει την ενοποιημένη αγορά ηλεκτρικής ενέργειας, λαμβάνοντας υπόψη του τη Διαθέσιμη Μεταφορική Ικανότητα των διασυνδέσεων, όπως αυτή έχει κοινοποιηθεί από τους αντίστοιχους Διαχειριστές των Συστημάτων Μεταφοράς (ΔΣΜ ή Transmission System Operators - TSO), και υπολογίζει τόσο τις ροές ισχύος μεταξύ των συζευγμένων περιοχών, όσο και τις αντίστοιχες Τιμές Εκκαθάρισης.

27 Κεφάλαιο 1- Εισαγωγή 13 Ανάλογα με το σύνολο των κανόνων λειτουργίας που εισάγονται στον κεντρικό αλγόριθμο, αλλά και τα αποτελέσματα που υιοθετούνται από τα συμβαλλόμενα ΧΕ, η διαδικασία Σύζευξης Αγοράς κατηγοριοποιείται ως εξής [14]: Σύζευξη Τιμών Στη Σύζευξη Τιμών (Price Coupling) όλα τα δεδομένα και οι κανόνες λειτουργίας των συζευγμένων αγορών εισάγονται στον κεντρικό αλγόριθμο σύζευξης, ο οποίος και καθορίζει τόσο τις ανταλλαγές ισχύος μεταξύ των συζευγμένων περιοχών όσο και τις αντίστοιχες Τιμές Εκκαθάρισης. Οι πληροφορίες αυτές εν συνεχεία, υιοθετούνται από το κάθε συμβαλλόμενο Χριματιστήριο Ενέργειας, το οποίο με τη σειρά του καταλήγει στο πρόγραμμα των συμμετεχόντων της δικής του αγοράς. Σύζευξη Ποσοτήτων Στη Σύζευξη Ποσοτήτων (Volume Coupling), οι ανταλλαγές ισχύος υπολογίζονται κεντρικά από τον κοινό αλγόριθμο εκκαθάρισης της αγοράς, αλλά οι Τιμές Εκκαθάρισης υπολογίζονται τοπικά από τα αντίστοιχα Χρηματιστήρια Ενέργειας, τα οποία ξανά επιλύουν σε δεύτερο βήμα τις αγορές τους, με δεδομένες τις εισαγωγές/εξαγωγές που προέκυψαν από τον κεντρικό αλγόριθμο. Επιπλέον, η Σύζευξη Ποσοτήτων χαρακτηρίζεται ως Χαλαρή ή Σφικτή, ανάλογα με το σύνολο των πληροφοριών που κοινοποιούν τα ΧΕ στον κεντρικό αλγόριθμο. α) Στη Σφιχτή Σύζευξη Ποσοτήτων (Tight Volume Coupling), τα ΧΕ κοινοποιούν στον κεντρικό αλγόριθμο επίλυσης το σύνολο των σχετικών με τις κατατεθειμένες προσφορές και των κανόνων εκκαθάρισης της εκάστοτε αγοράς πληροφοριών. Έτσι, τα αποτελέσματα που προκύπτουν θα πρέπει να είναι πολύ κοντινά με αυτή που θα προέκυπταν από την αντίστοιχη μέσω της διαδικασίας Σύζευξης Τιμών λύση. Η μόνη διαφορά μεταξύ των δύο μεθόδων συναντάται στο ότι κατά τη διαδικασία της Σφιχτής Σύζευξης Ποσοτήτων, οι Τιμές Εκκαθάρισης καθορίζονται τοπικά από τα αντίστοιχα Χρηματιστήρια Ενέργειας και όχι κεντρικά. β) Στη Χαλαρή Σύζευξη Ποσοτήτων (Loose Volume Coupling), ο κεντρικός αλγόριθμος δεν περιλαμβάνει το σύνολο των κανόνων εκκαθάρισης που χρησιμοποιούν τα συμβαλλόμενα Χρηματιστήρια Ενέργειας και για το λόγο αυτό, τα αποτελέσματα της Χαλαρής Σύζευξης Ποσοτήτων είναι υπό-βέλτιστα αυτών της Σφιχτής Σύζευξης, οδηγώντας μάλιστα συχνά διαφορετικές ροές και μικρότερη σύγκλιση των τιμών μεταξύ των εμπλεκόμενων περιοχών.

28 14 Κεφάλαιο 1- Εισαγωγή ΠΙΝΑΚΑΣ 1-2 ΠΕΡΙΛΗΨΗ ΤΩΝ ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΩΝ ΣΥΖΕΥΞΗΣ ΤΙΜΩΝ ΚΑΙ ΠΟΣΟΤΗΤΩΝ Σύζευξη Τιμών Κοινός κεντρικός ταυτόχρονος υπολογισμός εισαγωγών/εξαγωγών και Τιμών Εκκαθάρισης Τα τοπικά ΧΕ λαμβάνουν τις εισαγωγικές/εξαγωγικές ποσότητες και τις Τιμές Εκκαθάρισης βάσει των οποίων εκκαθαρίζουν τις αγορές τους Προτιμητέος τρόπος Ευρωπαϊκής Ολοκλήρωσης σύμφωνα με το "Μοντέλο Στόχου" Παράδειγμα: TLC - CWE MC Σύζευξη Ποσοτήτων Διαδοχικοί υπολογισμοί Πρώτο Βήμα: Κοινός κεντρικός υπολογισμός των εισαγόμενων/εξαγόμενων ποσοτήτων Δεύτερο Βήμα: Τοπικός υπολογισμός Τιμών Εκκαθάρισης, βάσει των δεδομένων εισαγωγών/εξαγωγών Παράδειγμα: EMCC * Προσαρμογή από την αναφορά [15] Οι μηχανισμοί Σύζευξης Τιμών/Ποσοτήτων συνοψίζονται επιγραμματικά στον Πίνακα 1-2. Η εφαρμογή και συνεχής επέκταση των παραπάνω μηχανισμών σύζευξης των αγορών, (Διάσπαση Αγοράς και Σύζευξη Τιμών/Ποσοτήτων) μαζί με την ταυτόχρονη ενίσχυση των δικτύων διασύνδεσης των ευρωπαϊκών χωρών, αναμένεται να οδηγήσει στην πραγματική υλοποίηση της Εσωτερικής Αγοράς Ηλεκτρικής Ενέργειας. Μέσω των προαναφερθεισών μεθόδων διαχείρισης των συμφορήσεων, εξαλείφονται οι περιττοί κίνδυνοι ξεχωριστής δημοπράτησης των ΦΔΜ και καθεαυτής της ηλεκτρικής ενέργειας, βελτιστοποιείται η χρήση των διασυνδέσεων και αποφεύγονται καταχρηστικές πρακτικές, δεδομένου ότι η ΔΜΙ δεν μπορεί να συσσωρεύεται πλέον σε συγκεκριμένους πόλους της αγοράς. Αποτέλεσμα των ανωτέρω είναι η ενίσχυση της ρευστότητας των εμπλεκόμενων αγορών. Επισημαίνεται ότι οι Έμμεσες Δημοπρασίες εφαρμόζονται μόνο σε προ-ημερήσιο επίπεδο, καθώς η δημοπράτηση των ΦΔΜ σε ετήσιο και μηνιαίο επίπεδο πραγματοποιείται μέσω άμεσων διαδικασιών (yearly/monthly explicit auctions) Μοντέλα Υπολογισμού Μεταφορικής Ικανότητας στις Διασυνδέσεις Διμερής Υπολογισμός Μεταφορικής Ικανότητας Το σημείο έναρξης κάθε πρωτοβουλίας ενοποίησης αγορών, είναι η συμφωνία όλων των εμπλεκόμενων μερών σε κοινούς και αποδοτικούς μηχανισμούς υπολογισμού της μεταφορικής ικανότητας στις διασυνδέσεις που είναι διαθέσιμη για συναλλαγές ηλεκτρικής ενέργειας. Η αρχική μέθοδος που προηγήθηκε του επονομαζόμενου Μοντέλου Στόχου (Target Model) [16] στην Ευρώπη, προδιέγραφε κάθε περιοχή ελέγχου να υπολογίζει διμερώς την Καθαρή Μεταφορική Ικανότητα (ΚΜΙ ή Net Transfer Capacity - NTC) προς κάθε μία από τις

29 Κεφάλαιο 1- Εισαγωγή 15 γειτονικές περιοχές ελέγχου, και προς τις δύο κατευθύνσεις. Για τον υπολογισμό των ΚΜΙ ήταν απαραίτητος ο ορισμός μίας βασικής περίπτωσης (base case), η οποία περιλάμβανε την ανταλλαγή πληροφοριών μεταξύ των συμβαλλόμενων Διαχειριστών των Συστημάτων Μεταφοράς, προκειμένου να κατασκευαστεί ένα κοινό μοντέλο ροής φορτίου. Ο υπολογισμός των ΚΜΙ μεταξύ δύο περιοχών πραγματοποιούνταν στη συνέχεια διμερώς από τους αντίστοιχους Διαχειριστές, μέσω μίας διαδικασίας αυξομείωσης των εξαγωγών ισχύος μεταξύ των εξεταζόμενων περιοχών, έως ότου παραβιαστεί κάποιος από τους περιορισμούς του δικτύου μεταφοράς [17]. Με τον τρόπο αυτό, η υπολογιζόμενη ΚΜΙ μίας διασυνδετικής γραμμής ήταν συμβατή με τα πρότυπα ασφαλείας που εφαρμόζονταν στις δύο εξεταζόμενες περιοχές [18]. Βασικό μειονέκτημα της συγκεκριμένης μεθόδου υπολογισμού της μεταφορικής ικανότητας των διασυνδετικών γραμμών αποτέλεσε ο ψευδής (τεχνητός) προκαθορισμός των διαθέσιμων μεταφορικών ικανοτήτων από σύνορο σε σύνορο. Και αυτό γιατί, σε ένα πυκνά διασυνδεδεμένο δίκτυο μεταφοράς ηλεκτρικής ενέργειας, οι ροές ισχύος δεν ακολουθούν μία προγραμματισμένη πορεία, αλλά κατανέμονται με βάση τους Νόμους του Kirchhoff, σε όλες τις διασυνδετικές γραμμές του σύγχρονου συστήματος. Έτσι, η οποιαδήποτε ανταλλαγή ισχύος μεταξύ δύο περιοχών του συστήματος μεταφοράς έχει άμεση επίπτωση στο μέγεθος της διαθέσιμης μεταφορικής ικανότητας μεταξύ δύο οποιονδήποτε άλλων περιοχών Υπολογισμός της Μεταφορικής Ικανότητας "Βασιζόμενος στη Ροή" Ο καθορισμός των τιμών ΚΜΙ ακόμη και με σύνθετα τεχνικά προφίλ, όπως περιγράφτηκε στην προηγούμενη παράγραφο, διενεργείται διμερώς μεταξύ των εμπλεκόμενων χωρών. Η συγκεκριμένη προσέγγιση όμως, παρ' όλο που ικανοποιεί τα κριτήρια ασφαλείας που επιβάλλει ο Διαχειριστής της κάθε χώρας, αποτελεί μία υπό-βέλτιστη επιλογή λόγω της έμφυτης συντηρητικότητας με την οποία υπολογίζεται η Καθαρή Μεταφορική Ικανότητα των διασυνδετικών γραμμών. Επιπλέον, στην περίπτωση ενός πυκνά διασυνδεδεμένου δικτύου μεταφοράς ηλεκτρικής ενέργειας (όπως είναι το σύστημα της ηπειρωτικής Ευρώπης), η θεώρηση αυτή δε λαμβάνει υπόψη της την επίδραση που έχει η ανταλλαγή ισχύος μέσω μίας διασύνδεσης στις υπόλοιπες διασυνδέσεις του συστήματος μεταφοράς. Για την αντιμετώπιση του παραπάνω προβλήματος προτάθηκε το 2001 από τον ETSO [19] μία διαφορετική μεθοδολογία υπολογισμού των μεταφορικών ικανοτήτων των διασυνδετικών γραμμών, η οποία ήταν βασιζόμενη στη ροή (Flow based) [20]. Ο υπολογισμός της βασιζόμενης στη ροή μεταφορικής ικανότητας απαιτεί την ύπαρξη ενός κοινά συμφωνημένου μεταξύ των εμπλεκόμενων περιοχών μοντέλου του δικτύου, καθώς επίσης και

30 16 Κεφάλαιο 1- Εισαγωγή μίας πρόβλεψης των επιπέδων παραγωγής και κατανάλωσης κατά τη διάρκεια της εξεταζόμενης χρονικής περιόδου [21]. Βάσει των παραπάνω δεδομένων πραγματοποιείται ο υπολογισμός των Συντελεστών Κατανομής Μεταφοράς Ισχύος (ΣΚΜΙ ή Power Transfer Distribution Factors - PTDFs) [22] και των Μεταφορικών Ικανοτήτων των Διασυνδέσεων (ΜΙΔ ή Border Capacities - BC) μέσω μίας ανάλυσης ευαισθησίας, όπως αυτή περιγράφεται αναλυτικά στις αναφορές [23] και [24]. Οι ΣΚΜΙ εκφράζουν την επίδραση που έχει πλέον μία ανταλλαγή ισχύος σε όλες τις διασυνδέσεις του συστήματος μεταφοράς, ενώ η ΜΙΔ φανερώνει τη μέγιστη δυνατή ανταλλαγή ισχύος που μπορεί να πραγματοποιηθεί μεταξύ δύο περιοχών και αποτελεί τη συγκεντρωτική χωρητικότητα των διασυνδέσεων που ενώνουν τις δύο εξεταζόμενες περιοχές, χωρίς να έχει απαραίτητα κάποια άμεση σχέση με τη φυσική μεταφορική ικανότητα των αντίστοιχων διασυνδετικών γραμμών. Το κύριο πλεονέκτημα του βασιζόμενου στη ροή υπολογισμού της μεταφορικής ικανότητας των διασυνδετικών γραμμών είναι ότι μέσω της συγκεκριμένης μεθοδολογίας, επιτρέπεται η χαλάρωση των αυστηρών περιορισμών στις διασυνοριακές συναλλαγές, οι οποίοι εισάγονταν στην περίπτωση του διμερούς υπολογισμού της ΚΜΙ. Με τον τρόπο αυτό, επιτρέπεται η πιο αποδοτική χρήση του συστήματος μεταφοράς, γεγονός ύψιστης σημασίας στο πυκνά διασυνδεδεμένο σύστημα μεταφοράς της ηπειρωτικής Ευρώπης, όπου οι Διαχειριστές υπολόγιζαν παραδοσιακά ιδιαίτερα χαμηλές τιμές ΚΜΙ προκειμένου να προστατευτούν ως προς το χειρότερο δυνατό σενάριο συμφόρησης των γραμμών μεταφοράς. Θεωρητικά λοιπόν, ο βασιζόμενος στη ροή μηχανισμός κατανομής της μεταφορικής ικανότητας των διασυνδετικών γραμμών θα πρέπει να επιτρέπει περισσότερες συναλλαγές και ιδιαίτερα σε κατευθύνσεις που αποτιμώνται περισσότερο από τους συμμετέχοντες της αγοράς, αυξάνοντας με τον τρόπο αυτό το συνολικό κοινωνικό όφελος. Για το λόγο αυτό, ο βασιζόμενος στη ροή υπολογισμός αποτέλεσε και την προτεινόμενη από το Μοντέλο Στόχου μεθοδολογία κατανομής της μεταφορικής ικανότητας των διασυνδετικών γραμμών Ορόσημα Προς την Κατεύθυνση της Εσωτερικής Αγοράς Ηλεκτρικής Ενέργειας στην Ευρώπη - Ιστορική Αναδρομή Η απελευθέρωση των Ευρωπαϊκών αγορών ηλεκτρικής ενέργειας, οδήγησε τα τελευταία χρόνια σε μία ραγδαία αύξηση των διασυνοριακών ανταλλαγών ισχύος μεταξύ των κρατών μελών της ΕΕ, γεγονός το οποίο αποτέλεσε συνέπεια των διαφορών στις χονδρικές τιμές ηλεκτρικής ενέργειας που εμφανίζονταν μεταξύ των εθνικών αγορών. Ως εκ τούτου, η

31 Κεφάλαιο 1- Εισαγωγή 17 εκτεταμένη χρήση των διασυνδετικών μεταξύ των κρατών μελών γραμμών μεταφοράς οδήγησε στην εμφάνιση συμφορήσεων στο Ευρωπαϊκό δίκτυο μεταφοράς ΗΕ. Για το λόγο αυτό, η χωρητικότητα των διασυνδετικών γραμμών τείνει να γίνει ένα "σπάνιο" αγαθό, το οποίο θα πρέπει να κατανέμεται μέσω βασιζόμενων στην αγορά μηχανισμών. Η πορεία προς την αποτελεσματική διαχείριση της διασυνοριακής συμφόρησης στην Ευρώπη οδηγεί στη δημιουργία μιας πραγματικά ανταγωνιστικής Εσωτερικής Αγοράς Ηλεκτρικής Ενέργειας (ΕΑΗΕ ή Internal Electricity Market - ΙΕΜ) [8], που απαιτεί την πλήρη ενοποίηση των συμμετεχουσών εθνικών και περιφερειακών αγορών. Τα κεντρικά ορόσημα αυτής της πορείας υπήρξαν τα ακόλουθα: ο Ενεργειακό Πακέτο (1996) Το 1 ο Ενεργειακό Πακέτο εγκρίθηκε στις 19 Δεκεμβρίου του 1996 και αποτελούνταν πρακτικά από την Οδηγία 96/92/ΕΚ [25]. Η συγκεκριμένη Οδηγία αφορούσε τους κοινούς κανόνες για την επίτευξη της ενιαίας αγοράς ηλεκτρικής ενέργειας και αποτέλεσε το πρώτο σημαντικό βήμα προς την κατεύθυνση αυτή. Μέσω της Οδηγίας 96/92/ΕΚ, τα κράτη-μέλη αναγκάστηκαν να προχωρήσουν σε σταδιακό άνοιγμα των αγορών τους, εισήχθησαν οι βασικοί κανόνες εναρμόνισης των εθνικών ρυθμιστικών πλαισίων, ενώ παράλληλα εμφανίστηκε για πρώτη φορά το δικαίωμα επιλογής προμηθευτή ηλεκτρικής ενέργειας ο Ενεργειακό Πακέτο (2003) Περαιτέρω πρόοδος για την προώθηση μιας ενιαίας απελευθερωμένης αγοράς ενέργειας επιτεύχθηκε το 2003 με τη θέσπιση του 2 ου πακέτου μέτρων απελευθέρωσης και ρύθμισης των ευρωπαϊκών αγορών ενέργειας (Οδηγία 2003/54/EΚ της 26ης Ιουνίου 2003 [26]), με στόχο να ενσωματωθεί στο εθνικό δίκαιο των κρατών-μελών μέχρι το 2004 και με ορισμένες διατάξεις να τίθενται σε ισχύ μόλις το Το πακέτο αφορά στους κοινούς κανονισμούς της ενιαίας ευρωπαϊκής αγοράς ηλεκτρικής ενέργειας. Σημαντικό σημείο του συγκεκριμένου ενεργειακού πακέτου αποτέλεσε το γεγονός ότι παρέχεται στους καταναλωτές η δυνατότητα ελεύθερης επιλογής προμηθευτή, μετά την 1 η Ιουλίου Οδηγία 2003/54/ΕΚ Η Οδηγία 2003/54/ΕΚ αντικατέστησε την Οδηγία 96/92/ΕΚ και περιλάμβανε και αυτή τους κοινούς κανονισμούς της Εσωτερικής Αγοράς Ηλεκτρικής Ενέργειας, στοχεύοντας στην επιτάχυνση των διαδικασιών ολοκλήρωσης των Ευρωπαϊκών αγορών ηλεκτρικής ενέργειας. Η Οδηγία 2003/54/ΕΚ παρείχε, σε σχέση με την προηγούμενη, λιγότερη ελευθερία κινήσεων στα κράτη μέλη, τα οποία υποχρεώνονταν μέσα σε μικρότερα χρονικά περιθώρια να λάβουν

32 18 Κεφάλαιο 1- Εισαγωγή τα απαραίτητα μέτρα για την επίτευξη καθορισμένων στόχων, όπως την προστασία των ευάλωτων καταναλωτών, τη διασφάλιση των θεμελιωδών δικαιωμάτων τους και την προώθηση της οικονομικής και κοινωνικής συνοχής Κανονισμός 1228/2003 Ο Κανονισμός 1228/2003 [10] της Ευρωπαϊκής Επιτροπής καθόρισε ότι οι μέθοδοι κατανομής της μεταφορικής ικανότητας των διασυνδετικών γραμμών οφείλουν να είναι δίκαιες και βασιζόμενες σε κανόνες της αγοράς, προκειμένου να παράγουν ορθά οικονομικά σήματα, τόσο για τους χρήστες του συστήματος μεταφοράς, όσο και για τους Διαχειριστές των Συστημάτων. Με τον τρόπο αυτό τέθηκαν οι βάσεις για τη διευκόλυνση του διασυνοριακού εμπορίου. Επιπλέον, ο συγκεκριμένος κανονισμός καθόριζε ότι η κατανομή της μεταφορικής ικανότητας των διασυνδετικών γραμμών θα μπορεί να πραγματοποιηθεί μόνο μέσω άμεσων ή έμμεσων δημοπρασιών Αποκεντρωμένη Σύζευξη Αγορών (2003) Η πρόταση των ευρωπαϊκών Χρηματιστηρίων Ενέργειας το 2003 για την έμμεση δημοπράτηση της μεταφορικής ικανότητας των διασυνδετικών γραμμών, γνωστή και ως Αποκεντρωμένη Σύζευξη Αγορών (Decentralized Market Coupling) [27], προέβαλε μία αποκεντρωμένη λειτουργία των συζευγμένων αγορών ΗΕ, μέσω ενός επαναληπτικού αλγορίθμου ο οποίος βασίζεται στη μέθοδο Σύζευξης Ποσοτήτων Μεσοπρόθεσμο Πλάνο για την Ενιαία Ευρωπαϊκή Αγορά Ηλεκτρικής Ενέργειας (2004) Η δημοσίευση DG-TREN (strategy paper) [28] της Ευρωπαϊκής Επιτροπής (ΕΕ) το Μάρτιο του 2004 υπογράμμισε τη βασική μεσοπρόθεσμη (μέχρι το τέλος του 2010) στρατηγική που θα έπρεπε να ακολουθήσει η ΕΕ κατά τη διαδικασία δημιουργίας της Εσωτερικής Αγοράς Ηλεκτρικής Ενέργειας, έτσι ώστε «η ροή ισχύος να ρέει μεταξύ των Κρατών Μελών, όσο εύκολα ρέει και εντός των Κρατών Μελών». Το συγκεκριμένο κείμενο συντάχθηκε βάσει των αποτελεσμάτων της συνδιάσκεψης του 9 ου Φόρουμ της Φλωρεντίας (17-18 Οκτωβρίου 2002) και αποτέλεσε προϊόν ευρείας συναίνεσης μεταξύ των ενδιαφερόμενων ομάδων η Συνεδρίαση του Φόρουμ της Φλωρεντίας (2004) Οι ETSO και EuroPEX πρότειναν κατά τη διάρκεια της 11 ης συνεδρίασης του Φόρουμ της Φλωρεντίας το Σεπτέμβριο του 2004, μέσω ενός κοινού τους εγγράφου [21] την έννοια της Βασιζόμενης στη Ροή Σύζευξης των Αγορών (Flow-Based Market Coupling - FMC). Η

33 Κεφάλαιο 1- Εισαγωγή 19 προτεινόμενη μεθοδολογία αποτελούσε συνδυασμό παλαιότερων προτάσεων του ETSO και της EuroPEX και περιλάμβανε αφενός μεν τη μοντελοποίηση του συστήματος μεταφοράς βάσει φυσικών ροών ισχύος και αφετέρου τη σύζευξη των διακριτά οργανωμένων προημερήσιων αγορών ηλεκτρικής ενέργειας μέσω μίας αποκεντρωμένης διαδικασίας έμμεσης δημοπράτησης της διαθέσιμης μεταφορικής ικανότητας των διασυνδετικών γραμμών Περιφερειακές Πρωτοβουλίες (2006) Πρόταση ERGEG (2005) Οι Ευρωπαίοι Ρυθμιστές Ηλεκτρικής Ενέργειας και Φυσικού Αερίου (European Regulator s Group for Electricity and Gas - ERGEG) δημοσίευσαν το 2005 ένα έγγραφο [28] στο οποίο αναγνώριζαν δύο βασικές μεθόδους διαχείρισης των συμφορήσεων στις διασυνδέσεις: α) τις Άμεσες Δημοπρασίες (Explicit Auctions), και β) τις Έμμεσες Δημοπρασίες (Explicit Auctions). Σύμφωνα με την πρόταση του ERGEG, οι έμμεσες δημοπρασίες μπορούν να διεξαχθούν είτε μέσω της διαδικασίας Διάσπασης της Αγοράς είτε μέσω της Βασιζόμενης στη Ροή Σύζευξη των Αγορών. Επιπλέον, ο ERGEG παρουσίασε έναν ακόμα τρόπο διαχείρισης των συμφορήσεων στις διασυνδετικές γραμμές, με την ονομασία Ανοιχτή Σύζευξη Αγορών (Open Market Coupling - OMC), ο οποίος στηριζόταν στο συνδυασμό των άμεσων και έμμεσων δημοπρασιών. Το συγκεκριμένο έγγραφο αποτέλεσε ένα σημαντικό βήμα προς την ευρωπαϊκή ολοκλήρωση, καθώς στο κείμενο αυτό ο ERGEG προδιέγραψε τη δημιουργία περιφερειών, για το συντονισμό των διεργασιών που στόχευαν στην ενοποίηση των Ευρωπαϊκών αγορών ηλεκτρικής ενέργειας. Οι περιφερειακές αυτές πρωτοβουλίες ήταν αρχικά 8 και μη αλληλεπικαλυπτόμενες [29], αλλά στην τελική έκδοση του εγγράφου από την ERGEG παρουσιάζονται 7 πρωτοβουλίες, στις οποίες περιλαμβάνονται χώρες οι οποίες εμφανίζονται σε παραπάνω της μίας πρωτοβουλίας. Οι συγκεκριμένες χώρες, ήταν δυνατόν να μη συμμετέχουν στον ίδιο βαθμό σε όλες τις πρωτοβουλίες. Οι περιφερειακές αυτές πρωτοβουλίες είχαν ως απώτερο σκοπό τη δημιουργία φόρουμ και ομάδων εργασίας, όπου οι αντιπρόσωποι όλων των χωρών που συμμετείχαν σε κάποια εξ αυτών θα μπορούσαν να ανταλλάξουν απόψεις σε θέματα σχετικά με την οργάνωση των προ-ημερήσιων, ενδοημερήσιων αγορών ΗΕ, των αγορών ΗΕ πραγματικού χρόνου καθώς και σε θέματα σχετικά με την επέκταση του δικτύου μεταφοράς ΗΕ Απόφαση της Ευρωπαϊκής Επιτροπής (2006) Η απόφαση της Ευρωπαϊκής Επιτροπής το Νοέμβριο του 2006 [30], ήρθε ως αποτέλεσμα της πρότασης που κατέθεσε ο ERGEG το 2005 και προδιέγραψε επτά περιφέρειες εντός της

34 20 Κεφάλαιο 1- Εισαγωγή Σχήμα 1-2 Γεωγραφική δομή Περιφερειακών Πρωτοβουλιών * Πηγή: ERGEG ΠΙΝΑΚΑΣ 1-3 ΠΡΩΤΟΒΟΥΛΙΕΣ ΟΛΟΚΛΗΡΩΣΗΣ ΑΓΟΡΩΝ ΜΕΣΩ ΈΜΜΕΣΩΝ ΔΗΜΟΠΡΑΣΙΩΝ ΚΑΙ ΜΕΘΟΔΟΙ ΣΥΖΕΥΞΗΣ Πρωτοβουλία CWE (TLC) GB Nordic ITVC Italy-Slovenia Mibel Czech-Slovak Μέθοδος Σύζευξης Σύζευξη Τιμών Σύζευξη Τιμών μέσω του Britned Διάσπαση Αγοράς Σύζευξη Ποσοτήτων Σύζευξη Τιμών Διάσπαση Αγοράς Σύζευξη Τιμών Ευρώπης, για την εφαρμογή μίας κοινά συντονισμένης μεθόδου διαχείρισης της συμφόρησης στις διασυνδέσεις. Οι περιφέρειες αυτές απεικονίζονται στην Εικόνα 1-2. Το επόμενο βήμα ήταν η ανάπτυξη Περιφερειακών Πρωτοβουλιών (Regional Initiatives ή RI) εντός των προκαθορισμένων περιφερειών. Στα πλαίσια των προαναφερθεισών Περιφερειακών Πρωτοβουλιών αρκετές ευρωπαϊκές αγορές πέτυχαν σημαντικά βήματα, κατά τη διάρκεια των προηγούμενων ετών, προς την κατεύθυνση της Ευρωπαϊκής ολοκλήρωσης μέσω έμμεσων δημοπρασιών. Τα κεντρικά ορόσημα της διαδικασίας αυτής παρουσιάζονται στον Πίνακα και στο Σχήμα 1-3 και συνοψίζονται στον ως ακολούθως: 6 Το Σχήμα 1-3 και ο Πίνακας 1-3 είναι προσαρμοσμένα από την αναφορα [31].

35 Κεφάλαιο 1- Εισαγωγή 21 Σχήμα 1-3 Πρωτοβουλίες ολοκλήρωσης αγορών μέσω έμμεσων δημοπρασιών Σκανδιναβική Περιοχή - Λειτουργία Αγοράς Nord Pool Οι Σκανδιναβικές χώρες υπήρξαν πρωτοπόρες τόσο στο θέμα της απελευθέρωσης όσο και της ενοποίησης των δραστηριοποιούμενων στη συγκεκριμένη περιοχή αγορών ηλεκτρικής ενέργειας. To Nord Pool αποτέλεσε την εξέλιξη του Νορβηγικού Χρηματιστηρίου Ενέργειας Statnett Market και ξεκίνησε τη λειτουργία του το 1996, ως η κοινή αγορά ΗΕ μεταξύ Νορβηγίας και Σουηδίας, ενώ σιγά σιγά "μεταμορφώθηκε" στην ενιαία Σκανδιναβική αγορά ΗΕ, με την ενσωμάτωση σε αυτό των αγορών της Φινλανδίας (1998), της Δανίας (2000) και πιο πρόσφατα της Εσθονίας (2010), της Λιθουανίας (2012) και της Λετονίας (2013) [32]. Η χωρητικότητα των διασυνδετικών γραμμών μεταξύ των διάφορων περιοχών

36 22 Κεφάλαιο 1- Εισαγωγή προσφοράς του Nord Pool κατανέμεται μέσω έμμεσων δημοπρασιών και πιο συγκεκριμένα μέσω της διαδικασίας Διάσπασης της Αγοράς, καθώς το Nord Pool λειτουργεί σαν μία ολοκληρωμένη αγορά ΗΕ. Σε περίπτωση απουσίας συμφορήσεων μεταξύ των διασυνδετικών γραμμών τότε η τιμή ΗΕ είναι η ίδια σε όλες τις περιοχές προσφορών, ενώ σε διαφορετική περίπτωση ξεχωριστές Τιμές Εκκαθάρισης υπολογίζονται για την κάθε περιοχή ξεχωριστά. Επιπλέον, ο υπολογισμός της Μεταφορικής Ικανότητας των διασυνδετικών γραμμών της συγκεκριμένης περιοχής πραγματοποιείται μέσω της "βασιζόμενης στη ροή" μεθοδολογίας, βάσει ενός κοινού μοντέλου δικτύου. Τριμερής Σύζευξη Αγορών (Trilateral Market Coupling - TLC) To Νοέμβριο του 2006 η Γαλλία, το Βέλγιο και η Ολλανδία προώθησαν την ενοποίηση, μέσω της διαδικασίας Σύζευξης Τιμών, των εθνικών προ-ημερήσιων αγορών ηλεκτρικής ενέργειας τους, κάτω από την ονομασία Τριμερή Σύζευξη Αγορών (Trilateral Market Coupling ή TLC) [33], με σκοπό τη βελτιστοποίηση της διαχείρισης των διασυνδέσεων μεταξύ Γαλλίας- Βελγίου και Βελγίου-Ολλανδίας. Υπό τη συγκεκριμένη οργάνωση, τα εθνικά Χρηματιστήρια Ενέργειας διατήρησαν την ακεραιότητα τους, καθώς δεν παρουσιάστηκε η ανάγκη εγκαθίδρυσης ενός κεντρικού Υπέρ-Λειτουργού της Αγοράς. Η διαδικασία εκκαθάρισης της κοινής αγοράς ηλεκτρικής ενέργειας περιλάμβανε την κατάθεση προσφορών από τους συμμετέχοντες στα τοπικά ΧΕ, τα οποία με τη σειρά τους χρησιμοποιούσαν έναν κοινό επαναληπτικό αλγόριθμο καθορισμού των Τιμών Εκκαθάρισης και των βέλτιστων εισαγωγών/εξαγωγών σε κάθε συμβαλλόμενη περιοχή. Η TLC αποτέλεσε το πρώτο βήμα προς την ενοποίηση των αγορών της δυτικής Ευρώπης, καθώς επέτρεψε τη δίκαιη και απλή πρόσβαση στις διασυνοριακές συναλλαγές από όλους τους συμμετέχοντες στις τοπικές αγορές, ενισχύοντας με αυτόν τον τρόπο τη διαφάνεια και τη ρευστότητα της συνολικής αγοράς ΗΕ. Σύζευξη Αγορών Κέντρο-Δυτικής Ευρώπης (Central Western European Market Coupling - CWE) Η επιτυχία της εφαρμογής της Τριμερούς Σύζευξης Αγορών κατά του πρώτους μήνες λειτουργίας της, οδήγησε στην εξέταση της δυνατότητας επέκτασης της υπάρχουσας οργάνωσης και στις γειτονικές με την TLC περιοχές. Έτσι, υπογράφει τον Ιούνιο του 2007, από τους αντιπροσώπους των κυβερνήσεων, των ρυθμιστικών αρχών, των Διαχειριστών των Συστημάτων Ηλεκτρικής Ενέργειας, των Χρηματιστηρίων Ενέργειας και των συνεταιρισμών του Βελγίου, της Ολλανδίας, της Γαλλίας και επιπλέον του Λουξεμβούργου και της Γερμανίας,

37 Κεφάλαιο 1- Εισαγωγή 23 ένα Μνημόνιο Συμφωνίας (Memorandum of Understanding) [34], το οποίο έθετε σαν στόχο την ανάλυση, το σχεδιασμό και την εφαρμογή ενός βασιζόμενου στη ροή μοντέλου σύζευξης των προαναφερθέντων αγορών ηλεκτρικής ενέργειας. Στα πλαίσια του προαναφερθέντος μνημονίου, οι Διαχειριστές των Συστημάτων των συμβαλλόμενων χωρών συμφώνησαν των Ιούνιο του 2007 στην εγκαθίδρυση ενός κοινού κεντρικού γραφείου δημοπρασιών με την ονομασία Εταιρία Παροχής Υπηρεσιών Κατανομής της Μεταφορικής Ικανότητας των Γραμμών Μεταφοράς (Capacity Allocation Service Company - CASC) [35], για την περιοχή της Κέντρο-Δυτικής Ευρώπης (Central Western European region - CWE). Η κύρια αρμοδιότητα της CASC είναι ο συντονισμός των διαδικασιών δημοπράτησης της μακροπρόθεσμης και βραχυπρόθεσμης μεταφορικής ικανότητας των διασυνδετικών γραμμών της CWE. Στις 9 Νοεμβρίου 2010 λοιπόν, ξεκίνησε η Σύζευξη των Αγορών ΗΕ της Κέντρο-Δυτικής Ευρώπης, η οποία αντικατέστησε την TLC. Η εκκαθάριση της κοινής αγοράς ΗΕ του CWE, πραγματοποιούνταν από τον αλγόριθμο βελτιστοποίησης COSMOS [36], μέσω της διαδικασίας Σύζευξης Τιμών. Ο COSMOS παρείχε στους συμμετέχοντες στην αγορά τη δυνατότητα κατάθεσης απλών και σύνθετων προσφορών, ενώ οι ανταλλαγές ισχύος μεταξύ των συμβαλλόμενων περιοχών υπολογίζονταν βάσει μίας βασιζόμενης στη ροή μεθοδολογίας. Οι έξοδοι του αλγορίθμου βελτιστοποίησης ήταν οι καθαρές εξαγωγές/εισαγωγές στις διασυνδέσεις, το σύνολο των αποδεκτών προσφορών/δηλώσεων, καθώς επίσης και οι τιμές στις οποίες εκκαθαρίζονταν η κάθε εμπλεκόμενη αγορά ΗΕ. Η Σύζευξη των Αγορών του CWE υπήρξε σημείο αναφοράς για την ολοκλήρωση των Ευρωπαϊκών αγορών ΗΕ, καθώς αποτέλεσε μαζί με το Nord Pool τους βασικούς πυλώνες πάνω στους οποίους στηρίχθηκε η πρωτοβουλία της Σύζευξης Τιμών των Περιοχών (Price Coupling of Regions - PCR) [37]. Σύζευξη Μεγάλης Βρετανίας και Ολλανδίας μέσω του καλωδίου BritNed Η σύζευξη μεταξύ Ολλανδίας και Μεγάλης Βρετανίας επιτεύχθηκε μέσω του καλωδίου συνεχούς ρεύματος BritNed, η λειτουργία του οποίου ξεκίνησε στις 1 Απριλίου 2011 [38]. Η πρόσβαση στη διαθέσιμη χωρητικότητα του καλωδίου (1000 MW) επιτρέπεται σε όλους τους συμμετέχοντες των δύο διασυνδεδεμένων αγορών, ενώ παρέχεται η δυνατότητα τόσο έμμεσων (προ-ημερήσια αγορά ΗΕ) όσο και άμεσων δημοπρασιών (ετήσιες και μηνιαίες δημοπρασίες, ενδο-ημερήσια αγορά).

38 24 Κεφάλαιο 1- Εισαγωγή Προσωρινή Σφικτή Σύζευξη Ποσοτήτων (Interim Tight Volume Coupling - ITVC) Τα θετικά αποτελέσματα της εφαρμογής μηχανισμών έμμεσης κατανομής της μεταφορικής ικανότητας στη Σκανδιναβική περιοχή (μέθοδος Διάσπασης της Αγοράς) και στην περιοχή της Κέντρο-Δυτικής Ευρώπης (Σύζευξη Τιμών) παρακίνησαν τις ενδιαφερόμενες ομάδες στην εξέταση του ενδεχομένου σύζευξης των δύο προαναφερθεισών περιοχών. Η σύζευξη αυτή πραγματοποιήθηκε αρχικώς μεταξύ Γερμανίας και Σκανδιναβίας (9 Νοεμβρίου 2009) και στη συνέχεια μεταξύ των περιοχών της CWE και της Σκανδιναβίας (9 Νοεμβρίου 2010). Σε αντίθεση με τους μηχανισμούς έμμεσης κατανομής της μεταφορικής ικανότητας των διασυνδέσεων που ακολουθούνταν στο εσωτερικό των περιοχών που ολοκλήρωνε, η ενοποίηση των περιοχών CWE και Σκανδιναβίας στηρίζονταν στη διαδικασία σφικτής Σύζευξης Ποσοτήτων. Για το λόγο αυτό, η συγκεκριμένη διαδικασία ονομάστηκε Προσωρινή Σφικτή Σύζευξη Ποσοτήτων (Interim Tight Volume Coupling - ITVC), καθώς αποτελούσε προσωρινή λύση για την ολοκλήρωση των εξεταζόμενων περιοχών. Η προαναφερθείσα διαδικασία ολοκλήρωσης πραγματοποιούνταν υπό τη διαχείριση της Ευρωπαϊκής Εταιρίας Σύζευξης Αγορών (European Market Coupling Company - EMCC) [39] και πραγματοποιούνταν σε δύο στάδια. Αρχικώς, οι συμμετέχοντες στην αγορά κατέθεταν τις προσφορές τους στα τοπικά τους Χρηματιστήρια Ενέργειας, τα οποία με τη σειρά τους κοινοποιούσαν τους συγκεντρωμένους ανώνυμους καταλόγους προσφορών στην EMCC. Βάσει των συγκεκριμένων δεδομένων εισόδου, η EMCC πραγματοποιούσε, χρησιμοποιώντας έναν επαναληπτικό αλγόριθμο, σφικτή Σύζευξη Ποσοτήτων για τον καθορισμό των ανταλλαγών ισχύος μέσω των κοινών διασυνδετικών γραμμών της CWE και του Nord Pool. Τα αποτελέσματα των ροών ισχύος που προέκυπταν από την παραπάνω διαδικασία σύζευξης υποθετόντουσαν από τα ΧΕ των συζευγμένων περιοχών, τα οποία εκκαθάριζαν σε δεύτερο βήμα τις αγορές ΗΕ των περιοχών τους μέσω του αντίστοιχου μηχανισμού έμμεσης κατανομής της μεταφορικής ικανότητας των διασυνδετικών γραμμών τους (Σύζευξη Τιμής για το CWE και Διάσπαση Αγοράς για το Nord Pool) [40]. Οι προαναφερθείσες πρωτοβουλίες (Σύζευξη Τιμών CWE, Διάσπαση Αγοράς στο Nord Pool και ITVC) ολοκλήρωναν μία προ-ημερήσια αγορά ηλεκτρικής ενέργειας, συνολικής παραγωγής TWh, η οποία ήταν η μεγαλύτερη του είδους της στον κόσμο και κάλυπτε περίπου το 60% της κατανάλωσης ηλεκτρικής ενέργειας στην Ευρώπη. Σύζευξη Τιμών Ιταλίας-Σλοβενίας Η προεργασία για τη σύζευξη των αγορών ηλεκτρικής ενέργειας της Ιταλίας και της

39 Κεφάλαιο 1- Εισαγωγή 25 Σλοβενίας είχε ξεκινήσει ήδη από το 2008, με την πρωτοβουλία αυτή να ξεκινάει τις διαδικασίες λειτουργίες της την 1 η Ιανουάριου Η ολοκλήρωση της Ιταλικής και Σλοβένικης αγοράς ηλεκτρικής ενέργειας πραγματοποιείται μέσω του μοντέλου Σύζευξης Τιμών, ενώ ακολουθείται μία αποκεντρωμένη διαδικασία. Κατά τη διαδικασία εκκαθάρισης της κοινής αγοράς ΗΕ, τα εμπλεκόμενα Χρηματιστήρια Ενέργειας ανταλλάσσουν μεταξύ τους το σύνολο των προσφορών για παραγωγή και κατανάλωση ΗΕ καθώς επίσης και τη Διαθέσιμη Μεταφορική Ικανότητα των μεταξύ τους διασυνδέσεων. Βάσει των παραπάνω δεδομένων εισόδου, η επίλυση της προημερήσιας αγοράς διενεργείται από το κάθε ΧΕ ξεχωριστά, με τη χρήση όμως ενός κοινού αλγορίθμου εκκαθάρισης της αγοράς, ο οποίος έχει ως έξοδό του τις ροές ηλεκτρικής ενέργειας στις διασυνδέσεις και τις Τιμές Εκκαθάρισης των αντίστοιχων περιοχών προσφορών. Ακολούθως πραγματοποιείται ο έλεγχος των αποτελεσμάτων μεταξύ των ΧΕ και η δημοσίευση αυτών [37]. Διάσπαση Αγοράς στην Ιβηρική Χερσόνησο Η ιβηρική αγορά ΗΕ (Ισπανία και Πορτογαλία) βασίζεται στο μοντέλο του ΧΕ, στα πλαίσια του οποίου επιτρέπονται και διμερείς συμβάσεις. Η διαδικασία εκκαθάρισης της προημερήσιας αγοράς ΗΕ πραγματοποιείται μέσω του μηχανισμού Διάσπασης της Αγοράς και η πρώτη μέρα λειτουργίας της ήταν η 1η Ιουλίου του Στη συγκεκριμένη αγορά, τα δύο προϋπάρχοντα ΧΕ έχουν διαχωρίσει τις ευθύνες και τις υποχρεώσεις τους, με το Ισπανικό ΧΕ OMEL να έχει αναλάβει την εκκαθάριση της προ-ημερήσιας αγοράς ΗΕ, ενώ το Πορτογαλικό OMIP είναι υπεύθυνο της οργάνωσης της αγοράς παραγώγων [29]. Σύζευξη Τιμών Τσεχίας-Σλοβακίας Οι βάσεις για τη ενοποίηση των αγορών ηλεκτρικής ενέργειας της Τσεχίας και της Σλοβακίας τέθηκαν στις αρχές του 2009 [41] όταν οι Λειτουργοί των αντίστοιχων αγορών αποφάσισαν την ολοκλήρωση των συγκεκριμένων περιοχών. Η Σύζευξη Τιμών της Τσεχίας και της Σλοβακίας που επετεύχθη την 1η Σεπτεμβρίου 2009 αποτέλεσε την πρώτη επιτυχή ολοκλήρωση αγορών ΗΕ στην περιοχή της Κέντρο-Ανατολικής Ευρώπης (Central-East Europe - CEE) [42] ο Ενεργειακό Πακέτο (2009) Παρά τις πρωτοβουλίες σε περιφερειακό επίπεδο που ελήφθησαν τα τελευταία χρόνια και τη σημαντική πρόοδο που επετεύχθη στο πλαίσιο της δημιουργίας της Εσωτερικής Αγοράς

40 26 Κεφάλαιο 1- Εισαγωγή Ηλεκτρικής Ενέργειας, η Ευρωπαϊκή Επιτροπή αποφάσισε το 2009 να λάβει έναν πιο ενεργό ρόλο στο συντονισμό των διαδικασιών ενοποίησης των υφιστάμενων περιφερειακών αγορών. Για το λόγο αυτό, δημοσίευσε στις 13 Ιουλίου 2009 τρία έγγραφα τα οποία στόχευαν στην υιοθέτηση μίας πιο από-πάνω-προς-τα-κάτω 7 πολιτικής, σε αντίθεση με την μέχρι τότε ακολουθούμενη από-κάτω-προς-τα-πάνω πολιτικής, βάσει της οποίας οι τοπικές/περιφερειακές διαδικασίες σύζευξης ξεκινούσαν και υποστηρίζονταν από τους εμπλεκόμενους Διαχειριστές των Συστημάτων Ηλεκτρικής Ενέργειας και τα αντίστοιχα Χρηματιστήρια Ενέργειας. Η έκδοση της Οδηγίας 2009/72/ΕΚ [43], η οποία αντικαθιστούσε την τότε υπάρχουσα Οδηγία 2003/54/ΕΚ, καθώς επίσης και των Κανονισμών 713/2009 [44] και 714/2009 [45] της Ευρωπαϊκής Επιτροπής, οι οποίοι εγκαθίδρυαν την Υπηρεσία για τη Συνεργασία των Ρυθμιστικών Αρχών Ενέργειας (Agency for the Cooperation of Energy Regulators - ACER), το Ευρωπαϊκό Δίκτυο Διαχειριστών των Συστημάτων Μεταφοράς Ηλεκτρικής Ενέργειας (European Network of Transmission System Operators for Electricity - ENTSO-E) και αντικαθιστούσαν τον Κανονισμό 1228/2003 [10] είναι γνωστή ως το 3 ο Ενεργειακό Πακέτο. Τα βασικά περιεχόμενα των ανωτέρω σημαντικών για τη δημιουργία της Εσωτερικής Αγοράς ΗΕ εγγράφων συνοψίζονται παρακάτω: Οδηγία 2009/72/ΕΚ Μέσω της Οδηγίας 2009/72/ΕΚ, η Ευρωπαϊκή Επιτροπή θέσπισε κοινούς κανόνες για την παραγωγή, τη μεταφορά, τη διανομή και τη προμήθεια της ηλεκτρικής ενέργειας, οι οποίοι σε συνδυασμό με τις διάφορες διατάξεις περί προστασίας των καταναλωτών, είχαν ως στόχο τη βελτίωση και ολοκλήρωση των υφιστάμενων Ευρωπαϊκών αγορών ηλεκτρικής ενέργειας. Παράλληλα, η συγκεκριμένη Οδηγία περιείχε διατάξεις οι οποίες εξασφάλιζαν την ανοικτή πρόσβαση στην αγορά και θέσπιζαν κανόνες σχετικούς με τη γενικότερη οργάνωση και λειτουργία του τομέα ηλεκτρικής ενέργειας σε Πανευρωπαϊκό επίπεδο Κανονισμός 713/2009 Με τον Κανονισμό 713/2009 η Ευρωπαϊκή Επιτροπή προδιέγραψε την εγκαθίδρυση, την οργανωτική δομή και τις αρμοδιότητες της Υπηρεσίας για τη Συνεργασία των Ρυθμιστικών Αρχών Ενέργειας (Agency for the Cooperation of Energy Regulators - ACER) [46], η οποία δημιουργήθηκε με σκοπό την ενίσχυση και το συντονισμό των αντίστοιχων εθνικών 7 Μέσω της από-πάνω-προς-τα-κάτω στρατηγικής η ΕΕ χτίζει από την αρχή, μέσω καινούριων κεντρικών νομοθετικών πράξεων, ένα καινούριο όραμα για την Εσωτερική Αγορά Ηλεκτρικής Ενέργειας, στηριζόμενη στις καλύτερες πρακτικές, όπως αυτές παρουσιάστηκαν από τις μέχρι τώρα περιφερειακές πρωτοβουλίες [14]

41 Κεφάλαιο 1- Εισαγωγή 27 ρυθμιστικών αρχών ενέργειας, στοχεύοντας στην δημιουργία της ενιαίας αγοράς ηλεκτρικής ενέργειας και φυσικού αερίου στην Ευρώπη. Η Υπηρεσία, όπως αναφέρεται στα περισσότερα σχετικά με τη λειτουργία της έγγραφα, ξεκίνησε τις διαδικασίες λειτουργίας της το Κανονισμός 714/2009 Ο Κανονισμός 714/2009 περιείχε διατάξεις σχετικές με τους όρους πρόσβασης στο δίκτυο μεταφοράς ηλεκτρικής ενέργειας και στόχευε στον καθορισμό δίκαιων κανόνων για τις διασυνοριακές ανταλλαγές ισχύος, προκειμένου να ενισχυθεί ο ανταγωνισμός εντός της Εσωτερικής Αγοράς HE. Επιπλέον, μέσω του Κανονισμού αυτού, όλα τα λειτουργικά καθήκοντα της ήδη υπάρχουσας ένωσης των Ευρωπαϊκών Διαχειριστών των Συστημάτων Μεταφοράς (European Transmission System Operators - ETSO) μεταφέρθηκαν στο Ευρωπαϊκό Δίκτυο Διαχειριστών των Συστημάτων Μεταφοράς (European Network of Transmission System Operators - ENTSO-E) [47], με στόχο τη βέλτιστη διαχείριση, τη συντονισμένη λειτουργία και την ορθή τεχνική εξέλιξη του Ευρωπαϊκού δικτύου μεταφοράς HE Μοντέλο Στόχου (2009) Παρά τη σημαντική πρόοδο που επιτεύχθηκε, όπως αναφέρθηκε και προηγουμένως, μέσω των Περιφερειακών Πρωτοβουλιών, η Ευρωπαϊκή Επιτροπή και ο ERGEG έκριναν αναγκαία, στα πλαίσια της από-πάνω-προς-τα-κάτω συντονιστικής προσπάθειας ενοποίησης των Ευρωπαϊκών αγορών ΗΕ, τη δημιουργία ενός κοινού μοντέλου αναφοράς, το οποίο και θα αποτελούσε τη βάση για τα επόμενα στάδια ενοποίησης των περιφερειακών πρωτοβουλιών. Την πρωτοβουλία αυτή την ανέθεσε ο ERGEG στην Ομάδα Συντονισμού του Έργου (Project Coordination Group - PCG) [48], η οποία αποτελούνταν από τους EFET, Eurelectric, EuroPEX, ENTSO-E, CEER και τον ίδιο τον ERGEG, με σκοπό τη δημιουργία ενός κοινού πλαισίου αναφοράς, σχετικά με την ενοποίηση των διαφόρων υπό-αγορών ΗΕ και την επιλογή της καταλληλότερης μεθόδου διαχείρισης των συμφορήσεων. Αποτέλεσμα των παραπάνω διαδικασιών ήταν η δημιουργία του Μοντέλου Στόχου (Target Model) [16], στο τέλος του 2009, το οποίο κάλυπτε 6 περιοχές σχετικές με την Ευρωπαϊκή ολοκλήρωση του τομέα ηλεκτρικής ενέργειας: την κατανομή της μεταφορικής ικανότητας των γραμμών, την προημερήσια, προθεσμιακή, ενδο-ημερήσια και εξισορροπητική αγορά ηλεκτρικής ενέργειας καθώς επίσης και τη διακυβέρνηση. Οι προτάσεις της PCG συνάντησαν την αποδοχή των ενδιαφερόμενων ομάδων σε Ευρωπαϊκό επίπεδο και έτσι στις αρχές του 2010 ξεκίνησε η διαδικασία "μετάφρασης" του Μοντέλου Στόχου στις Κατευθυντήριες Γραμμές σχετικές με την Κατανομή της Χωρητικότητας

42 28 Κεφάλαιο 1- Εισαγωγή και τη Διαχείριση των Συμφορήσεων (Framework Guidelines on Capacity Allocation and Congestion Management) [49] Κατευθυντήριες Γραμμές και Κώδικας Δικτύου (2011 και 2012) H έκδοση των προαναφερθεισών Κατευθυντήριων Γραμμών για την κατανομή της μεταφορικής ικανότητας και τη διαχείριση της συμφόρησης τον Ιούλιο του 2011 [49] από τον ACER αποτέλεσε τη μετάφραση του Μοντέλου Στόχου για την ολοκλήρωση των ευρωπαϊκών αγορών ηλεκτρικής ενέργειας. Σύμφωνα με τις αρχές που καθορίζονται στις Κατευθυντήριες Γραμμές, ο ENTSO-E προετοίμασε το Μάρτιο του 2012, ένα νομικά δεσμευτικό ευρωπαϊκό Κώδικα Δικτύου (Network Code) [50], ο οποίος περιλάμβανε διατάξεις σχετικές με την κατανομή της μεταφορικής ικανότητας των διασυνδετικών γραμμών, την προ-ημερήσια, τη προθεσμιακή καθώς επίσης και για την ενδο-ημερήσια αγορά ηλεκτρικής ενέργειας 8. Όσον αφορά την προ-ημερήσια αγορά ηλεκτρικής ενέργειας συγκεκριμένα, ο Κώδικας Δικτύου προβλέπει τη δημιουργία μίας ενιαίας αγοράς ΗΕ η οποία θα στηρίζεται στο μοντέλο της Σύζευξης Τιμών και θα αποσκοπεί στη μεγιστοποίηση του συνολικού πανευρωπαϊκού κοινωνικού οφέλους. Η τελική μορφή του Κώδικα Δικτύου έγινε αποδεκτή στις 27 Σεπτεμβρίου 2012 και τέθηκε απ' ευθείας σε εφαρμογή Σύζευξη Τιμών των Περιφερειών (2012) Ακολουθώντας την έκδοση του προαναφερθέντα Κώδικα Δικτύου, υπογράφτηκε τον Ιούνιο του 2012 από επτά ΧΕ (APX, Belpex, EPEXSPOT, GME, Nordpool Spot, OMIE και OTE, με συνολικό όγκο συναλλαγών των αρχικά συμβεβλημένων περιοχών περίπου ίσο με 2860 TWh) η πρωτοβουλία της Σύζευξης Τιμών των Περιφερειών (Price Coupling of Regions - PCR initiative) [37], με σκοπό την ολοκλήρωση των Ευρωπαϊκών αγορών ΗΕ, μέσω της διαδικασίας Σύζευξης Τιμών (με τους αντίστοιχους αλγορίθμους, συστήματα, διαδικασίες και ρυθμίσεις για τη συνεργασία μεταξύ των ΧΕ). Οι βασικές αρχές της συγκεκριμένης πρωτοβουλίας τέθηκαν από την αρχή και είναι: α) ένας ενιαίος αλγόριθμος, μέσω του οποίου θα εκκαθαρίζονται από κοινού οι συζευγμένες αγορές ΗΕ, με ένα δίκαιο και διαφανή τρόπο β) η αποκεντρωμένη λειτουργία, για την αποφυγή δημιουργίας ενός κεντρικού τόπου/εξοπλισμού με παράλληλη παροχή της δυνατότητας εκκαθάρισης της τοπικής αγοράς ΗΕ σε περίπτωση απόζευξης της εξεταζόμενης περιοχής, και 8 Η αγορά εξισορρόπησης ηλεκτρικής ενέργειας θα καλυφθεί από ένα ξεχωριστό Κώδικα Δικτύου

43 Κεφάλαιο 1- Εισαγωγή 29 Σχήμα 1-4 Συμβαλλόμενες με το έργο Σύζευξης Τιμών των Περιφερειών Ευρωπαϊκές αγορές ηλεκτρικής ενέργειας *Πηγή: EUPHEMIA Public Description 2013 [9] γ) η αποκεντρωμένη διαχείριση, όπου η κάθε εξεταζόμενη περιοχή έχει τις δικές τις ευθύνες απέναντι τις αγορές που επιβλέπει. ενώ οι συμβαλλόμενες αγορές ΗΕ παρουσιάζονται στο Σχήμα 1-4. Στα πλαίσια των παραπάνω κατευθύνσεων, τα εμπλεκόμενα μέλη αποφάσισαν τον Μάιο του 2011 τη δημιουργία ενός καινούριου ενιαίου αλγορίθμου εκκαθάρισης της συζευγμένης ευρωπαϊκής αγοράς ΗΕ, ο οποίος θα στηρίζονταν στον ήδη δοκιμασμένο αλγόριθμο εκκαθάρισης της περιοχής του CWE COSMOS [51]. Ως αποτέλεσμα, παρουσιάστηκε τον Οκτώβριο του 2013, ο αλγόριθμος εκκαθάρισης της πανευρωπαϊκής αγοράς ΗΕ EUPHEMIA [9], ο οποίος εκκαθαρίζει τις προ-ημερήσιες αγορές ΗΕ των συμβεβλημένων κρατών (της Αυστρίας, του Βελγίου, της Ελβετίας, της Τσεχίας, της Δανίας, της Εσθονίας, της Φινλανδίας, της Γαλλίας, της Γερμανίας, της Ιταλίας, της Λετονίας, της Λιθουανίας, του Λουξεμβούργου, της Ολλανδίας, της Νορβηγίας, της Πολωνίας, της Πορτογαλίας, της Ισπανίας, της Σλοβενίας, της Σουηδίας και του Ηνωμένου Βασιλείου), στοχεύοντας στον υπολογισμό των εκκαθαρισμένων προσφορών και των Τιμών Εκκαθάρισης της κάθε περιοχής, μεγιστοποιώντας το συνολικό κοινωνικό όφελος και καθιστώντας διαφανή τη διαδικασία υπολογισμού των ΤΕ και των ροών ισχύος στις διασυνδετικές γραμμές. Ο προτεινόμενος

44 30 Κεφάλαιο 1- Εισαγωγή αλγόριθμος αποτέλεσε ένα συνδυασμό των κανόνων αγοράς που ίσχυαν στα συμβαλλόμενα Χρηματιστήρια Ενέργειας, λαμβάνοντας υπόψη του όλα τα διαφορετικά είδη απλών και σύνθετων προσφορών (απλές ωριαίες, μπλοκ προσφορές, MIC κλπ) και τους διαφορετικούς τύπους αναπαράστασης του δικτύου μεταφοράς (ATC, flow-based). Η πρώτη μέρα εκκαθάρισης της κοινής Ευρωπαϊκής αγοράς ΗΕ ήταν η 4 η Φεβρουαρίου 2014 και αποτέλεσε ορόσημο για το μέλλον των Ευρωπαϊκών αγορών ΗΕ Πρόσφατες Εξελίξεις (2012-σήμερα) Έργο Σύζευξης Αγορών CEE Όπως αναφέρθηκε και σε προηγούμενη παράγραφο, το έργο Σύζευξης Τιμών στην ευρύτερη περιφέρεια της Κέντρο-Ανατολικής Ευρώπης (CEE) άρχισε να υλοποιείται με την σύζευξη των αγορών της Τσεχίας και της Σλοβακίας το Σεπτέμβρη του 2011, στις οποίες προστέθηκε και η αγορά της Ουγγαρίας κατά τη διάρκεια του 3 ου τριμήνου του 2012 (Σεπτέμβριος 2012). Στην τριμερή αυτή σύζευξη πρόκειται να ενσωματωθούν η Ρουμανία και η Πολωνία, στα πλαίσια της υπογραφής ενός Μνημονίου Συμφωνίας στις 11 Ιουλίου 2013, δημιουργώντας έτσι τη λεγόμενη 5Μ Σύζευξη Αγορών. Το έργο σύζευξης της συγκεκριμένης περιοχής καθίσταται ιδιαίτερα δύσκολο, λόγω των σημαντικών παράλληλων ροών που οφείλονται στη μεταφορά αιολικής ισχύος από τη Βόρεια Γερμανία στη Νότια και στην Αυστρία, η οποία "πιέζει" το ήδη υπάρχον δίκτυο μεταφοράς [52]. Η σύζευξη της παρούσας περιοχής με την ενιαία Ευρωπαϊκή αγορά ΗΕ επιδιώκεται εντός του Επιπλέον, στα πλαίσια της ολοκλήρωσης των αγορών ηλεκτρικής ενέργειας της περιοχής της CEE, εγκαθιδρύθηκε τον Ιούλιο του 2008, το Κεντρικό Γραφείο Κατανομής της Μεταφορικής Ισχύος (Central Allocation Office - CAO) [53], με σκοπό τον υπολογισμό και την κατανομή της μεταφορικής ικανότητας των διασυνδετικών γραμμών της συγκεκριμένης περιοχής, σε βραχυπρόθεσμο και μακροπρόθεσμο επίπεδο Έναρξη Σύζευξης NWE-SWE Η Σύζευξη Τιμών των προ-ημερήσιων αγορών της περιφέρειας της Βόρειο-Δυτικής (NWE 9 ) και της Νότιο-Δυτικής Ευρώπης (SWE) ξεκίνησε στις 4 Φεβρουαρίου Από την ημέρα αυτή και έκτοτε, οι προ-ημερήσιες αγορές που καλύπτονται από τα 2 αυτά έργα λειτουργούν χρησιμοποιώντας το μοντέλο Σύζευξης Τιμών των Περιφερειών (PCR), όπως αυτό αναπτύχθηκε από τα ευρωπαϊκά ΧΕ. 9 Η περιοχή της Βόρειο-Δυτικής Ευρώπης αποτελείται από τις Σκανδιναβικές χώρες, τη Μεγάλη Βρετανία και τις χώρες που απαρτίζουν την περιοχή της Κεντρο-Δυτικής Ευρώπης

45 Κεφάλαιο 1- Εισαγωγή 31 Επί του παρόντος, οι αγορές ηλεκτρικής ενέργειας των δύο αυτών περιοχών εκκαθαρίζονται λαμβάνοντας ως δεδομένο μηδενική Διαθέσιμη Μεταφορική Ικανότητα 10 στη διασυνδετική γραμμή μεταξύ Γαλλίας και Ισπανίας. Ως αποτέλεσμα, η μεταφορική ικανότητα στο γάλλο-ισπανικό σύνορο κατανέμεται στην προ-ημερήσια αγορά βάσει των ήδη υπαρχουσών άμεσων δημοπρασιών. Η οριστική σύζευξη των περιφερειών της NWE και της SWE, μέσω έμμεσων δημοπρασιών, θα πραγματοποιηθεί αφού ρυθμιστούν όλες οι νομικές, ρυθμιστικές και τεχνολογικές προϋποθέσεις ολοκλήρωσης των δύο περιοχών και αναμένεται να λάβει χώρα στις 13 Μαΐου 2014 [54] Βιβλιογραφική Επισκόπηση Η παρούσα διδακτορική διατριβή αναφέρεται σε θέματα σχετικά με την ενοποίηση των Ευρωπαϊκών αγορών ηλεκτρικής ενέργειας και τα οποία μπορούν να κατηγοριοποιηθούν στις γενικές περιοχές της διαχείρισης των συμφορήσεων που εμφανίζονται στις διασυνοριακές γραμμές μεταφοράς ΗΕ (εναλλασσομένου και συνεχούς ρεύματος), καθώς επίσης και της οργάνωσης, λειτουργίας και τιμολόγησης των Ευρωπαϊκών αγορών ΗΕ. Η βιβλιογραφία που παρουσιάζεται στις επόμενες παραγράφους προσπαθεί να καλύψει την τρέχουσα κατάσταση της επιστήμης (state of the art) στις περιοχές αυτές Διαχείριση των Συμφορήσεων Άμεση Δημοπράτηση των Φυσικών Δικαιωμάτων Μεταφοράς Το βασικό πλεονέκτημα των άμεσων δημοπρασιών των Φυσικών Δικαιωμάτων Μεταφοράς αποτελεί το γεγονός ότι επιτρέπουν την κάθε χώρα να διατηρήσει την εθνική της αγορά ηλεκτρικής ενέργειας, χωρίς την ανάγκη αλλαγής του υπάρχοντος ρυθμιστικού πλαισίου. Στο αντίθετο άκρο όμως, όπως αναφέρθηκε και στην παράγραφο 1.2.2, οι άμεσες δημοπρασίες διαχωρίζουν τις αγορές ενέργειας και μεταφοράς ισχύος, δημιουργώντας με τον τρόπο αυτό ένα έλλειμμα ανταλλασσόμενης πληροφορίας, το οποίο μπορεί να οδηγήσει σε μη αποδοτική χρήση των διασυνδέσεων κατά μήκος της Ευρώπης. Τα βασικά μοντέλα άμεσων δημοπρασιών ΦΔΜ παρουσιάζονται στις αναφορές [55], [56] και [57]. Στην αναφορά [55] παρουσιάζεται από τους Audouin et al, το μοντέλο της άμεσης δημοπράτησης ΦΔΜ, κατά το οποίο ο Λειτουργός της αντίστοιχης αγοράς στοχεύει στη βελτιστοποίηση του συνολικού οφέλους από την άμεση εμπορία των ΦΔΜ, σεβόμενος μόνο τους περιορισμούς της Διαθέσιμης Μεταφορικής Ικανότητας των διασυνδετικών γραμμών. Η 10 Η Διαθέσιμη Μεταφορική Ικανότητα θεωρείται ίση με μηδέν για τις άμεσες δημοπρασίες κατανομής της μεταφορικής ικανότητας της διασυνδετικής γραμμής μεταξύ Γαλλίας και Ισπανίας

46 32 Κεφάλαιο 1- Εισαγωγή προαναφερθείσα διαδικασία κατανομής των ΦΔΜ, λαμβάνει το όνομα "Απλή Δημοπράτηση" από τους συγγραφείς, προκειμένου να διαχωριστεί από τη διαδικασία της "Συντονισμένης Δημοπράτησης" (Coordinated Auctioning) που παρουσιάζεται στην ίδια εργασία, αλλά και στην εργασία [56], των ίδιων συγγραφέων. Κατά τη δεύτερη μέθοδο, η δημοπράτηση των ΦΔΜ πραγματοποιείται λαμβάνοντας υπ' όψιν την επίδραση που έχουν οι συγκεκριμένες ανταλλαγές ισχύος στις πραγματικές ροές των διασυνδετικών γραμμών, μέσω της χρησιμοποίησης των κατάλληλων Συντελεστών Κατανομής Μεταφοράς Ισχύος [58]. Στην εργασία [56], εφαρμόζεται επίσης, όπως αναφέρθηκε προηγουμένως, η διαδικασία συντονισμένης δημοπράτησης ΦΔΜ, ενώ περιγράφεται και μία διανεμημένη μεθοδολογία υπολογισμού των ΣΚΜΙ και της μεταφορικής ικανότητας των διασυνδετικών γραμμών (border capacities), προκειμένου οι αντίστοιχες παράμετροι του προβλήματος βελτιστοποίησης να υπολογίζονται αποκεντρωμένα από τους Διαχειριστές των συμβαλλόμενων συστημάτων. Τέλος, οι Marannino et al παρουσίασαν στην εργασία [57] μία μελέτη, όπου η μέθοδος της συντονισμένης άμεσης δημοπράτησης των ΦΔΜ εφαρμόστηκε στο Ευρωπαϊκό Σύστημα Ηλεκτρικής Ενέργειας, λαμβάνοντας υπ' όψιν το κριτήριο ασφαλείας Ν-1. Οι ανωτέρω εργασίες φανέρωσαν τους βασικούς τρόπους λειτουργίας των άμεσων δημοπρασιών ΦΔΜ, για την ανταλλαγή ισχύος στο Ευρωπαϊκό Σύστημα Ηλεκτρικής Ενέργειας. Παρά την ευρεία εφαρμογή τους μέχρι και τις αρχές τις τελευταίας δεκαετίες, οι συγκεκριμένες μέθοδοι έπαψαν σταδιακά να χρησιμοποιούνται, καθώς διαπιστώθηκε μέσω διαφόρων μελετών ότι οι διαδικασίες έμμεσης δημοπράτησης ΦΔΜ οδηγούσαν σε αύξηση του κοινωνικού οφέλους Έμμεση Δημοπράτηση των Φυσικών Δικαιωμάτων Μεταφοράς Από τα μέσα της προηγούμενης δεκαετίας και μετέπειτα, οι περισσότερες μελέτες και εργασίες που αναφέρονταν στην ολοκλήρωση των Ευρωπαϊκών αγορών ΗΕ χρησιμοποιούσαν τη μεθοδολογία της έμμεσης δημοπράτησης των Φυσικών Δικαιωμάτων Μεταφοράς, για την εύρεση των βέλτιστων ανταλλαγών ισχύος. Στη συγκεκριμένη μεθοδολογία, η ενέργεια και οι βέλτιστες ανταλλαγές ισχύος καθορίζονται ταυτοχρόνως μέσω της ίδιας διαδικασίας αγοράς, οδηγώντας με τον τρόπο αυτό στη βέλτιστη χρησιμοποίηση της χωρητικότητας των διασυνδετικών γραμμών και στη μεγιστοποίηση του κοινωνικού οφέλους. Επιπλέον, διάφορες μελέτες, όπως αυτές των Parisio και Bosco [59], Neuhoff [60], Gilbert et al [61] και Ehrenman και Neuhoff [62], απέδειξαν ότι σε συνθήκες μη τέλειου ανταγωνισμού, η εφαρμογή έμμεσων διαδικασιών δημοπράτησης των ημερήσιων ΦΔΜ μειώνει τη δυνατότητα χειραγώγησης της

47 Κεφάλαιο 1- Εισαγωγή 33 αγοράς από τους συμμετέχοντες. Οι έμμεσες δημοπρασίες των ΦΔΜ πραγματοποιούνται, όπως και οι άμεσες, με δύο τρόπους: είτε α) μέσω του στηριζόμενου στη Διαθέσιμη Μεταφορική Ικανότητα μοντέλου, όπου οι ανταλλαγές ισχύος είναι ελεύθερες να ακολουθήσουν όποια κατεύθυνση οδηγεί στη βελτιστοποίηση του κοινωνικού οφέλους, είτε β) μέσω του στηριζόμενου στη ροή μοντέλου, όπου οι ανταλλαγές ισχύος περιορίζονται από τους νόμους του Kirchhoff, οι οποίοι εκφράζονται συνήθως μέσω των Συντελεστών Κατανομής Μεταφοράς Ισχύος. Βασιζόμενο στη Διαθέσιμη Μεταφορική Ικανότητα Μοντέλο Έμμεσης Δημοπράτησης ΦΔΜ Στην πρώτη κατηγορία εντάσσονται οι αναφορές [63], [64], [65] και [66]. Στην εργασία [63], οι Bichpuriya et al παρουσιάζουν μία ευρετική μεθοδολογία σύζευξης αγορών ΗΕ, η οποία στηρίζεται στη μέθοδο της έμμεσης δημοπράτησης των ΦΔΜ. Στην παρούσα εργασία, επιλύεται αρχικώς το πρόβλημα εκκαθάρισης της αγοράς ΗΕ, χωρίς την αρχική θεώρηση των ορίων των διασυνδέσεων και στη συνέχεια ακολουθείται μία επαναληπτική διαδικασία πολλαπλών επιπέδων, για τον υπολογισμό των βέλτιστων ροών ισχύος. Αντιθέτως, στην αναφορά [64], οι Weber et al επιλύουν το πρόβλημα Διάσπασης της Αγοράς σε ένα επίπεδο, θεωρώντας και αυτοί με τη σειρά τους ότι οι εμπορικές ροές ισχύος μπορεί να διαφέρουν από τις πραγματικές φυσικές ροές. Οι Tersteegen et al [65] και Martin et al [66] παρουσιάζουν το ενδιαφέρον πρόβλημα της σύζευξης των Ευρωπαϊκών αγορών ΗΕ, όταν παρέχεται στους συμμετέχοντες σε αυτές η δυνατότητα κατάθεσης σύνθετων προσφορών. Και οι δύο προαναφερθείσες αναφορές χρησιμοποιούν το μοντέλο της Διαθέσιμης Μεταφορικής Ικανότητας και επιλύουν ένα συνδυαστικό πρόβλημα βελτιστοποίησης, στοχεύοντας στην ικανοποίηση των συνθηκών "ολικής αποδοχής ή απόρριψης" που εισάγουν οι σύνθετες προσφορές. Επιπλέον, οι Martin et al περιλαμβάνουν έναν επιπρόσθετο περιορισμό στο μοντέλο βελτιστοποίησης τους, ο οποίος περιορίζει τη μέγιστη δυνατή ανταλλαγή ισχύος σε μία διασύνδεση, μεταξύ δύο διαδοχικών ωρών του ορίζοντα εκκαθάρισης της αγοράς. Παρόμοιους στηριζόμενους στο μοντέλο της Διαθέσιμης Μεταφορικής Ικανότητας περιορισμούς ανταλλαγών ισχύος, περιλαμβάνουν και οι εμπορικοί αλγόριθμοι σύζευξης Ευρωπαϊκών αγορών ΗΕ COSMOS [36], EMCC [40] και EUPHEMIA [9]. Από τους προαναφερθέντες αλγόριθμους, η EUPHEMIA παρέχει για την ακρίβεια τη δυνατότητα επιλογής του τρόπου μοντελοποίησης των ροών ισχύος στις διασυνδετικές γραμμές, καθώς υποστηρίζει τόσο το βασιζόμενο στη Διαθέσιμη Μεταφορική Ικανότητα μοντέλο, όσο και την

48 34 Κεφάλαιο 1- Εισαγωγή αντίστοιχη βασιζόμενη στη ροή προσέγγιση. Επιπλέον, οι αναφορές [67] και [68] παρουσιάζουν δύο ιδιαίτερες περιπτώσεις ολοκλήρωσης αγορών ΗΕ μέσω του βασιζόμενου στη ΔΜΙ μοντέλου έμμεσης δημοπράτησης των ημερήσιων ΦΔΜ. Η ιδιαιτερότητα των συγκεκριμένων αναφορών έγκειται στο γεγονός ότι παρουσιάζουν αντίστοιχα, τη σύζευξη δύο μόνο περιοχών, μέσω ενός κοινού καλωδίου και τη σύζευξη δύο περιοχών μέσω γραμμών μεταφοράς ισχύος συνεχούς ρεύματος. Ο Meeus [67] παρουσιάζει τρεις διαφορετικές υλοποιήσεις της ολοκλήρωσης, μέσω του καλωδίου Kontek, των περιοχών της Γερμανίας και της Ανατολικής Δανίας (ξεχωριστή εκκαθάριση των δύο αγορών και ζεύξη μέσω των διαδικασιών της Σύζευξης Ποσοτήτων και Σύζευξης Τιμών) και παρουσιάζει μία εμπειρική ανάλυση της επίδοσης της κάθε μεθόδου. Στην εργασία [68], οι Janssen et al παρουσιάζουν ένα γενικό μοντέλο της διαδικασίας Σύζευξης Ποσοτήτων που πραγματοποιείται από την EMCC και προτείνουν μία βελτίωση της εξεταζόμενης μεθόδου, η οποία στηρίζεται στη βελτίωση της συνεργασίας μεταξύ των αλγορίθμων εκκαθάρισης των αγορών του Nord Pool και της CWE. Τέλος, όπως αναφέρθηκε και προηγουμένως, βασικό χαρακτηριστικό της βασιζόμενης στη ΔΜΙ μεθοδολογίας έμμεσων δημοπρασιών ΦΔΜ, αποτελεί το γεγονός ότι οι εμπορικές ανταλλαγές ισχύος που προκύπτουν μέσω της συγκεκριμένης διαδικασίας δεν ταυτίζονται με τις αντίστοιχες πραγματικές ροές ισχύος. Για το λόγο αυτό, οι Διαχειριστές των Συστημάτων Μεταφοράς ΗΕ αναγκάζονται να λάβουν επιπρόσθετα αντί-οικονομικά μέτρα, προκειμένου να εξασφαλίσουν ότι η λύση που προκύπτει από την εκκαθάριση της προ-ημερήσιας αγοράς ΗΕ, θα είναι εφικτή σε συνθήκες πραγματικού χρόνου. Τα επιπρόσθετα αυτά μέτρα αναφέρονται συνήθως ως Συναλλαγές Αντίθετης Φοράς (Counter Trading Mechanisms) και η σημασία τους έχει αναλυθεί διεξοδικά στην υπάρχουσα βιβλιογραφία (Oggioni et al [69] και Oggioni και Smeers [70],[71]). Βασιζόμενο στη Ροή Μοντέλο Έμμεσης Δημοπράτησης ΦΔΜ Στη δεύτερη κατηγορία έμμεσων δημοπρασιών, η ανταλλαγές ισχύος πραγματοποιούνται μεταξύ των διάφορων περιοχών προσφορών, μέσω μίας στηριζόμενης στη ροή μεθοδολογίας. Για τη χρησιμοποίηση του συγκεκριμένου μηχανισμού κρίνεται απαραίτητος ο υπολογισμός των Συντελεστών Κατανομής Μεταφοράς Ισχύος, οι οποίοι περιγράφουν την επίδραση της Καθαρής Θέσης μίας περιοχής προσφοράς στις ροές ισχύος των διασυνδετικών γραμμών. Στην εργασία [72], οι Björndal και Jörnsten παρουσίασαν ένα γραμμικό μοντέλο για την εκκαθάριση της αγοράς του Nord Pool, όπου τα Φυσικά Δικαιώματα Μεταφοράς στις διασυνδετικές γραμμές δημοπρατούνται έμμεσα, μέσω του βασιζόμενου στη ροή μηχανισμού

49 Κεφάλαιο 1- Εισαγωγή 35 εκκαθάρισης της αγοράς. Οι συγγραφείς έλαβαν υπ' όψιν τους στη συγκεκριμένη μελέτη τόσο τις γραμμές συνεχούς όσο και τις γραμμές εναλλασσομένου ρεύματος που συναντώνται στην περιοχή και μελέτησαν την επίδραση που έχει στο συνολικό κόστος του συστήματος ο καλύτερος συντονισμός των Διαχειριστών του Συστήματος, οι οποίοι δραστηριοποιούνται στη συγκεκριμένη περιοχή. Από την άλλη, οι Meeus et al [73] προτείνουν τον καλύτερο συντονισμό μεταξύ των Λειτουργών των συζευγμένων περιοχών, προκειμένου να αντιμετωπιστεί το πρόβλημα εμφάνισης πολλαπλών Τιμών Εκκαθάρισης, κατά τη διαδικασία εκκαθάρισης της ενοποιημένης αγοράς ΗΕ. Οι πολλαπλές λύσεις παρουσιάζονται στις αγορές ΗΕ όπου επιτρέπεται η κατάθεση βηματικών προσφορών, ενώ για την αντιμετώπιση του συγκεκριμένου προβλήματος οι συγγραφείς προτείνουν τον καθορισμό των τελικών Τιμών Εκκαθάρισης μέσω ενός δεύτερου προβλήματος βελτιστοποίησης, όπου επιδιώκεται η ελαχιστοποίηση του κόστους συμφόρησης των διασυνδέσεων. Θα πρέπει να σημειωθεί ότι παρόμοιες λύσεις στο γενικό πρόβλημα ύπαρξης πολλαπλών Τιμών Εκκαθάρισης έχουν προτείνει μέσα από τις εργασίες τους οι Alguacil et al [74] και Feng et al [75]. Στα πλαίσια εργαστηριακών ασκήσεων και καλύτερης εξοικείωσης των φοιτητών με θέματα σχετικά με την ολοκλήρωση των Ευρωπαϊκών αγορών ΗΕ, οι Meeus et al [76] ανέπτυξαν έναν εξομοιωτή σύζευξης αγορών, ο οποίος βασίζεται στη στηριζόμενη στη ροή μεθοδολογία έμμεσης δημοπράτησης των ημερήσιων ΦΔΜ και επιτρέπει την ωριαία σύζευξη 8 αγορών ΗΕ. Επιπλέον, κάποιοι άλλοι ερευνητές από το ίδιο εργαστήριο του πανεπιστημίου KU Leuven, παρουσίασαν έναν αλγόριθμο σύζευξης αγορών μέσω έμμεσων δημοπρασιών [77], ο οποίος εξετάζει την επίδραση των μετασχηματιστών φάσης (Phase Shifting Transformers) στα αποτελέσματα της στηριζόμενης στη ροή ολοκλήρωσης αγορών ΗΕ. Στις αναφορές [78] και [79] επιλύεται σε πρώτη φάση το πρόβλημα εκκαθάρισης της προημερήσιας αγοράς ΗΕ και βάσει των αποτελεσμάτων καθίσταται δυνατός ο υπολογισμός των ΣΚΜΙ. Στις συγκεκριμένες εργασίες οι Waniek et al [78] και Schwippe et al [79] διαμορφώνουν αρχικώς τις εξισώσεις ροής φορτίου εναλλασσομένου ρεύματος, προκειμένου να κατασκευάσουν τους ΣΚΜΙ, οι οποίοι χρησιμοποιούνται στη συνέχεια για την επίλυση του γραμμικού προβλήματος σύζευξης των αγορών ΗΕ. Επιπλέον, στα πλαίσια της Ευρωπαϊκής ολοκλήρωσης, οι Marinakis et al [80], [81], [82] παρουσίασαν ένα μοντέλο ενοποίησης των αγορών ΗΕ, βάσει του οποίου το κάθε συμβαλλόμενο ΧΕ διατηρεί τη φυσική του υπόσταση, αλλά επιτρέπει παράλληλα στους συμμετέχοντες σε αυτό τη δυνατότητα κατάθεσης προσφορών σε περιοχές στις οποίες δε βρίσκονται γεωγραφικώς. Η προτεινόμενη μεθοδολογία στηρίζεται στην αρχική ξεχωριστή

50 36 Κεφάλαιο 1- Εισαγωγή επίλυση της κάθε αγοράς, ενώ στη συνέχεια πραγματοποιείται μία κεντρική διαχείριση των συμφορήσεων που εμφανίζονται στις γραμμές μεταφοράς, μέσω των ΣΚΜΙ. Οι συγγραφείς αναπτύσσουν ένα μηχανισμό δίκαιης κατανομής της Διαθέσιμης Μεταφορικής Ικανότητας των διασυνδετικών γραμμών, ενώ καταλήγουν στο συμπέρασμα ότι η προτεινόμενη μεθοδολογία οδηγεί σε υπό-βέλτιστα αλλά πολύ κοντινά με αυτά της κεντρικής επίλυσης αποτελέσματα. Τέλος, στις αναφορές [83], [84], [85]και [86] αλλά και στην αναφορά [87] επιλύεται το πρόβλημα σύζευξης των προ-ημερήσιων αγορών ηλεκτρικής ενέργειας, μέσω της χρησιμοποίησης των Καμπυλών Καθαρών Εξαγωγών (ΚΚΕ ή Net Export Curves - NEC) ισχύος του κάθε εμπλεκόμενου Χρηματιστηρίου Ενέργειας. Στις αναφορές [83]-[86] οι συγγραφείς εφαρμόζουν τον ίδιο αλγόριθμο βελτιστοποίησης, με μικρές παραλλαγές μεταξύ των παρουσιαζόμενων υλοποιήσεων, κατά την εκτέλεση του οποίου οι συζευγμένες αγορές ΗΕ θεωρούνται αρχικώς απομονωμένες, προκειμένου να κατασκευαστούν οι Καμπύλες Καθαρών Εξαγωγών. Στη συνέχεια, οι διαμορφωμένες ΚΚΕ εισάγονται σε ένα κεντρικό αλγόριθμο υπολογισμού των βέλτιστων εισαγωγών/εξαγωγών ηλεκτρικής ενέργειας, ο οποίος υπολογίζει τις ανταλλαγές ισχύος μέσω μίας στηριζόμενης στη ροή διαδικασίας έμμεσης δημοπράτησης των ημερήσιων ΦΔΜ, και ανατροφοδοτεί τα ΧΕ με τη συγκεκριμένη πληροφορία. Βάσει των βέλτιστων ανταλλαγών ισχύος υπολογίζεται ξανά η Καθαρή Θέση (Net Position) της κάθε περιοχής, ενώ η λύση που προκύπτει θα πρέπει να ικανοποιεί το κριτήριο ασφαλείας Ν-1. Στην αναφορά [87] οι Meeus et al γενικεύουν τον τρόπο κατασκευής των ΚΚΕ, οι οποίες διαμορφώνονται τόσο από βηματικές όσο και από γραμμικές πλέον προσφορές, ενώ ο προτεινόμενος αλγόριθμος εύρεσης των βέλτιστων ανταλλαγών ισχύος μπορεί να περιλαμβάνει επιπρόσθετους περιορισμούς, οι οποίοι μοντελοποιούν τις γραμμές μεταφοράς συνεχούς ρεύματος. Συγκριτικές Μελέτες Μεταξύ των Μοντέλων Έμμεσης Δημοπράτησης ΦΔΜ Στις ανωτέρω παραγράφους αναπτύχθηκε το μεγαλύτερο κομμάτι της σχετικής με την έμμεση δημοπράτηση των ημερήσιων, σε Ευρωπαϊκό επίπεδο, Φυσικών Δικαιωμάτων Μεταφοράς βιβλιογραφίας. Παρ' όλα αυτά υπάρχουν ορισμένες μελέτες, στις οποίες πραγματοποιείται μία σύγκριση μεταξύ των δύο μεθόδων έμμεσης δημοπράτησης ΦΔΜ Οι Waniek et al [88] χρησιμοποιούν το μοντέλο που παρουσίασαν στην αναφορά [78] (υπολογισμός των ΣΚΜΙ μέσω των εξισώσεων ροής φορτίου εναλλασσομένου ρεύματος), προκειμένου να εξετάσουν και να συγκρίνουν μεταξύ τους τα αποτελέσματα που προκύπτουν από την εφαρμογή των βασιζόμενων στη ΔΜΙ και στη ροή μεθόδων έμμεσης δημοπράτησης

51 Κεφάλαιο 1- Εισαγωγή 37 των ημερήσιων ΦΔΜ. Η επίλυση των ανωτέρω προβλημάτων συγκρίνεται σε δεύτερο στάδιο και με τη λύση που προκύπτει από την εφαρμογή ενός μοντέλου που βασίζεται στη Βέλτιστη Ροή Φορτίου με Περιορισμούς Ασφαλείας (Security Constrained Optimal Power Flow - SCOPF), ενώ όλες οι εξεταζόμενες μοντελοποιήσεις εφαρμόζονται στο σύστημα της CWE. Στην εργασία [89], οι Barth et al χρησιμοποιούν το ερευνητικό εργαλείο Wilmar, προκειμένου να διαπιστώσουν την επίδραση της εφαρμογής των στηριζόμενων στη ΔΜΙ και ροή μεθόδων έμμεσης δημοπράτησης ΦΔΜ στην εκκαθάριση της προ-ημερήσιας αγοράς ΗΕ, όταν η ενδοημερήσια αγορά μοντελοποιείται βάσει των φυσικών περιορισμών ροής φορτίου. Από τα αποτελέσματα διαπιστώθηκε ότι η εφαρμογή της στηριζόμενης στη ροή μεθόδου δημοπράτησης οδηγεί σε αύξηση του πανευρωπαϊκού κοινωνικού οφέλους. Στην αναφορά [90], οι Louyrette και Trotignon εξετάζουν την επεκτασιμότητα του μοντέλου βελτιστοποίησης που εφαρμόζονταν στην Τριμερή Σύζευξη Αγορών (Trilateral Market Coupling), με την προσθήκη 2 ακόμα περιοχών προσφορών (της Γερμανίας και του Λουξεμβούργου). Η ανωτέρω μελέτη πραγματοποιείται μέσω δύο μοντέλων, ενός ακολουθιακού που στηρίζεται στις Καμπύλες Καθαρών Εξαγωγών και ενός μονο-επίπεδου μοντέλου που στηρίζεται στις απλές ωριαίες προσφορές, ενώ και τα δύο προαναφερθέντα μοντέλα χρησιμοποιούν τη βασιζόμενη στη ΔΜΙ μεθοδολογία έμμεσης δημοπράτησης των ημερήσιων ΦΔΜ. Επιπλέον, οι συγγραφείς συγκρίνουν τα αποτελέσματα των ανωτέρω προσεγγίσεων με αυτά που προκύπτουν από τη στηριζόμενη στη ροή σύζευξη αγορών και καταλήγουν στη διαπίστωση της ανωτερότητας της τελευταίας μεθόδου. Τέλος, σε μία ελαφρώς συγκριτική μελέτη, οι van der Weijde και Hobbs εξετάζουν στην αναφορά [91], την επίδραση της εισαγωγής των στηριζόμενων στη ΔΜΙ περιορισμών ανταλλαγών ισχύος στο στάδιο της προ-ημερήσιας αγοράς ΗΕ, σε σχέση με την εξ' αρχής επιβολή του πλήρους συνόλου περιορισμών του δικτύου μεταφοράς Συγκριτικές Μελέτες των Μεθόδων Δημοπράτησης ΦΔΜ Στις παραγράφους και παρουσιάστηκε η σχετική με την άμεση και την έμμεση δημοπράτηση των Φυσικών Δικαιωμάτων Μεταφοράς βιβλιογραφία. Παρ' όλα αυτά, υπάρχουν μελέτες όπως αυτές που παρουσιάζονται στις αναφορές [92] και [93], οι οποίες συγκρίνουν τους δύο τρόπους κατανομής της μεταφορικής ικανότητας των διασυνδετικών γραμμών και προσφέρουν χρήσιμα συμπεράσματα. Στην αναφορά [92], οι Perez-Arriaga και Olmos αναγνωρίζουν το γεγονός ότι μέχρι και το χρονικό σημείο που πραγματοποιήθηκε η συγκεκριμένη μελέτη, ήταν δύσκολη η αλλαγή της έως τότε υπάρχουσας οργάνωσης των αγορών ηλεκτρικής ενέργειας και η οποία στηριζόταν

52 38 Κεφάλαιο 1- Εισαγωγή στις άμεσες δημοπρασίες των ημερήσιων ΦΔΜ. Για το λόγο αυτό, στη συγκεκριμένη εργασία προτείνεται ένα μοντέλο ενοποίησης των υφιστάμενων αγορών ΗΕ, το οποίο στηρίζεται στο μηχανισμό των άμεσων συντονισμένων δημοπρασιών ΦΔΜ, όπου τα συμβαλλόμενα ΧΕ συνεχίζουν την εώς τώρα λειτουργία τους. Οι συγγραφείς συγκρίνουν το προτεινόμενο μοντέλο, με ένα το οποίο εκκαθαρίζει τα ημερήσια ΦΔΜ μέσω έμμεσων δημοπρασιών και καταλήγουν στο συμπέρασμα ότι η πιθανή απώλεια της οικονομικής αποτελεσματικότητας φαίνεται να είναι μικρή, επιτρέποντας με τον τρόπο αυτό τα συζευγμένα Χρηματιστήρια Ενέργειας να συνεχίσουν τη λειτουργία τους κάτω από την ίδια οργάνωση. Τέλος, σε μία πιο σύγχρονη μελέτη, οι Jullien et al [93] εφαρμόζουν τις στηριζόμενες στη ροή μεθόδους άμεσης και έμμεσης δημοπράτησης των ΦΔΜ σε ένα μικρό σύστημα τριών ζυγών και καταλήγουν στο συμπέρασμα ότι η έμμεση δημοπράτηση υπερτερεί της άμεσης. Η τελευταία μέθοδος εμφανίζει σημαντικά μειονεκτήματα, καθώς λόγω των ακολουθιακών αγορών που απαιτούνται για τη λειτουργία της, έχει ως αποτέλεσμα την κακή εκτίμηση των Τιμών Εκκαθάρισης και των ανταλλαγών ισχύος Ποσοτικές Μελέτες Επικεντρωμένες σε Συγκεκριμένες Ευρωπαϊκές Διασυνοριακές Γραμμές Στην παρούσα βιβλιογραφία παρουσιάζεται μία πληθώρα εργασιών, στις οποίες μελετώνται συγκεκριμένες διασυνοριακές γραμμές του Ευρωπαϊκού Συστήματος Ηλεκτρικής Ενέργειας. Οι Hobbs et al [94] ποσοτικοποιούν μέσω μαθηματικών μοντέλων το όφελος που προκύπτει από τη διασύνδεση Βελγίου και Ολλανδίας και καταλήγουν ότι η αύξηση του κοινωνικού οφέλους που παρατηρείται οφείλεται εν μέρει και στην θεώρηση του συμψηφισμού της ροής ισχύος (netting). Η Malaguzzi Valeri μελετάει στην εργασία [95] την επίπτωση που έχει στο διασυνδεδεμένο σύστημα της Ιρλανδίας και της Μεγάλης Βρετανίας η αύξηση της χωρητικότητας της μεταξύ τους διασυνδετικής γραμμής. Τα αποτελέσματα των προσομοιώσεων φανερώνουν ότι η Ιρλανδία επωφελείται περισσότερο από την αύξηση της προαναφερθείσας χωρητικότητας, ενώ η συγγραφέας καταλήγει ότι για τη λειτουργία μίας κοινής αγοράς μεταξύ των δύο συμβαλλόμενων χωρών είναι απαραίτητη η επέκταση της μεταφορικής ικανότητας της διασυνδετικής γραμμής κατά 2,000 έως 4,000 MW. Επιπλέον, στις εργασίες [96] και [97] παρουσιάζεται από τον Kristiansen μία ανάλυση σχετική με τις τιμές που προκύπτουν από τις ανταλλαγές ισχύος μεταξύ Δυτικής Δανίας και Γερμανίας, καθώς επίσης και μέσω του καλωδίου Kontek, που ενώνει την ανατολική Δανία με τη Γερμανία. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι η μεταφορική ικανότητα των διασυνδετικών γραμμών που δημοπρατείται σε μηνιαία και ετήσια βάση είναι γενικά πιο πολύτιμη σε σχέση

53 Κεφάλαιο 1- Εισαγωγή 39 με την ημερήσια χωρητικότητα. Ο Borges παρουσιάζει στην εργασία [98] έναν προσομοιωτή της Ιβηρικής αγοράς ηλεκτρικής ενέργειας, με σκοπό την αξιολόγηση των Τιμών Εκκαθάρισης και της μεταφορικής ικανότητας της διασυνδετικής γραμμής Ισπανίας-Πορτογαλίας. Ο συγγραφέας, μέσω της ανάλυσης που πραγματοποίησε, καταλήγει στο συμπέρασμα ότι ακόμα και αν η μεταφορική ικανότητα της διασυνδετικής γραμμής αυξηθεί στα 3,000 MW, όπως ήταν προγραμματισμένο, δε θα αποτραπεί η εμφάνιση συμφορήσεων στη συγκεκριμένη διασύνδεση Μοντελοποίηση των Γραμμών Μεταφοράς Συνεχούς Ρεύματος Βασικό χαρακτηριστικό του Ευρωπαϊκού Συστήματος Ηλεκτρικής Ενέργειας αποτελεί το γεγονός ότι χωρίζεται σε 5 σύγχρονες περιοχές, μέσω καλωδίων συνεχούς ρεύματος (ΣΡ). Οι γραμμές μεταφοράς ΣΡ χρησιμοποιούνται παγκοσμίως από τους Διαχειριστές των Συστημάτων Ηλεκτρικής Ενέργειας ως συσκευές Ελέγχου Ροής Ισχύος (Power Flow Controlling devices - PFC devices) [99], καθώς μπορούν να επηρεάσουν εμμέσως τις ροές ισχύος σε άλλες περιοχές του δικτύου. Η σχετική διεθνής βιβλιογραφία περιλαμβάνει τεχνικές [100], [101] αλλά και απλούστερες μοντελοποιήσεις της διερχόμενης μέσω των καλωδίων ΣΡ ελεγχόμενης ροής ισχύος. Στην πιο απλή της μορφή, η ροή ισχύος σε μία γραμμή ΣΡ μοντελοποιείται μέσω μίας ελεύθερης μεταβλητής απόφασης, η τιμή της οποίας υπολογίζεται από τον εκάστοτε αλγόριθμο βελτιστοποίησης. Χαρακτηριστικά παραδείγματα χρησιμοποίησης της προαναφερθείσας μοντελοποίησης αποτελούν οι αναφορές [102], [103], [87] και [104]. Στην αναφορά [102], οι Sarkar και Khaparde εξετάζουν τη δυνατότητα εφαρμογής των Κομβικών Τιμών Εκκαθάρισης και των Οικονομικών Δικαιωμάτων Μεταφοράς (ΟΔΜ ή Financial Transmission Rights - FTR), σε ένα σύστημα μεταφοράς ΗΕ, το οποίο περιλαμβάνει γραμμές εναλλασσομένου αλλά και συνεχούς ρεύματος. Στη συγκεκριμένη μελέτη, η ροή ισχύος στις ελεγχόμενες γραμμές ΣΡ μοντελοποιείται μέσω μη-τιμολογούμενων διμερών ανταλλαγών ισχύος (non-chargeable bilateral transactions). Επιπλέον, οι Mekonnen et al [103] μοντελοποιούν την κάθε εξεταζόμενη γραμμή ΣΡ ως δύο "ψεύτικες" μονάδες παραγωγής, με ίση και αντίθετη ισχύ εξόδου, προκειμένου να εξεταστούν τρεις μέθοδοι κατανομής του κόστους μεταφοράς ΗΕ. Οι προαναφερθείσες μονάδες παραγωγής είναι συνδεδεμένες η κάθε μία σε ένα από τα δύο άκρα της εξεταζόμενης γραμμής ΣΡ, ενώ η τιμή της "ισχύος εξόδου" τους (που πρακτικά μοντελοποιεί τη ροή ισχύος της γραμμής ΣΡ) προκύπτει μέσω του αλγορίθμου βελτιστοποίησης. Επίσης, στα πλαίσια της Ευρωπαϊκής ολοκλήρωσης, οι Meeus et al [87] παρουσιάζουν ένα

54 40 Κεφάλαιο 1- Εισαγωγή μοντέλο για τη σύζευξη των Ευρωπαϊκών ΧΕ, μέσω των Καμπυλών Καθαρών Εξαγωγών, το οποίο παρέχει τη δυνατότητα μοντελοποίησης τόσο των βασιζόμενων στη ροή περιορισμών ανταλλαγών ισχύος όσο και των γραμμών ΣΡ. Οι τελευταίες μοντελοποιούνται στη συγκεκριμένη μελέτη μέσω μίας ελεύθερης μεταβλητής, η οποία λαμβάνει κατάλληλη τιμή, προκειμένου να μεγιστοποιηθεί το κοινωνικό όφελος από την ανταλλαγή ισχύος μεταξύ των συζευγμένων περιοχών. Τέλος, την ίδια στρατηγική μοντελοποίησης των γραμμών συνεχούς ρεύματος με τους Meeus et al χρησιμοποιούν και οι Hobbs et al, οι οποίοι παρουσιάζουν στην αναφορά [104] ένα μαθηματικό πρόβλημα ισορροπίας της αγοράς ΗΕ, όπου συμπεριλαμβάνονται επιπλέον περιορισμοί μοντελοποίησης των τετραγωνικών απωλειών, των μετασχηματιστών φάσεων αλλά και των ενδιαφερόμενων γραμμών συνεχούς ρεύματος Εκκαθάριση των Συνδυαστικών Ευρωπαϊκών Αγορών Ηλεκτρικής Ενέργειας Στη συγκεκριμένη ενότητα παρουσιάζεται η βιβλιογραφική ανασκόπηση των εργασιών οι οποίες σχετίζονται με την εκκαθάριση των Ευρωπαϊκών συνδυαστικών αγορών ηλεκτρικής ενέργειας 11. Μέχρι στιγμής έχουν προταθεί τρεις γενικοί τρόποι εκκαθάρισης των συγκεκριμένων αγορών, οι οποίοι στηρίζονται: α) στην απ' ευθείας μοντελοποίηση των Τιμών Εκκαθάρισης ως μεταβλητές του προβλήματος βελτιστοποίησης και στην εισαγωγή επιπρόσθετων περιορισμών θετικού οφέλους όλων των συμμετεχόντων, β) στη χρησιμοποίηση κάποιου ευρετικού επαναληπτικού αλγορίθμου και γ) στην εισαγωγή μηγραμμικών Τιμών Εκκαθάρισης. Χαρακτηριστικά παραδείγματα της πρώτης κατηγορίας αποτελούν οι αναφορές [105], [65], [106] και [107]. Στην εργασία [105], οι Meeus et al παρουσιάζουν έναν αλγόριθμο επίλυσης μίας οργανωμένης ως ΧΕ αγοράς ΗΕ, με δυνατότητα κατάθεσης μπλοκ προσφορών για παραγωγή και κατανάλωση ΗΕ και χωρίς περιορισμούς δικτύου. Στη συγκεκριμένη μοντελοποίηση εισάγεται άμεσα μία μεταβλητή απόφασης η οποία εκφράζει την τελική Τιμή Εκκαθάρισης, οδηγώντας έτσι σε ταυτόχρονο υπολογισμό των εκκαθαρισμένων ποσοτήτων και τιμών. Μέσω του προτεινόμενου μοντέλου εκκαθάρισης της αγοράς, οι συγγραφείς μελετάνε την επίδραση των σύνθετων μπλοκ προσφορών στο συνολικό χρόνο εκτέλεσης του προβλήματος αλλά και στην πιθανότητα εμφάνισης Παραδόξως Απορριπτόμενων (ΠΡ) προσφορών, ανάλογα με τον αριθμό και το μέγεθος των μπλοκ προσφορών. Παρόμοια μεθοδολογία χρησιμοποιούν στην εργασία [65] οι Tersteegen et al, οι οποίοι παρουσιάζουν ένα 11 Χρηματιστήρια Ενέργειας με δυνατότητα κατάθεσης σύνθετων προσφορών

55 Κεφάλαιο 1- Εισαγωγή 41 μαθηματικό μοντέλο εκκαθάρισης συζευγμένων ΧΕ, όπου τα Φυσικά Δικαιώματα Μεταφοράς των διασυνδετικών γραμμών δημοπρατούνται μέσω έμμεσων διαδικασιών. Το πρόβλημα βελτιστοποίησης περιλαμβάνει απλούς περιορισμούς δικτύου, στηριζόμενους στο μοντέλο της Διαθέσιμης Μεταφορικής Ικανότητας των διασυνδετικών γραμμών, καθώς επίσης και περιορισμούς οι οποίοι μοντελοποιούν τη δυνατότητα κατάθεσης μπλοκ προσφορών από τους συμμετέχοντες στην αγορά. Η ικανοποίηση των απαραίτητων συνθηκών θετικού οφέλους όλων των συμμετεχόντων επιτυγχάνεται, όπως και στην εργασία [105], μέσω της απ' ευθείας εισαγωγής στο συνολικό πρόβλημα βελτιστοποίησης μίας μεταβλητής απόφασης, η οποία χρησιμοποιείται για τη μοντελοποίηση των Τιμών Εκκαθάρισης όλων των εξεταζόμενων περιοχών προσφορών. Στη συγκεκριμένη εργασία, οι συγγραφείς περιγράφουν τα προβλήματα που δημιουργούν στη διαδικασία εκκαθάρισης της αγοράς οι περιορισμοί ακεραιότητας των σύνθετων μπλοκ προσφορών, οι οποίοι οφείλονται στη συνθήκη "ολικής αποδοχής ή απόρριψης", ενώ εξετάζεται και η επίδραση του συνολικού αριθμού εξεταζόμενων περιοχών προσφορών στο χρόνο εκτέλεσης του προβλήματος βελτιστοποίησης. Μία διαφορετική προσέγγιση υιοθέτησαν στην εργασία του οι Zak et al [106], οι οποίοι εκφράζουν το πρόβλημα εκκαθάρισης της αγοράς ΗΕ ενός ΧΕ με μπλοκ προσφορές και χωρίς περιορισμούς δικτύου, ως ένα πρόβλημα δύο επιπέδων (bi-level problem) [108]. Το ανωτέρουεπιπέδου πρόβλημα (upper-level problem) αποφασίζει την εκκαθάριση των μπλοκ προσφορών, ενώ το χαμηλού-επιπέδου πρόβλημα (lower-level problem) παρουσιάζει το πρόβλημα εκκαθάρισης της αγοράς, για δεδομένη επιλογή των μπλοκ προσφορών. Στην προσέγγιση τους οι συγγραφείς μετασχηματίζουν το χαμηλού-επιπέδου πρόβλημα, με τη βοήθεια του δυικού αυτού προβλήματος, το οποίο περιλαμβάνει ως μεταβλητές απόφασης τις Τιμές Εκκαθάρισης, και στη συνέχεια εισάγουν τις καινούριες εξισώσεις στο ανωτέρουεπιπέδου πρόβλημα. Με τον τρόπο αυτό καταφέρνουν να εκφράσουν τις Τιμές Εκκαθάρισης ως μεταβλητές απόφασης του τελικού μαθηματικού προβλήματος, ενώ το θετικό όφελος όλων των συμμετεχόντων επιτυγχάνεται με την εισαγωγή επιπρόσθετων περιορισμών στο αρχικό πρόβλημα βελτιστοποίησης. Παρ' όμοια στρατηγική ακολουθούν και οι Madani and Van Vyve σε μία πρόσφατη μελέτη [107], με τη διαφορά ότι το δυικό πρόβλημα σε αυτή την περίπτωση κατασκευάζεται μετά από την χαλάρωση των περιορισμών ακεραιότητας των μπλοκ προσφορών. Οι εξισώσεις του δυικού προβλήματος εισάγονται και σε αυτή τη μοντελοποίηση στο αρχικό πρόβλημα, ενώ σε αντίθεση με την εργασία [106], δεν επιβάλλεται το Θεώρημα Ισχυρής Δυικότητας (ΘΙΔ ή Strong Duality Theorem - SDT) μεταξύ του αρχικού και του δυικού προβλήματος. Οι συγγραφείς εφαρμόζουν το μοντέλο τους στο σύστημα της CWE

56 42 Κεφάλαιο 1- Εισαγωγή (Γαλλία, Βέλγιο, Γερμανία και Ολλανδία), τόσο για βηματικές όσο και για γραμμικές απλές ωριαίες προσφορές. Μία δεύτερη αντιμετώπιση του προβλήματος εκκαθάρισης των Ευρωπαϊκών συνδυαστικών αγορών ΗΕ αποτελεί η χρησιμοποίηση ευρετικών επαναληπτικών αλγορίθμων. Στην κατηγορία αυτή ανήκει η αναφορά [66] καθώς επίσης και οι εμπορικοί αλγόριθμοι του TLC [109], της EMCC [40], του COSMOS [36] και της EUPHEMIA [9]. Στην αναφορά [66], οι Martin et al παρουσιάζουν ένα Μαθηματικό Πρόγραμμα με Περιορισμούς Ισορροπίας (Mathematical Program with Equilibrium Constraints - MPEC), το οποίο χρησιμοποιούν για να επιλύσουν τη σύζευξη δέκα ΧΕ με σύνθετες προσφορές. Το εξεταζόμενο μαθηματικό πρόβλημα περιέχει περιορισμούς δικτύου μεταφοράς, οι οποίοι μοντελοποιούνται μέσω της προσέγγισης της Διαθέσιμης Μεταφορικής Ικανότητας των διασυνδετικών γραμμών, ενώ για την επίλυση του χρησιμοποιείται ένας επαναληπτικός αλγόριθμος, ο οποίος υπολογίζει αρχικώς τις εκκαθαρισμένες σύνθετες προσφορές και ελέγχει τη συνθήκη θετικού οφέλους όλων των συμμετεχόντων. Σε περίπτωση παράβασης της προαναφερθείσας συνθήκης εισάγονται επιπλέον περιορισμοί στο αρχικό πρόβλημα, οι οποίοι απαγορεύουν την επανεμφάνιση της τρέχουσας λύσης. Ο αλγόριθμος του TLC (Trilateral Market Coupling) [109] επιδίωκε τη σύζευξη του Βελγίου, της Γαλλίας και της Ολλανδίας μέσω της διαμόρφωσης των Καμπυλών Καθαρών Εξαγωγών των συμβαλλόμενων περιοχών. Εξαιτίας της ύπαρξης μπλοκ προσφορών, οι ΚΚΕ μπορεί να μην ήταν μονοτόνως αύξουσες και για το λόγο αυτό ακολουθούνταν μία επαναληπτική διαδικασία προκειμένου να κατασκευαστούν μονοτόνως αύξουσες ΚΚΕ. Οι καμπύλες αυτές χρησιμοποιούνταν για τη σύζευξη των εμπλεκόμενων αγορών και ο επαναληπτικός αλγόριθμος τερματίζονταν όταν οι ωριαίες τιμές μεταξύ δύο διαδοχικών επαναλήψεων ήταν οι ίδιες για όλες τις αγορές. Σε μια διαφορετική υλοποίηση, ο εμπορικός αλγόριθμος της EMCC [40] αποφάσιζε τις βέλτιστες ανταλλαγές ισχύος μεταξύ Nord Pool και Γερμανίας μέσω μιας επαναληπτικής διαδικασίας, κατά την οποία αποφασίζονταν το αρχικό σύνολο των εκκαθαρισμένων σύνθετων προσφορών και στη συνέχεια επιλύονταν ένα τετραγωνικό πρόβλημα προκειμένου να καθοριστούν οι Τιμές Εκκαθάρισης των συμβαλλόμενων αγορών. Βάσει αυτών των τιμών πραγματοποιούνταν ένας έλεγχος προκειμένου να διαπιστωθεί η ικανοποίηση των συνθηκών θετικού οφέλους όλων των συμμετεχόντων. Σε περίπτωση που κάποια από τις προσφορές δεν ήταν συμβατή με τις προκύπτουσες τιμές, τότε η συγκεκριμένη εντολή απομακρύνονταν από το Βιβλίο Προσφορών και το πρόβλημα ξανά επιλυόταν, εώς ότου η τρέχουσα επιλογή σύνθετων προσφορών να ήταν συμβατή με τις προκύπτουσες τιμές

57 Κεφάλαιο 1- Εισαγωγή 43 εκκαθάρισης. Τέλος, ο εμπορικός αλγόριθμος του COSMOS [36], χρησιμοποιούσε μία επαναληπτική διαδικασία κατά την οποία οι σύνθετες εντολές μπορούσαν αρχικώς να εκτελεστούν μερικώς. Στη συνέχεια όμως, οι οριακά εκκαθαρισμένες εντολές αναγκάζονταν σταδιακά να γίνουν πλήρως αποδεκτές ή να απορριφθούν, ενώ το λογισμικό COSMOS, κατά τη διάρκεια της επαναληπτικής διαδικασίας απέρριπτε λύσεις που εμφάνιζαν βαθιά "μέσα στα λεφτά" 12 Παραδόξως Αποδεκτές προσφορές. Η ίδια επαναληπτική διαδικασία υιοθετήθηκε και από τον τρέχοντα αλγόριθμο EUPHEMIA [9], για τον υπολογισμό του συνόλου των αποδεκτών συνδυαστικών εντολών. Θα πρέπει να τονιστεί ότι, η συγκεκριμένη διαδικασία αποτελεί το πρώτο υπό-πρόβλημα που επιλύει ο εμπορικός αλγόριθμος της EUPHEMIA, καθώς σε δεύτερο στάδιο επιδιώκεται ο υπολογισμός των εκκαθαρισμένων προσφορών βάσει της συνθήκης της Εθνικά Ενιαίας Τιμής που εφαρμόζεται στο Ιταλικό XE (GME). Οι συγκεκριμένοι μικτοί κανόνες τιμολόγησης έχουν ήδη εξεταστεί στην υπάρχουσα βιβλιογραφία από τους Vlachos και Biskas ([110], [111] και [112]), μέσω της μοντελοποίησης ενός Προβλήματος Μικτής Συμπληρωματικότητας (Mixed Complementarity Problem). Μία τρίτη προσέγγιση στο πρόβλημα εκκαθάρισης των συνδυαστικών Ευρωπαϊκών ΗΕ αποτελεί η εισαγωγή μη-γραμμικών τιμών στη διαδικασία επίλυσης της αγοράς; οι συμμετέχοντες δηλαδή εκκαθαρίζονται βάσει διαφορετικών μεταξύ τους τιμών. Πρωτοπόροι στο συγκεκριμένο τομέα ήταν οι O' Neill et al [113], οι οποίοι εφάρμοσαν το μοντέλο που ανέπτυξαν στην εργασία [114] (στα πλαίσια των αμερικάνικων Κοινοπραξιών Ισχύος) σε ένα Ευρωπαϊκό ΧΕ, με δυνατότητα κατάθεσης μπλοκ προσφορών. Μέσω της προτεινόμενης διαδικασίας, οι συγγραφείς υπολογίζουν μη-γραμμικές τιμές σε περίπτωση εμφάνισης κάποιας Παραδόξως Αποδεκτής/Απορριπτόμενης προσφοράς, οι οποίες εξασφαλίζουν το θετικό όφελος όλων των συμμετεχόντων και μέσω των οποίων δεν απαιτείται κάποια αποζημίωση ή πληρωμή έξω από τη διαδικασία της αγοράς. Tέλος, στην εργασία [115] ο Van Vyve, αφού συγκρίνει τα μοντέλα που εφαρμόζονται στην Αμερικάνικη και στην Ευρωπαϊκή ήπειρο, προτείνει ένα κοινό μοντέλο εκκαθάρισης των συνδυαστικών αγορών ΗΕ. Στο προτεινόμενο αυτό μοντέλο, επιλύεται σε πρώτη φάση το αρχικό πρόβλημα Μικτού Ακέραιου Προγραμματισμού και βάσει των αποτελεσμάτων που προκύπτουν, υπολογίζεται σε δεύτερη στάδιο η προσαύξηση (uplift) των Τιμών Εκκαθάρισης, στις οποίες εκκαθαρίζεται η κάθε σύνθετη εντολή, προκειμένου να εξασφαλιστεί το θετικό όφελος όλων των συμμετεχόντων. 12 Μια σύνθετη μπλοκ προσφορά χαρακτηρίζεται "μέσα στα λεφτά" (in-the-money) όταν η διαφορά μεταξύ της κατατεθειμένης τιμής και της μέσης τιμής των ωριαίων Τιμών Εκκαθάρισης για το χρονικό διάστημα που κατατίθεται η συγκεκριμένη προσφορά είναι πολύ μεγάλη

58 44 Κεφάλαιο 1- Εισαγωγή Οι ανωτέρω εργασίες και εμπορικοί αλγόριθμοι αποτέλεσαν καινοτόμες προσθήκες στη διεθνή βιβλιογραφία, αναφορικά με την εκκαθάριση των συνδυαστικών Ευρωπαϊκών αγορών ΗΕ. Στα πλαίσια της παρούσας διδακτορικής διατριβής μελετήθηκε η εκκαθάριση των προαναφερθεισών προ-ημερήσιων αγορών ΗΕ τόσο μέσω κάποιας επαναληπτικής διαδικασίας (Κεφάλαιο 4) όσο και μέσω της απ' ευθείας μοντελοποίησης των Τιμών Εκκαθάρισης των Ευρωπαϊκών ΧΕ ως μεταβλητές απόφασης του προβλήματος βελτιστοποίησης (Κεφάλαιο 5) Επισκόπηση της Διδακτορικής Διατριβής Η παρούσα διδακτορική διατριβή επικεντρώνεται στο πρόβλημα της ολοκλήρωσης των προ-ημερήσιων Ευρωπαϊκών αγορών ηλεκτρικής ενέργειας. Στην Ευρωπαϊκή ήπειρο συναντώνται τη παρούσα χρονική στιγμή δύο βασικά μοντέλα οργάνωσης των προ-ημερήσιων αγορών ηλεκτρικής ενέργειας: α) οι Κοινοπραξίες Ισχύος και β) τα Χρηματιστήρια Ενέργειας. Στις Κοινοπραξίες Ισχύος, ο Λειτουργός της Αγοράς επιλύει ένα σύνθετο πρόβλημα συβελτιστοποίησης ενέργειας και επικουρικών υπηρεσιών, προκειμένου να ικανοποιηθούν όλοι οι τεχνικοί και λειτουργικοί περιορισμοί του εξεταζόμενου Συστήματος Ηλεκτρικής Ενέργειας. Αντιθέτως στα Χρηματιστήρια Ενέργειας επιλύεται ένα απλό οικονομικό πρόβλημα, βάσει των κατατεθειμένων απλών και σύνθετων προσφορών για παραγωγή και κατανάλωση ηλεκτρικής ενέργειας. Στα πλαίσια της Ευρωπαϊκής ολοκλήρωσης, κατέστη εμφανής η ανάγκη δημιουργίας μίας ενοποιημένης προ-ημερήσιας αγοράς ηλεκτρικής ενέργειας, η οποία θα σεβόταν κατά το δυνατόν περισσότερο τα υπάρχοντα ρυθμιστικά πλαίσια και μέσω της οποίας θα επιδιωκόταν η μεγιστοποίηση του συνολικού πανευρωπαϊκού κοινωνικού οφέλους. Τα αποτελέσματα των διάφορων περιφερειακών πρωτοβουλιών που έλαβαν χώρα κατά τη διάρκεια της προηγούμενης δεκαετίας, απέδειξαν ότι ο αποδοτικότερος τρόπος διαχείρισης των συμφορήσεων που εμφανίζονται στις διασυνδέσεις μεταξύ των ευρωπαϊκών χωρών στηρίζεται στην έμμεση δημοπράτηση των ημερήσιων Φυσικών Δικαιωμάτων Μεταφοράς, των προαναφερθεισών διασυνδετικών γραμμών. Η έμμεση δημοπράτηση των ΦΔΜ μπορεί να πραγματοποιηθεί είτε μέσω της διαδικασίας Σύζευξης των Αγορών (Σύζευξη Ποσοτήτων ή Σύζευξη Τιμών), είτε μέσω της διαδικασίας Διάσπασης της Αγοράς. Επιπλέον, η ανάγκη καλύτερης μοντελοποίησης των τεχνικών και λειτουργικών περιορισμών των περιουσιακών στοιχείων των συμμετεχόντων ανάγκασε πολλά Ευρωπαϊκά Χρηματιστήρια Ενέργειας στην εισαγωγή σύνθετων προσφορών στις διαδικασίες επίλυσης

59 Κεφάλαιο 1- Εισαγωγή 45 των προ-ημερήσιων αγορών τους. Οι σύνθετες αυτές προσφορές, που αποτελούν συνήθως εντολές "πλήρους αποδοχής ή απόρριψης", δημιουργούν διάφορα προβλήματα στην ομαλή, διαφανή και εύρυθμη λειτουργία των ΧΕ, γεγονός που οδήγησε παραδοσιακά στην υιοθέτηση ευρετικών τεχνικών για τον χειρισμό τους. Η παρούσα διδακτορική διατριβή παρουσιάζει τέσσερα μαθηματικά μοντέλα, τα οποία συνδυάζουν τις ανωτέρω προκλήσεις και προσπαθούν να δώσουν χρήσιμες κατευθυντήριες γραμμές, σχετικές με τον τρόπο οργάνωσης της Πανευρωπαϊκής προ-ημερήσιας αγοράς ηλεκτρικής ενέργειας. Ακολούθως παρουσιάζεται μία σύντομη περιγραφή των τεσσάρων μαθηματικών μοντέλων, σε συνδυασμό με το υπόλοιπο περιεχόμενο της παρούσας διατριβής Σύζευξη ενός Χρηματιστηρίου Ενέργειας και μίας Κοινοπραξίας Ισχύος Στο 2 ο Κεφάλαιο της παρούσας διατριβής, παρουσιάζεται η σύζευξη δύο αγορών ηλεκτρικής ενέργειας (ΗΕ), οι οποίες οργανώνονται κάτω από διαφορετικά ρυθμιστικά πλαίσια, δηλαδή ως ένα Χρηματιστήριο Ενέργειας (ΧΕ) και ως μία Κοινοπραξία Ισχύος (ΚΙ). Στην αρχή παρουσιάζεται η ακριβής μοντελοποίηση των δύο εξεταζόμενων αγορών, όπου το μεν μαθηματικό πρόβλημα της ΚΙ περιλαμβάνει το σύνολο των τεχνικών και λειτουργικών περιορισμών, βάσει των οποίων εκκαθαρίζεται η συγκεκριμένη αγορά, το δε ΧΕ μοντελοποιείται ως ένα απλό πρόβλημα οικονομικής σειράς εκκαθάρισης, λόγω της δυνατότητας κατάθεσης μόνο απλών ωριαίων προσφορών 13 για παραγωγή και κατανάλωση ΗΕ. Στη συνέχεια, παρουσιάζονται δύο μέθοδοι ολοκλήρωσης των εξεταζόμενων αγορών. Η πρώτη μέθοδος στηρίζεται στη διαδικασία Σύζευξης Ποσοτήτων, κατά την οποία επιλύεται ένα αποκεντρωμένο πρόβλημα πολλαπλών επιπέδων, με σκοπό την εύρεση των βέλτιστων ανταλλαγών ισχύος, μέσω της διασυνδετικής γραμμής που ενώνει τις δύο εξεταζόμενες αγορές. Για την επίτευξη του συγκεκριμένου στόχου, διαμορφώνονται οι Καμπύλες Καθαρών Εξαγωγών (ΚΚΕ) της κάθε συμβαλλόμενης χώρας, οι οποίες περιγράφουν τη σχέση μεταξύ της Καθαρής Θέσης και της Τιμής Εκκαθάρισης της κάθε περιοχής και χρησιμοποιούνται για την ανταλλαγή του ελάχιστου δυνατού όγκου πληροφοριών μεταξύ των συζευγμένων αγορών ΗΕ. Η διαδικασία κατασκευής των Καμπυλών Καθαρών Εξαγωγών περιγράφεται αναλυτικά τόσο για την περίπτωση των Χρηματιστηρίων Ενέργειας όσο και για αυτήν των Κοινοπραξιών Ισχύος. Για τη δεύτερη περίπτωση, προτείνονται δύο εναλλακτικοί τρόποι διαμόρφωσης των 13 Στην παρούσα φάση αγνοείται η δυνατότητα κατάθεσης σύνθετων προσφορών από τους συμμετέχοντες σε ένα ΧΕ

60 46 Κεφάλαιο 1- Εισαγωγή προαναφερθεισών ΚΚΕ, καθώς οι διαχρονικοί περιορισμοί και οι δυαδικές μεταβλητές απόφασης που εμφανίζονται σε μία ΚΙ, εμποδίζουν την κατασκευή των ΚΚΕ βάσει της γενικής μεθοδολογίας που ακολουθείται σε ένα ΧΕ με απλές ωριαίες προσφορές. Ακολούθως, παρουσιάζεται αναλυτικά η μεθοδολογία Σύζευξης Ποσοτήτων για την ολοκλήρωση δύο αγορών ΗΕ, οι οποίες διέπονται από διαφορετικά ρυθμιστικά πλαίσια. Κατά τη διαδικασία αυτή, μία κεντρική οντότητα (Λειτουργός Σύζευξης Αγορών) λαμβάνει από τους αντίστοιχους Λειτουργούς της Αγοράς τις ΚΚΕ των δύο συζευγμένων περιοχών και υπολογίζει τις βέλτιστες ανταλλαγές ισχύος μεταξύ αυτών. Το τελικό βήμα της διαδικασίας Σύζευξης Ποσοτήτων περιλαμβάνει την υιοθέτηση από τους δύο συμβαλλόμενους Λειτουργούς των βέλτιστων ανταλλαγών ισχύος, ως δεδομένα εισόδου στους αντίστοιχους αλγορίθμους εκκαθάρισης και την τελική αποκεντρωμένη επίλυση των δύο αγορών. Η δεύτερη μέθοδος ολοκλήρωσης των δύο εξεταζόμενων αγορών ηλεκτρικής ενέργειας, οι οποίες διέπονται από διαφορετικά ρυθμιστικά πλαίσια, στηρίζεται στη διαδικασία Διάσπασης της Αγοράς. Η μοντελοποίηση της συγκεκριμένης διαδικασίας παρουσιάζεται στη συνέχεια του παρόντος κεφαλαίου και περιλαμβάνει το σύνολο των περιορισμών που εμφανίζονται σε μία ΚΙ και σε ένα ΧΕ με απλές προσφορές. Κατά την εκκαθάριση της αγοράς, μέσω της συγκεκριμένης διαδικασίας, μία κεντρική οντότητα (Υπέρ-Λειτουργός της Αγοράς) επιλύει ένα πρόβλημα ενός επιπέδου για τον ταυτόχρονο υπολογισμό των Καθαρών Θέσεων των δύο αγορών, των συνολικών εισαγωγών/εξαγωγών ΗΕ μέσω της διασυνδετικής γραμμής, καθώς επίσης και των τελικών Τιμών Εκκαθάρισης των δύο αγορών. Οι δύο προτεινόμενες μεθοδολογίες ολοκλήρωσης των εξεταζόμενων αγορών ΗΕ εφαρμόζονται σε ένα σύστημα το οποίο προσομοιώνει την Ελληνική (ΚΙ) και την Ιταλική (ΧΕ) αγορά ΗΕ, ενώ τα αποτελέσματα των δύο μεθοδολογιών συγκρίνονται και αξιολογούνται ως προς τη σωστή τιμολόγηση, το συνολικό κοινωνικό όφελος που αποφέρουν στους συμμετέχοντες στην αγορά και τον υπολογιστικό φόρτο. Από την ερμηνεία των αποτελεσμάτων φαίνεται ότι η μέθοδος Διάσπασης της Αγοράς υπερτερεί έναντι της μεθοδολογίας Σύζευξης Ποσοτήτων, παρέχοντας τα σωστά οικονομικά σήματα για τη σύζευξη δύο αγορών που είναι οργανωμένες κάτω από διαφορετικά ρυθμιστικά πλαίσια Εφαρμογή της Μεθόδου Διάσπασης της Αγοράς στο Ευρωπαϊκό Σύστημα Ηλεκτρικής Ενέργειας Στο 2 ο Κεφάλαιο της παρούσας διατριβής παρουσιάζεται η σύγκριση των μεθόδων Σύζευξης Ποσοτήτων και Διάσπασης της Αγοράς για την εύρεση της κατάλληλης μεθοδολογίας ολοκλήρωσης δύο αγορών ηλεκτρικής ενέργειας, οι οποίες διέπονται από

61 Κεφάλαιο 1- Εισαγωγή 47 διαφορετικά ρυθμιστικά πλαίσια. Τα αποτελέσματα ανέδειξαν την υπεροχή της δεύτερης μεθόδου, η οποία γενικεύεται στο επόμενο Κεφάλαιο της παρούσας διατριβής. Στο 3 ο Κεφάλαιο ξαναπαρουσιάζονται αρχικώς τα μαθηματικά μοντέλα που περιγράφουν δύο αγορές που είναι οργανωμένες ως μία Κοινοπραξία Ισχύος και ως ένα Χρηματιστήριο Ενέργειας αντίστοιχα. Όπως παρουσιάστηκε αναλυτικά στο 2 ο Κεφάλαιο της παρούσας διατριβής, οι Κοινοπραξίες Ισχύος περιγράφονται με το σύνολο των τεχνικών και λειτουργικών περιορισμών που καλείται να ικανοποιήσει ο αντίστοιχος Λειτουργός της Αγοράς, ενώ στους συμμετέχοντες στα εξεταζόμενα Χρηματιστήρια Ενέργειας παρέχεται η δυνατότητα κατάθεσης μόνο απλών ωριαίων προσφορών. Στη συνέχεια παρουσιάζονται αναλυτικά οι περιορισμοί που χρησιμοποιούνται για την περιγραφή του δικτύου μεταφοράς, κατά την έμμεση δημοπράτηση των Φυσικών Δικαιωμάτων Μεταφοράς των Ευρωπαϊκών διασυνδετικών γραμμών. Η διαδικασία σύζευξης που χρησιμοποιείται στο παρόν Κεφάλαιο στηρίζεται στη βασιζόμενη στη ροή μεθοδολογία (flow-based market coupling) και ως αποτέλεσμα χρησιμοποιούνται, για τη μοντελοποίηση των περιορισμών ροής ισχύος, οι ευρέως διαδεδομένοι Συντελεστές Κατανομής Μεταφοράς Ισχύος. Οι συγκεκριμένοι συντελεστές υπολογίζονται στην παρούσα μελέτη βάσει των επιδεκτικοτήτων των διασυνδέσεων εναλλασσομένου ρεύματος, ενώ στις εξισώσεις ροής φορτίου των προαναφερθεισών γραμμών μεταφοράς λαμβάνονται υπ' όψιν και οι ροές ισχύος συνεχούς ρεύματος, οι οποίες μοντελοποιούνται στο παρόν πρόβλημα βελτιστοποίησης ως ελεύθερες μεταβλητές απόφασης. Ακολούθως, παρουσιάζεται η αναλυτική μοντελοποίηση του προβλήματος Διάσπασης των Ευρωπαϊκών Αγορών ΗΕ, οι οποίες οργανώνονται κάτω από διαφορετικά ρυθμιστικά πλαίσια. Το συνολικό πρόβλημα βελτιστοποίησης αποτελείται από το σύνολο των περιορισμών που διέπουν τις Κοινοπραξίες Ισχύος και τα Χρηματιστήρια Ενέργειας, στα οποία δύναται η δυνατότητα κατάθεσης μόνο απλών ωριαίων προσφορών, καθώς επίσης και από τους περιορισμούς ροής φορτίου εναλλασσομένου και συνεχούς ρεύματος. Επιπλέον, μέσω της συγκεκριμένης μαθηματικής διατύπωσης τους προβλήματος βελτιστοποίησης παρέχεται η δυνατότητα μοντελοποίησης ασύγχρονων μεταξύ τους Συστημάτων Ηλεκτρικής Ενέργειας, τα οποία διασυνδέονται μέσω γραμμών συνεχούς ρεύματος. Το προτεινόμενο μαθηματικό μοντέλο εφαρμόζεται στη συνέχεια σε ένα πρότυπο σύστημα που προσομοιώνει το Ευρωπαϊκό Σύστημα Ηλεκτρικής Ενέργειας και επιλύεται σε ένα επίπεδο, από έναν κεντρικό Υπέρ-Λειτουργό της Αγοράς. Το εξεταζόμενο σύστημα αποτελείται από 5 σύγχρονες περιοχές, οι οποίες συνδέονται μέσω γραμμών συνεχούς

62 48 Κεφάλαιο 1- Εισαγωγή ρεύματος, και στο οποίο μοντελοποιούνται συνολικά 3 Κοινοπραξίες Ισχύος και 22 Χρηματιστήρια Ενέργειας, με συνολικά 42 περιοχές κατάθεσης προσφορών για παραγωγή και κατανάλωση ΗΕ. Τα αποτελέσματα των προσομοιώσεων οδηγούν σε χρήσιμα συμπεράσματα όσον αφορά την επίδραση του δικτύου μεταφοράς ΗΕ στις τελικές Τιμές Εκκαθάρισης των περιοχών προσφοράς του Ευρωπαϊκού Συστήματος Ηλεκτρικής Ενέργειας. Το συνολικό πρόβλημα εκκαθάρισης της προ-ημερήσιας Πανευρωπαϊκής αγοράς ΗΕ μοντελοποιείται ως ένα πρόβλημα Μικτού Ακέραιου Γραμμικού Προγραμματισμού (ΜΑΓΠ ή Mixed Integer Linear Programming - MILP) και επιλύεται με τη χρήση εμπορικού λογισμικού (GAMS/CPLEX) Αναλυτική Μοντελοποίηση των Χρηματιστηρίων Ενέργειας και Επίλυση του Προβλήματος Διάσπασης της Αγοράς Το 4 ο Κεφάλαιο της παρούσας διδακτορικής διατριβής αποτελεί προέκταση του 3 ου Κεφαλαίου, στο οποίο παρουσιάστηκε το πρόβλημα ενοποίησης των Ευρωπαϊκών αγορών ηλεκτρικής ενέργειας μέσω της στηριζόμενης στη ροή διαδικασίας Διάσπασης της Αγοράς. Η προτεινόμενη μοντελοποίηση σέβεται το τοπικό ρυθμιστικό πλαίσιο των συζευγμένων ευρωπαϊκών αγορών ΗΕ, οι οποίες οργανώνονται είτε ως Κοινοπραξίες Ισχύος είτε ως Χρηματιστήρια Ενέργειας. Βασικό χαρακτηριστικό της μοντελοποίησης των Ευρωπαϊκών Χρηματιστηρίων Ενέργειας, όπως αυτή παρουσιάστηκε στο 2 ο και 3 ο Κεφάλαιο της παρούσας διατριβής, αποτέλεσε το γεγονός ότι οι συμμετέχοντες στα Ευρωπαϊκά ΧΕ είχαν τη δυνατότητα κατάθεσης μόνο απλών ωριαίων προσφορών για παραγωγή (είτε για κάθε μονάδα ξεχωριστά, είτε για το σύνολο του διαχειριζόμενου χαρτοφυλακίου) και κατανάλωση ηλεκτρικής ενέργειας. Τα περισσότερα βόρειο-ευρωπαϊκά ΧΕ όμως, επιτρέπουν στους συμμετέχοντες σε αυτά την κατάθεση σύνθετων συνδυαστικών προσφορών, οι οποίες χρησιμοποιούνται κυρίως για τη μοντελοποίηση των τεχνικών χαρακτηριστικών των μονάδων παραγωγής και την αποφυγή του ρίσκου στο οποίο εκτίθενται οι συμμετέχοντες στην προ-ημερήσια αγορά ΗΕ, λόγω της αβεβαιότητας που εμφανίζουν οι Τιμές Εκκαθάρισης της επόμενης ημέρας. Στο συγκεκριμένο κεφάλαιο, παρουσιάζεται μία αναλυτική και εκτενής μοντελοποίηση των Χρηματιστηρίων Ενέργειας, τα οποία προσφέρουν στους συμμετέχοντες σε αυτά τη δυνατότητα κατάθεσης σύνθετων προσφορών. Στην αρχή παρουσιάζεται το σύνολο των περιορισμών που διέπουν μία Κοινοπραξία Ισχύος, η οποία μοντελοποιείται στα πρότυπα των δύο προηγουμένων κεφαλαίων. Στη συνέχεια παρουσιάζεται η βασική διαφοροποίηση, όσον αφορά το εξεταζόμενο μαθηματικό μοντέλο, του παρόντος κεφαλαίου σε σχέση με τις

63 Κεφάλαιο 1- Εισαγωγή 49 προηγούμενες υλοποιήσεις και η οποία έγκειται στην αναλυτική περιγραφή και μοντελοποίηση των σύνθετων προσφορών που εμφανίζονται στα Ευρωπαϊκά Χρηματιστήρια Ενέργειας. Πιο συγκεκριμένα, οι σύνθετες προσφορές που μοντελοποιούνται στο παρόν κεφάλαιο είναι οι μπλοκ, οι συνδεδεμένες μπλοκ και οι ευέλικτες ωριαίες προσφορές για παραγωγή και κατανάλωση ΗΕ, καθώς επίσης και οι μετατρέψιμες μπλοκ προσφορές για παραγωγή ΗΕ. Βασικό χαρακτηριστικό των ανωτέρω τύπων σύνθετων προσφορών αποτελεί το γεγονός ότι οι συγκεκριμένες εντολές χαρακτηρίζονται από συνθήκες "ολικής αποδοχής ή απόρριψης" (fill-or-kill orders), καθιστώντας έτσι αναγκαία τη χρήση δυαδικών μεταβλητών για τη μοντελοποίηση τους. Επιπλέον, παρουσιάζεται και ο συνολικός αλγόριθμος ολοκλήρωσης των προ-ημερήσιων Ευρωπαϊκών αγορών ΗΕ, ο οποίος στηρίζεται στη βασιζόμενη στη ροή μεθοδολογία Διάσπασης της Αγοράς, όπως αυτή παρουσιάστηκε αναλυτικά στο 3 ο Κεφάλαιο της παρούσας διατριβής. Το συνολικό πρόβλημα βελτιστοποίησης περιλαμβάνει πλέον το σύνολο των περιορισμών που διέπουν τη λειτουργία των οργανωμένων ως Κοινοπραξίες Ισχύος αγορών ΗΕ, τους περιορισμούς που μοντελοποιούν τα Χρηματιστήρια Ενέργειας, στα οποία επιτρέπεται η κατάθεση απλών ωριαίων και σύνθετων προφορών, καθώς επίσης και το σύνολο των περιορισμών ροής φορτίου εναλλασσομένου και συνεχούς ρεύματος. Στη συνέχεια παρουσιάζεται και επεξηγείται αναλυτικά, η εμφάνιση, κατά την εκκαθάριση της προ-ημερήσιας αγοράς ΗΕ των περισσοτέρων Ευρωπαϊκών ΧΕ, Παραδόξως Αποδεκτών/Απορριπτόμενων προσφορών, εντολών δηλαδή που εκκαθαρίζονται/ απορρίπτονται παρ' όλο που οι προκύπτουσες Τιμές Εκκαθάρισης δεν συνάδουν με τις συνθήκες αποδοχής/απόρριψης τους. Το φαινόμενο αυτό οφείλεται στις συνθήκες "ολικής αποδοχής ή απόρριψης" των συγκεκριμένων εντολών, ενώ για το χειρισμό τους, τα περισσότερα βόρειο-ευρωπαϊκά ΧΕ αναγκάστηκαν να υιοθετήσουν ευρετικούς αλγόριθμους εκκαθάρισης της προ-ημερήσιας αγοράς ΗΕ. Για την επίλυση του προβλήματος εμφάνισης Παραδόξως Αποδεκτών/Απορριπτόμενων (ΠΑ/ΠΡ) Προσφορών προτείνεται στη συνέχεια ένας επαναληπτικός αλγόριθμος εκκαθάρισης της αγοράς, στην κάθε επανάληψη του οποίου απομακρύνεται από το Βιβλίο Προσφορών (Order Book) το σύνολο των εμφανιζόμενων ΠΑ και ΠΡ εντολών. Ο επαναληπτικός αλγόριθμος τερματίζει όταν βρεθεί λύση, στην οποία οι προκύπτουσες Τιμές Εκκαθάρισης εξασφαλίζουν το θετικό όφελος όλων των συμμετεχόντων (δεν εμφανίζονται δηλαδή στην τελική λύση ΠΑ προσφορές). Ο προτεινόμενος αλγόριθμος εφαρμόζεται στο σύστημα που παρουσιάστηκε στο 3 ο Κεφάλαιο της παρούσας διατριβής, με τη διαφορά ότι οι

64 50 Κεφάλαιο 1- Εισαγωγή συμμετέχοντες στα ευρωπαϊκά ΧΕ μπορούν πλέον να καταθέσουν σύνθετες προσφορές για παραγωγή και κατανάλωση ηλεκτρικής ενέργειας. Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι μπορεί να επιτευχθεί λύση του συγκεκριμένου προβλήματος σε εύλογο χρονικό διάστημα, ενώ πραγματοποιούνται επιπλέον αναλύσεις ευαισθησίας, αναφορικά με τον αριθμό των κατατεθειμένων σύνθετων προσφορών και το όριο σύγκλισης του αλγορίθμου, προκειμένου να διερευνηθεί η επίδραση των συγκεκριμένων παραμέτρων στο συνολικό χρόνο εκτέλεσης του προγράμματος και στον αριθμό των απαιτούμενων επαναλήψεων. Το συνολικό πρόβλημα εκκαθάρισης της προ-ημερήσιας Πανευρωπαϊκής αγοράς ΗΕ μοντελοποιείται ως ένα πρόβλημα ΜΑΓΠ και επιλύεται με τη χρήση εμπορικού λογισμικού (GAMS/CPLEX) Εύρεση Τιμών Εκκαθάρισης Σε Συνδυαστικές Αγορές Ηλεκτρικής Ενέργειας Στο 4 ο Κεφάλαιο της παρούσας διατριβής παρουσιάζεται η επακριβής μοντελοποίηση μίας αγοράς ΗΕ, η οποία οργανώνεται ως ένα Χρηματιστήριο Ενέργειας, με δυνατότητα κατάθεσης σύνθετων συνδυαστικών προσφορών. Τα αποτελέσματα των προσομοιώσεων απέδειξαν ότι οι συνθήκες "πλήρους αποδοχής ή απόρριψης" που εισάγουν οι σύνθετες εντολές οδηγούν στην εμφάνιση Παραδόξως Αποδεκτών/Απορριπτόμενων προσφορών, οι οποίες δημιουργούν εμπόδια στην εύρυθμη και διαφανή λειτουργία των αγορών ηλεκτρικής ενέργειας. Για την αντιμετώπιση του προβλήματος και τον χειρισμό των παράδοξων αυτών εντολών προτείνεται στο Κεφάλαιο 4, ακολουθώντας της τακτική που εφαρμόζεται από τους περισσότερους εμπορικά διαθέσιμους αλγορίθμους, ένας επαναληπτικός αλγόριθμος επίλυσης του προβλήματος Διάσπασης της Ευρωπαϊκής αγοράς ΗΕ. Μέσω του προτεινόμενου αλγορίθμου το πρόβλημα Διάσπασης της Αγοράς επιλύεται επαναληπτικά, απομακρύνοντας σε κάθε επανάληψη από το Βιβλίο Προσφορών το σύνολο των ΠΑ και ΠΡ εντολών, εώς ότου βρεθεί μία λύση του προβλήματος που να εξασφαλίζει το θετικό όφελος όλων των συμμετεχόντων. Στο 5ο Κεφάλαιο της παρούσας διδακτορικής διατριβής παρουσιάζεται μία εναλλακτική μοντελοποίηση του προβλήματος Διάσπασης των Ευρωπαϊκών αγορών ΗΕ, οι οποίες είναι οργανωμένες ως Χρηματιστήρια Ενέργειας και η οποία δε στηρίζεται σε κάποια επαναληπτική διαδικασία, αλλά επιλύει το εξεταζόμενο πρόβλημα σε ένα επίπεδο. Ο προτεινόμενος αλγόριθμος στηρίζεται σε μία μαθηματική μεθοδολογία που εφαρμόστηκε για πρώτη φορά σε αγορές ΗΕ από τον Ruiz et al [116] και βασίζεται στη χαλάρωση των συνθηκών συμπληρωματικότητας του εξεταζόμενου προβλήματος βελτιστοποίησης.

65 Κεφάλαιο 1- Εισαγωγή 51 Αρχικά, παρουσιάζεται η ακριβής μοντελοποίηση του προβλήματος Διάσπασης της Αγοράς. Στο Κεφάλαιο αυτό, οι συζευγμένες αγορές μοντελοποιούνται μόνο ως Χρηματιστήρια Ενέργειας, με δυνατότητα κατάθεσης σύνθετων προσφορών και πιο συγκεκριμένα μοντελοποιούνται οι μπλοκ, συνδεδεμένες μπλοκ και ευέλικτες προσφορές. Η μοντελοποίηση των ανωτέρω σύνθετων προσφορών οδηγεί στην ανάγκη εισαγωγής δυαδικών μεταβλητών απόφασης και ως εκ τούτου, το πρόβλημα εκκαθάρισης της προ-ημερήσιας Ευρωπαϊκής αγοράς ΗΕ διαμορφώνεται ως ένα πρόβλημα Μικτού Ακέραιου Γραμμικού Προγραμματισμού. Στη συνέχεια, οι περιορισμοί ακεραιότητας των δυαδικών μεταβλητών απόφασης χαλαρώνονται αρχικά, επιτρέποντας έτσι τις συγκεκριμένες μεταβλητές να λάβουν συνεχή τιμή μεταξύ του μηδενός και της μονάδας. Το "χαλαρωμένο" αρχικό γραμμικό πλέον πρόβλημα επιτρέπει τη διαμόρφωση του αντίστοιχου δυικού προβλήματος, το οποίο περιέχει ως συνεχείς μεταβλητές απόφασης τις Τιμές Εκκαθάρισης. Ακολουθώντας τη μοντελοποίηση που παρουσιάστηκε στην αναφορά [116], το αρχικό πρόβλημα Διάσπασης της Αγοράς και το δυικό πρόβλημα του "χαλαρωμένου" αρχικού συνδυάζονται, δημιουργώντας έτσι το τελικό πρόβλημα βελτιστοποίησης. Το πρόβλημα αυτό περιέχει τις εξισώσεις του αρχικού (συμπεριλαμβανομένου των εξισώσεων ακεραιότητας των δυαδικών μεταβλητών) και του δυικού προβλήματος και στοχεύει στην ελαχιστοποίηση της απόστασης μεταξύ των αντικείμενων συναρτήσεων των δύο συνδυασμένων προβλημάτων (ελαχιστοποίηση του δυικού κενού), μη επιβάλλοντας με αυτό τον τρόπο τις συνθήκες συμπληρωματικότητας. Μέσω της προτεινόμενης μεθοδολογίας, καθίσταται δυνατός ο ταυτόχρονος υπολογισμός τόσο των εκκαθαρισμένων απλών και σύνθετων προσφορών όσο και των Τιμών Εκκαθάρισης του εξεταζόμενου προβλήματος, παρέχοντας έτσι τη δυνατότητα εισαγωγής επιπλέον περιορισμών στο πρόβλημα βελτιστοποίησης που να συνδέουν μεταξύ τους τις προαναφερθείσες μεταβλητές απόφασης. Οι επιπρόσθετες αυτές εξισώσεις περιγράφουν τους περιορισμούς θετικού οφέλους όλων των συμμετεχόντων, καθιστώντας έτσι μη-αναγκαία την εφαρμογή κάποιας επαναληπτικής διαδικασίας για την επίλυση του προβλήματος εκκαθάρισης της πανευρωπαϊκής αγοράς ΗΕ. Το προτεινόμενο μοντέλο βελτιστοποίησης περιλαμβάνει τόσο συνεχείς όσο και δυαδικές μεταβλητές απόφασης και ως εκ τούτου διαμορφώνεται ως ένα πρόβλημα Μικτού Ακέραιου Γραμμικού Προγραμματισμού (ΜΑΓΠ). Η εφαρμογή του προτεινόμενου μαθηματικού μοντέλου σε ένα σύστημα, αποτελούμενο από δέκα Χρηματιστήρια Ενέργειας, αποδεικνύει ότι η τελική λύση του μαθηματικού προβλήματος εξασφαλίζει το θετικό όφελος όλων των

66 52 Κεφάλαιο 1- Εισαγωγή συμμετεχόντων, ενώ προσφέρει χρήσιμα συμπεράσματα σχετικά με την επίδραση των συνθηκών συμπληρωματικότητας στις προκύπτουσες Τιμές Εκκαθάρισης Ανακεφαλαίωση και Συμπεράσματα Στο Κεφάλαιο 6 γίνεται μια σύντομη επισκόπηση της διατριβής και αναλύεται η συμβολή της. Επίσης, προτείνονται νέες κατευθύνσεις για μελλοντική έρευνα στα θέματα ενδιαφέροντος της παρούσας διδακτορικής διατριβής Παραρτήματα και Βιβλιογραφία Η διατριβή ολοκληρώνεται με την παράθεση τριών Παραρτημάτων και της βιβλιογραφίας. Στο Παράρτημα Α παρουσιάζεται η αναλυτική μοντελοποίηση και επεξήγηση του συνόλου των τεχνικών και λειτουργικών περιορισμών που περιλαμβάνονται στο πρόβλημα της Κοινοπραξίας Ισχύος. Στο Παράρτημα Β παρουσιάζονται οι εξισώσεις που περιγράφουν τη ροή ισχύος εναλλασσομένου και συνεχούς ρεύματος, καθώς επίσης και ο τρόπος υπολογισμού των Συντελεστών Κατανομής Μεταφοράς Ισχύος. Στο Παράρτημα Γ παρουσιάζονται οι συμβολισμοί που χρησιμοποιήθηκαν στις μαθηματικές σχέσεις των Κεφαλαίων 2-5, οι χρησιμοποιούμενες συντμήσεις, ένα σύντομο λεξικό όρων της αγγλικής γλώσσας και ένα μικρό ευρετήριο τεχνικών όρων του κειμένου της διατριβής. Ακολουθεί, τέλος, η βιβλιογραφία Συμβολή Διδακτορικής Διατριβής Στην παρούσα διατριβή εξετάζεται η ολοκλήρωση των προ-ημερήσιων Ευρωπαϊκών αγορών ηλεκτρικής ενέργειας, μέσω έμμεσων δημοπρασιών των Φυσικών Δικαιωμάτων Μεταφοράς των Διασυνδέσεων, καθώς επίσης και η αντιμετώπιση των προβλημάτων που εμφανίζονται κατά την εκκαθάριση των συνδυαστικών προ-ημερήσιων αγορών ηλεκτρικής ενέργειας. Για το λόγο αυτό, καταστρώνονται μαθηματικά μοντέλα, προκειμένου να αντιμετωπίσουν τα σύγχρονα προβλήματα που παρουσιάστηκαν την τελευταία δεκαετία, στην προσπάθεια σύζευξης των ευρωπαϊκών αγορών ΗΕ και να εξαχθούν με τον τρόπο αυτό χρήσιμα συμπεράσματα, σχετικά με την οργάνωση της ενιαίας πανευρωπαϊκής αγοράς ηλεκτρικής ενέργειας. Το πρώτο από τα μαθηματικά μοντέλα που αναπτύχθηκαν στοχεύει στη μελέτη της δυνατότητας ολοκλήρωσης δύο αγορών ηλεκτρικής ενέργειας, οι οποίες διέπονται από διαφορετικά ρυθμιστικά πλαίσια. Η σύζευξη των δύο αγορών, οι οποίες μοντελοποιούνται ως μία Κοινοπραξία Ισχύος και ως ένα Χρηματιστήριο Ενέργειας πραγματοποιείται μέσω δύο

67 Κεφάλαιο 1- Εισαγωγή 53 έμμεσων διαδικασιών δημοπράτησης των ΦΔΜ της μεταξύ τους διασυνδετικής γραμμής: α) μέσω της Σύζευξης Ποσοτήτων και β) μέσω της διαδικασίας Διάσπασης της Αγοράς. Η παρούσα μελέτη παρουσιάζει ιδιαίτερο ενδιαφέρον καθώς δεν είχε εξεταστεί εώς σήμερα η δυνατότητα σύζευξης δύο αγορών ηλεκτρικής ενέργειας με τόσο διαφορετική οργανωτική δομή. Πιο συγκεκριμένα, η δυνατότητα σύζευξης προ-ημερήσιων αγορών ΗΕ μέσω των προαναφερθεισών διαδικασιών Σύζευξης Ποσοτήτων και Διάσπασης της Αγοράς, καθώς επίσης και η σύγκριση των εξαγώμενων αποτελεσμάτων, έχει εξεταστεί στο παρελθόν τόσο από τους Louyrette και Trotignon [90], οι οποίοι συνέκριναν τις δύο αυτές μεθόδους στη συζευγμένη περιοχή της Γαλλίας, Ολλανδίας και Βελγίου (Τριμερής Σύζευξη Αγορών - Trilateral Market Coupling), όσο και από τον Meeus [67], ο οποίος εξέτασε τη σύζευξη των αγορών ΗΕ της Γερμανίας και της Δανίας μέσω του καλωδίου συνεχούς ρεύματος Kontek. Κοινό χαρακτηριστικό των ανωτέρω εργασιών αποτελεί το γεγονός ότι όλες οι εξεταζόμενες προς σύζευξη αγορές ΗΕ είναι οργανωμένες βάσει του μοντέλου του ΧΕ. Επιπλέον, στο πλαίσιο της διαδικασίας Σύζευξης Ποσοτήτων, διαμορφώθηκαν οι αναγκαίες Καμπύλες Καθαρών Εξαγωγών για την ανταλλαγή της απαραίτητης πληροφορίας μεταξύ των συμβαλλόμενων Λειτουργών της Αγοράς. Παρ' όλο που η διαδικασία κατασκευής των Καμπυλών Καθαρών Εξαγωγών στα Χρηματιστήρια Ενέργειας έχει καταγραφεί στο παρελθόν από διάφορους ερευνητές ([83], [84], [85], [86], [90] και [87]), η αντίστοιχη μεθοδολογία διαμόρφωσης των ωριαίων ΚΚΕ μίας οργανωμένης ως ΚΙ αγοράς ΗΕ, οι οποίες αλληλοεξαρτούνται λόγω των διαχρονικών περιορισμών και των δυαδικών μεταβλητών απόφασης που εισάγονται στο πρόβλημα ένταξης μονάδων, παρουσιάζεται για πρώτη φορά στη βιβλιογραφία. Οι διαμορφωμένες ΚΚΕ των δύο αγορών ΗΕ χρησιμοποιούνται για την εύρεση των βέλτιστων ανταλλαγών ισχύος μεταξύ των δύο συζευγμένων περιοχών. Η παραπάνω μελέτη απέδειξε βάσει ποσοτικών συμπερασμάτων τα βασικά μειονεκτήματα της αποκεντρωμένης μεθόδου Σύζευξης Ποσοτήτων, καθώς επίσης και την ανωτερότητα της κεντρικής μεθοδολογίας Διάσπασης της Αγοράς, όταν επιδιώκεται η σύζευξη προ-ημερήσιων αγορών ΗΕ, οι οποίες διέπονται από διαφορετικά ρυθμιστικά πλαίσια. Τα αποτελέσματα της ανωτέρω ποσοτικής ανάλυσης αποτέλεσαν τη βάση διαμόρφωσης ενός πρώτυπου μοντέλου εκκαθάρισης της Πανευρωπαϊκής αγοράς ΗΕ, το οποίο στηρίζεται στη μεθοδολογία Διάσπασης της Αγοράς και εφαρμόζεται σε ένα σύστημα, το οποίο προσομοιώνει σε διαστάσεις το συνολικό σύστημα που θα καλείται να αντιμετωπίσει ο ενιαίος αλγόριθμος εκκαθάρισης της Πανευρωπαϊκής αγοράς ηλεκτρικής ενέργειας. Στο συγκεκριμένο μοντέλο οι βέλτιστες ανταλλαγές ισχύος υπολογίζονται μέσω της βασιζόμενης

68 54 Κεφάλαιο 1- Εισαγωγή στη ροή μεθοδολογίας έμμεσης δημοπράτησης των ημερησίων Φυσικών Δικαιωμάτων Μεταφοράς και μοντελοποιούνται τόσο οι γραμμές μεταφοράς εναλλασσομένου ρεύματος όσο και οι συνεχούς ρεύματος. Το εξεταζόμενο πρόβλημα βελτιστοποίησης περιλαμβάνει το σύνολο των μαθηματικών εξισώσεων που μοντελοποιούν τις σύγχρονες περιοχές του Ευρωπαϊκού Συστήματος Ηλεκτρικής Ενέργειας, οι οποίες συνδέονται μεταξύ τους μέσω διασυνδετικών γραμμών συνεχούς ρεύματος, ενώ περιλαμβάνει επιπλέον το σύνολο των περιορισμών που μοντελοποιούν τόσο τις αγορές που είναι οργανωμένες ως Κοινοπραξίες Ισχύος, όσο και αυτές που είναι οργανωμένες ως Χρηματιστήρια Ενέργειας. Η συγκεκριμένη μοντελοποίηση είναι πρωτότυπη, καθώς δεν παρουσιάζεται στην υφιστάμενη βιβλιογραφία κάποιο μαθηματικό μοντέλο που να συνδυάζει τις ανωτέρω προκλήσεις. Στα πλαίσια του συγκεκριμένου μαθηματικού μοντέλου υλοποιείται και παρουσιάζεται μία ανάλυση σχετικά με την επίδραση του δικτύου μεταφοράς ΗΕ στις τελικές Τιμές Εκκαθάρισης, ενώ εξετάζεται και η δυνατότητα σύγκλισης των προαναφερθεισών τιμών στο πυκνά διασυνδεδεμένο ευρωπαϊκό δίκτυο. Μία τέτοια ανάλυση δεν έχει ξαναπαρουσιαστεί και είναι εξαιρετικά χρήσιμη, καθώς παρέχει χρήσιμα συμπεράσματα αναφορικά με την ολοκλήρωση των Ευρωπαϊκών αγορών ΗΕ. Επιπλέον, στην παρούσα διατριβή παρουσιάστηκε η αναλυτική μοντελοποίηση μίας αγοράς ΗΕ που είναι οργανωμένη ως Χρηματιστήριο Ενέργειας και η οποία παρέχει τη δυνατότητα κατάθεσης σύνθετων συνδυαστικών προσφορών ηλεκτρικής ενέργειας. Η παρούσα μοντελοποίηση περιλαμβάνει το σύνολο των σύνθετων προσφορών που κατατίθενται στα περισσότερα βόρειο-ευρωπαϊκά Χρηματιστήρια Ενέργειας και παρουσιάζει μια πιο λεπτομερή και αναλυτική περιγραφή των αναγκαίων για τη μοντελοποίηση τους περιορισμών. Σε αντίθεση με τις ήδη παρουσιαζόμενες στη διεθνή βιβλιογραφία μοντελοποιήσεις [105], [65], [106], [107], [113], [115] καθώς επίσης και στους εμπορικούς αλγορίθμους [9], [36], [40], η παρούσα διατριβή περιλαμβάνει στην ίδια γενική μοντελοποίηση τη δυνατότητα κατάθεσης μπλοκ, συνδεδεμένων μπλοκ (με δύο διαφορετικού τρόπους σύνδεσης μεταξύ της γονικής και της συνδεδεμένης μπλοκ προσφοράς), ευέλικτων ωριαίων και μετατρέψιμων μπλοκ προσφορών, καθώς επίσης και κατάθεσης απλών ωριαίων προσφορών για παραγωγή/κατανάλωση ΗΕ και για εισαγωγή/εξαγωγή ΗΕ μέσω των μακροχρόνια δημοπρατημένων Φυσικών Δικαιωμάτων Μεταφοράς. Οι απαραίτητοι για τη μοντελοποίηση των Χρηματιστηρίων Ενέργειας με σύνθετες προσφορές περιορισμοί, χρησιμοποιήθηκαν σε συνδυασμό με τους αντίστοιχους περιορισμούς που μοντελοποιούν επακριβώς μία Κοινοπραξία Ισχύος, προκειμένου να διαμορφωθεί ένα

69 Κεφάλαιο 1- Εισαγωγή 55 γενικό μοντέλο εκκαθάρισης της Πανευρωπαϊκής αγοράς ΗΕ, όπου οι βέλτιστες ανταλλαγές ισχύος μέσω των γραμμών εναλλασσομένου και συνεχούς ρεύματος που συνδέουν τις περιοχές προσφορών μεταξύ τους υπολογίζονται βάσει της στηριζόμενης στη ροή μεθοδολογίας δημοπράτησης των ημερησίων ΦΔΜ. Η συγκεκριμένη πρωτότυπη μοντελοποίηση δεν έχει ξαναπαρουσιαστεί στη διεθνή βιβλιογραφία, καθώς πέρα από το γεγονός ότι καμία άλλη μελέτη δεν έχει επικεντρωθεί στη σύζευξη αγορών που διέπονται κάτω από διαφορετικά ρυθμιστικά πλαίσια (ΚΙ και ΧΕ), οι περισσότερες μελέτες είτε δεν περιλαμβάνουν όλους τους δυνατούς τύπους σύνθετων προσφορών που δύνανται να κατατεθούν στα Ευρωπαϊκά ΧΕ, είτε μοντελοποιούν το δίκτυο μεταφοράς μέσω του στηριζόμενου στη Διαθέσιμη Μεταφορική Ικανότητα μοντέλου (όπως για παράδειγμα οι εργασίες των Tersteegen et al [65] και Martin et al [66]). Στη παρούσα διδακτορική διατριβή μελετάται το φαινόμενο εμφάνισης Παραδόξως Αποδεκτών/Απορριπτόμενων (ΠΑ/ΠΡ) προσφορών στα Ευρωπαϊκά Χρηματιστήρια Ενέργειας, γεγονός που οφείλεται στις συνθήκες "ολικής αποδοχής ή απόρριψης" που αυτές εισάγουν στον αλγόριθμο επίλυσης του προβλήματος εκκαθάρισης της αγοράς. Στα πλαίσια του χειρισμού των συγκεκριμένων προσφορών προτάθηκε ένας επαναληπτικός αλγόριθμος, ο οποίος ακολουθεί τα πρότυπα των ήδη εφαρμοσμένων στην πράξη εμπορικών αλγορίθμων (COSMOS [36], EMCC [40], EUPHEMIA [9]), με τη διαφορά ότι χειρίζεται στην ίδια επαναληπτική διαδικασία τόσο τις ΠΑ προσφορές όσο και τις μετατρέψιμες μπλοκ προσφορές. Μέσω της συγκεκριμένης επαναληπτικής διαδικασίας επιλύθηκε το πρόβλημα Διάσπασης των προ-ημερήσιων ευρωπαϊκών αγορών ΗΕ, ενώ πραγματοποιήθηκε μία εκτενής ανάλυση όσον αφορά την επίδραση του συνολικού αριθμού σύνθετων προσφορών και του κριτηρίου σύγκλισης στο συνολικό χρόνο επίλυσης του προβλήματος βελτιστοποίησης. Η συγκεκριμένη ανάλυση δεν έχει ξαναπαρουσιαστεί στη διεθνή βιβλιογραφία και πραγματοποιείται στα πλαίσια ελέγχου της εφικτότητας εφαρμογής της προτεινόμενης μεθόδου για την εκκαθάριση της προ-ημερήσιας ενιαίας ευρωπαϊκής αγοράς ΗΕ. Τέλος, στο πλαίσιο της σύζευξης των οργανωμένων ως Χρηματιστήρια Ενέργειας με σύνθετες εντολές αγορών ηλεκτρικής ενέργειας, παρουσιάστηκε μία βασιζόμενη στη ροή πρωτότυπη μεθοδολογία εκκαθάρισης της ενοποιημένης προ-ημερήσιας αγοράς ΗΕ, η οποία στηρίζεται στη χαλάρωση των συνθηκών συμπληρωματικότητας. Η μεθοδολογία που χρησιμοποιήθηκε βασίζεται στο μαθηματικό υπόβαθρο που παρουσιάστηκε αναλυτικά στην εργασία των Ruiz et al [116] και επιτρέπει την ταυτόχρονη εισαγωγή στο ίδιο μοντέλο βελτιστοποίησης μεταβλητών απόφασης, οι οποίες μοντελοποιούν τόσο τις εκκαθαρισμένες

70 56 Κεφάλαιο 1- Εισαγωγή τιμές όσο και τις αντίστοιχες ποσότητες. Με τον τρόπο αυτό, καθίσταται δυνατή η απ' ευθείας εισαγωγή επιπρόσθετων περιορισμών στο πρόβλημα βελτιστοποίησης, οι οποίοι συνδέουν τις εκκαθαρισμένες ποσότητες και τιμές και εξασφαλίζουν το θετικό όφελος όλων των συμμετεχόντων, αποφεύγοντας έτσι την προσφυγή σε κάποια ευρετική επαναληπτική διαδικασία για την αντιμετώπιση των Παραδόξως Αποδεκτών προσφορών. Τη συγκεκριμένη δυνατότητα παρείχαν στις εργασίες τους και οι Tersteegen et al [65], Meeus et al [105] και Zak et al [106], με τη διαφορά ότι οι συγκεκριμένες υλοποιήσεις είτε μοντελοποιούσαν τις ροές ισχύος των διασυνδετικών γραμμών μέσω της στηριζόμενης στη Διαθέσιμη Μεταφορική Ικανότητα μεθόδου έμμεσης δημοπράτησης των ημερήσιων Φυσικών Δικαιωμάτων Μεταφοράς [65], είτε περιέγραφαν την εκκαθάριση μίας μόνο αγοράς ΗΕ [105],[106] και ως εκ τούτου δεν εξέταζαν το πρόβλημα σύζευξης προ-ημερήσιων αγορών ΗΕ. Επιπλέον, οι προαναφερθείσες μοντελοποιήσεις χρησιμοποιούσαν το μοντέλο της οριακής τιμολόγησης, ενώ ο προτεινόμενος αλγόριθμος στηρίζεται στη χαλάρωση των συνθηκών συμπληρωματικότητας, επιτρέποντας με τον τρόπο αυτό τη μερική εκκαθάριση των ωριαίων απλών προσφορών, ακόμα και αν η τελική προκύπτουσα Τιμή Εκκαθάρισης είναι μεγαλύτερη/μικρότερη της κατατεθειμένης τιμής της προσφοράς για παραγωγή/ κατανάλωση ΗΕ.

71 Κεφάλαιο 2 ΣΥΖΕΥΞΗ ΕΝΟΣ ΧΡΗΜΑΤΙΣΤΗΡΙΟΥ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΚΑΙ ΜΙΑΣ ΚΟΙΝΟΠΡΑΞΙΑΣ ΙΣΧΥΟΣ 2.1. Εισαγωγή Στο κεφάλαιο αυτό, παρουσιάζεται η σύζευξη δύο αγορών ηλεκτρικής ενέργειας (ΗΕ), οι οποίες οργανώνονται ως Χρηματιστήριο Ενέργειας (ΧΕ) και ως Κοινοπραξία Ισχύος (ΚΙ). Στην αρχή παρουσιάζεται η μοντελοποίηση των δύο εξεταζόμενων αγορών ΗΕ, όπου στο μεν μαθηματικό πρόβλημα της ΚΙ περιλαμβάνονται και παρουσιάζονται όλοι οι τεχνικοί περιορισμοί βάσει των οποίων εκκαθαρίζεται η συγκεκριμένη αγορά, το δε ΧΕ μοντελοποιείται ως ένα απλό πρόβλημα οικονομικής σειράς εκκαθάρισης, καθώς στο μαθηματικό μοντέλο περιλαμβάνονται μόνο απλές ωριαίες προσφορές παραγωγής και κατανάλωσης ΗΕ, αγνοώντας τις σύνθετες προσφορές που εμφανίζονται σε διάφορα Χρηματιστήρια της Ευρώπης (π.χ. Nord Pool). Στη συνέχεια, παρουσιάζονται δύο μέθοδοι ενοποίησης των εξεταζόμενων αγορών. Η πρώτη στηρίζεται στη διαδικασία Σύζευξης Ποσοτήτων, όπου επιλύεται ένα αποκεντρωμένο πρόβλημα πολλαπλών επιπέδων με σκοπό την εύρεση των βέλτιστων ανταλλαγών ισχύος μέσω της διασυνδετικής γραμμής που ενώνει τις δύο εξεταζόμενες αγορές, για όλες τις ώρες του ορίζοντα εκκαθάρισης της αγοράς. Η δεύτερη μέθοδος στηρίζεται στη σύζευξη αγορών μέσω της διαδικασίας Διάσπασης της Αγοράς, κατά την οποία ένα κεντρικός Υπέρ-Λειτουργός της Αγοράς (ΥΛΑ) επιλύει ένα πρόβλημα ενός επιπέδου για τον υπολογισμό των Καθαρών Θέσεων των δύο αγορών, των συνολικών εισαγωγών/εξαγωγών ΗΕ μέσω της διασυνδετικής γραμμής, καθώς επίσης και των τελικών Τιμών Εκκαθάρισης (ΤΕ) των δύο αγορών. Οι δύο μέθοδοι ενοποίησης των αγορών εφαρμόζονται σε ένα σύστημα το οποίο προσομοιώνει τις αγορές ΗΕ της Ελλάδας (ΚΙ) και της Ιταλίας (ΧΕ), ενώ τα αποτελέσματα των δύο μεθοδολογιών συγκρίνονται και αξιολογούνται ως προς: α) Τη σωστή τιμολόγηση

72 58 Κεφάλαιο 2 - Σύζευξη Ενός Χρηματιστηρίου Ενέργειας και Μίας Κοινοπραξίας Ισχύος β) Το συνολικό κοινωνικό όφελος γ) Τον υπολογιστικό φόρτο Τα ανωτέρω προβλήματα Σύζευξης Αγορών διατυπώνονται και επιλύονται ως προβλήματα Μικτού Ακέραιου Γραμμικού Προγραμματισμού Μοντελοποίηση των Εξεταζόμενων Αγορών Ηλεκτρικής Ενέργειας Μοντελοποίηση Κοινοπραξίας Ισχύος Όπως αναφέρθηκε και στην παράγραφο 1.1.1, οι Ευρωπαϊκές προ-ημερήσιες αγορές ΗΕ είναι κεντρικά οργανωμένες είτε ως Χρηματιστήρια Ενέργειας είτε ως Κοινοπραξίες Ισχύος. Στο μοντέλο της ΚΙ, ο Λειτουργός της Αγοράς (ΛΑ) επιλύει ένα σύνθετο πρόβλημα βελτιστοποίησης, όπου πραγματοποιείται ταυτόχρονη συβελτιστοποίηση της ενέργειας και της απαίτησης του Συστήματος Ηλεκτρικής Ενέργειας σε εφεδρείες. Έτσι, η αγορά Επικουρικών Υπηρεσιών ενσωματώνεται έμμεσα στην αγορά επόμενης ημέρας. Οι τεχνικοί και λειτουργικοί περιορισμοί των μονάδων παραγωγής ΗΕ μοντελοποιούνται άμεσα στο μαθηματικό πρόβλημα, οδηγώντας σε μία τεχνικά εφικτή λύση της προ-ημερήσιας αγοράς ΗΕ, η οποία γενικά δεν αποκλίνει πολύ από την κατανομή και τον προγραμματισμό των μονάδων παραγωγής σε πραγματικό χρόνο. Σε ορισμένες περιπτώσεις, στο μαθηματικό μοντέλο εκκαθάρισης της αγοράς περιλαμβάνονται επιπλέον και οι περιορισμοί του δικτύου μεταφοράς ΗΕ, με αποτέλεσμα την ταυτόχρονη βελτιστοποίηση τόσο της παραγωγής όσο και της μεταφοράς ΗΕ. Στην περίπτωση αυτή, οι προκύπτουσες Κομβικές Οριακές Τιμές (ΚΟΤ) εκκαθάρισης αντικατοπτρίζουν τόσο το κόστος παραγωγής ΗΕ όσο και την επίδραση των συμφορήσεων των γραμμών μεταφοράς στις τελικές Τιμές Εκκαθάρισης (ΤΕ). Σε μια ΚΙ, κάθε μονάδα παραγωγής υποβάλλει μια σύνθετη προσφορά, η οποία αποτελείται από την προσφορά της για παροχή ενέργειας και εφεδρείας, καθώς επίσης και από μια δήλωση με τα τεχνικό-οικονομικά της στοιχεία, συμπεριλαμβανομένων του κόστους εκκίνησης και σβέσης. Το πρόβλημα εκκαθάρισης μίας αγοράς ΗΕ, η οποία είναι οργανωμένη ως ΚΙ, μπορεί να μοντελοποιηθεί ως ένα μαθηματικό πρόβλημα βελτιστοποίησης ως εξής: όπου: Min exp c c u u et (2.1) gen imp dem gt it dt t g i d e T G I D E qgft, ygt, zgt, rgt Pgft qgft gt ygt, zgt gt rgt c c c F gen m com res m gt f g g G, t T (2.2)

73 Κεφάλαιο 2 - Σύζευξη Ενός Χρηματιστηρίου Ενέργειας και Μίας Κοινοπραξίας Ισχύος 59 c y, z SUC y SDC z gg, t com gt gt gt g gt g gt T (2.3), c r P r g t (2.4) M G T res m m m gt gt gt gt m ift ift ift I, c q P q i t T (2.5) u imp n n n it nn ffi q P q dd t T F dem, dt dft dft dft f d n n n eft eft eft exp et E, nn ffe (2.6) u q P q e t T (2.7) ενώ υπόκειται στους εξής περιορισμούς: n RES n qgft qift Pt qdft qeft gg f F g nn ii f F i dd ff d nn ee f F e m m rgt RRt m 1,1,2,2, t T g G t T (2.8) (2.9) gg 3 S 3 NS 3 gt gt t gg r r RR t T NTC q q NTC n t T a', a n n a, a' nt eft ift nt N, ee ff e ii ff i (2.10) (2.11) 0 q Q gg, f F, t T (2.12) gft gft g n n 0 q Q ii, f F, nn, t T (2.13) ift ift i 0 q Q dd, f F, t T (2.14) dft dft d n n 0 q Q ee, f F, nn, t T (2.15) eft eft e x y, z, u, q Ω g, t G T gt gt gt gt gft gt (2.16) Η εξίσωση (2.1) αποτελεί την αντικειμενική συνάρτηση του προβλήματος, όπου ο Λειτουργός της Αγοράς προσπαθεί να ελαχιστοποιήσει το συνολικό κόστος παραγωγής και εισαγωγών ΗΕ μείον το όφελος που προκύπτει από τις δηλώσεις φορτίου και τις εξαγωγές ΗΕ. Η προαναφερθείσα συνάρτηση κόστους περιλαμβάνει τη συνάρτηση κόστους των μονάδων παραγωγής ΗΕ (περιορισμοί (2.2)-(2.4)), τη συνάρτηση οφέλους των προμηθευτών

74 60 Κεφάλαιο 2 - Σύζευξη Ενός Χρηματιστηρίου Ενέργειας και Μίας Κοινοπραξίας Ισχύος ΗΕ (2.6), ενώ οι εξισώσεις (2.5) και (2.7) περιγράφουν τις συναρτήσεις κόστους και οφέλους των εμπόρων που συμμετέχουν στην προ-ημερήσια αγορά ΗΕ, μέσω των μακροχρόνια δημοπρατημένων Φυσικών Δικαιωμάτων Μεταφοράς (ΦΔΜ). Οι παραπάνω συναρτήσεις υπολογίζονται βάσει των προσφορών που καταθέτουν οι αντίστοιχοι συμμετέχοντες στο Λειτουργό της Αγοράς. Ο περιορισμός (2.8) εκφράζει το ισοζύγιο ισχύος, ενώ οι περιορισμοί (2.9) και (2.10) εκφράζουν την απαίτηση του συστήματος σε πρωτεύουσα, δευτερεύουσα και τριτεύουσα εφεδρεία, όπως αυτές ορίζονται από τον ENTSO-E [117]. Η εξίσωση (2.11) εκφράζει τη μέγιστη και ελάχιστη δυνατή μεταφορά ισχύος μέσω των διασυνδέσεων, η οποία περιορίζεται από την Καθαρή Μεταφορική Ικανότητα (ΚΜΙ) της κάθε διασυνδετικής γραμμής. Οι περιορισμοί (2.12)-(2.15) περιγράφουν τη μέγιστη δυνατή εκκαθάριση των προσφορών για παραγωγή, εισαγωγή, κατανάλωση και εξαγωγή ΗΕ. Επιπλέον, η εξίσωση (2.16) περιγράφει συνοπτικά τους τεχνικούς και λειτουργικούς περιορισμούς της μονάδας παραγωγής g, για όλες τις ώρες του χρονικού ορίζοντα εκκαθάρισης της αγοράς, όπου το διάνυσμα x gt περιέχει όλες τις συνεχείς και διακριτές μεταβλητές απόφασης που σχετίζονται με τη λειτουργία της. Οι συνεχείς μεταβλητές απόφασης αναφέρονται στην παραγωγή ΗΕ και στην παροχή εφεδρείας από τη μονάδα g, ενώ οι διακριτές (δυαδικές) μεταβλητές σχετίζονται με τις αποφάσεις εκκίνησης και σβέσης μίας μονάδας, καθώς επίσης και με τον προσδιορισμό της φάσης λειτουργίας της. Το σύνολο Ω gt των περιορισμών που καθορίζουν τον επιτρεπτό χώρο λειτουργίας της μονάδας παραγωγής g παρουσιάζεται αναλυτικά στο Παράρτημα Α, καθώς επίσης και στις αναφορές [3], [118] και [119]. Τέλος, ενώ είναι δυνατή η μοντελοποίηση ενδοζωνικών περιορισμών σε μία Κοινοπραξία Ισχύος (στα πρότυπα των αμερικάνικων αγορών ΗΕ), αυτοί παραλείπονται στην παρούσα μοντελοποίηση, ακολουθώντας όσο πιο πιστά γίνεται το μοντέλο εκκαθάρισης της ελληνικής αγοράς ΗΕ. Θα πρέπει να αναφερθεί ότι το σετ των διασυνδέσεων nn στις παραπάνω εξισώσεις αναφέρεται σε όλες τις διασυνδέσεις οι οποίες δε συμμετέχουν στη διαδικασία σύζευξης αγορών μέσω ποσοτήτων. Η ροή ισχύος στις διασυνδέσεις που συμμετέχουν στην εξεταζόμενη διαδικασία ενοποίησης των αγορών ΗΕ, καθορίζεται μέσω της διαδικασίας Σύζευξης των Αγορών. Λόγω της ύπαρξης συνεχών και δυαδικών ακέραιων μεταβλητών απόφασης, το πρόβλημα ένταξης μονάδων που επιλύει ο Λειτουργός της Αγοράς σε μια ΚΙ διατυπώνεται ως ένα πρόβλημα Μικτού Ακέραιου Γραμμικού Προγραμματισμού (ΜΑΓΠ).

75 Κεφάλαιο 2 - Σύζευξη Ενός Χρηματιστηρίου Ενέργειας και Μίας Κοινοπραξίας Ισχύος Μοντελοποίηση Χρηματιστηρίου Ενέργειας με Απλές Ωριαίες Προσφορές Παραγωγής και Κατανάλωσης Ηλεκτρικής Ενέργειας Παρά το γεγονός ότι το μοντέλο της Κοινοπραξίας Ισχύος εφαρμόζεται σήμερα στις περισσότερες από τις αγορές των ΗΠΑ, οι ευρωπαϊκές ρυθμιστικές αρχές έχουν υιοθετήσει ως επί το πλείστον το μοντέλο του Χρηματιστηρίου Ενέργειας (Power Exchanges - PX), το οποίο αποτελεί και το προτιμητέο μοντέλο για την ευρωπαϊκή ολοκλήρωση. Στο μοντέλο αυτό, ο εκάστοτε Λειτουργός της Αγοράς εκκαθαρίζει οικονομικά την αγορά ηλεκτρικής ενέργειας, αγνοώντας τα τεχνικά και λειτουργικά χαρακτηριστικά των μονάδων παραγωγής, καθώς επίσης και τους ενδοζωνικούς περιορισμούς μεταφοράς ηλεκτρικής ισχύος. Η ανάγκη για παροχή Επικουρικών Υπηρεσιών, οι εξισορροπητικοί περιορισμοί καθώς επίσης και οι περιορισμοί μεταφοράς ισχύος αντιμετωπίζονται σε επόμενα βήματα της αγοράς ηλεκτρικής ενέργειας, δηλαδή στις Αγορές Εξισορρόπησης, οι οποίες λειτουργούν στις περισσότερες ευρωπαϊκές χώρες. Θα πρέπει βέβαια να σημειωθεί, ότι σε ορισμένες ευρωπαϊκές αγορές ΗΕ (δηλαδή στην Ιταλία και στο Nordpool), οι ενδοζωνικοί περιορισμοί μεταφοράς ισχύος περιλαμβάνονται στο μοντέλο της αγοράς επόμενης ημέρας. Ωστόσο, οι εν λόγω περιορισμοί παραλείπονται εδώ για λόγους απλότητας, προκειμένου να παρουσιαστεί η βασική ιδέα της Σύζευξης Ποσοτήτων, στην περίπτωση που οι εμπλεκόμενες αγορές είναι οργανωμένες κάτω από διαφορετικά ρυθμιστικά πλαίσια. Ωστόσο, η ενσωμάτωση τέτοιων περιορισμών στο μοντέλο Χρηματιστηρίου ενέργειας είναι απλή. Το πρόβλημα μοντελοποίησης ενός Χρηματιστηρίου Ενέργειας με απλές ωριαίες προσφορές ακολουθεί παρόμοια διατύπωση με αυτήν της προηγούμενης ενότητας (εξισώσεις (2.1)-(2.15)), παραλείποντας μόνο τη συνάρτηση κόστους ένταξης μονάδων (περιορισμός (2.3)) και τους περιορισμούς ελάχιστης απαίτησης του Συστήματος σε Επικουρικές Υπηρεσίες (περιορισμοί (2.9) και (2.10)). Η αντικειμενική συνάρτηση του προβλήματος βελτιστοποίησης ενός Χρηματιστηρίου Ενέργειας περιλαμβάνει το συνολικό κόστος παραγωγής μείον το όφελος κατανάλωσης ΗΕ όλων των συμμετεχόντων p στην αγορά ηλεκτρικής ενέργειας, ως εξής : Min c c u u (2.17) sell imp pur exp pt it pt et t p i p e T P I P E Η παραπάνω αντικειμενική συνάρτηση υπόκειται με τη σειρά της στους εξής περιορισμούς:

76 62 Κεφάλαιο 2 - Σύζευξη Ενός Χρηματιστηρίου Ενέργειας και Μίας Κοινοπραξίας Ισχύος, c q P q p t (2.18) F P T sell sell sell sell pt pft pft pft f p ift ift ift I, c q P q i t T (2.19) imp n n n it nn ffi pft, u q P q p t (2.20) F P T pur pur pur pt pft pft f p n n n eft eft eft u q P q e t T (2.21) exp et E, nn ffe sell n pur n qpft qift qpft qeft pp f F p nn ii ff i pp ff p nn ee ff e t T (2.22) a', a n n a, a' nt eft ift nt, ee ff e ii ff i NTC q q NTC n t N T (2.23) sell sell 0 q Q pp, f F, t T (2.24) pft pft p n n 0 q Q ii, f F, nn, t T (2.25) ift ift i pur pur 0 q Q pp, f F, t T (2.26) pft pft p n n 0 q Q ee, f F, nn, t T (2.27) eft eft e Οι εξισώσεις (2.18)-(2.27) περιλαμβάνουν μόνο συνεχείς μεταβλητές απόφασης, δεδομένου ότι μία αγορά ηλεκτρικής ενέργειας η οποία είναι οργανωμένη ως ένα Χρηματιστήριο Ενέργειας μοντελοποιείται εν γένει σαν ένα απλό πρόβλημα οικονομικής σειράς εκκαθάρισης των κατατεθειμένων προσφορών. Οι περιορισμοί (2.18) και (2.20) εκφράζουν τις συναρτήσεις κόστους και οφέλους των συμμετεχόντων για παραγωγή και κατανάλωση ΗΕ, ενώ οι εξισώσεις (2.19) και (2.21) μοντελοποιούν το συνολικό κόστος και όφελος που αποκομίζουν οι έμποροι ΗΕ, μέσω της χρησιμοποίησης των μακροχρόνια δημοπρατημένων ΦΔΜ. Επιπλέον, η αντικειμενική συνάρτηση (2.17) υπόκειται σε περιορισμούς ισοζυγίου ισχύος (2.22), περιορισμούς μέγιστης δυνατής εισαγωγής και εξαγωγής ηλεκτρικής ισχύος μέσω της διασυνδετικής γραμμής n (2.23), καθώς επίσης και μέγιστης εκκαθάρισης των προσφορών παραγωγής (2.24), εισαγωγής (2.25), κατανάλωσης (2.26) και εξαγωγής (2.27) ΗΕ. Ως αποτέλεσμα, το πρόβλημα εκκαθάρισης της αγοράς ηλεκτρικής ενέργειας, η οποία οργανώνεται ως ένα Χρηματιστήριο Ενέργειας, μοντελοποιείται ως ένα Γραμμικό Πρόγραμμα (ΓΠ). Η παραπάνω μοντελοποίηση ισχύει και για τις δύο δυνατές

77 Κεφάλαιο 2 - Σύζευξη Ενός Χρηματιστηρίου Ενέργειας και Μίας Κοινοπραξίας Ισχύος 63 περιπτώσεις κατάθεσης προσφορών παραγωγής ΗΕ, είτε (α) όταν κάθε μονάδα υποβάλλει μία προσφορά ενέργειας ανά μονάδα παραγωγής (π.χ. στην Ιταλία), είτε (β) όταν οι συμμετέχοντες στην αγορά ΗΕ καταθέτουν προσφορές χαρτοφυλακίου (π.χ. στη Γαλλία). Τα τεχνικά χαρακτηριστικά των μονάδων παραγωγής καθώς επίσης και οι διζωνικοί περιορισμοί αγνοούνται, ενώ θα πρέπει να σημειωθεί ότι η παράμετρος NTC aa, ' nt, η οποία περιγράφει τη Καθαρή Μεταφορική Ικανότητα της διασυνδετικής γραμμής n, λαμβάνει την ίδια τιμή στις εξισώσεις (2.11) και (2.23), δεδομένου ότι καθορίζεται από κοινού από τους αντίστοιχους Διαχειριστές των διασυνδεδεμένων Συστημάτων Ηλεκτρικής Ενέργειας. Θα πρέπει να σημειωθεί ότι στο παρόν σημείο αγνοείται στη μοντελοποίηση των αγορών ΗΕ που είναι οργανωμένες ως Χρηματιστήρια Ενέργειας, η δυνατότητα κατάθεσης από τους συμμετέχοντες στην προ-ημερήσια αγορά σύνθετων προσφορών για παραγωγή και κατανάλωση ΗΕ (μπλοκ, συνδεδεμένες μπλοκ προσφορές, κ.λπ.) ([120], [9], [36], [121]). Η μοντελοποίηση και η επίδραση των σύνθετων προσφορών στις Τιμές Εκκαθάρισης των ΧΕ παρουσιάζεται και εξετάζεται αναλυτικά στο Κεφάλαιο 4 της παρούσας διδακτορικής διατριβής Διαδικασία Σύζευξης Ποσοτήτων Εισαγωγή Στην υπάρχουσα βιβλιογραφία, έχουν αναφερθεί και αναλυθεί αρκετές μέθοδοι για την αποτελεσματική διαχείριση των ροών ισχύος στις Ευρωπαϊκές διασυνοριακές γραμμές. Οι έμμεσες δημοπρασίες αναμένεται να αντικαταστήσουν τις ήδη εφαρμοζόμενες άμεσες δημοπρασίες αγοράς Φυσικών Δικαιωμάτων Μεταφοράς (ΦΔΜ). Όπως αναφέρθηκε ήδη και στην παράγραφο 1.2.3, οι έμμεσες δημοπρασίες μπορεί να πραγματοποιηθούν είτε μέσω (α) της διαδικασίας Σύζευξης της Αγοράς, είτε μέσω (β) της διαδικασίας Διάσπασης της Αγοράς. Η διαδικασία Σύζευξης της Αγοράς αποτελεί μια διαδικασία πολλών επιπέδων για την εκκαθάριση των προ-ημερήσιων αγορών ηλεκτρικής ενέργειας. Η Σύζευξη της Αγοράς χωρίζεται σε δύο κατηγορίες: (α) τη διαδικασία Σύζευξης Τιμών και (β) τη διαδικασία Σύζευξης Ποσοτήτων ([68], [122], [123] και [16]). Σε αμφότερες τις περιπτώσεις, η ύπαρξη ενός κεντρικού γραφείου το οποίο θα πραγματοποιεί τη διαδικασία σύζευξης, κρίνεται απαραίτητη. Στη διαδικασία Σύζευξης Τιμών, ο Λειτουργός Σύζευξης Αγορών (ΛΣΑ) καθορίζει τόσο τους εκκαθαρισμένους όγκους συναλλαγών όσο και τις τελικές Τιμές Εκκαθάρισης. Αντιθέτως, κατά τη διαδικασία Σύζευξης Ποσοτήτων, ο ΛΣΑ καθορίζει μόνο το καθαρό ποσό ανταλλασσόμενης ηλεκτρικής ισχύος (εισαγωγές/εξαγωγές), το οποίο στη συνέχεια

78 64 Κεφάλαιο 2 - Σύζευξη Ενός Χρηματιστηρίου Ενέργειας και Μίας Κοινοπραξίας Ισχύος υποβάλλεται στους τοπικούς Λειτουργούς της Αγοράς, προκειμένου να καθορίσουν οι τελευταίοι τους τελικά εκκαθαρισμένους όγκους παραγωγής και κατανάλωσης ΗΕ, καθώς επίσης και τις τελικές Τιμές Εκκαθάρισης των αγορών τους. Θα πρέπει να σημειωθεί ότι κατά τη διαδικασία αυτή λαμβάνονται υπόψη οι τοπικοί κανόνες εκκαθάρισης της εκάστοτε εξεταζόμενης αγοράς, σύμφωνα με το ειδικό ρυθμιστικό πλαίσιο της κάθε χώρας. Η Σύζευξη Ποσοτήτων αποτελεί μια προσφιλή επιλογή σύζευξης αγορών ΗΕ, οι οποίες παρουσιάζουν σημαντική ποικιλομορφία στο σχεδιασμό τους, και παρουσιάζεται αναλυτικά στην ενότητα Από την άλλη, η διαδικασία Διάσπασης της Αγοράς αποτελεί μία διαδικασία ενός σταδίου, κατά την οποία οι εκκαθαρισμένες ποσότητες και τιμές προκύπτουν ταυτοχρόνως. Η Διάσπαση της Αγοράς εφαρμόζεται στην αγορά των Βορείων Χωρών (Nordpool), στην οποία οι αγορές όλων των σκανδιναβικών χωρών επιλύονται ταυτοχρόνως, λαμβάνοντας υπόψη την Καθαρή Μεταφορική Ικανότητα της κάθε διασυνδετικής γραμμής. Η "διάσπαση" των αγορών ηλεκτρικής ενέργειας λαμβάνει χώρα όταν υπάρχει συμφόρηση σε μία ή περισσότερες από τις διασυνδετικές γραμμές, και για το λόγο αυτό ο αλγόριθμος εκκαθάρισης της αγοράς έχει ως έξοδο του διαφορετικές ζωνικές τιμές. Ωστόσο, πρόσφατα, ο όρος "Σύζευξη Τιμών" χρησιμοποιήθηκε επίσης και για τη μονόεπίπεδη μέθοδο επίλυσης του προβλήματος ενοποίησης των αγορών ΗΕ (η οποία εξ' ορισμού περιγράφεται με τον όρο "Διάσπαση Αγοράς"). Για παράδειγμα, στις "Κατευθυντήριες γραμμές για την κατανομή της ικανότητας μεταφοράς και τη διαχείριση των συμφορήσεων" ("Framework Guidelines on Capacity Allocation and Congestion Management for Electricity"), που εξέδωσε ο ACER [49], η διαδικασία Διάσπασης της Αγοράς περιγράφεται ως "ένας ενιαίος αλγόριθμος σύζευξης των τιμών που καθορίζει ταυτόχρονα τους όγκους και τις τιμές σε όλες τις σχετικές ζώνες" ("a single price coupling algorithm which simultaneously determined volumes and prices in all relevant zones") Κατασκευή Καμπυλών Καθαρών Εξαγωγών Ισχύος Η διαδικασία Σύζευξης Ποσοτήτων βασίζεται στην επεξεργασία των Καμπυλών Καθαρών Εξαγωγών (ΚΚΕ) ισχύος της κάθε περιοχής η οποία συμμετέχει στη διαδικασία σύζευξης. Οι συγκεκριμένες καμπύλες παρέχουν πληροφορίες σχετικά με τη διαθεσιμότητα και την οικονομική αποδοτικότητα των εισαγωγών και εξαγωγών ηλεκτρικής ενέργειας στην παρούσα περιοχή ([83], [84], [85], [86], [87], [90] και [109]). Η ΚΚΕ μίας τοπικής αγοράς ηλεκτρικής ενέργειας ορίζεται ως η διαφορά μεταξύ των συγκεντρωτικών καμπυλών

79 Κεφάλαιο 2 - Σύζευξη Ενός Χρηματιστηρίου Ενέργειας και Μίας Κοινοπραξίας Ισχύος 65 προσφορών για παραγωγή και κατανάλωση ΗΕ, ή αλλιώς ως η συνάρτηση που περιγράφει τη σχέση μεταξύ της Καθαρής Θέσης και της Τιμής Εκκαθάρισης της εν λόγω αγοράς. Οι ΚΚΕ είναι συνήθως μη φθίνουσες συναρτήσεις, ενώ χρησιμοποιούνται έτσι ώστε να ελαχιστοποιείται η ποσότητα ανταλλασσόμενων πληροφοριών μεταξύ των Λειτουργών των συζευγμένων αγορών και του κεντρικού φορέα Σύζευξης Αγοράς (Λειτουργός Σύζευξης Αγορών). Οι ΚΚΕ περιέχουν πληροφορία σχετική μόνο με την ευαισθησία της Τιμής Εκκαθάρισης της εκάστοτε αγοράς σε σχέση με την αύξηση του όγκου των εισαγωγών/εξαγωγών ηλεκτρικής ισχύος χωρίς να αποκαλύπτουν δεδομένα σχετικά με τον αριθμό, την τιμή και την ποσότητα των υποβληθέντων σε κάθε αγορά προσφορών Χρηματιστήρια Ενέργειας με Απλές Ωριαίες Προσφορές Σε ένα Χρηματιστήριο Ενέργειας με απλές προσφορές, η Καμπύλη Καθαρών Εξαγωγών για κάθε περίοδο εμπορίας t μπορεί εύκολα να κατασκευαστεί από τον υπολογισμό της διαφοράς των εκκαθαρισμένων ποσοτήτων μεταξύ των ωριαίων συγκεντρωτικών προσφορών για κάλυψη του φορτίου και για εξαγωγή ηλεκτρικής ισχύος και των αντίστοιχων ωριαίων συγκεντρωτικών προσφορών για παραγωγή και εισαγωγή ηλεκτρικής ενέργειας, για κάθε επίπεδο τιμής μεταξύ της ελάχιστης και μέγιστης δυνατής [109]. Στο Σχήμα 2-1 απεικονίζεται η περίπτωση όπου οι ωριαίες προσφορές έχουν βηματική μορφή, κατατίθενται δηλαδή σε ζεύγη τιμής-ποσότητας. Σχήμα 2-1 Κατασκευή ΚΚΕ ενός ΧΕ με απλές (μη-σύνθετες) προσφορές

80 66 Κεφάλαιο 2 - Σύζευξη Ενός Χρηματιστηρίου Ενέργειας και Μίας Κοινοπραξίας Ισχύος Κοινοπραξίες Ισχύος Σε μια Κοινοπραξία Ισχύος, η ΚΚΕ δεν μπορεί να κατασκευαστεί με τον ίδιο τρόπο όπως στα ΧΕ, λόγω των διαχρονικών περιορισμών του προβλήματος ένταξης μονάδων και των δυαδικών μεταβλητών που εισάγονται στο πρόβλημα βελτιστοποίησης. Σε αυτήν την περίπτωση, μια μικρή αλλαγή στο εκκαθαρισμένο πρόγραμμα εισαγωγών/εξαγωγών ηλεκτρικής ισχύος την ώρα t, ενδέχεται να επηρεάσει την Τιμή Εκκαθάρισης της αγοράς σε μία άλλη ώρα t ' του ορίζονται εκκαθάρισης της αγοράς, εξαιτίας της επανένταξης και επανακατανομής των μονάδων παραγωγής. Για το λόγο αυτό, η κατασκευή των ΚΚΕ πραγματοποιείται μέσω μίας διαδικασίας, κατά την οποία το πρόβλημα βελτιστοποίησης επιλύεται επαναληπτικά για ένα μέγιστο αριθμό aa, ' 2 NTC nt επαναλήψεων, σε κάθε μία εκ των οποίων οι εξαγωγές (ή αντίστοιχα οι εισαγωγές) ηλεκτρικής ισχύος αυξάνονται κατά 1 MW. Επιπλέον, οι ΚΚΕ μπορούν να κατασκευαστούν μέσω δύο διαφορετικών μεθόδων: a) 1 η μέθοδος - Κάθε ώρα αντιμετωπίζεται ξεχωριστά: Στην περίπτωση αυτή, οι ΚΚΕ κατασκευάζονται ξεχωριστά για κάθε ώρα του χρονικού ορίζοντα εκκαθάρισης της αγοράς, αυξάνοντας επαναληπτικά κατά 1 MW τη συνολική ποσότητα των εξαγωγών, έως ότου η συνολική εξαγόμενη μέσω της διασυνδετικής γραμμής n ισχύς γίνει ίση με την Καθαρή Μεταφορική Ικανότητα της εξεταζόμενης διασύνδεσης, και αγνοώντας την επίδραση των διαχρονικών περιορισμών. b) 2 η μέθοδος - Όλες οι ωριαίες ΚΚΕ συνδέονται μεταξύ τους: Στη συγκεκριμένη περίπτωση, το στοιχειώδες βήμα αύξησης της εξαγόμενης ισχύος (1 MW) μέσω της διασύνδεσης n εφαρμόζεται ταυτόχρονα και στις 24 ώρες, έως ότου η συνολική εξαγόμενη ισχύς μέσω της διασυνδετικής γραμμής n φτάσει την Καθαρή Μεταφορική Ικανότητα της συγκεκριμένης διασύνδεσης σε όλες τις ώρες του χρονικού ορίζοντα. Σε περίπτωση που σε μία ώρα το σύνολο των εξαγωγών γίνει ίσο με τη ΚΜΙ, η ποσότητα των εξαγωγών σε αυτή την ώρα παραμένει σταθερή και ίση με την ΚΜΙ, για όλες τις υπόλοιπες επαναλήψεις.

81 Κεφάλαιο 2 - Σύζευξη Ενός Χρηματιστηρίου Ενέργειας και Μίας Κοινοπραξίας Ισχύος 67 Σχήμα 2-2 Διάγραμμα ροής για την κατασκευή των ΚΚΕ σε μία ΚΙ

82 68 Κεφάλαιο 2 - Σύζευξη Ενός Χρηματιστηρίου Ενέργειας και Μίας Κοινοπραξίας Ισχύος Σχήμα 2-3 Σύγκριση των ελληνικών ΚΚΕ την ώρα 13 Οι παραπάνω μέθοδοι απεικονίζονται αναλυτικά στα διαγράμματα ροής του Σχήματος 2-2. Το Σχήμα 2-3 απεικονίζει τις παραγόμενες Καμπύλες Καθαρών Εξαγωγών, όπως αυτές προκύπτουν από την εφαρμογή των δύο προαναφερθεισών μεθόδων, για την 13 η ώρα του χρονικού ορίζοντα εκκαθάρισης της αγοράς 14. Όπως φαίνεται, σε αμφότερες τις περιπτώσεις, η προκύπτουσα ΚΚΕ είναι μία μη μονοτόνως αύξουσα συνάρτηση. Η δεύτερη μέθοδος χρησιμοποιείται στο υπόλοιπο του παρόντος κεφαλαίου. 14 Η Καμπύλη Καθαρών Εξαγωγών αναφέρεται στο Ελληνικό Σύστημα Παραγωγής Ηλεκτρικής ενέργειας, όπως αυτό παρουσιάζεται στην παράγραφο 2.5.1

83 Κεφάλαιο 2 - Σύζευξη Ενός Χρηματιστηρίου Ενέργειας και Μίας Κοινοπραξίας Ισχύος 69 Σχήμα 2-4 Αλγόριθμος Σύζευξης Ποσοτήτων Μεθοδολογία Σύζευξης Ποσοτήτων Η γενική μεθοδολογία Σύζευξης Ποσοτήτων απεικονίζεται στο Σχήμα 2-4 και αποτελείται από τα ακόλουθα βήματα: Βήμα 1 ο : Κάθε τοπικός Λειτουργός της Αγοράς εκκαθαρίζει τη δικιά του αγορά ΗΕ, λαμβάνοντας υπόψη του μόνο τις προσφορές για εισαγωγή/εξαγωγή ηλεκτρικής ενέργειας οι οποίες αντιστοιχούν στη χρησιμοποίηση των μακροπρόθεσμων 15 Φυσικών Δικαιωμάτων Μεταφοράς (ΦΔΜ) στις διασυνδέσεις. Βήμα 2 ο : Κάθε ΛΑ ετοιμάζει και καταθέτει στο Λειτουργό Σύζευξης Αγορών τις Καμπύλες 15 Τα δικαιώματα αυτά έχουν δημοπρατηθεί σε άμεσες μηνιαίες ή ετήσιες αγορές δικαιωμάτων.

84 70 Κεφάλαιο 2 - Σύζευξη Ενός Χρηματιστηρίου Ενέργειας και Μίας Κοινοπραξίας Ισχύος Καθαρών Εξαγωγών για όλες τις ώρες του χρονικού ορίζοντα εκκαθάρισης της αγοράς. Βήμα 3 ο : Ο Λειτουργός Σύζευξης Αγορών επιλύει ένα γραμμικό πρόβλημα βελτιστοποίησης, όπου υπολογίζονται μόνο οι "βέλτιστες" ποσότητες εισαγωγών/εξαγωγών στην κάθε συζευγμένη περιοχή μέσω των εμπλεκόμενων διασυνδέσεων, ενώ στη συνέχεια αποστέλλει την ανωτέρω πληροφορία στους τοπικούς Λειτουργούς. Το γραμμικό πρόβλημα βελτιστοποίησης που καλείται να επιλύσει ο Λειτουργός Σύζευξης Αγορών μοντελοποιείται ως εξής: ne ne ni ni ft ft ft ft Min P q P q tt f F ne ff ni ffne q q t T ne ft ffni ni ft (2.28) (2.29) ne ne 0 q Q f, t ft ft ne ni ni 0 q Q f, t ft ft ni F T (2.30) F T (2.31) Το ανωτέρω πρόγραμμα βελτιστοποίησης βρίσκει το σημείο τομής των Καμπυλών Καθαρής Εξαγωγής Ισχύος, όπως αυτό φαίνεται στο Σχήμα 2-4. Οι σταθερές επιπλέον ποσότητες εξαγωγών/εισαγωγών ηλεκτρικής ενέργειας την κάθε τοπική αγορά από το Λειτουργό Σύζευξης Αγορών, είναι ίσες με: * ne ne t ft ft ffne ffni * Q t, όπως αυτές υπολογίζονται για Q q q t T (2.32) για κάθε ώρα του ορίζοντα εκκαθάρισης της αγοράς. Βήμα 4 ο : Κάθε Λειτουργός της Αγοράς εκκαθαρίζει ξανά την τοπική αγορά ΗΕ, σεβόμενος το τοπικό ρυθμιστικό πλαίσιο και λαμβάνοντας υπόψη του τις σταθερές εισαγωγές/εξαγωγές * Q t, όπως αυτές υπολογίστηκαν από το Βήμα 3. Η επίλυση των ανωτέρω προβλημάτων έχει ως αποτέλεσμα τις τελικές Τιμές Εκκαθάρισης, οι οποίες και θα εφαρμοστούν στην εκκαθάριση της προ-ημερήσιας αγοράς ΗΕ. Στην περίπτωση αυτή, οι εξισώσεις διατήρησης ισχύος στα υπό-προβλήματα της Κοινοπραξίας Ισχύος (2.8) και του Χρηματιστηρίου Ενέργειας (2.22) αντικαθιστώνται από τους εξής περιορισμούς: q q P q q Q t T (2.33) n RES n * gft ift t dft eft t gg ff g nn ii ff i dd ff d nn ee ff e q q Q q q t T (2.34) sell n * pur n pft ift t pft eft pp ff p nn ii ff i pp ff p nn ee ff e

85 Κεφάλαιο 2 - Σύζευξη Ενός Χρηματιστηρίου Ενέργειας και Μίας Κοινοπραξίας Ισχύος 71 αντίστοιχα. Θα πρέπει να σημειωθεί, ότι ο ρόλος του Λειτουργού Σύζευξης Αγορών μπορεί να ανατεθεί σε οποιονδήποτε από τους δύο τοπικούς Λειτουργούς της Αγοράς Κεντρικό Πρόβλημα Διάσπασης της Αγοράς Κατά τη διαδικασία Διάσπασης της Αγοράς, η σύζευξη των αγορών ηλεκτρικής ενέργειας επιτυγχάνεται μέσω ενός κεντρικού αλγορίθμου τιμολόγησης που προσδιορίζει από κοινού και για κάθε συζευγμένη αγορά τις εκκαθαρισμένες τιμές, τις παραγόμενες και καταναλισκόμενες ποσότητες ΗΕ καθώς επίσης και τις ροές ισχύος των διασυνδετικών γραμμών. Ένα "Κεντρικό Γραφείο Σύζευξης Αγορών" ή ένας "Υπέρ-Λειτουργός της Αγοράς" (ΥΛΑ) θα πρέπει να είναι υπεύθυνος για την επίλυση του προβλήματος της κεντρικής Διάσπασης της Αγοράς σε Ευρωπαϊκό επίπεδο. Το πρόβλημα βελτιστοποίησης που καλείται να επιλύσει ο Υπέρ-Λειτουργός της Αγοράς αποτελεί συνδυασμό των δύο προαναφερθέντων προβλημάτων, και το οποίο περιλαμβάνει το σύνολο των περιορισμών μιας Κοινοπραξίας Ισχύος (εξισώσεις (2.1)-(2.16)) και ενός Χρηματιστηρίου Ενέργειας (εξισώσεις (2.17)-(2.27)). Στο συγκεκριμένο πρόβλημα απαιτούνται δύο εξισώσεις ισοζυγίου ισχύος, κάθε μία εκ των οποίων περιλαμβάνει μία επιπλέον συνεχή μεταβλητή flow p nt. Η συγκεκριμένη μεταβλητή εκφράζει τη ροή ισχύος στη γραμμή μεταφοράς, μέσω της οποίας επιτυγχάνεται η σύζευξη των αγορών ΗΕ. Έτσι, το κεντρικό πρόβλημα Διάσπασης Αγοράς μοντελοποιείται ως ένα πρόβλημα βελτιστοποίησης ως εξής: Min gen imp dem cgt cit udt u gg ii PP dd ee PP c c u u exp et sell imp pur exp tt pt it pt et pp ii PX pp ee PX (2.35) όπου η αντικειμενική συνάρτηση βελτιστοποίησης υπόκειται στους εξής περιορισμούς: 0 q Q gg, f F, t T (2.36) gft gft g n n 0 q Q ii, f F, t T (2.37) ift ift PP i 0 q Q dd, f F, t T (2.38) dft dft d n n 0 q Q ee, f F, t T (2.39) eft eft PP e x y, z, u, q Ω g, t G T gt gt gt gt gft gt (2.40) sell sell 0 q Q pp, f F, t T (2.41) pft pft p

86 72 Κεφάλαιο 2 - Σύζευξη Ενός Χρηματιστηρίου Ενέργειας και Μίας Κοινοπραξίας Ισχύος n n 0 q Q ii, f F, t T (2.42) ift ift PX i pur pur 0 q Q pp, f F, t T (2.43) pft pft p n n 0 q Q ee, f F, t T eft eft PX e (2.44) n RES n flow qgft qift Pt qdft qeft pnt gg f F g nn ii PP f F i dd ff d nn ee PP ff e nn t T (2.45) sell n pur n flow qpft qift qpft qeft pnt pp f F p nn ii PX f F i pp f F p nn ee PX f F e nn a', a n n flow a, a' nt eft ift n nt nt ee PP ff e ii PP ff i NTC q q E p NTC n N, a', a n n flow a, a' nt eft ift n nt nt ee PX ff e ii PX ff i NTC q q E p NTC n N, m m rgt RRt m 1,1,2,2, t T g G t t t T T T (2.46) (2.47) (2.48) (2.49) gg 3 S 3 NS 3 gt gt t gg r r RR t T (2.50) Όπως φαίνεται και από τις παραπάνω εξισώσεις, οι περιορισμοί του προβλήματος Διάσπασης της Αγοράς αποτελούνται από το σύνολο των εξισώσεων που εμφανίζονται στα αντίστοιχα υπό-προβλήματα της Κοινοπραξίας Ισχύος και του Χρηματιστηρίου Ενέργειας. Οι περιορισμοί (2.36)-(2.39) και (2.41)-(2.44) υποδηλώνουν τη μέγιστη δυνατή εκκαθάριση των προσφορών για παραγωγή, κατανάλωση, εισαγωγή και εξαγωγή ηλεκτρικής ισχύος, όπως αυτές κατατίθενται στην ΚΙ και στο ΧΕ. Η εξίσωση (2.40) περιλαμβάνει το σύνολο των τεχνικών και λειτουργικών περιορισμών των μονάδων παραγωγής ΗΕ. Οι περιορισμοί αυτοί περιγράφονται αναλυτικά στο Παράρτημα Α. Οι εξισώσεις (2.45) και (2.46) εκφράζουν τους περιορισμούς διατήρησης ισχύος της ΚΙ και του ΧΕ, αντίστοιχα. Οι περιορισμοί αυτοί είναι ίδιοι με τους (2.8) και (2.22), με την προσθήκη της συνεχούς μεταβλητής απόφασης flow p nt οποία, όπως αναφέρθηκε ήδη, εκφράζει τις εμμέσως υπολογιζόμενες εισαγωγές/εξαγωγές μέσω της γραμμής μεταφοράς n, η οποία ενώνει τις υπό σύζευξη αγορές ηλεκτρικής ενέργειας (έμμεση δημοπράτηση). Οι δυαδικές μεταβλητές των περιορισμών (2.45) και (2.46), η

87 Κεφάλαιο 2 - Σύζευξη Ενός Χρηματιστηρίου Ενέργειας και Μίας Κοινοπραξίας Ισχύος 73 αποτελούν τις Τιμές Εκκαθάρισης των αντίστοιχων αγορών. Επιπλέον, οι εξισώσεις (2.47) και (2.48) εκφράζουν τους περιορισμούς συνολικών εισαγωγών/εξαγωγών στις δύο αγορές μέσω της διασυνδετικής γραμμής n. Οι δύο πρώτοι όροι στο μέσο των ανισοτικών περιορισμών (2.47) και (2.48) εκφράζουν τη χρήση από τους συμμετέχοντες στην αγορά των άμεσα δημοπρατημένων ΦΔΜ (μέσω μακροπρόθεσμων, ετήσιων και μηνιαίων δημοπρασιών). Η μεταβλητή flow p nt εκφράζει το αποτέλεσμα της έμμεσης δημοπράτησης της δυναμικότητας της διασύνδεσης, η οποία αντικαθιστά την άμεση καθημερινή δημοπρασία ΦΔΜ. Ως εκ τούτου, οι περιορισμοί (2.47) και (2.48) ισχύουν για όλες τις διασυνδέσεις των δύο αγορών. Ωστόσο, για τη διασύνδεση μέσω της οποίας πραγματοποιείται η σύζευξη των αγορών ΗΕ (έμμεση δημοπράτηση), μια επιπλέον μεταβλητή ενσωματώνεται στους αντίστοιχους περιορισμούς (μέσω της παραμέτρου E n, η οποία λαμβάνει τιμή ίση με 1 μόνο για τη συγκεκριμένη περίπτωση) και η οποία εκφράζει την έμμεσα καθοριζόμενη ροή ισχύος. Τέλος, οι εξισώσεις (2.49) και (2.50) εκφράζουν την απαίτηση του συστήματος σε πρωτεύουσα, δευτερεύουσα και τριτεύουσα εφεδρεία, σε μία Κοινοπραξία Ισχύος Αποτελέσματα Στις επόμενες παραγράφους, εφαρμόζονται οι αλγόριθμοι Σύζευξης Ποσοτήτων και Διάσπασης των Αγορών σε ένα σύστημα το οποίο προσομοιώνει την Ελληνική (ΚΙ) και την Ιταλική (ΧΕ) αγορά, ενώ οι δύο μέθοδοι συγκρίνονται μεταξύ τους όσον αφορά την τιμολόγηση, το συνολικό κοινωνικό όφελος και τον υπολογιστικό φόρτο. Αν τα βραχυπρόθεσμα αποτελέσματα της αποκεντρωμένης προσέγγισης (Σύζευξη Ποσοτήτων) είναι κατά πολύ χειρότερα σε σχέση με εκείνα που προκύπτουν από την κεντρική διαδικασία ενοποίησης των αγορών ΗΕ, τότε η προαναφερθείσα μέθοδος δεν αξίζει να εξεταστεί περαιτέρω, δεδομένου ότι όλα τα πιθανά της πλεονεκτήματα υποσκελίζονται από τη βραχυπρόθεσμη μη-αποδοτική χρήση των ενεργειακών πόρων και του συστήματος μεταφοράς. Από την άλλη μεριά, εάν η αποκεντρωμένη προσέγγιση παρέχει αποτελέσματα παραπλήσια με εκείνα της κεντρικά επιλυόμενης μεθόδου ως προς το συνολικό κοινωνικό όφελος, τότε θα μπορούσε να εξεταστεί ως μία εναλλακτική λύση για μια εύρωστη και χωρίς διακρίσεις προ-ημερήσια αγορά ΗΕ. Στις επόμενες παραγράφους παρουσιάζονται χρήσιμα συμπεράσματα πάνω στο συγκεκριμένο θέμα.

88 74 Κεφάλαιο 2 - Σύζευξη Ενός Χρηματιστηρίου Ενέργειας και Μίας Κοινοπραξίας Ισχύος Σύστημα Εφαρμογής Στον Πίνακα 2-1 παρουσιάζονται οι κατατεθειμένες από τις ελληνικές μονάδες παραγωγής ΗΕ προσφορές για παροχή ενέργειας και εφεδρείας. Το φορτίο του ελληνικού Συστήματος Ηλεκτρικής Ενέργειας θεωρείται ελαστικό, με τους εκπροσώπους φορτίου να καταθέτουν προσφορές σε τιμή η οποία μπορεί να φθάσει τη μέγιστα διοικητικά οριζόμενη για το Ελληνικό ΣΗΕ τιμή (150 /MWh). Οι απαιτήσεις για παροχή πρωτεύουσας, δευτερεύουσας και τριτεύουσας εφεδρείας λήφθηκαν ίσες με αυτές της αναφοράς [118], ενώ οι μακροπρόθεσμες εξαγωγές (οι οποίες επιτυγχάνονται μέσω της χρήσης των ετήσιων και μηνιαίων ΦΔΜ) ισούνται με 120 MW για όλες τις ώρες του χρονικού ορίζοντα εκκαθάρισης της αγοράς. Τέλος, η Καθαρή Μεταφορική Ικανότητα της διασύνδεσης Ελλάδας-Ιταλίας ισούται με 500 MW και προς τις δύο κατευθύνσεις. Στην Ιταλική αγορά ΗΕ, οι συμμετέχοντες καταθέτουν στο Λειτουργό της Αγοράς προσφορές τόσο για την παραγωγή όσο και για την κατανάλωση ΗΕ. Η τιμή των κατατεθειμένων προσφορών για παραγωγή ΗΕ κυμαίνεται μεταξύ των 13 και 173 /MWh (κατατίθενται τρεις προσφορές ανά μονάδα παραγωγής), ανάλογα με την τεχνολογία της μονάδας και την ώρα της ημέρας. Το φορτίο της Ιταλικής αγοράς ΗΕ θεωρήθηκε ελαστικό, καθώς οι συμμετέχοντες μπορούν να καταθέσουν απλές ωριαίες προσφορές για κατανάλωση ΗΕ, ενώ θα πρέπει να σημειωθεί ότι δε δύναται η δυνατότητα κατάθεσης σύνθετων προσφορών (μπλοκ, συνδεδεμένων μπλοκ προσφορών κ.λπ.), ακολουθώντας το υπάρχον ρυθμιστικό πλαίσιο της Ιταλικής αγοράς ΗΕ. Και στα δύο Συστήματα ΗΕ, οι συμμετέχοντες στις αντίστοιχες αγορές καταθέτουν προσφορές για εισαγωγή και εξαγωγή ηλεκτρικής ισχύος μέσω της διασύνδεσης Ελλάδας- Ιταλίας. ΠΙΝΑΚΑΣ 2-1 ΔΕΔΟΜΕΝΑ ΠΡΟΣΦΟΡΩΝ ΕΛΛΗΝΙΚΗΣ ΑΓΟΡΑΣ Τύπος Μονάδας Αριθμός Μονάδων Ολικό P max [MW] Προσφορά Ενέργειας [ /MWh] Προσφορά 1 ας Εφεδρείας [ /MW] Προσφορά 2 ας Εφεδρείας [ /MW] Βάσης 21 4, Ενδιάμεσες 9 2, Αιχμής 7 1, Υδροηλεκτρικές 17 3,

89 Κεφάλαιο 2 - Σύζευξη Ενός Χρηματιστηρίου Ενέργειας και Μίας Κοινοπραξίας Ισχύος 75 ΠΙΝΑΚΑΣ 2-2 ΤΙΜΕΣ ΕΚΚΑΘΑΡΙΣΗΣ ΑΠΟΚΕΝΤΡΩΜΕΝΗ ΕΠΙΛΥΣΗ Ώρα ΤΕ πριν τη ΣΠ (Βήμα 1) [ /MWh] Ελλάδα Ιταλία Τιμή ΛΣΑ (Βήμα 3) [ /MWh] ΤΕ μετά τη ΣΠ (Βήμα 4) [ /MWh] Ελλάδα Ιταλία Ώρα ΤΕ πριν τη ΣΠ (Βήμα 1) [ /MWh] Ελλάδα Ιταλία Τιμή ΛΣΑ (Βήμα 3) [ /MWh] ΤΕ μετά τη ΣΠ (Βήμα 4) [ /MWh] Ελλάδα Ιταλία Ώρα ΤΕ πριν τη ΣΠ (Βήμα 1) [ /MWh] Ελλάδα Ιταλία Τιμή ΛΣΑ (Βήμα 3) [ /MWh] ΤΕ μετά τη ΣΠ (Βήμα 4) [ /MWh] Ελλάδα Ιταλία Αποτελέσματα Αποκεντρωμένης Μεθόδου Αποτελέσματα Επίλυσης Στον Πίνακα 2-2 παρουσιάζονται τα αποτελέσματα της διαδικασίας Σύζευξης Ποσοτήτων μεταξύ της Ελληνικής και της Ιταλικής αγοράς ΗΕ, τα οποία αναφέρονται δηλαδή στις Τιμές Εκκαθάρισης (ΤΕ) που προκύπτουν από την επίλυση των προ-ημερήσιων αγορών ΗΕ των δύο χωρών, πριν και μετά τη διαδικασία Σύζευξης Ποσοτήτων (Βήμα 1 και Βήμα 4 του αλγορίθμου Σύζευξης Ποσοτήτων (ΣΠ)). Στην ενδιάμεση σειρά, παρουσιάζονται οι τιμές που προκύπτουν κατά τη διαδικασία εύρεσης της βέλτιστης ποσότητας εισαγωγών/εξαγωγών ΗΕ (Βήμα 3 του αλγορίθμου ΣΠ, οι τιμές που παρουσιάζονται αντιστοιχούν στη τιμή * P που εμφανίζεται στο Σχήμα 2-4) και η οποία πραγματοποιείται από το Λειτουργό Σύζευξης Αγορών (ΛΣΑ).

90 76 Κεφάλαιο 2 - Σύζευξη Ενός Χρηματιστηρίου Ενέργειας και Μίας Κοινοπραξίας Ισχύος Θέματα Τιμολόγησης Όπως φαίνεται στον Πίνακα 2-2, κατά την αρχική επίλυση του προβλήματος εκκαθάρισης της προ-ημερήσιας Αγοράς ΗΕ (Βήμα 1) οι ελληνικές Τιμές Εκκαθάρισης (ΤΕ), σε όλες τις ώρες της χρονικής περιόδου εκκαθάρισης της αγοράς, είναι μικρότερες από τις αντίστοιχες ιταλικές. Η λογική υπόθεση είναι ότι η Ελλάδα θα πρέπει να εξάγει ΗΕ κατά τη διάρκεια όλων των ωρών του ορίζοντα εκκαθάρισης της αγοράς και ότι οι ΤΕ των δύο αγορών θα πρέπει να συγκλίνουν μόνο στην περίπτωση ακόρεστης διασυνδετικής γραμμής. Στην περίπτωση κατά την οποία δεν παρατηρείται συμφόρηση στη διασύνδεση Ελλάδας- Ιταλίας, οι τελικές Τιμές Εκκαθάρισης των δύο αγορών ηλεκτρικής ενέργειας θα πρέπει να είναι ίσες με τις τιμές που εξάγει ο Λειτουργός Σύζευξης Αγορών, κατά το Βήμα 3 του αλγορίθμου Σύζευξης Ποσοτήτων. Για παράδειγμα, την ώρα 2, όπου τα μακροχρόνια ΦΔΜ και οι ημερήσιες εξαγωγές που εκκαθαρίζονται στο πλαίσιο της διαδικασίας Σύζευξης της Αγοράς είναι ίσα με 120 MW και 200 MW αντίστοιχα, οι τελικές ΤΕ πρέπει να συγκλίνουν στα /MWh (μη κορεσμένη περίπτωση). Ωστόσο, όπως φαίνεται και από τις δύο τελευταίες γραμμές του Πίνακα 2-2, οι τιμές αυτές διαφέρουν καθώς παρ' όλο που η ελληνική ΤΕ ισούται όντως με /MWh, η αγορά της Ιταλίας εκκαθαρίζεται σε τιμή ίση με /MWh. Η διαφοροποίηση αυτή οφείλεται στο γεγονός ότι οι συμμετέχοντες στις αγορές των δύο χωρών υποβάλλουν βηματικές προσφορές για παραγωγή και κατανάλωση ΗΕ. Η τελική ποσότητα των επιπλέον σταθερών ημερήσιων εισαγωγών/εξαγωγών ΗΕ που προέρχονται από το Βήμα 3 του αλγορίθμου Σύζευξης Ποσοτήτων αναγκάζουν τις καμπύλες παραγωγής/κατανάλωσης ηλεκτρικής ισχύος να μετακινηθούν προς τα δεξιά, εκκαθαρίζοντας την κάθε αγορά σε διαφορετικό σημείο από ότι στο Βήμα 3 του εξεταζόμενου αλγορίθμου (βλ. Σχήμα 2-5). Σχήμα 2-5 Αποκλίσεις τιμών στο Βήμα 3 και Βήμα 4 της αποκεντρωμένης διαδικασίας

91 Κεφάλαιο 2 - Σύζευξη Ενός Χρηματιστηρίου Ενέργειας και Μίας Κοινοπραξίας Ισχύος 77 Σχήμα 2-6 Επίλυση της πρώτης υλοποίησης Σύζευξης Αγορών την ώρα 6 Για το λόγο αυτό, οι τελικές ΤΕ της αγοράς δε θα είναι ίδιες [73], παρ' όλο που θεωρητικά θα έπρεπε να είχε παρατηρηθεί σύγκλιση τους σε όλες τις ώρες του ορίζοντα εκκαθάρισης της ώρας, όπου η διασυνδετική γραμμή Ελλάδας-Ιταλίας είναι ακόρεστη [67]. Σύγκλιση τιμών μπορεί να παρατηρηθεί μόνο στην περίπτωση που τα προαναφερθέντα σημεία αντιστοιχούν σε προσφορές για παραγωγή ή κατανάλωση ηλεκτρικής ισχύος με τιμές ίσες και στις δύο αγορές. Μια άλλη ανησυχία που προκύπτει από τη διαδικασία Σύζευξης Ποσοτήτων, αφορά την κατασκευή των Καμπυλών Καθαρών Εξαγωγών μίας Κοινοπραξίας Ισχύος. Όπως αναλύθηκε παραπάνω, η παρουσία δυαδικών μεταβλητών και διαχρονικών περιορισμών στο πρόβλημα εκκαθάρισης της αγοράς μίας ΚΙ οδηγεί στην κατασκευή μη-μονοτόνως αυξουσών ΚΚΕ. Μία τέτοια ΚΚΕ φαίνεται στο Σχήμα 2-6, όπου παρουσιάζονται οι αντίστοιχες ΚΚΕ της ελληνικής και της ιταλικής αγοράς ΗΕ για την ώρα 6 του χρονικού ορίζονται εκκαθάρισης της αγοράς. Την ώρα αυτή, η ιταλική ΚΚΕ τέμνει την αντίστοιχη ελληνική σε δύο σημεία. Στην περίπτωση αυτή, παρ' όλο που σύμφωνα με την οικονομική θεωρία η Τιμή Εκκαθάρισης της διαδικασίας Σύζευξης Αγορών αναμενόταν να είναι ίση με 48.5 /MWh (πρώτο σημείο τομής των δύο καμπυλών), η τελική τιμή που προκύπτει είναι ίση με 48.2 /MWh, όπως φαίνεται και στον Πίνακα 2-2. Το γεγονός αυτό οφείλεται στο ότι ο εξεταζόμενος αλγόριθμος Σύζευξης Αγορών συγκεντρώνει τις προσφορές της ελληνικής ΚΚΕ, τις ανακατανέμει σε μονοτόνως αύξουσα σειρά και στη συνέχεια επιλύεται το πρόβλημα Σύζευξης Ποσοτήτων, καταλήγοντας στις τελικές εκκαθαρισμένες τιμές και όγκους συναλλαγών. Η εν λόγω διαδικασία παρουσιάζεται

92 78 Κεφάλαιο 2 - Σύζευξη Ενός Χρηματιστηρίου Ενέργειας και Μίας Κοινοπραξίας Ισχύος γραφικά στο Σχήμα 2-7, απ' όπου φαίνεται ότι η ιταλική ΚΚΕ είναι αυτή που ορίζει τελικά την Τιμή Εκκαθάρισης του Λειτουργού Σύζευξης Αγορών (η τιμή αυτή ισούται με 48.2 /MWh). Επίσης, το γεγονός αυτό εξηγεί και το λόγο για τον οποίο εκκαθαρίζονται τελικά 323 MW εισαγωγών/εξαγωγών μέσω της διασυνδετικής γραμμής Ελλάδας-Ιταλίας (Σχήμα 2-7), και όχι 300 MW, όπως ήταν αρχικά αναμενόμενο (Σχήμα 2-6). Τα παραπάνω αποτελούν μία απλή επίδειξη των διαφοροποιήσεων που μπορεί να εμφανιστούν στις τελικές Τιμές Εκκαθάρισης, όταν η ενοποίηση των αγορών ΗΕ πραγματοποιείται μέσω της αποκεντρωμένης διαδικασίας (Σύζευξη Ποσοτήτων). Ακόμα πιο έντονες καταστάσεις, με ΚΚΕ οι οποίες τέμνονται σε πολλά σημεία, μπορούν να λάβουν χώρα σε πραγματικές συνθήκες λειτουργίας των δύο εξεταζόμενων Συστημάτων Ηλεκτρικής Ενέργειας, ανάλογα με τις αποφάσεις ένταξης και τα τεχνικά χαρακτηριστικά (τεχνικά ελάχιστα μονάδων, περιορισμοί ελαχίστου χρόνου λειτουργίας/κράτησης, κλπ.) των μονάδων παραγωγής ΗΕ, οι οποίες συμμετέχουν σε μία Κοινοπραξία Ισχύος. Σχήμα 2-7 Συγκεντρωτική ελληνική ΚΚΕ και επίλυση την ώρα 6

93 Κεφάλαιο 2 - Σύζευξη Ενός Χρηματιστηρίου Ενέργειας και Μίας Κοινοπραξίας Ισχύος 79 Σχήμα 2-8 Τιμές Εκκαθάρισης πριν τη διαδικασία Σύζευξης Αγορών Σχήμα 2-9 Τιμές Εκκαθάρισης μετά την αποκεντρωμένη διαδικασία Σύζευξης Αγορών Οι Τιμές Εκκαθάρισης των δύο εξεταζόμενων αγορών ηλεκτρικής ενέργειας πριν και μετά την αποκεντρωμένη διαδικασία σύζευξης παρουσιάζονται γραφικά στα Σχήματα 2-8 και 2-9, αντίστοιχα. Με βάση τα αποτελέσματα που προκύπτουν, η διαδικασία Σύζευξης Ποσοτήτων εγείρει έναν ακόμα σημαντικό προβληματισμό; υπάρχει η πιθανότητα η αγορά με την υψηλότερη Τιμή Εκκαθάρισης να εξάγει τελικά στην αγορά με τη χαμηλότερη ΤΕ. Το παράδοξο αυτό παρατηρείται την ώρα 1 του ορίζοντα εκκαθάρισης της αγοράς (Σχήμα 2-9),

94 80 Κεφάλαιο 2 - Σύζευξη Ενός Χρηματιστηρίου Ενέργειας και Μίας Κοινοπραξίας Ισχύος κατά την οποία η τελική ελληνική ΤΕ (70 /MWh) είναι υψηλότερη από την αντίστοιχη ιταλική (60.10 /MWh), παρά το γεγονός ότι η Ελλάδα είναι η χώρα που εξάγει 430 MW ηλεκτρικής ισχύος (το ποσό αυτό αποτελείται από 120 MW που προκύπτουν από τη χρήση των μακροπρόθεσμων ΦΔΜ και από 310 MW ημερησίων δικαιωμάτων που προκύπτουν από τη διαδικασία σύζευξης των δύο εξεταζόμενων αγορών). Μετά την επίλυση του προβλήματος εύρεσης των βέλτιστων εισαγωγών/εξαγωγών από το Λειτουργό Σύζευξης Αγορών (Βήμα 3 του αλγόριθμου Σύζευξης Ποσοτήτων), οι εμμέσως καθοριζόμενες εξαγωγές εισάγονται ως σταθερές ποσότητες στο πρόβλημα εκκαθάρισης της ελληνικής προ-ημερήσιας αγοράς ΗΕ (Βήμα 4 του αλγόριθμου Σύζευξης Ποσοτήτων). Λόγω αλλαγής των αποφάσεων δέσμευσης των μονάδων παραγωγής του ελληνικού ΣΗΕ, η ελληνική Τιμή Εκκαθάρισης ορίζεται τελικά στα 70 /MWh. Αντιθέτως, η αντίστοιχη ιταλική ΤΕ της ώρα 1 του ορίζοντα εκκαθάρισης της αγοράς μειώνεται, όπως και ήταν αναμενόμενο, λόγω των αυξημένων εισαγωγών από το ελληνικό ΣΗΕ. Tο αποτέλεσμα αυτό δεν παρέχει τα κατάλληλα οικονομικά σήματα, δεδομένου ότι η ενέργεια ρέει από περιοχή υψηλότερης προς περιοχή χαμηλότερη τιμής. Κατά συνέπεια, όταν μία Κοινοπραξία Ισχύος υπολογίζει τις τελικές της ΤΕ, χρησιμοποιώντας σαν δεδομένα τις διασυνοριακές ροές που προκύπτουν εμμέσως από το Βήμα 3 του αλγορίθμου Σύζευξης Ποσοτήτων, μπορεί να οδηγηθεί σε τιμές (Βήμα 4), οι οποίες διαφέρουν από τις τιμές που προκύπτουν από τη λύση του προβλήματος εύρεσης των βέλτιστων εισαγωγών/εξαγωγών που επιλύει ο Λειτουργός Σύζευξης Αγορών (Βήμα 3). Έτσι, είναι πιθανή η εμφάνιση αποκλίσεων στις ΤΕ και παράδοξων φαινομένων, κατά τα οποία η ενέργεια ρέει από μια περιοχή υψηλών σε μία περιοχή χαμηλών ΤΕ. Ένα άλλο ανεπιθύμητο αποτέλεσμα του μη-κυρτού [1] προβλήματος εκκαθάρισης αγορών οι οποίες είναι οργανωμένες ως ΚΙ, εμφανίζεται στην ώρα 10. Tην ώρα αυτή, μετά την επίλυση του Βήματος 4 του αλγορίθμου Σύζευξης Ποσοτήτων, η ελληνική ΤΕ μειώνεται, παρ' όλο που οι καθαρές ημερήσιες εξαγωγές προς την Ιταλία αυξάνονται. Συγκεκριμένα, η ελληνική ΤΕ μειώνεται από τα 70 /MWh (Βήμα 1) στα 65 /MWh (Βήμα 4), ενώ οι καθαρές εξαγωγές αυξάνονται από τα 120 MW (που αντιστοιχούν στη χρήση των μακροπρόθεσμων ΦΔΜ) στα 475 MW. Το παράδοξο αυτό αποτέλεσμα λαμβάνει χώρα λόγω της εκ νέου δέσμευσης και επανακατανομής της ισχύος εξόδου των μονάδων παραγωγής του ελληνικού ΣΗΕ. Τέλος, υπάρχει και ένα άλλο θεωρητικό ζήτημα, το οποίο σχετίζεται με την αποκεντρωμένη προσέγγιση του προβλήματος Σύζευξης Ποσοτήτων. Είναι γνωστό ότι στις αγορές ΗΕ οι εκκαθαρισμένες ποσότητες και τιμές θα πρέπει να προέρχονται από την ίδια διαδικασία επίλυσης της αγοράς. Σε αντίθετη περίπτωση εμφανίζονται υπό-βέλτιστες λύσεις, οι οποίες δημι-

95 Κεφάλαιο 2 - Σύζευξη Ενός Χρηματιστηρίου Ενέργειας και Μίας Κοινοπραξίας Ισχύος 81 Σχήμα 2-10 Τιμές Εκκαθάρισης μετά την κεντρική διαδικασία Σύζευξης Αγορών ουργούν την ανάγκη για "παράπλευρες" πληρωμές (make-whole side payments) έτσι ώστε να επιλυθούν οι ανεπάρκειες των αγορών ΗΕ. Η διαδικασία Σύζευξης Ποσοτήτων αποτελεί ένα κλασικό παράδειγμα αυτής της θεωρητικής προσέγγισης και οδηγεί σε ανεπάρκειες των αγορών ΗΕ, οι οποίες αναφέρονται και ποσοτικοποιούνται στο παρόν κεφάλαιο της διδακτορικής διατριβής Αποτελέσματα Κεντρικής Μεθόδου Διάσπασης των Αγορών Στο Σχήμα 2-10 παρουσιάζονται τα αποτελέσματα της κεντρικής επίλυσης του προβλήματος ενοποίησης αγορών ΗΕ μέσω της μεθόδου Διάσπασης της Αγοράς. Στο παραπάνω σχήμα φαίνονται οι τελικές Τιμές Εκκαθάρισης της Κοινοπραξίας Ισχύος και του Χρηματιστηρίου Ενέργειας, μαζί με τις ροές ισχύος στη διασυνδετική γραμμή Ελλάδας-Ιταλίας. Από τη σύγκριση των ΤΕ των δύο αγορών, προκύπτει, όπως και ήταν αναμενόμενο, ότι η αύξηση των εξαγωγών από τη Ελλάδα προς την Ιταλία έχει ως αποτέλεσμα την αύξηση των ΤΕ της ελληνικής αγοράς ΗΕ και τη μείωση των αντίστοιχων ιταλικών τιμών. Επιπλέον, κατά τη διάρκεια των ωρών 1-5 και 11, παρατηρείται πλήρης σύγκλιση των Τιμών Εκκαθάρισης, λόγω ακόρεστης διασυνδετικής γραμμής. Επίσης, απουσιάζουν πλέον από τα αποτελέσματα της εκκαθάρισης των δύο αγορών παράδοξες περιπτώσεις, κατά τις οποίες η ΤΕ της αγοράς που εξάγει ΗΕ να είναι μικρότερη από αυτή της αγοράς που εισάγει την εκκαθαρισμένη ποσότητα ισχύος. Το γεγονός αυτό οφείλεται στο ότι οι τελικά εκκαθαρισμένες εισαγωγές και εξαγωγές ΗΕ, καθώς επίσης και οι ΤΕ καθορίζονται πλέον μέσω της ίδια διαδικασία της αγο-

96 82 Κεφάλαιο 2 - Σύζευξη Ενός Χρηματιστηρίου Ενέργειας και Μίας Κοινοπραξίας Ισχύος ΠΙΝΑΚΑΣ 2-3 ΚΟΙΝΩΝΙΚΟ ΠΛΕΟΝΑΣΜΑ ΣΤΙΣ ΜΕΛΕΤΩΜΕΝΕΣ ΠΕΡΙΠΤΩΣΕΙΣ Βασική Περίπτωση Αποκεντρωμένη Προσέγγιση (1 ος Αλγόριθμος) Αποκεντρωμένη Προσέγγιση (2 ος Αλγόριθμος) Κεντρική Προσέγγιση 82,290, , , ,656 ράς. Με τον τρόπο αυτό, επιτυγχάνεται η βέλτιστη λειτουργία της αγοράς ΗΕ και η βέλτιστη χρήση της Καθαρής Μεταφορικής Ικανότητας της διασυνδετικής γραμμής, δίνοντας ταυτοχρόνως τα κατάλληλα οικονομικά σήματα στους συμμετέχοντες στην αγορά. Τα τελευταία είναι ιδιαίτερα σημαντικά για έναν ακόμα λόγο - είναι αυτά που καθορίζουν τα σωστά έσοδα συμφόρησης που θα πρέπει να συλλεχθούν από τους Διαχειριστές των αντίστοιχων συστημάτων μεταφοράς ΗΕ για τα ημερήσια εμμέσως αποκτούμενα δικαιώματα μεταφοράς ισχύος για τη χρησιμοποίηση της συγκεκριμένης διασύνδεσης Σύγκριση των Δύο Μεθόδων Η σύγκριση των δύο μεθόδων γίνεται με βάση (α) τη σωστή τιμολόγηση, (β) το κοινωνικό όφελος και (γ) τον υπολογιστικό χρόνο που απαιτείται για την εκτέλεση των δύο εξεταζόμενων αλγορίθμων σύζευξης των αγορών ΗΕ. α) Τιμολόγηση: Το βασικό κριτήριο για την επιτυχημένη διαδικασία σύζευξης των αγορών ΗΕ είναι ο βαθμός σύγκλισης των Τιμών Εκκαθάρισης των συζευγμένων αγορών. Λαμβάνοντας υπόψη το συγκεκριμένο κριτήριο, η κεντρική προσέγγιση που βασίζεται στη μέθοδο Διάσπασης της Αγοράς παρουσιάζει καλύτερα αποτελέσματα σε σχέση με την αποκεντρωμένη μέθοδο Σύζευξης Ποσοτήτων. Η τελευταία μεθοδολογία εμφανίζει σοβαρά μειονεκτήματα, τα οποία αναλύονται διεξοδικά στην ενότητα β) Κοινωνικό πλεόνασμα: Οι δύο παραπάνω διαδικασίες σύζευξης της αγοράς συγκρίνονται με βάση το συνολικό κόστος παραγωγής, του οφέλους των καταναλωτών, καθώς επίσης και του συνολικού κοινωνικού οφέλους. Τα αποτελέσματα παρουσιάζονται στον Πίνακα 2-3. Η βασική περίπτωση αναφέρεται στην επίλυση που προκύπτει από το Βήμα 1 της διαδικασίας Σύζευξης Ποσοτήτων, δηλαδή η λύση των τοπικών αγορών μόνο με τη χρήση των μακροπρόθεσμων ΦΔΜ. Όπως φαίνεται και από τον Πίνακα 2-3, τόσο η αποκεντρωμένη όσο και η κεντρική επίλυση του προβλήματος ενοποίησης των δύο εξεταζόμενων αγορών ΗΕ οδηγούν σε αύξηση του συνολικού κοινωνικού οφέλους, με την κεντρική προσέγγιση Διάσπασης της Αγοράς να οδηγεί σε ελαφρώς καλύτερα αποτελέσματα. γ) Υπολογιστικός φόρτος: Τα προτεινόμενα μοντέλα σύζευξης αγορών ΗΕ υλοποιήθηκαν στο ειδικό περιβάλλον γενικής αλγεβρικής μοντελοποίησης και επίλυσης προβλημάτων

97 Κεφάλαιο 2 - Σύζευξη Ενός Χρηματιστηρίου Ενέργειας και Μίας Κοινοπραξίας Ισχύος 83 μαθηματικής βελτιστοποίησης GAMS (Generic Algebraic Modeling System) [124],[125], και επιλύθηκαν σε προσωπικό υπολογιστή με επεξεργαστή Intel Quad Core στα 3,2 GHz και με 24 GB μνήμης RAM μέσω του επιλυτή CPLEX [126]. Το κεντρικά επιλυόμενο πρόβλημα σύζευξης των αγορών αποτελείται από εξισώσεις και μεταβλητές (νούμερα τα οποία αντιστοιχούν σε περίπου 0,0026% πυκνότητα προβλήματος). Το κριτήριο σύγκλισης του αλγορίθμου ορίστηκε ίσο με μηδέν, επιτυγχάνοντας έτσι αποδεδειγμένα βέλτιστη λύση σε όλες τις δοκιμές προσομοιώσεων. Το κεντρικό πρόβλημα Διάσπασης της Αγοράς επιλύεται σε 5 δευτερόλεπτα, ενώ η αποκεντρωμένη διαδικασία Σύζευξης Ποσοτήτων 16 χρειάζεται περίπου 24 λεπτά για την ολοκλήρωση της. Ωστόσο, στην περίπτωση που επιλεγεί ο 1 ος Αλγόριθμος κατασκευής Καμπυλών Καθαρών Εξαγωγών σε μία Κοινοπραξία Ισχύος (Σχήμα 2-2), χρειάζονται συνολικά 8 ώρες και 25 λεπτά για την ολοκλήρωση της διαδικασίας. Θα πρέπει να σημειωθεί ότι οι συγκεκριμένοι υπολογιστικοί χρόνοι εξαρτώνται σε μεγάλο βαθμό από την ποσότητα των μακροπρόθεσμα δημοπρατημένων Φυσικών Δικαιωμάτων Μεταφοράς και την Καθαρή Μεταφορική Ικανότητα της διασυνδετικής γραμμής Ελλάδας-Ιταλίας. Στην εξεταζόμενη περίπτωση, το μαθηματικό πρόβλημα μοντελοποίησης της ελληνικής αγοράς ΗΕ επιλύθηκε επαναληπτικά συνολικά 380 φορές, νούμερο το οποίο προκύπτει από την αφαίρεση των ήδη δημοπρατημένων ΦΔΜ (120 MW) από την ΚΜΙ της διασυνδετικής γραμμής (500 MW). Το πλήθος των επαναλήψεων θα μπορούσε να φθάσει τον αριθμό 2 NTC nt aa, ', στην περίπτωση χρησιμοποίησης 500 MW μακροπρόθεσμων ΦΔΜ προς την αντίθετη φορά (από Ιταλία προς Ελλάδα), αυξάνοντας έτσι το συνολικό υπολογιστικό χρόνο της αποκεντρωμένης διαδικασίας σε 64 λεπτά (χρησιμοποιώντας τον 2 ο αλγόριθμο) και σε 22 ώρες (χρησιμοποιώντας τον 1 ο αλγόριθμο). Στην περίπτωση αυτή, θα ήταν αδύνατο σε μία αγορά που είναι οργανωμένη ως μία ΚΙ (όπως η Ελλάδα) να δημιουργήσει μία πλήρους-πληροφορίας ΚΚΕ στο στενό χρονικό διάστημα που απαιτείται για την αποτελεσματική λειτουργία των διαδικασιών σύζευξης αγορών ηλεκτρικής ενέργειας. Οι ίδιες παρατηρήσεις ισχύουν και για τα Χρηματιστήρια Ενέργειας με σύνθετες προσφορές, με τη διαφοροποίηση ότι η κατασκευή των ΚΚΕ σε αυτή την περίπτωση μπορεί να διαρκέσει έως 15 λεπτά, λόγω της μικρότερης ποσότητας δυαδικών μεταβλητών που απαιτούνται για τη μοντελοποίηση του συγκεκριμένου προβλήματος Συμπεράσματα Καθώς το πλαίσιο λειτουργίας της Κοινής Ευρωπαϊκής Αγοράς ΗΕ γίνεται ολοένα και πιο 16 Όπως έχει ήδη αναφερθεί, τα αποτελέσματα που παρουσιάζονται στην παράγραφο αναφέρονται στον 2 ο αλγόριθμο κατασκευής των Καμπυλών Καθαρών Εξαγωγών σε μία Κοινοπραξία Ισχύος, όπως αυτός παρουσιάζεται στο Σχήμα 2-2

98 84 Κεφάλαιο 2 - Σύζευξη Ενός Χρηματιστηρίου Ενέργειας και Μίας Κοινοπραξίας Ισχύος αυστηρό, η Ευρωπαϊκή Ένωση δεσμεύεται συνεχώς για τη δημιουργία της ενιαίας αγοράς ηλεκτρικής ενέργειας, στο πλαίσιο μιας κοινής ευρωπαϊκής ενεργειακής πολιτικής. Ο πιο εύκολος δρόμος για την επίτευξη των ανωτέρω στόχων περνά μέσα από την αποτελεσματική διαχείριση της συμφορήσεων που εμφανίζονται στις διασυνδετικές γραμμές μεταξύ των διαφόρων περιοχών προσφορών. Οι Τιμές Εκκαθάρισης της προ-ημερήσιας αγοράς ΗΕ είναι ιδιαίτερα σημαντικές καθώς: (α) χρησιμοποιούνται για τους διακανονισμούς μεταξύ των συμμετεχόντων της προαναφερθείσας αγοράς, (β) αποτελούν σημεία αναφοράς για τις προθεσμιακές αγορές ενέργειας, ενώ επιπλέον (γ) παρέχουν τα σωστά επενδυτικά σήματα για τη βέλτιστη ενίσχυση του ευρωπαϊκού δικτύου μεταφοράς ηλεκτρικής ενέργειας. Στο παρόν κεφάλαιο, παρουσιάστηκε η υλοποίηση και η εφαρμογή ενός αλγορίθμου Σύζευξης Ποσοτήτων μεταξύ ενός ΧΕ και μίας ΚΙ. Τα αποτελέσματα που προέκυψαν συγκρίθηκαν με τα αποτελέσματα ενός ενιαίου κεντρικού αλγορίθμου που στηρίζεται στη διαδικασία Διάσπασης των Αγορών όσον αφορά την τιμολόγηση, το συνολικό κοινωνικό όφελος και τον υπολογιστικό φόρτο. Από τα αποτελέσματα των προσομοιώσεων φαίνεται ότι η μέθοδος Διάσπασης της Αγοράς εμφανίζει σημαντικά πλεονεκτήματα, καθώς επιτυγχάνεται μία συνολικά βέλτιστη λύση, είναι υπολογιστικά μη χρονοβόρα, ενώ οι Τιμές Εκκαθάρισης που προκύπτουν από την επίλυση του μοντέλου της αγοράς παρέχουν στους συμμετέχοντες τα κατάλληλα οικονομικά σήματα. Από την άλλη, η υλοποίηση της μεθόδου Σύζευξης Ποσοτήτων, οδήγησε στην εξαγωγή των ακόλουθων συμπερασμάτων: 1. Είναι πιθανόν οι Τιμές Εκκαθάρισης των δύο εξεταζόμενων αγορών να μη συγκλίνουν, ακόμα και στην περίπτωση της ακόρεστης διασυνδετικής γραμμής, λόγω των κάθετων ασυνεχειών των βηματικών προσφορών παραγωγής και κατανάλωσης ΗΕ που υποβάλλονται από τους συμμετέχοντες στην αγορά. 2. Η παρουσία δυαδικών μεταβλητών, οι οποίες χρησιμοποιούνται για τη μοντελοποίηση των αποφάσεων δέσμευσης των μονάδων παραγωγής ΗΕ σε μία ΚΙ, μπορεί να οδηγήσει σε μη-μονοτόνως αύξουσες/φθίνουσες Καμπύλες Καθαρών Εξαγωγών/Εισαγωγών. 3. Επιπλέον, οι προαναφερθείσες δυαδικές μεταβλητές μπορεί να οδηγήσουν σε παράδοξα, όπου κατά τη διαδικασία Σύζευξης Ποσοτήτων η αγορά με τη μεγαλύτερη Τιμή Εκκαθάρισης να εξάγει τελικά ΗΕ στην αγορά με τη χαμηλότερη ΤΕ. Το γεγονός αυτό οφείλεται σε αλλαγές στη δέσμευση και στην ανακατανομή της ισχύος εξόδου των μονάδων παραγωγής ΗΕ που συμμετέχουν στην Κοινοπραξία Ισχύος, και διαστρεβλώνει τα οικονομικά σήματα. 4. Το κοινωνικό πλεόνασμα που επιτυγχάνεται με την μεθοδολογία της Σύζευξης

99 Κεφάλαιο 2 - Σύζευξη Ενός Χρηματιστηρίου Ενέργειας και Μίας Κοινοπραξίας Ισχύος 85 Ποσοτήτων είναι μικρότερο σε σχέση με εκείνο που επιτυγχάνεται μέσω της διαδικασίας Διάσπασης της Αγοράς, οδηγώντας έτσι σε μια εφικτή αλλά υπό-βέλτιστη λύση. 5. Ο συνολικός χρόνος εκτέλεσης του μαθηματικού προβλήματος βελτιστοποίησης είναι μακράν μικρότερος στην περίπτωση της μεθοδολογίας Διάσπασης της Αγοράς σε σχέση με τη διαδικασία Σύζευξης Ποσοτήτων, εξαιτίας της χρονοβόρας διαδικασίας κατασκευής των ΚΚΕ μιας Κοινοπραξίας Ισχύος. Έχει υποστηριχθεί σε διάφορα έγγραφα σχετικά με τη δημιουργία της Ενιαίας Ευρωπαϊκής Αγοράς ηλεκτρικής ενέργειας, ότι η εναρμόνιση των κανόνων που ισχύουν σε κάθε αγορά αποτελεί προϋπόθεση για την επιτυχή ολοκλήρωση των αγορών ΗΕ στην Ευρωπαϊκή Ένωση. Παρ 'όλα αυτά, αποδείχθηκε στο παρόν κεφάλαιο ότι κάθε αγορά θα μπορούσε να διατηρήσει το τοπικό/εθνικό ρυθμιστικό της πλαίσιο, χωρίς να θέτει σε κίνδυνο την αποτελεσματικότητα της μεθόδου. Στο επόμενο κεφάλαιο μελετάται η εφαρμογή της μεθόδου Διάσπασης των Αγορών, η οποία όπως ήδη παρουσιάστηκε οδηγεί στη βέλτιστη λύση του προβλήματος ενοποίησης των αγορών ΗΕ, σε ένα μεγαλύτερο σύστημα εφαρμογής το οποίο περιλαμβάνει ένα πλήθος αγορών ΗΕ, οργανωμένες κάτω από διαφορετικά ρυθμιστικά πλαίσια.

100 86 Κεφάλαιο 2 - Σύζευξη Ενός Χρηματιστηρίου Ενέργειας και Μίας Κοινοπραξίας Ισχύος

101 Κεφάλαιο 3 ΕΦΑΡΜΟΓΗ ΤΗΣ ΜΕΘΟΔΟΥ ΔΙΑΣΠΑΣΗΣ ΤΗΣ ΑΓΟΡΑΣ ΣΤΟ ΕΥΡΩΠΑΪΚΟ ΣΥΣΤΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ 3.1. Εισαγωγή Στο προηγούμενο κεφάλαιο παρουσιάστηκαν δύο μέθοδοι για τη σύζευξη αγορών ηλεκτρικής ενέργειας (ΗΕ), οι οποίες διέπονται από διαφορετικά ρυθμιστικά πλαίσια και είναι οργανωμένες είτε ως Κοινοπραξίες Ισχύος (ΚΙ) είτε ως Χρηματιστήρια Ενέργειας (ΧΕ). Όπως αποδείχθηκε και από τα αποτελέσματα των προσομοιώσεων, η κεντρική μεθοδολογία Διάσπασης της Αγοράς οδηγεί σε καλύτερα αποτελέσματα σε σχέση με την αποκεντρωμένη μέθοδο της Σύζευξης Ποσοτήτων, τόσο όσον αφορά τη σωστή τιμολόγηση των συζευγμένων αγορών ΗΕ όσο και ως προς το τελικό κοινωνικό όφελος που προκύπτει από την ενοποίηση των εξεταζόμενων αγορών. Στο κεφάλαιο αυτό η μέθοδος σύζευξης των αγορών ΗΕ μέσω της διαδικασίας Διάσπασης της Αγοράς εφαρμόζεται σε Πανευρωπαϊκό επίπεδο, διατηρώντας τα υπάρχοντα ρυθμιστικά πλαίσια των εξεταζόμενων αγορών; οι αγορές ΗΕ που μελετώνται μοντελοποιούνται δηλαδή είτε ως Κοινοπραξίες Ισχύος είτε ως Χρηματιστήρια Ενέργειας. Το προτεινόμενο μοντέλο μαθηματικής βελτιστοποίησης επιλύεται σε ένα επίπεδο και εφαρμόζεται σε ένα πρότυπο σύστημα που προσομοιώνει το Ευρωπαϊκό Σύστημα Ηλεκτρικής Ενέργειας και αποτελείται από 5 σύγχρονες περιοχές, οι οποίες συνδέονται μεταξύ τους μέσω διασυνδετικών γραμμών ρεύματος (ΣΡ). Επιπλέον, στο εξεταζόμενο σύστημα εφαρμογής μοντελοποιούνται συνολικά 3 ΚΙ και 22 ΧΕ, με συνολικά 42 περιοχές κατάθεσης προσφορών για παραγωγή και κατανάλωση ΗΕ. Το πρόβλημα βελτιστοποίησης μοντελοποιείται ως ένα πρόβλημα Μικτού Ακέραιου Γραμμικού Προγραμματισμού (ΜΑΓΠ) και παρουσιάζονται τα αποτελέσματα της εκκαθάρισης της ενοποιημένης αγοράς ΗΕ, ο υπολογιστικός φόρτος της προτεινόμενης μοντελοποίησης καθώς επίσης και η επίδραση του δικτύου μεταφοράς ΗΕ στις τελικές Τιμές Εκκαθάρισης των

102 88 Κεφάλαιο 3 - Εφαρμογή της Μεθόδου Διάσπασης της Αγοράς στο Ευρωπαϊκό Σύστημα Ηλεκτρικής Ενέργειας περιοχών προσφοράς του Ευρωπαϊκού Συστήματος Ηλεκτρικής Ενέργειας Μαθηματική Μοντελοποίηση Μοντελοποίηση Κοινοπραξίας Ισχύος Όπως αναφέρθηκε και στην παράγραφο 2.2.1, οι προ-ημερήσιες αγορές ηλεκτρικής ενέργειας που είναι οργανωμένες ως Κοινοπραξίες Ισχύος υπόκεινται σε ένα πλήθος διαφορετικών κανόνων λειτουργίας, οι πιο περίπλοκοι εκ των οποίων περιλαμβάνουν τη ταυτόχρονη συβελτιστοποίηση ενέργειας και επικουρικών υπηρεσιών μέσω ενός μοντέλου δέσμευσης των μονάδων παραγωγής, με πλήρη μοντελοποίηση των διαδικασιών εκκίνησης (θερμή, ενδιάμεση και ψυχρή εκκίνηση) και σβέσης, ενώ στο μοντέλο βελτιστοποίησης συμπεριλαμβάνονται επίσης και οι περιορισμοί λειτουργίας του συστήματος ΗΕ [3], [118], [119]. Σε ένα τέτοιο μοντέλο αγοράς, η κάθε μονάδα παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας καταθέτει μία σύνθετη προσφορά, η οποία αποτελείται από μία προσφορά για παροχή ενέργειας, μία προσφορά για παροχή επικουρικών υπηρεσιών και μία δήλωση με τα τεχνικόοικονομικά της στοιχεία, στα οποία περιλαμβάνονται το κόστος εκκίνησης και σβέσης. Το πρόβλημα εκκαθάρισης της προ-ημερήσιας αγοράς ΗΕ, όταν αυτή οργανώνεται ως μία ΚΙ, για την περιοχή προσφοράς a διαμορφώνεται ως ένα πρόβλημα μαθηματικής βελτιστοποίησης ως ακολούθως: όπου: Min c u gen gt tt gg a dd a dem dt gen com res m cgt Pgft qgft cgt ygt, zgt c gt rgt gga, t T F f g (3.1) (3.2) com c SUC y SDC z gg, t T (3.3) gt g gt g gt a c u, P r gg t T M res m m gt gt gt a m, P q dd t T F dem dt dft dft a f d (3.4) (3.5) ενώ η αντικειμενική συνάρτηση (3.1) υπόκειται στους εξής περιορισμούς: x G T (3.6) y, z, u, q Ω g, t gt gt gt gt gft gt a

103 Κεφάλαιο 3 - Εφαρμογή της Μεθόδου Διάσπασης της Αγοράς στο Ευρωπαϊκό Σύστημα Ηλεκτρικής Ενέργειας 89 0 q Q gg, f F, t T (3.7) gft gft a g 0 q Q gg, f F, t T (3.8) dft dft a d m m PP rgt RRat aa, m 1,1,2,2, t T G g a gga 3 S 3 NS 3 PP gt gt at A, gga r r RR a t T inj RES PP at gft at dft A, gg a ff g dd a ff d p q P q a t T (3.9) (3.10) (3.11) Το παραπάνω μαθηματικό μοντέλο αποτελεί μία ελαφρώς απλοποιημένη μορφή του μοντέλου που παρουσιάστηκε στην παράγραφο 2.2.1, καθώς παραλείπονται οι εξισώσεις και οι μεταβλητές που αναφέρονται στην εισαγωγή και εξαγωγή ηλεκτρικής ενέργειας μέσω των μακροχρόνια δημοπρατημένων Φυσικών Δικαιωμάτων Μεταφοράς. Η εξίσωση (3.1) αποτελεί την αντικειμενική συνάρτηση του προβλήματος βελτιστοποίησης που καλείται να επιλύσει ο Λειτουργός της Αγοράς (ΛΑ) ηλεκτρικής ενέργειας, στην οποία ελαχιστοποιείται το κόστος παραγωγής ΗΕ μείον το όφελος που προκύπτει από την κατανάλωση της. Η συνάρτηση κόστους παραγωγής ΗΕ (εξίσωση (3.2)) αποτελείται από τρεις όρους: α) το κόστος παραγωγής ενέργειας β) το κόστος δέσμευσης των μονάδων παραγωγής (κόστος εκκίνησης και κόστος σβέσης) γ) το κόστος παροχής επικουρικών υπηρεσιών στο εξεταζόμενο ΣΗΕ Το κόστος παραγωγής ενέργειας προκύπτει από το γινόμενο τιμής και εκκαθαρισμένης ποσότητας των προσφορών που καταθέτουν οι μονάδες παραγωγής σε μία ΚΙ, ενώ οι δύο τελευταίοι όροι της συνάρτησης κόστους (3.2) υπολογίζονται από τις εξισώσεις (3.3) και (3.4) αντίστοιχα. Από την άλλη, η εξίσωση (3.5) περιγράφει τη συνάρτηση οφέλους που αποκομίζοουν οι καταναλωτές για τη χρησιμοποίηση ΗΕ. Η αντικειμενική συνάρτηση του προβλήματος υπόκειται στους περιορισμούς (3.6)-(3.11), όπου η εξίσωση (3.6) περιγράφει συγκεντρωτικά στο σύνολο των τεχνικών και λειτουργικών περιορισμών στους οποίους υπόκειται η μονάδα παραγωγής g σε κάθε ώρα του χρονικού ορίζοντα εκκαθάρισης της αγοράς, ενώ οι περιορισμοί (3.7) και (3.8) εκφράζουν τη μέγιστη δυνατή εκκαθάριση των προσφορών για παραγωγή και κατανάλωση ΗΕ. Το σύνολο των τεχνικών περιορισμών Ω gt (περιορισμοί μέγιστου ρυθμού ανόδου/καθόδου, μέγιστης και ελάχιστης ισχύος εξόδου, κ.λπ.), οι οποίοι ορίζουν τον επιτρεπτό χώρο λειτουργίας της

104 90 Κεφάλαιο 3 - Εφαρμογή της Μεθόδου Διάσπασης της Αγοράς στο Ευρωπαϊκό Σύστημα Ηλεκτρικής Ενέργειας μονάδας παραγωγής g, αναλύεται εκτενώς στις αναφορές [3], [118] και [119], και παρουσιάζεται συνοπτικά στο Παράρτημα Α. Επιπλέον, οι εξισώσεις (3.9) εκφράζουν την απαίτηση του συστήματος για παροχή πρωτεύουσας και δευτερεύουσας (προς τα πάνω και προς τα κάτω) στρεφόμενης εφεδρείας, ενώ μέσω του περιορισμού (3.10) δεσμεύεται η αναγκαία ποσότητα τριτεύουσας στρεφόμενης και μη στρεφόμενης εφεδρείας από τις συγχρονισμένες και εκτός λειτουργίας μονάδες, έτσι ώστε να καλυφθεί η απαίτηση του συστήματος σε τριτεύουσα εφεδρεία. Τέλος, η εξίσωση (3.11) εκφράζει την Καθαρή Θέση της περιοχής προσφοράς a, η οποία είναι οργανωμένη ως Κοινοπραξία Ισχύος, για κάθε ώρα του χρονικού ορίζοντα εκκαθάρισης της αγοράς και η οποία εξαρτάται όχι μόνο από τις εκκαθαρισμένες προσφορές για παραγωγή και κατανάλωση ΗΕ, αλλά και από την ωριαία έγχυση ενέργειας από ανανεώσιμες πηγές. Το πρόβλημα εκκαθάρισης μίας ΚΙ μοντελοποιείται ως ένα πρόβλημα ΜΑΓΠ, εξαιτίας της χρησιμοποίησης των δυαδικών μεταβλητών ( ugt, ygt, z gt... ) και οι οποίες σχετίζονται με την κατάσταση λειτουργίας των μονάδων παραγωγής και τις αποφάσεις δέσμευσης και αποδέσμευσης τους Μοντελοποίηση Χρηματιστηρίου Ενέργειας με Απλές Ωριαίες Προσφορές Το πρόβλημα εκκαθάρισης μίας αγοράς ηλεκτρικής ενέργειας η οποία είναι οργανωμένη ως ένα Χρηματιστήριο Ενέργειας παρουσιάστηκε αναλυτικά στην παράγραφο και μοντελοποιείται ως ένα πρόβλημα μαθηματικού προγραμματισμού ως εξής: Min c T P t p a sell pt u pur pt (3.12) με περιορισμούς:, c q P q p t (3.13) F P T sell sell sell sell pt pft pft pft a f p pft a, u q P q p t (3.14) F P T pur pur pur pt pft pft f p sell sell 0 q Q pp, f F, t T (3.15) pft pft a p pur pur 0 q Q pp, f F, t T (3.16) pft pft inj sell pur PX at pft pft pp a ff p pp a ff p p q q a t a p A, T (3.17) Όπως αναφέρθηκε και στην για την περίπτωση μίας Κοινοπραξίας Ισχύος, το μαθηματικό

105 Κεφάλαιο 3 - Εφαρμογή της Μεθόδου Διάσπασης της Αγοράς στο Ευρωπαϊκό Σύστημα Ηλεκτρικής Ενέργειας 91 πρόβλημα (3.12)-(3.17), που μοντελοποιεί μία οργανωμένη ως Χρηματιστήριο Ενέργειας με απλές ωριαίες προσφορές αγορά ηλεκτρικής ενέργειας, αποτελεί μία απλοποιημένη μορφή του μοντέλου που παρουσιάστηκε στην παράγραφο 2.2.2, καθώς παραλείπονται οι εξισώσεις και οι μεταβλητές που αναφέρονται στην εισαγωγή και εξαγωγή ΗΕ μέσω των μακροχρόνια δημοπρατημένων ΦΔΜ. Όπως φαίνεται και από τις εξισώσεις (3.12)-(3.17), ο Λειτουργός της Αγοράς της περιοχής προσφορών a, η οποία είναι οργανωμένη ως ένα ΧΕ, επιλύει ένα απλό γραμμικό πρόβλημα το οποίο περιλαμβάνει μόνο συνεχείς μεταβλητές απόφασης, εκκαθαρίζοντας την αγορά βάσει μίας απλής σειράς προτεραιότητας (simple-merit order) των κατατεθειμένων προσφορών. Η εξίσωση (3.12) αποτελεί την αντικειμενική συνάρτηση του προβλήματος βελτιστοποίησης, όπου ελαχιστοποιείται η διαφορά των συναρτήσεων κόστους για παραγωγή και οφέλους για κατανάλωση ΗΕ. Οι συναρτήσεις αυτές υπολογίζονται μέσω των εξισώσεων (3.13) και (3.14), ενώ οι περιορισμοί (3.15) και (3.16) εκφράζουν τη μέγιστη δυνατή εκκαθάριση των προσφορών για παραγωγή και κατανάλωση ΗΕ. Τέλος, η εξίσωση (3.17) εκφράζει την Καθαρή Θέση μίας περιοχής προσφοράς a, η αγορά της οποίας είναι οργανωμένη ως ένα Χρηματιστήριο Ενέργειας. Θα πρέπει να τονιστεί, ότι σε περίπτωση απομονωμένων αγορών, χωρίς δηλαδή τη θεώρηση εισαγωγών και εξαγωγών ηλεκτρικής ενέργειας, η Καθαρή Θέση της εξεταζόμενης περιοχής a, τόσο σε ένα ΧΕ (3.17) όσο και σε μία ΚΙ (3.11), θα πρέπει να είναι ισούται με μηδέν. Η παραπάνω μαθηματική μοντελοποίηση είναι συμβατή τόσο για την περίπτωση κατάθεσης από τους συμμετέχοντες στην αγορά προσφορών για παραγωγή ΗΕ ανά μονάδα παραγωγής ξεχωριστά (όπως π.χ. στην Ιταλία) όσο και για την περίπτωση κατάθεσης προσφορών χαρτοφυλακίου (όπως π.χ. στη Γαλλία), για όλες τις μονάδες παραγωγής που διαχειρίζονται. Επιπλέον, στην παρούσα μοντελοποίηση αγνοείται η δυνατότητα κατάθεσης σύνθετων προσφορών που παρέχεται στους συμμετέχοντες από ορισμένα Ευρωπαϊκά ΧΕ (όπως π.χ. το Nord Pool), και οι οποίες χρησιμοποιούνται για τη μοντελοποίηση των τεχνικών χαρακτηριστικών των μονάδων παραγωγής. Η μοντελοποίηση των προσφορών αυτών καθώς επίσης και η αντιμετώπιση των προβλημάτων που εισάγουν στη διαδικασία επίλυσης του προβλήματος εκκαθάρισης της αγοράς αποτελούν το θέμα του επόμενου κεφαλαίου της παρούσας διδακτορικής διατριβής Μοντελοποίηση Περιορισμών Δικτύου Μεταφοράς Όπως αναφέρθηκε και στην παράγραφο 1.3.2, για τη μοντελοποίηση της βασιζόμενης στη

106 92 Κεφάλαιο 3 - Εφαρμογή της Μεθόδου Διάσπασης της Αγοράς στο Ευρωπαϊκό Σύστημα Ηλεκτρικής Ενέργειας ροή σύζευξης των αγορών ΗΕ 17 (flow-based market coupling), χρησιμοποιούνται οι Συντελεστές Κατανομής Μεταφοράς Ισχύος (ΣΚΜΙ) [127]. Οι επιπλέον περιορισμοί που εισάγονται στο μαθηματικό πρόβλημα βελτιστοποίησης, για τη μοντελοποίηση των περιορισμών του δικτύου μεταφοράς, είναι οι εξής: p PTDF p B p flow a, ref inj a flow nt nt at n' nt ' aa n' N DC a AC nn, tt a', a flow a, a' nt nt nt N, ATC p ATC n t T (3.18) (3.19) όπου inj inj a flow st at n nt aas nn DC s 0, p p B p s t τελειώνουν στην περιοχή a, ενώ S T (3.20) N N οι οποίες ξεκινούν ή DC DC DC N a είναι το υποσύνολο των DC γραμμών a DC DC DC N s είναι το υποσύνολο των γραμμών ΣΡ s N N οι οποίες έχουν έστω και ένα από τα δύο άκρα τους σε περιοχή η οποία ανήκει στη σύγχρονη ζώνη s. Οι περιορισμοί (3.18) εκφράζουν τις εξισώσεις ροής ισχύος των γραμμών μεταφοράς εναλλασσομένου ρεύματος (ΕΡ) και ισχύουν μονάχα για τις συγκεκριμένες διασυνδέσεις δεδομένου ότι η ροή ισχύος των διασυνδετικών γραμμών συνεχούς ρεύματος μπορεί να ελεγχθεί άμεσα από τους αντίστοιχους Διαχειριστές του Συστήματος μέσω ηλεκτρονικών ισχύος και για το λόγο αυτό μοντελοποιείται ως ανεξάρτητη μεταβλητή απόφασης. Όταν δύο συστήματα ηλεκτρικής ενέργειας είναι διασυνδεδεμένα μόνο μέσω γραμμών ΣΡ, τότε λειτουργούν ασύγχρονα, ορίζοντας το καθένα μία ξεχωριστή σύγχρονη περιοχή. Το Ευρωπαϊκό ΣΗΕ διαιρείται μέσω διασυνδέσεων ΣΡ σε πέντε σύγχρονες περιοχές (δηλαδή την ηπειρωτική Ευρώπη, το Nordpool, τη Μεγάλη Βρετανία, την Ιρλανδία και το νησί της Σαρδηνίας στην Ιταλία). Επιπλέον, διασυνδέσεις ΣΡ εμφανίζονται και ως «εσωτερικές» διασυνδέσεις τόσο στο ηπειρωτικό ευρωπαϊκό σύστημα ηλεκτρικής ενέργειας όσο και στο Nordpool. Για τον υπολογισμό των Συντελεστών Κατανομής Μεταφοράς Ισχύος (ΣΚΜΙ) που χρησιμοποιούνται στην εξίσωση (3.18) ο κεντρικός Λειτουργός της Πανευρωπαϊκής Αγοράς ηλεκτρικής ενέργειας θα πρέπει να ορίσει μία περιοχή αναφοράς, για κάθε μία από τις σύγχρονες περιοχές s. Οι ΣΚΜΙ υπολογίζονται χρησιμοποιώντας τις επιδεκτικότητες των 17 Από το σημείο αυτό και για τις επόμενες παραγράφους και κεφάλαια της παρούσας διδακτορικής διατριβής ο όρος "διαδικασία Διάσπασης της Αγοράς" θα αναφέρεται στη βασιζόμενη στη ροή σύζευξη των αγορών ΗΕ

107 Κεφάλαιο 3 - Εφαρμογή της Μεθόδου Διάσπασης της Αγοράς στο Ευρωπαϊκό Σύστημα Ηλεκτρικής Ενέργειας 93 διασυνδέσεων ΕΡ και των ενδοζωνικών γραμμών μεταφοράς [127]. Στην παρούσα υλοποίηση χρησιμοποιήθηκε ένας ενιαίος πίνακας αγωγιμοτήτων για το όλο το Ευρωπαϊκό σύστημα παραγωγής ΗΕ, με το ζυγό αναφοράς της κάθε σύγχρονης περιοχής να "γειώνεται" προσθέτοντας μια μεγάλη επιδεκτικότητα στο διαγώνιο στοιχείο του πανευρωπαϊκού πίνακα αγωγιμοτήτων, που αντιστοιχεί στην αντίστοιχη περιοχή προσφοράς. Θα πρέπει να σημειωθεί ότι για τον υπολογισμό των ζωνικών Συντελεστών Κατανομής Ισχύος Μεταφοράς που χρησιμοποιήθηκαν στη μοντελοποίηση του παρόντος προβλήματος, θα πρέπει να χρησιμοποιηθεί το Ευρωπαϊκό Κοινό Μοντέλο Δικτύου (ΚΜΔ ή Common Grid Model - CGM), η δημιουργία του οποίου κρίνεται απαραίτητη και τονίζεται στα περισσότερα έγγραφα που έχει εκδώσει ο ETSO/ENTSO-E και σχετίζονται με τη δημιουργία της ενιαίας Πανευρωπαϊκής αγοράς ΗΕ. Το ΚΜΔ αποτελεί την πλήρη και συμφωνημένη από όλους τους εμπλεκόμενους Διαχειριστές αναπαράσταση του συνολικού Ευρωπαϊκού δικτύου μεταφοράς ΗΕ και καλύπτει τουλάχιστον το δίκτυο μεταφοράς των σύγχρονων περιοχών, δηλαδή της ηπειρωτικής Ευρώπης, των Σκανδιναβικών χωρών, των κρατών της Βαλτικής Χερσονήσου, της Μεγάλης Βρετανίας και της Ιρλανδίας. Απαραίτητος κρίνεται ο αρχικός υπολογισμός των κομβικών ΣΚΜΙ, οι οποίοι μετατρέπονται στη συνέχεια σε ζωνικούς ΣΚΜΙ χρησιμοποιώντας τα κατάλληλα Κλειδιά Αλλαγής της Παραγωγής (ΚΑΠ ή Generation Shift Keys - GSKs) [128], σε κάθε εξεταζόμενη αγορά ΗΕ [129]. Η εξίσωση (3.19) θέτει ένα μέγιστο όριο στη ροή ισχύος μέσω των διασυνδέσεων εναλλασσομένου και συνεχούς ρεύματος, το οποίο ισούται με τη Διαθέσιμη Μεταφορική Ικανότητα της κάθε διασύνδεσης. Τέλος, ο περιορισμός ισοζυγίου ισχύος σε κάθε σύγχρονη περιοχή του Ευρωπαϊκού ΣΗΕ εκφράζεται μέσω της εξίσωσης (3.20), η οποία επιβάλλει το άθροισμα των Καθαρών Θέσεων όλων των περιοχών προσφορών a που ανήκουν στη σύγχρονη περιοχή s να είναι ίσο με μηδέν Ενοποίηση Αγορών ΗΕ μέσω της Διαδικασίας Διάσπασης της Αγοράς - Συνολικό Πρόβλημα Βελτιστοποίησης Το τελικό πρόβλημα βελτιστοποίησης που καλείται να επιλύσει ο κεντρικός Υπέρ- Λειτουργός της Αγοράς (ΥΛΑ), μοντελοποιείται ως ακολούθως: με περιορισμούς: Min T G D T P c u c u (3.21) gen dem sell pur gt dt pt pt t g d t p (3.2)-(3.11)

108 94 Κεφάλαιο 3 - Εφαρμογή της Μεθόδου Διάσπασης της Αγοράς στο Ευρωπαϊκό Σύστημα Ηλεκτρικής Ενέργειας οι οποίοι περιγράφουν του περιορισμούς στους οποίους υπόκεινται οι συμμετέχοντες σε μία Κοινοπραξία Ισχύος, (3.13)-(3.17) που είναι οι αντίστοιχοι περιορισμοί για τη μοντελοποίηση των Χρηματιστηρίων Ενέργειας με απλές ωριαίες προσφορές, ενώ η αντικειμενική συνάρτηση υπόκειται επιπλέον και στους περιορισμούς: (3.18)-(3.20) που περιγράφουν τις εξισώσεις του δικτύου μεταφοράς και οι οποίες αναλύθηκαν διεξοδικά στην παράγραφο Θα πρέπει να σημειωθεί ότι ο προτεινόμενος αλγόριθμος επίλυσης της Πανευρωπαϊκής αγοράς ΗΕ μέσω της διαδικασίας Διάσπασης της Αγοράς, πραγματοποιεί συβελτιστοποίηση της ενέργειας και των επικουρικών υπηρεσιών μόνο στις περιοχές προσφορών οι οποίες είναι οργανωμένες ως Κοινοπραξίες Ισχύος. Για τον καθορισμό των Τιμών Εκκαθάρισης των περιοχών προσφορών, χρησιμοποιείται ο ακόλουθος υπολογισμός, ο οποίος πραγματοποιείται μετά την επίλυση του προβλήματος βελτιστοποίησης: refs a, refs at t nt nt nt s n AC N λ λ PTDF μ μ aa, t T Στην παραπάνω εξίσωση, ο όρος (3.22) ref λ s t αποτελεί την οριακή τιμή του περιορισμού (3.20) για κάθε μία από τις σύγχρονες περιοχές s, και πρακτικά εκφράζει την Τιμή Εκκαθάρισης της περιοχής αναφοράς της αντίστοιχης σύγχρονης περιοχής. Επιπλέον, οι όροι μ nt και μ nt εκφράζουν τις οριακές τιμές των περιορισμών (3.19) και αναφέρονται στα άνω και κάτω όρια της μέγιστης δυνατής ροής ισχύος μέσω των διασυνδετικών γραμμών n, αντίστοιχα. Θα πρέπει να σημειωθεί ότι οι προαναφερθέντες όροι αποτελούν τις οριακές τιμές μόνο των εξισώσεων που αφορούν τις διασυνδέσεις ΕΡ, ενώ σε περίπτωση που κάποια σύγχρονη περιοχή δεν περιέχει περιοχές προσφορών οι οποίες συνδέονται μεταξύ τους με δίκτυο ΕΡ (π.χ. η Ιρλανδία), τότε ο δεύτερος όρος στο δεξί μέρος της εξίσωσης (3.22) παραλείπεται Εφαρμογή & Αποτελέσματα Σύστημα Εφαρμογής Ο προτεινόμενος αλγόριθμος δοκιμάστηκε σε πανευρωπαϊκό επίπεδο, σε ένα σύστημα εφαρμογής το οποίο αποτελείται από 3 Κοινοπραξίες Ισχύος (Ελλάδα, Ιρλανδία και Πολωνία) και από 22 υφιστάμενα και μελλοντικά Ευρωπαϊκά Χρηματιστήρια Ενέργειας (Τσεχική

109 Κεφάλαιο 3 - Εφαρμογή της Μεθόδου Διάσπασης της Αγοράς στο Ευρωπαϊκό Σύστημα Ηλεκτρικής Ενέργειας 95 Δημοκρατία, Αυστρία, Ελβετία, Γερμανία, Ολλανδία, Βέλγιο, Γαλλία, Ιβηρικό ΧΕ το οποίο εκκαθαρίζει την Ισπανία και τη Πορτογαλία, Ηνωμένο Βασίλειο, Αλβανία, ΠΓΔΜ, Βουλγαρία, Ρουμανία, Σερβία, Μαυροβούνιο, Βοσνία και Ερζεγοβίνη, Ουγγαρία, Σλοβακία, Κροατία, Σλοβενία, Ιταλία και Nordpool το οποίο εκκαθαρίζει τη Δανία, τη Νορβηγία, τη Σουηδία και τη Φινλανδία), τα οποία περιλαμβάνουν συνολικά 39 περιοχές προσφορών (δεδομένου ότι η Ιταλία, η Νορβηγία, η Δανία και η Σουηδία αποτελούνται από 6, 5, 2 και 4 περιοχές προσφορών, αντίστοιχα). Για τις ανάγκες των προσομοιώσεων χρησιμοποιήθηκε μια απλοποιημένη εκδοχή του ευρωπαϊκού δικτύου μεταφοράς ηλεκτρικής ενέργειας, η οποία αποτελείται από 59 και 12 γραμμές μεταφοράς εναλλασσομένου και συνεχούς ρεύματος αντίστοιχα; η απλούστευση αυτή στηρίζεται στη θεώρηση μίας "ισοδύναμης" διασυνδετικής γραμμής ανά διασύνδεση, δηλαδή στα σύνορα μεταξύ γειτονικών χωρών. Θα πρέπει να σημειωθεί ότι η προαναφερθείσα απλούστευση είναι σύμφωνη με την πρόταση για την οργάνωση της ενιαίας Ευρωπαϊκής αγοράς ΗΕ που κατατέθηκε από κοινού από τους ETSO και EuroPEX στο 11 ο φόρουμ της Φλωρεντίας [21]. Η Διαθέσιμη Μεταφορική Ικανότητα των διασυνδετικών γραμμών εναλλασσομένου και συνεχούς ρεύματος της ηπειρωτικής Ευρώπης, του Nord Pool και των έξι περιοχών προσφοράς της Ιταλίας λήφθηκαν από διαθέσιμα στο κοινό στοιχεία (για μια τυπική ημέρα του Σεπτεμβρίου 2012) [47], [32], [130] και παρουσιάζονται στους Πίνακες 3-1 και 3-2. Οι επιδεκτικότητες των διασυνδετικών γραμμών μεταφοράς ΕΡ στην ηπειρωτική Ευρώπη υπολογίστηκαν βάσει ενός μοντέλου δικτύου που παρείχε στο Εργαστήριο ΣΗΕ του Αριστοτελείου Πανεπιστημίου Θεσσαλονίκης ο ENTSO-E, στο πλαίσιο μιας Σύμβασης Εμπιστευτικότητας (ΣΕ ή Non-Disclosure Agreement) δεδομένων. Η αντίδραση της προαναφερθείσας "ισοδύναμης" διασύνδεσης υπολογίστηκε ως η αντίδραση όλων των παράλληλων διασυνδετικών γραμμών, που συνδέουν τις αντίστοιχες περιοχές προσφορών. Η επέκταση του μοντέλου, έτσι ώστε αυτό να περιλαμβάνει πολλαπλές διασυνδέσεις μεταξύ των περιοχών προσφορών είναι απλή. Το Ελληνικό Σύστημα παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας αποτελείται από 37 θερμικές και 17 υδροηλεκτρικές μονάδες παραγωγής ΗΕ, τα τεχνικό-οικονομικά στοιχεία των οποίων παρουσιάζονται στις αναφορές [118] και [119] και στην παράγραφο της παρούσας διδακτορικής διατριβής. Τα δεδομένα εισόδου (τεχνικά χαρακτηριστικά και προσφορές των μονάδων παραγωγής, δηλώσεις φορτίου και απαιτήσεις του Συστήματος σε εφεδρεία) των αγορών ΗΕ της Πολωνίας και της Ιρλανδίας - οι οποίες οργανώνονται επίσης ως ΚΙ - δημιουργήθηκαν τεχνητά έχοντας ως πρότυπο το Ελληνικό ΣΗΕ. Τέλος, στο παρόν σύστημα

110 96 Κεφάλαιο 3 - Εφαρμογή της Μεθόδου Διάσπασης της Αγοράς στο Ευρωπαϊκό Σύστημα Ηλεκτρικής Ενέργειας εφαρμογής δημιουργήθηκαν τυχαία στα 22 εξεταζόμενα ΧΕ, περίπου 3,300 απλές προσφορές για παραγωγή και 50 απλές προσφορές για κατανάλωση ΗΕ, σε κάθε ώρα του χρονικού ορίζοντα εκκαθάρισης αγοράς. ΠΙΝΑΚΑΣ 3-1 ΔΙΑΘΕΣΙΜΗ ΜΕΤΑΦΟΡΙΚΗ ΙΚΑΝΟΤΗΤΑ ΤΩΝ ΔΙΑΣΥΝΔΕΤΙΚΩΝ ΓΡΑΜΜΩΝ ΕΡ m-n ΔΜΙ m-n [MW] ΔΜΙ n-m [MW] m-n ΔΜΙ m-n [MW] ΔΜΙ n-m [MW] GR-AL 00,150 00,100 AT-CZ 00,600 01,000 GR-BG 00,500 00,550 CZ-PL 00,800 01,800 GR-MK 00,400 00,300 DE-PL 01,200 01,100 MK-BG 00,200 00,400 CZ-DE 02,300 00,800 AL-ME 00,200 00,200 AT-DE 02,000 02,200 AL-RS 00,210 00,210 CH-AT 01,200 00,470 MK-RS 00,400 00,500 CH-FR 01,100 03,200 BG-RS 00,450 00,300 CH-DE 03,500 01,500 BG-RO 00,600 00,600 DE-FR 03,200 02,700 RS-ME 00,450 00,400 DE-NL 03,850 03,000 RO-RS 00,700 00,500 NL-BE 02,400 02,400 ME-BA 00,400 00,400 BE-FR 02,300 03,400 RS-BA 00,450 00,350 DE-DK1 00,950 01,500 RS-HU 00,700 00,600 FR-ES 01,300 00,500 RO-HU 00,700 00,700 ES-PT 01,700 01,500 BA-HR 00,600 00,600 DK2-SE4 01,700 01,300 HU-HR 01,200 00,800 SE3-SE4 05,100 02,000 HU-SK 00,600 01,300 NO1-SE3 01,700 02,095 CZ-SK 02,200 01,200 NO1-NO2 01,700 02,000 PL-SK 00,600 00,500 NO2-NO5 00,250 00,200 HR-SI 01,000 01,000 NO1-NO5 00,350 00,700 IT6-SI 00,160 00,580 NO1-NO3 00,050 00,050 AT-SI 00,900 00,900 SE2-SE3 06,600 07,300 IT1-IT2 02,250 02,250 NO3-SE2 00,600 01,000 IT1-IT4 10,000 10,000 NO3-NO4 00,000 00,900 IT4-IT5 02,000 02,000 NO4-SE2 00,150 00,250 IT5-IT6 10,000 10,000 SE1-SE2 03,100 03,300 IT6-FR 00,995 02,575 NO4-SE1 00,650 00,450 IT6-CH 01,810 04,165 SE1-FI 01,415 01,185 IT6-AT 00,285 00,220

111 Κεφάλαιο 3 - Εφαρμογή της Μεθόδου Διάσπασης της Αγοράς στο Ευρωπαϊκό Σύστημα Ηλεκτρικής Ενέργειας 97 ΠΙΝΑΚΑΣ 3-2 ΔΙΑΘΕΣΙΜΗ ΜΕΤΑΦΟΡΙΚΗ ΙΚΑΝΟΤΗΤΑ ΤΩΝ ΔΙΑΣΥΝΔΕΤΙΚΩΝ ΓΡΑΜΜΩΝ ΣΡ m-n ΔΜΙ m-n [MW] ΔΜΙ n-m [MW] m-n ΔΜΙ m-n [MW] ΔΜΙ n-m [MW] GR-IT1 00,500 00,500 DE-SE4 00,600 00,610 IT3-IT4 00,500 00,500 PL-SE4 00,000 00,600 FR-GB 02,000 02,000 DK1-SE3 00,740 00,680 GB-IE 00,450 00,080 DK1-DK2 00,590 00,600 NL-NO2 00,700 00,700 DK1-NO2 00,950 00,950 DE-DK2 00,600 00,585 SE3-FI 01,350 01, Αποτελέσματα Προσομοιώσεων Το πρόβλημα ενοποίησης των Ευρωπαϊκών αγορών ηλεκτρικής ενέργειας μέσω της διαδικασίας Διάσπασης της Αγοράς επιλύθηκε χρησιμοποιώντας το μαθηματικό μοντέλο που παρουσιάστηκε στην Παράγραφο και οι υπολογιζόμενες Τιμές Εκκαθάρισης δέκα τυχαία επιλεγμένων περιοχών προσφορών του Ευρωπαϊκού Συστήματος Ηλεκτρικής Ενέργειας (δηλαδή, των περιοχών CH, DE, FR, MK, BA, NL, GB, NO1, SE2 και DK2) απεικονίζονται στο Σχήμα 3-1. Όπως φαίνεται, οι περισσότερες ΤΕ τείνουν να συγκλίνουν και ως αποτέλεσμα, η ολοκλήρωση των Ευρωπαϊκών αγορών ΗΕ παρέχει τα κατάλληλα οικονομικά σήματα στους συμμετέχοντες σε αυτές. Σχήμα 3-1 Τιμές Εκκαθάρισης 10 τυχαία επιλεγμένων περιοχών προσφορών

112 98 Κεφάλαιο 3 - Εφαρμογή της Μεθόδου Διάσπασης της Αγοράς στο Ευρωπαϊκό Σύστημα Ηλεκτρικής Ενέργειας Σχήμα 3-2 Τιμές Εκκαθάρισης και σκιώδης τιμές των κορεσμένων διασυνδέσεων την ώρα 1 Οι προκύπτουσες στις 42 περιοχές προσφορών Τιμές Εκκαθάρισης, καθώς επίσης και οι σκιώδης τιμές των κορεσμένων διασυνδετικών γραμμών, παρουσιάζονται στο Σχήμα 3-2, για την πρώτη ώρα του χρονικού ορίζοντα εκκαθάρισης της αγοράς. Στο συγκεκριμένο σχήμα, οι γραμμές μεταφοράς εναλλασσομένου και συνεχούς ρεύματος παρουσιάζονται με μαύρο και πορτοκαλί χρώμα αντίστοιχα, ενώ οι πράσινες-διακεκομμένες γραμμές χωρίζουν τις πέντε εξεταζόμενες σύγχρονες περιοχές του Ευρωπαϊκού ΣΗΕ. Όπως φαίνεται στο Σχήμα 3-2, στην περίπτωση των ακτινικά συνδεδεμένων περιοχών προσφορών, όπως είναι οι διασυνδέσεις μεταξύ των περιοχών ES-PT και GB-IE, οι Τιμές Εκκαθάρισης των αντίστοιχων περιοχών προσφορών εξαρτώνται από την κατάσταση συμφόρησης των διασυνδετικών γραμμών, ανεξάρτητα από τον τύπο της γραμμής μεταφοράς (ΕΡ ή ΣΡ). Για παράδειγμα, η Ισπανία και η Πορτογαλία εμφανίζουν ίδιες ΤΕ, δεδομένου ότι δε χρησιμοποιείται ολόκληρη η Διαθέσιμη

113 Κεφάλαιο 3 - Εφαρμογή της Μεθόδου Διάσπασης της Αγοράς στο Ευρωπαϊκό Σύστημα Ηλεκτρικής Ενέργειας 99 Σχήμα 3-3 Τιμές Εκκαθάρισης, σκιώδεις τιμές και ροή ισχύος στη διασύνδεση ΕΡ μεταξύ AT και SI (πυκνά διασυνδεδεμένο δίκτυο ΕΡ) Μεταφορική Ικανότητα της κοινής τους διασύνδεσης (γραμμή ΕΡ). Στην περίπτωση της κορεσμένης διασυνδετικής γραμμής ΣΡ μεταξύ Μεγάλης Βρετανίας και Ιρλανδίας, οι αντίστοιχες ΤΕ διαφέρουν κατά /MWh, τιμή η οποία ισούται με τον πολλαπλασιαστή Lagrange του περιορισμού ροής ισχύος (3.19) της αντίστοιχης διασυνδετικής γραμμή. Στην περίπτωση ύπαρξης κορεσμένης διασυνδετικής γραμμής ΕΡ, η οποία ανήκει στο πυκνά διασυνδεδεμένο δίκτυο μεταφοράς ηλεκτρικής ενέργειας, οι Τιμές Εκκαθάρισης των περιοχών προσφορών που ανήκουν στον κλειστό βρόχο διαφέρουν μεταξύ τους, λόγω της επίδρασης των αντίστοιχων Συντελεστών Κατανομής Μεταφοράς Ισχύος. Στο συγκεκριμένο σύστημα εφαρμογής, ο κορεσμός πέντε διασυνδετικών γραμμών (αυτών οι οποίες συνδέουν μεταξύ τους τις περιοχές προσφορών IT6-CH, CH-DE, AT-SI, RO-RS και AL-GR) επηρεάζει όλες τις ΤΕ των περιοχών προσφορών που ανήκουν στην ηπειρωτική Ευρώπη, κατά την πρώτη ώρα του ορίζοντα εκκαθάρισης της αγοράς. Ως αποτέλεσμα, οι τιμές αυτές διαφέρουν σε όλες τις περιοχές της συγκεκριμένης σύγχρονης περιοχής, ακόμα και στην περίπτωση όπου η διασυνδετική γραμμή μεταξύ δύο γειτονικών αγορών ηλεκτρικής ενέργειας είναι ακόρεστη. Το αποτέλεσμα αυτό επεξηγείται περαιτέρω στο Σχήμα 3-3, όπου παρουσιάζονται για όλες τις ώρες του ορίζοντα εκκαθάρισης της αγοράς οι ΤΕ της Αυστρίας και της Σλοβενίας, μαζί με τους πολλαπλασιαστές Lagrange μ της μεταξύ τους διασυνδετικής γραμμής (όπου μ μ μ ). Όπως φαίνεται και στο Σχήμα 3-3, ακόμη και κατά τη διάρκεια των ωρών 2-11, και 21-23, όπου η εξεταζόμενη διασύνδεση είναι ακόρεστη, οι Τιμές Εκκαθάρισης των αντίστοιχων περιοχών προσφορών δε συγκλίνουν, παρ' όλο που οι αντίστοιχοι πολλαπλασια-

114 100 Κεφάλαιο 3 - Εφαρμογή της Μεθόδου Διάσπασης της Αγοράς στο Ευρωπαϊκό Σύστημα Ηλεκτρικής Ενέργειας Σχήμα 3-4 Τιμές Εκκαθάρισης, σκιώδεις τιμές και ροή ισχύος στη διασύνδεση ΕΡ μεταξύ IT4 και IT5 (ακτινικά διασυνδεδεμένο δίκτυο ΕΡ) στές Lagrange της εξίσωσης (3.19) λαμβάνουν μηδενική τιμή (γεγονός που δηλώνει μη δεσμευτικό περιορισμό). Παρόμοια αποτελέσματα λαμβάνονται και στην περίπτωση των περιοχών προσφορών που ανήκουν στη σύγχρονη περιοχή του Nord Pool. Το Σχήμα 3-2 παρέχει ένα επεξηγηματικό παράδειγμα και για αυτή την περίπτωση, όπου η συμφόρηση των διασυνδετικών γραμμών μεταξύ των περιοχών NO2-ΝΟ5, NO1-NO3 και SE1-NO4 κατά την πρώτη ώρα του ορίζοντα συναλλαγών, οδηγεί σε διαφοροποίηση των ΤΕ σε όλες τις περιοχές προσφορών που ανήκουν στο πυκνά διασυνδεδεμένο δίκτυο μεταφοράς ηλεκτρικής ενέργειας της σύγχρονης περιοχής του Nordpool. Μια άλλη ενδιαφέρουσα περίπτωση πηγάζει από το γεγονός ότι η ύπαρξη των γραμμών μεταφοράς συνεχούς ρεύματος δεν επηρεάζει την τοπολογία (πυκνά ή ακτινικά διασυνδεδεμένο δίκτυο) του δικτύου εναλλασσόμενου ρεύματος. Η παραπάνω παρατήρηση έχει ως αποτέλεσμα το τμήμα του δικτύου ΕΡ που θα ήταν συνδεδεμένο ακτινικά σε περίπτωση απουσίας των γραμμών μεταφοράς ΣΡ, συνεχίζει να συμπεριφέρεται ως ακτινική τοπολογία, ακόμα και υπό την παρουσία των διασυνδετικών γραμμών ΣΡ. Τέτοια περίπτωση παρατηρείται στην περιοχή της Ιταλίας, όπου οι πέντε περιοχές προσφοράς που την απαρτίζουν (με εξαίρεση την περιοχή IT3, η οποία ανήκει σε άλλη σύγχρονη περιοχή) συμπεριφέρονται ως ακτινικά διασυνδεδεμένες, παρά την ύπαρξη των γραμμών ΣΡ μεταξύ των περιοχών IT3-IT4 και ΙΤ1-GR. Όπως φαίνεται αναλυτικά στο Σχήμα 3-4, οι περιοχές προσφοράς ΙΤ4 και ΙΤ5 έχουν μία κοινή τιμή σε περίπτωση μη κορεσμένου διζωνικού διαδρόμου, ενώ οι Τιμές Εκκαθάρισης διαφέρουν τις ώρες συμφόρησης κατά τιμή ίση με τον

115 Κεφάλαιο 3 - Εφαρμογή της Μεθόδου Διάσπασης της Αγοράς στο Ευρωπαϊκό Σύστημα Ηλεκτρικής Ενέργειας 101 Σχήμα 3-5 Τιμές Εκκαθάρισης, σκιώδεις τιμές και ροή ισχύος στη διασύνδεση ΣΡ μεταξύ DK1 και SE3 πολλαπλασιαστή Lagrange μ του περιορισμού (3.19) της εξεταζόμενης διασυνδετικής γραμμής. Παρόμοια αποτελέσματα λαμβάνονται σε όλες τις άλλες περιπτώσεις, όπου μια γραμμή ΣΡ έχει ως σημείο έναρξης ή τερματισμού μία ακτινικά διασυνδεδεμένη περιοχή υποβολής προσφορών, όπως για παράδειγμα στις διασυνδέσεις SE1-FI, SE3-SE4-DK2 και DE- DK1. Επιπλέον, η μοντελοποίηση των γραμμών ΣΡ στον αλγόριθμο βελτιστοποίησης παρέχει χρήσιμα συμπεράσματα σχετικά με τον τρόπο που οι συγκεκριμένες διασυνδέσεις επηρεάζουν τις Τιμές Εκκαθάρισης της αγοράς. Όπως φαίνεται και από τα αποτελέσματα των προσομοιώσεων, οι ΤΕ των περιοχών προσφοράς που συνδέονται μεταξύ τους μέσω μίας διασυνδετικής γραμμής ΣΡ συμπεριφέρονται με τον ίδιο τρόπο ως αν ήταν ακτινικά συνδεδεμένες σε ένα δίκτυο ΕΡ. Έτσι, στην περίπτωση μη κορεσμένης διασύνδεσης ΣΡ, οι Τιμές Εκκαθάρισης των περιοχών προσφοράς στα σημεία κατάληξης της αντίστοιχης διασύνδεσης είναι ίδιες, ενώ σε περίπτωση συμφόρησης, οι ΤΕ διαφοροποιούνται κατά μια τιμή ίση με τον πολλαπλασιαστή Lagrange μ του αντίστοιχου περιορισμού ροής ισχύος (3.19). Το συμπέρασμα αυτό μπορεί να επαληθευτεί από τα αποτελέσματα της μη κορεσμένης διασυνδετικής γραμμής που συνδέει τη Μεγάλη Βρετανία με τη Γαλλία καθώς επίσης και της κορεσμένης γραμμής ΣΡ μεταξύ της Ελλάδας και της πρώτης περιοχής προσφορών της Ιταλίας (ΙΤ1), κατά τη διάρκεια της πρώτης ώρα του ορίζοντα συναλλαγών (Σχήμα 3-2). Τα αποτελέσματα αυτά απεικονίζονται περαιτέρω στο Σχήμα 3-5, στο οποίο παρουσιάζονται οι εκκαθαρισμένες τιμές των περιοχών προσφορών DK1 και SE3, μαζί με τον πολλαπλασιαστή

116 102 Κεφάλαιο 3 - Εφαρμογή της Μεθόδου Διάσπασης της Αγοράς στο Ευρωπαϊκό Σύστημα Ηλεκτρικής Ενέργειας Σχήμα 3-6 Επίδραση των διασυνδετικών γραμμών ΣΡ στις Τιμές Εκκαθάρισης Lagrange του περιορισμού ροής ισχύος (3.19) της διασυνδετικής γραμμής DK1-SE3. Κατά τη διάρκεια των ωρών όπου ο πολλαπλασιαστής Lagrange ισούται με μηδέν (ακόρεστη διασυνδετική γραμμή), οι αντίστοιχες Τιμές Εκκαθάρισης συγκλίνουν, ενώ στην περίπτωση που ο περιορισμός (3.19) της διασύνδεσης DK1-SE3 είναι δεσμευτικός, εμφανίζεται μία απόκλιση στις ΤΕ των περιοχών DK1 και SE3, ίση με τον προαναφερθέντα πολλαπλασιαστή Lagrange. Μια ακόμα ενδιαφέρουσα περίπτωση εμφανίζεται κατά την εξέταση των αποτελεσμάτων που σχετίζονται με τις γραμμές ΣΡ, οι οποίες συνδέουν τις σύγχρονες περιοχές της ηπειρωτικής Ευρώπης και του Nordpool. Από τα αποτελέσματα των προσομοιώσεων προκύπτει ότι υπάρχει πιθανότητα ο πολλαπλασιαστής Lagrange του περιορισμού ροής ισχύος (3.19) να λάβει μηδενική τιμή, ακόμα και αν η εξεταζόμενη γραμμή μεταφοράς είναι κορεσμένη (η ροή ισχύος στη συγκεκριμένη γραμμή είναι ίση με τη Διαθέσιμη Μεταφορική Ικανότητα της εξεταζόμενης γραμμής). Το γεγονός αυτό απεικονίζεται στο Σχήμα 3-2 και πιο αναλυτικά στο Σχήμα 3-6, όπου οι πολλαπλασιαστές Lagrange των διασυνδετικών γραμμών

117 Κεφάλαιο 3 - Εφαρμογή της Μεθόδου Διάσπασης της Αγοράς στο Ευρωπαϊκό Σύστημα Ηλεκτρικής Ενέργειας 103 Σχήμα 3-7 Αντίθετες ροές ισχύος στην σύγχρονη περιοχή του Nordpool την ώρα 1 ΣΡ DE-DK2, DE-SE4 και DK1-DK2 λαμβάνουν μηδενική τιμή, παρ' όλο που οι συγκεκριμένες γραμμές μεταφοράς είναι κορεσμένες. Το αποτέλεσμα αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι η διασύνδεση ΣΡ DK1-SE3, καθώς επίσης και οι γραμμές μεταφοράς ΕΡ που συνδέουν τις περιοχές προσφορών DE-DK1, SE3-SE4 και SE4-DK2 (οι οποίες είναι ακτινικά διασυνδεδεμένες, όσο αφορά το δίκτυο ΕΡ) είναι ακόρεστες, επιτρέποντας έτσι την ελεύθερη μεταφορά ισχύος μεταξύ των αντίστοιχων περιοχών. Ως αποτέλεσμα, οι Τιμές Εκκαθάρισης των πέντε αυτών περιοχών προσφοράς (DE, DK1, DK2, SE3 και SE4) συγκλίνουν στα /MWh. Η παραπάνω ανάλυση εξηγεί επίσης το λόγο για τον οποίο ο πολλαπλασιαστής Lagrange της διασύνδεσης DK1-SE3 (Σχήμα 3-5) λαμβάνει μηδενική τιμή τις ώρες 2, και 22-24, παρ' όλο που η αντίστοιχη διασύνδεση ΣΡ είναι κορεσμένη. Τέλος, θα πρέπει να τονιστεί ότι στο συγκεκριμένο μαθηματικό μοντέλο εμφανίζονται "αντίθετες" ροές ισχύος; η ισχύς σε κάποιες περιπτώσεις ρέει από μία περιοχή υψηλής Τιμής Εκκαθάρισης προς μία περιοχή χαμηλότερης τιμής. Το γεγονός αυτό παρουσιάζεται στο Σχήμα 3-7 ενδεικτικά για την πρώτη ώρα του ορίζοντα εκκαθάρισης της αγοράς και για την περιοχή του Nord Pool, και είναι απόρροια των νόμων του Kirchhoff, οι οποίοι εκφράζονται μέσω των

118 104 Κεφάλαιο 3 - Εφαρμογή της Μεθόδου Διάσπασης της Αγοράς στο Ευρωπαϊκό Σύστημα Ηλεκτρικής Ενέργειας εξισώσεων (3.18) και (3.20) και μέσω των Συντελεστών Κατανομής Μεταφοράς Ισχύος. Στο παραπάνω σχήμα, με κόκκινα και πράσινα βέλη παρουσιάζονται οι "αντίθετες" και οι "σωστές" ροές ισχύος, ενώ με κόκκινο χρώμα παρουσιάζονται οι κορεσμένες διασυνδετικές γραμμές. Όπως φαίνεται στο Σχήμα 3-7 αντίθετες ροές εμφανίζονται στο βρόχο που δημιουργούν οι περιοχές προσφορών NO1, NO3, NO4, SE3, SE2 και SE1, καθώς η ισχύς ρέει μέσω των διασυνδέσεων NO1-SE3, SE2-NO3, NO4-NO3 και SE1-NO4 από μία περιοχή υψηλής προς μία περιοχή χαμηλής ΤΕ. Το φαινόμενο αυτό εμφανίζεται μόνο στις περιοχές οι οποίες ανήκουν στο κλειστό βρόχο του πυκνά διασυνδεδεμένου δικτύου ΕΡ, καθώς οι ροές ισχύος στα ακτινικά δίκτυα ΕΡ ή στις γραμμές μεταφοράς ΣΡ ακολουθούν πάντα τη "σωστή" φορά. Το φαινόμενο αυτό έχει απασχολήσει τις ενδιαφερόμενες για τη δημιουργία μίας ενιαίας Ευρωπαϊκής αγοράς ΗΕ ομάδες, καθώς θεωρείται ότι έρχεται σε αντίθεση με τη "διαίσθηση" των συμμετεχόντων στην αγορά. Για το λόγο αυτό, το λογισμικό πακέτο EUPHEMIA [9], το οποίο αναπτύχθηκε πρόσφατα για την εκκαθάριση της Ευρωπαϊκής αγοράς ΗΕ, περιλαμβάνει έναν μηχανισμό που δίνει τη δυνατότητα στον Υπέρ-Λειτουργό της Αγοράς να καταστείλει τις "μη-διαισθητικές" εμπορικές ανταλλαγές ισχύος [131] Υπολογιστικός Φόρτος Η μοντελοποίηση του προβλήματος βελτιστοποίησης υλοποιήθηκε στο ειδικό περιβάλλον γενικής αλγεβρικής μοντελοποίησης και επίλυσης προβλημάτων μαθηματικής βελτιστοποίησης GAMS (Generic Algebraic Modeling System), ενώ το σύνολο των δοκιμών προσομοίωσης πραγματοποιήθηκε σε προσωπικό υπολογιστή με επεξεργαστή Intel Quad Core i7 στα 3,2 GHz και με 24 GB μνήμης RAM. Το εξεταζόμενο πρόβλημα Μικτού Ακέραιου Γραμμικού Προγραμματισμού, περιλαμβάνει 588,854 συνεχείς και 34,482 δυαδικές μεταβλητές, ενώ ο συνολικός αριθμός των εξισώσεων είναι ίσος με 1,117,334. Για τη συγκεκριμένη δοκιμή προσομοίωσης, το κριτήριο σύγκλισης του αλγορίθμου βελτιστοποίησης τέθηκε ίσο με μηδέν, επιτυγχάνοντας έτσι αποδεδειγμένα βέλτιστη λύση (Ολικά Βέλτιστη Λύση - ΟΒΛ). Ο χρόνος εκτέλεσης της συγκεκριμένης περίπτωσης ήταν περίπου 92 δευτερόλεπτα, ενώ η απόδοση του προτεινόμενου αλγορίθμου εξετάστηκε και σε υψηλότερα κριτήρια σύγκλισης, δηλαδή μεταξύ του διαστήματος 10-7 και Ο χρόνος εκτέλεσης του προβλήματος βελτιστοποίησης για κάθε ένα από τα εξεταζόμενα κριτήρια σύγκλισης παρουσιάζεται στο Σχήμα 3-8. Όπως φαίνεται και από το παραπάνω σχήμα, ο χρόνος εκτέλεσης μειώνεται απότομα για κριτήρια σύγκλισης άνω του Θα πρέπει να σημειωθεί ωστόσο, ότι ακόμη και στην αποδεδειγμένα βέλτιστη λύση, η επίλυση του προβλήματος βελτι-

119 Κεφάλαιο 3 - Εφαρμογή της Μεθόδου Διάσπασης της Αγοράς στο Ευρωπαϊκό Σύστημα Ηλεκτρικής Ενέργειας 105 Σχήμα 3-8 Χρόνος εκτέλεσης για διαφορετικά κριτήρια σύγκλισης του αλγορίθμου στοποίησης διαρκεί λιγότερο από 2 λεπτά, καθιστώντας έτσι άσκοπη την εύρεση υπόβέλτιστης λύσης για ένα πρόβλημα αυτού του μεγέθους Συμπεράσματα Το πλαίσιο λειτουργίας της ενοποιημένης Ευρωπαϊκής αγοράς ηλεκτρικής ενέργειας γίνεται όλο και πιο αυστηρό και η Ευρωπαϊκή Ένωση δεσμεύεται συνεχώς για τη δημιουργία μιας ενιαίας αγοράς ΗΕ, στα πλαίσια της κοινής ευρωπαϊκής ενεργειακής πολιτικής. Η αποτελεσματική διαχείριση των συμφορήσεων παρέχει τη πιο εύκολα εφικτή διαδρομή για την αποκόμιση των ωφελειών της ενοποιημένης αγοράς ΗΕ. Οι Τιμές Εκκαθάρισης που προκύπτουν από την επίλυση των προ-ημερήσιων αγορών ΗΕ είναι ιδιαίτερα σημαντικές για τους εξής λόγους: α) χρησιμοποιούνται για τον προ-ημερήσιο διακανονισμό, καθορίζοντας με τον τρόπο αυτό τα σωστά έσοδα συμφόρησης που θα πρέπει να συλλεχθούν από τους Διαχειριστές των Συστημάτων Μεταφοράς ΗΕ για τη χρησιμοποίηση των διασυνδετικών γραμμών, μέσω της καθημερινής έμμεσης δημοπράτησης της χωρητικότητας των διασυνδέσεων β) χρησιμοποιούνται ως αναφορές για τις προθεσμιακές αγορές ενέργειας, και γ) παρέχουν τα σωστά επενδυτικά σήματα για τη βέλτιστη ενίσχυση του Ευρωπαϊκού δικτύου μεταφοράς ΗΕ. Στον παρόν κεφάλαιο παρουσιάστηκε η μέθοδος Διάσπασης της Αγοράς για την ολοκλήρωση των Ευρωπαϊκών αγορών ηλεκτρικής ενέργειας. Η προσέγγιση αυτή σέβεται το

120 106 Κεφάλαιο 3 - Εφαρμογή της Μεθόδου Διάσπασης της Αγοράς στο Ευρωπαϊκό Σύστημα Ηλεκτρικής Ενέργειας ρυθμιστικό πλαίσιο της εκάστοτε αγοράς ΗΕ, που οργανώνονται είτε ως Κοινοπραξίες Ισχύος είτε ως Χρηματιστήρια Ενέργειας, ενώ κατανέμει μέσω έμμεσων δημοπρασιών τα Φυσικά Δικαιώματα Μεταφοράς στις διασυνδετικές γραμμές που ενώνουν τις διάφορες περιοχές προσφορών. Το προτεινόμενο μοντέλο βελτιστοποίησης εφαρμόστηκε σε ένα πρότυπο σύστημα το οποίο προσομοιώνει το Ευρωπαϊκό Σύστημα Ηλεκτρικής Ενέργειας και το οποίο χωρίζεται μέσω γραμμών μεταφοράς συνεχούς ρεύματος σε πέντε σύγχρονες περιοχές. Μέσω των προσομοιώσεων που πραγματοποιήθηκαν, διαπιστώθηκε η επίδραση των διασυνδετικών γραμμών ΣΡ στις Τιμές Εκκαθάρισης της ολοκληρωμένης Ευρωπαϊκής αγοράς ΗΕ, όπως επίσης και η δυνατότητα σύγκλισης των τιμών αυτών σε Ευρωπαϊκό επίπεδο. Επιπλέον, όπως φάνηκε και από τα αποτελέσματα της αντίστοιχης ανάλυσης ευαισθησίας, όταν τα ΧΕ παρέχουν τη δυνατότητα κατάθεσης μόνο απλών ωριαίων προσφορών, τότε μπορεί να βρεθεί ολικά βέλτιστη λύση του προβλήματος εκκαθάρισης της Πανευρωπαϊκής αγοράς ΗΕ, ακόμα και όταν για τη μοντελοποίηση της απαιτείται ένας πολύ μεγάλος αριθμός συνεχών μεταβλητών. Στο επόμενο κεφάλαιο παρουσιάζεται η μοντελοποίηση των σύνθετων προσφορών που δύναται να κατατεθούν στα Ευρωπαϊκά ΧΕ, καθώς και η επίδραση τους στις Τιμές Εκκαθάρισης και στο συνολικό χρόνο εκτέλεσης του προβλήματος βελτιστοποίησης.

121 Κεφάλαιο 4 ΑΝΑΛΥΤΙΚΗ ΜΟΝΤΕΛΟΠΟΙΗΣΗ ΤΩΝ ΧΡΗΜΑΤΙΣΤΗΡΙΩΝ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΚΑΙ ΕΠΙΛΥΣΗ ΤΟΥ ΠΡΟΒΛΗΜΑΤΟΣ ΔΙΑΣΠΑΣΗΣ ΤΗΣ ΑΓΟΡΑΣ 4.1. Εισαγωγή Στο προηγούμενο κεφάλαιο της παρούσας διδακτορικής διατριβής παρουσιάστηκε το πρόβλημα ενοποίησης των Ευρωπαϊκών αγορών ηλεκτρικής ενέργειας (ΗΕ) μέσω της διαδικασίας Διάσπασης της Αγοράς. Η προτεινόμενη μοντελοποίηση σέβεται το τοπικό ρυθμιστικό πλαίσιο των συζευγμένων ευρωπαϊκών αγορών ΗΕ, οι οποίες οργανώνονται είτε ως Κοινοπραξίες Ισχύος είτε ως Χρηματιστήρια Ενέργειας. Επιπλέον, μέσω της προτεινόμενης διαδικασίας Διάσπασης της Αγοράς, πραγματοποιείται ταυτόχρονη δημοπράτηση της ενέργειας και των Φυσικών Δικαιωμάτων Μεταφοράς των διασυνδέσεων του Ευρωπαϊκού Συστήματος Ηλεκτρικής Ενέργειας (ΣΗΕ), στοχεύοντας έτσι στην καλύτερη λειτουργία της ενοποιημένης αγοράς ΗΕ και στην αύξηση του συνολικού κοινωνικού οφέλους, λόγω της ορθότερης χρησιμοποίησης της Διαθέσιμης Μεταφορικής Ικανότητας των διασυνδετικών γραμμών. Βασικό χαρακτηριστικό της έως τώρα 18 μοντελοποίησης των ευρωπαϊκών Χρηματιστηρίων Ενέργειας αποτελούσε το γεγονός ότι οι συμμετέχοντες στις αντίστοιχες αγορές μπορούσαν να καταθέσουν μόνο απλές ωριαίες προσφορές για παραγωγή (είτε για κάθε μονάδα ξεχωριστά, είτε για το σύνολο του διαχειριζόμενου χαρτοφυλακίου) και κατανάλωση ηλεκτρικής ενέργειας. Τα περισσότερα βόρειο-ευρωπαϊκά ΧΕ όμως, παρέχουν τη δυνατότητα στους συμμετέχοντες σε αυτά κατάθεσης σύνθετων συνδυαστικών προσφορών, οι οποίες χρησιμοποιούνται κυρίως για τη μοντελοποίηση των τεχνικών χαρακτηριστικών των μονάδων παραγωγής και την αποφυγή του ρίσκου στο οποίο εκτίθενται οι συμμετέχοντες στην προ-ημερήσια αγορά ΗΕ, λόγω της ανάγκης πρόβλεψης των Τιμών 18 Όσον αφορά τη μοντελοποίηση των Χρηματιστηρίων Ενέργειας που παρουσιάστηκε στις παραγράφους και 3.2.2

122 108 Κεφάλαιο 4 - Αναλυτική Μοντελοποίηση των Χρηματιστηρίων Ενέργειας και Επίλυση του Προβλήματος Διάσπασης της Αγοράς Εκκαθάρισης της επόμενης ημέρας. Στο παρόν κεφάλαιο, παρουσιάζεται η αναλυτική μοντελοποίηση των Χρηματιστηρίων Ενέργειας, τα οποία προσφέρουν στους συμμετέχοντες σε αυτά τη δυνατότητα κατάθεσης σύνθετων προσφορών. Όπως θα παρουσιαστεί αναλυτικά και στις επόμενες παραγράφους, η μοντελοποίηση των περιορισμών "ολικής αποδοχής-ή-απόρριψης" των σύνθετων προσφορών που είναι διαθέσιμες στα ΧΕ, απαιτεί τη χρησιμοποίηση δυαδικών μεταβλητών, οι οποίες έχουν αντίκτυπο στις τελικές Τιμές Εκκαθάρισης. Η προαναφερθείσα μοντελοποίηση των Ευρωπαϊκών ΧΕ με σύνθετες προσφορές χρησιμοποιείται στη διαμόρφωση του προβλήματος εκκαθάρισης της Πανευρωπαϊκής αγοράς ΗΕ, το οποίο παρουσιάστηκε στο προηγούμενο κεφάλαιο της παρούσας διδακτορικής διατριβής. Το μαθηματικό πρόβλημα βελτιστοποίησης της ενοποιημένης, μέσω της διαδικασίας Διάσπασης της Αγοράς, Ευρωπαϊκής αγοράς ΗΕ διαμορφώνεται ως ένα πρόβλημα Μικτού Ακέραιου Γραμμικού Προγραμματισμού, εξαιτίας της ύπαρξης δυαδικών μεταβλητών τόσο στις αγορές που οργανώνονται ως Κοινοπραξίες Ισχύος, όσο και στα Χρηματιστήρια Ενέργειας με σύνθετες προσφορές Μοντελοποίηση του Ευρωπαϊκού Κεντρικού Προβλήματος Διάσπασης της Αγοράς Μοντελοποίηση Κοινοπραξίας Ισχύος Όπως αναφέρθηκε αναλυτικά στις παραγράφους και 3.2.1, σε μία Κοινοπραξία Ισχύος (ΚΙ) ο Λειτουργός της Αγοράς (ΛΑ) επιλύει ένα σύνθετο πρόβλημα συβελτιστοποίησης ενέργειας και επικουρικών υπηρεσιών, επιδιώκοντας τη μεγιστοποίηση του κοινωνικού οφέλους και ικανοποιώντας ταυτόχρονα το σύνολο των λειτουργικών/τεχνικών περιορισμών των μονάδων παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας (ΗΕ) και των απαιτήσεων του Συστήματος σε εφεδρεία. Το πρόβλημα εκκαθάρισης της προ-ημερήσιας αγοράς ΗΕ μίας περιοχής προσφορών a, η οποία είναι οργανωμένη ως ΚΙ, διαμορφώνεται ως ένα πρόβλημα μαθηματικής βελτιστοποίησης ως εξής: Min c c u u (4.1) gen imp dem exp gt gt dt dt tt gg a ii a dd a ee a όπου: p q q a t T inj n n PP at ift eft A, ii a nn ff i ee a nn ff e (4.2)

123 Κεφάλαιο 4 - Αναλυτική Μοντελοποίηση των Χρηματιστηρίων Ενέργειας και Επίλυση του Προβλήματος Διάσπασης της Αγοράς 109 inj RES PP pat qgft Pat qdft a, t gg ff dd ff a g a d A T (4.3) ATC q q ATC nn, t T a', a n n a, a' nt eft ift nt ee a ff e ii a ff i (4.4) και με επιπλέον περιορισμούς: m m PP, 1,1,2 r,2, gt RRat aa m t T G g a (4.5) gga 3 s 3 ns 3 gt gt at gga PP r r RR aa, t T (4.6) 0 q Q gg, f F, t T (4.7) gft gft a g 0 q Q dd, f F, t T (4.8) dft dft a d 0 q Q ii, f F, t T (4.9) ift ift a i 0 q Q ee, f F, t T (4.10) eft eft a e x y, z, u, q Ω g, t G T gt gt gt gt gft gt a (4.11) Ο πρώτος όρος της αντικειμενικής συνάρτησης (4.1) αντιπροσωπεύει τη συνάρτηση κόστους των μονάδων παραγωγής ΗΕ, η οποία περιλαμβάνει το κόστος ενέργειας (οριζόμενο ως το γινόμενο των αντίστοιχων εκκαθαρισμένων ζευγών ποσότητας-τιμής), καθώς επίσης και επιπλέον όρους, οι οποίοι μοντελοποιούν το κόστος εκκίνησης/σβέσης και παροχής επικουρικών υπηρεσιών (εξισώσεις (3.2),(3.3) και (3.4), αντίστοιχα). Οι τρεις τελευταίοι όροι της εξίσωσης (4.1) αντιπροσωπεύουν τη συνάρτηση κόστους των εμπόρων εισαγωγής ΗΕ και τις συναρτήσεις οφέλους των εκπροσώπων φορτίου και των εμπόρων εξαγωγής ΗΕ, οριζόμενες όλες ως το γινόμενο των αντίστοιχων εκκαθαρισμένων ζευγών τιμής-ποσότητας. Οι περιορισμοί (4.2) και (4.3) εκφράζουν το ισοζύγιο ισχύος και την Καθαρή Θέση της περιοχής προσφοράς a, ενώ η εξίσωση (4.4) εκφράζει τη μέγιστη Διαθέσιμη Μεταφορική Ικανότητα (ΔΜΙ) ηλεκτρικής ισχύος μέσω των διασυνδέσεων (λαμβάνοντας υπόψη το φαινόμενο "συμψηφισμού" των εισαγωγών και των εξαγωγών, για την εύρεση της τελικής ροής ισχύος μέσω της διασύνδεσης n ). Θα πρέπει να σημειωθεί ότι οι προσφορές εισαγωγής και εξαγωγής ΗΕ, οι οποίες περιλαμβάνονται στις εξισώσεις (4.1)-(4.4), αναφέρονται στη χρήση των μακροχρόνια δημοπρατούμενων Φυσικών Δικαιωμάτων Μεταφοράς ισχύος, τα οποία αποκτήθηκαν από

124 110 Κεφάλαιο 4 - Αναλυτική Μοντελοποίηση των Χρηματιστηρίων Ενέργειας και Επίλυση του Προβλήματος Διάσπασης της Αγοράς τους συμμετέχοντες στην αγορά (πράκτορες εισαγωγής/εξαγωγής ΗΕ) μέσω άμεσων δημοπρασιών (μηνιαίων ή ετήσιων). Οι άμεσες δημοπρασίες αποτελούσαν τον κύριο τρόπο ανταλλαγής ισχύος μεταξύ των Ευρωπαϊκών αγορών, αλλά με την εφαρμογή του "Μοντέλου Στόχου" (Target Model) πρόκειται να αντικατασταθούν από την έμμεση δημοπράτηση των ΦΔΜ, τα οποία θα αποκτούνται μέσω της διαδικασίας Διάσπασης της Αγοράς. Για τον λόγο αυτό, οι προσφορές για εισαγωγή και εξαγωγή ΗΕ εμφανίζονται μόνο στην παρούσα καθώς επίσης και στην επόμενη παράγραφο (στην οποία παρουσιάζεται η μαθηματική μοντελοποίηση των οργανωμένων ως ΧΕ αγορών ΗΕ), αλλά παραλείπονται από το ενιαίο Ευρωπαϊκό μοντέλο, που διαμορφώνεται αναλυτικά σαν ένα πρόβλημα μαθηματικής μοντελοποίησης στην παράγραφο Εκτός από τις προαναφερθείσες εξισώσεις, το μαθηματικό μοντέλο μίας ΚΙ περιλαμβάνει περιορισμούς οι οποίοι μοντελοποιούν τις απαιτήσεις του Συστήματος σε όλους τους τύπους εφεδρείας (4.5)-(4.6), περιορισμούς μέγιστης δυνατής εκκαθάρισης των κατατεθειμένων προσφορών (4.7)-(4.10) καθώς επίσης και λειτουργικούς/τεχνικούς περιορισμούς των μονάδων παραγωγής ΗΕ (4.11). Οι παραπάνω περιορισμοί παρουσιάστηκαν στις παραγράφους και και αναλύονται διεξοδικά στην αναφορά [3]. Σύμφωνα με τα παραπάνω, το πρόβλημα εκκαθάρισης μίας αγοράς ΗΕ, η οποία είναι οργανωμένη ως μία ΚΙ, διαμορφώνεται ως ένα πρόβλημα Μικτού Ακέραιου Γραμμικού Προγραμματισμού Μοντελοποίηση των Χρηματιστηρίου Ενέργειας με Δυνατότητα Υποβολής Σύνθετων Προσφορών Στα Ευρωπαϊκά Χρηματιστήρια Ενέργειας εμφανίζονται δύο τρόποι υποβολής προσφορών για παραγωγή και κατανάλωση ηλεκτρικής ενέργειας: 1) είτε μέσω προσφορών για κάθε μονάδα παραγωγής ξεχωριστά (όπως π.χ. στην Ιταλία), 2) είτε μέσω προσφορών χαρτοφυλακίου (όπως π.χ. στη Γαλλία). Το δεύτερο είδος προσφορών παρέχει τη δυνατότητα στους συμμετέχοντες στην αγορά ΗΕ (παραγωγοί, εκπρόσωποι φορτίου, έμποροι ηλεκτρικής ενέργειας) υποβολής μίας ωριαίας καμπύλης προσφοράς χαρτοφυλακίου για παραγωγή και κατανάλωση ηλεκτρικής ενέργειας, εσωτερικεύοντας με τον τρόπο αυτό όλα τα τεχνικά και οικονομικά στοιχεία των εγκαταστάσεων τους για παραγωγή ΗΕ ή τα προθεσμιακά και εμπορικά συμβόλαια για κατανάλωση και εισαγωγή/εξαγωγή ΗΕ. Η προ-ημερήσια αγορά ενός ΧΕ εκκαθαρίζεται βασιζόμενη σε όλες τις κατατεθειμένες καμπύλες χαρτοφυλακίου για παραγωγή και κατανάλωση ΗΕ.

125 Κεφάλαιο 4 - Αναλυτική Μοντελοποίηση των Χρηματιστηρίων Ενέργειας και Επίλυση του Προβλήματος Διάσπασης της Αγοράς 111 Εκτός από τα δύο ανωτέρω είδη επιτρεπόμενων καμπυλών προσφορών (απλές ωριαίες καμπύλες και καμπύλες χαρτοφυλακίου), τα περισσότερα Ευρωπαϊκά ΧΕ επιτρέπουν στους συμμετέχοντες στην αγορά να υποβάλουν σύνθετες καμπύλες προσφοράς (που ονομάζονται "μπλοκ προσφορές"), οι οποίες εισάγουν στο πρόβλημα εκκαθάρισης της αγοράς ΗΕ διαχρονικούς περιορισμούς, μιμούμενες με τον τρόπο αυτό κάποιους από τους τεχνικούς περιορισμούς και τις δομές κόστους πολλών περιόδων. Οι ακόλουθοι τύποι μπλοκ εντολών είναι εμπορεύσιμες στην περιοχή της Κεντροδυτικής Ευρώπης (ΚΔΕ) (ή CWE όπως είναι ο ευρέως χρησιμοποιούμενος στη διεθνή βιβλιογραφία όρος - εκ του Central West European region) [121]καθώς επίσης και στην προ-ημερήσια αγορά ΗΕ του Nord Pool Spot (NPS) [120], [32]: 1) Καθοριζόμενες από το χρήστη μπλοκ προσφορές για παραγωγή και κατανάλωση ΗΕ: Ο συγκεκριμένος τύπος προσφοράς για παραγωγή και κατανάλωση ΗΕ αποτελείται από σταθερό ζεύγος τιμής (για πώληση ή αγορά ενέργειας, αντίστοιχα) και ποσότητας, ενώ κατατίθεται για έναν καθοριζόμενο από το χρήστη αριθμό συνεχόμενων ωρών. Οι συμμετέχοντες στην αγορά έχουν τη δυνατότητα να προσδιορίσουν την αρχή και το τέλος της χρονικής περιόδου για την οποία καταθέτουν τη σύνθετη προσφορά τους. Οι μπλοκ προσφορές αποτελούν εντολές "ολικής εκτέλεσης-ή-απόρριψης" ("fill-or-kill orders"), γίνονται δηλαδή αποδεκτές ή απορρίπτονται στο σύνολό τους, εξαρτώμενες είτε α) από τη μέση ωριαία Τιμή Εκκαθάρισης της αγοράς (ΤΕ) (ο συγκεκριμένος κανόνας υφίσταται στο NPS), είτε β) από τη σταθμισμένη (βάσει των εκκαθαρισμένων ποσοτήτων) μέση ωριαία ΤΕ, του χρονικoύ διαστήματος κατάθεσης της μπλοκ προσφοράς. Οι σύνθετες μπλοκ προσφορές είναι εξαιρετικά χρήσιμες για τους διαχειριστές χαρτοφυλακίων οι οποίοι κατέχουν παραγωγικά περιουσιακά στοιχεία και επιδιώκουν τη δέσμευση των μονάδων παραγωγής τους κάτω από ορισμένες οικονομικές (κερδοφόρες) συνθήκες. Ο συγκεκριμένος τύπος εντολών είναι εμπορεύσιμος τόσο στη CWE όσο και στο NPS. 2) Σταθερές μπλοκ προσφορές για παραγωγή και κατανάλωση ΗΕ: Ο συγκεκριμένος τύπος προσφορών είναι παρόμοιος με τις καθοριζόμενες από το χρήστη μπλοκ προσφορές που αναφέρθηκαν στην προηγούμενη παράγραφο, με τη διαφορά ότι οι χρονικές περίοδοι, κατά τη διάρκεια των οποίων μπορούν οι συμμετέχοντες στην αγορά να καταθέσουν τις προσφορές τους (έναρξη και τέλος), είναι προκαθορισμένες από το ΧΕ και σταθερές. Οι εντολές αυτές είναι εμπορεύσιμες στο NPS, στη Powernext και στο

126 112 Κεφάλαιο 4 - Αναλυτική Μοντελοποίηση των Χρηματιστηρίων Ενέργειας και Επίλυση του Προβλήματος Διάσπασης της Αγοράς Γερμανικό EPEX. Θα πρέπει να σημειωθεί, ότι παρ' όλο που οι συμμετέχοντες στην αγορά καταθέτουν με διαφορετικό τρόπο τους δύο προαναφερθέντες τύπους σταθερών μπλοκ προσφορών, η διαδικασία εισαγωγής τους στον αλγόριθμο βελτιστοποίησης παραμένει ο ίδιος. Και στις δύο περιπτώσεις, ο Λειτουργός της Αγοράς (ΛΑ) εισάγει μια μπλοκ προσφορά με συγκεκριμένη ώρα έναρξης και λήξης, χωρίς να λαμβάνει υπόψη τον τρόπο ορισμού της ώρα έναρξης και λήξης της σύνθετης μπλοκ προσφοράς (από τον συμμετέχοντα ή από τον ΛΑ). Ως αποτέλεσμα, οι δύο αυτές μέθοδοι κατάθεσης μπλοκ προσφορών μοντελοποιούνται με τον ίδιο περιορισμό στο συνολικό πρόβλημα βελτιστοποίησης. 3) Συνδεδεμένες μπλοκ προσφορές για παραγωγή και κατανάλωση ΗΕ: Η εκκαθάριση του συγκεκριμένου τύπου σύνθετων προσφορών πραγματοποιείται υπό όρους και εξαρτάται από την αποδοχή των συνδεδεμένων με αυτά μπλοκ προσφορών (τα οποία λαμβάνουν την ονομασία "γονικά μπλοκ προσφορών" ή "μπλοκ γονέα"). Υπάρχουν δύο τρόποι σύνδεσης της συγκεκριμένης κατηγορίας μπλοκ προσφορών με τα αντίστοιχα "γονικά μπλοκ": α) μέσω μίας γονικής σχέσης τύπου "πύργου" όπου κάθε μπλοκ γονέα μπορεί να έχει μέχρι μία συνδεδεμένη μπλοκ προσφορά (ο συγκεκριμένος τύπος γονικής σχέσης παρουσιάζεται στο Σχήμα 4-1), ή Σχήμα 4-1 Γονική σχέση σε μορφή "πύργου"

127 Κεφάλαιο 4 - Αναλυτική Μοντελοποίηση των Χρηματιστηρίων Ενέργειας και Επίλυση του Προβλήματος Διάσπασης της Αγοράς 113 Σχήμα 4-2 Παράλληλη γονική σχέση σε κάθε επίπεδο ιεραρχίας β) με πολλές παράλληλες γονικές σχέσεις σε κάθε επίπεδο ιεράρχησης (όπως φαίνεται στο Σχήμα 4-2). Οι εντολές αυτές είναι εμπορεύσιμες στο NPS, όπου επιτρέπεται από το ΛΑ η κατάθεση έως πέντε συνδεδεμένων μπλοκ προσφορών σε μορφή "πύργου" και έως δύο συνδεδεμένων προσφορών σε κάθε επίπεδο ιεράρχησης του παράλληλου σχηματισμού [40]. 4) Ευέλικτες ωριαίες προσφορές για παραγωγή και κατανάλωση ΗΕ: Οι συγκεκριμένες σύνθετες προσφορές αποτελούν εντολές "ολικής αποδοχής-ή-απόρριψης", ενώ η αποδοχή τους επιτρέπεται σε μία μόνο περίοδο εμπορίας (τυπικά σε περίοδο μίας ώρας) της ημέρας εκκαθάρισης της αγοράς. Ως αποτέλεσμα, οι ευέλικτες ωριαίες προσφορές παραγωγής/κατανάλωσης ΗΕ εκκαθαρίζονται συνήθως την ώρα με την υψηλότερη/χαμηλότερη ΤΕ. Οι εντολές αυτές είναι εμπορεύσιμες στο NPS. 5) Μετατρέψιμες μπλοκ προσφορές για παραγωγή ΗΕ: Οι εντολές αυτές είναι παρόμοιες με τις μπλοκ προσφορές για παραγωγή ΗΕ, με τη διαφορά ότι προσφέρουν στο ΛΑ τη δυνατότητα μετατροπής τους σε ωριαίες προσφορές όταν α) δεν εκκαθαρίζονται σαν μπλοκ προσφοράς κατά την επίλυση του προβλήματος εκκαθάρισης της αγοράς και β) έχει επιτευχθεί η ανώτατη δυνατή ΤΕ σε τουλάχιστον μία εκ των ωρών της χρονικής περιόδου κατά την οποία κατατίθεται η αντίστοιχη μετατρέψιμη μπλοκ προσφορά [120]. Ο κάθε συμμετέχον στην αγορά ΗΕ υποδεικνύει στο ΛΑ ποια εκ των κατατεθειμένων μπλοκ προσφορών του είναι μετατρέψιμη, και στην περίπτωση αυτή δηλώνει επιπλέον την ωριαία τιμή της συγκεκριμένης

128 114 Κεφάλαιο 4 - Αναλυτική Μοντελοποίηση των Χρηματιστηρίων Ενέργειας και Επίλυση του Προβλήματος Διάσπασης της Αγοράς προσφοράς σε περίπτωση μετατροπής. Οι εντολές αυτές είναι εμπορεύσιμες στο NPS. Όπως αναφέρθηκε παραπάνω, οι σταθερές μπλοκ προσφορές για παραγωγή και κατανάλωση ΗΕ μοντελοποιούνται μέσω του ίδιου ακριβώς με τις καθοριζόμενες από το χρήστη μπλοκ προσφορές περιορισμού και ως εκ τούτου μόνο οι τελευταίες συμπεριλαμβάνονται στον προτεινόμενο μαθηματικό φορμαλισμό. Η δυνατότητα κατάθεσης σύνθετων προσφορών από τους συμμετέχοντες σε ένα ΧΕ περιπλέκει τη διαδικασία εκκαθάρισης της αγοράς ΗΕ. Εκτός από τις συνεχείς μεταβλητές που απαιτούνται για τη μοντελοποίηση των ωριαίων απλών προσφορών για παραγωγή και κατανάλωση ΗΕ, καθίσταται αναγκαία πλέον η εισαγωγή δυαδικών μεταβλητών στο πρόβλημα εκκαθάρισης της αγοράς ΗΕ, για τη μοντελοποίηση των αδιαίρετων περιορισμών "ολικής εκτέλεσης-ή-απόρριψης" των σύνθετων προσφορών. Η παραπάνω ιδιότητα οδηγεί στη διαμόρφωση ενός προβλήματος βελτιστοποίησης Μικτού Ακέραιου Γραμμικού Προγραμματισμού, το οποίο μπορεί να επιλυθεί με εμπορικούς επιλυτές [126]. Σύμφωνα με τα παραπάνω, το πρόβλημα εκκαθάρισης μίας περιοχής προσφορών a, η οποία είναι οργανωμένη ως ένα Χρηματιστήριο Ενέργειας, μπορεί να μοντελοποιηθεί ως ένα πρόβλημα μαθηματικής βελτιστοποίησης ως εξής: Min c c u u sell imp pur exp pt it pt et tt pp a ii a pp a ee a c bo p p abo p abb P BO P BB c lbo p p albo p albb fho p p a fho p a fhb cbo p pp a cbocbo pp a cho bb p P LBO P LBB c P FHO P FHB c u CHO u lbb p c u fhb p cho p (4.12) με περιορισμούς: inj n n PX pat qift qeft aa, t T ii nn ff ee nn ff a i a e (4.13) v v v v inj sell pur bo bb lbo lbb at pft pft pt pt pt pt pp a f F p pp a f F p pp a pp a pp a pp a p q q fho fho fhb fhb cbo cho cho Qp upt Qp upt pt Qp upt v (4.14) P P P P p a p a p a p a A PX a, t T

129 Κεφάλαιο 4 - Αναλυτική Μοντελοποίηση των Χρηματιστηρίων Ενέργειας και Επίλυση του Προβλήματος Διάσπασης της Αγοράς 115 ATC q q ATC nn, t T a', a n n a, a' nt eft ift nt ee a ff e ii a ff i (4.15) sell sell 0 q Q p, f t pft pft a p pur pur 0 q Q p, f t pft pft n n 0 q Q i, f n t ift ift a i n n 0 q Q e, f n t eft eft a e P F, T (4.16) P F, T (4.17) a p I F, N, T (4.18) E F, N, T (4.19) u r u lbo LBO p P (4.20) BO lbo bo p lbo, bo p, a bo u r u lbb LBB p P (4.21) BB lbb bb p lbb, bb p, a bb u r u lbo LBO, p P (4.22) LBO lbo lbo' p lbo, lbo' p a lbo' u r u lbb LBB, p P (4.23) LBB lbb lbb' p lbb, lbb' p a lbb' fho upt 1 fhofho, ppa, t T (4.24) T t fhb upt 1 fhbfhb, ppa, t T (4.25) T t όπου: c sell sell sell pt pft pft a ff p u P q pp, t T pur pur pur pt pft pft ff p P q pp, t T a (4.26) (4.27) c imp n n it ift ift a nn ffi P q i, t exp n n et eft eft a nn ffe I T (4.28) u P q ee, t T (4.29) bo p p p p p a bo bo bo bo bo c P Q T p T 1 u pp, bobo (4.30) bb p p p p p a bb bb bb bb bb u P Q T p T 1 u pp, bbbb (4.31)

130 116 Κεφάλαιο 4 - Αναλυτική Μοντελοποίηση των Χρηματιστηρίων Ενέργειας και Επίλυση του Προβλήματος Διάσπασης της Αγοράς lbo p p p p p a lbo lbo lbo lbo lbo c P Q T p T 1 u pp, lbolbo lbb p p p p p a lbb lbb lbb lbb lbb u P Q T p T 1 u pp, lbblbb (4.32) (4.33) c fho fho fho fho p p p pt a t u P Q u p, fho T fhb fhb fhb fhb p p p pt a t P Q u p, fhb T cbo p p p p p a P FHO (4.34) P FHB (4.35) cbo cbo cbo cbo cbo c P Q T p T 1 u pp, cbocbo (4.36) c cho cho cho cho p p p pt a t P Q u p, cho T fho fho fhb fhb cbo cho cho Qp upt Qp upt pt Qp upt P CHO (4.37) v v v v inj sell pur bo bb lbo lbb at pft pft pt pt pt pt pp a f F p pp a f F p pp a pp a pp a pp a p q q Η συνάρτηση v (4.38) P P P P p a p a p a p a A PX a, t co v pt υποδηλώνει την εκκαθαρισμένη ποσότητα της κατατεθειμένης από το συμμετέχοντα p σύνθετης προσφοράς co, την ώρα t του χρονικού ορίζοντα. Στην παρούσα διδακτορική διατριβή θεωρήθηκε ότι οι συμμετέχοντες καταθέτουν σύνθετες προσφορές ίδιας ποσότητας σε όλες τις ώρες του χρονικού ορίζοντα εκκαθάρισης της αγοράς. Για το λόγο αυτό, η συνάρτηση T co p, T co p και τιμή ίση με: co στις ώρες Tp, T όπου ο όρος το σημείο, ότι η co v pt λαμβάνει μηδενική τιμή στις ώρες εκτός του χρονικού διαστήματος v u Q Π pp, coco, t T (4.39) co p co co co co pt p p pt a, με: co co co pt p p Π U t T U t T pp, coco, t T (4.40) Ut εκφράζει τη μοναδιαία συνάρτηση βήματος. Θα πρέπει να τονιστεί σε αυτό co p co co v pt αποτελεί γραμμική συνάρτηση ως προς τη δυαδική μεταβλητή u pt, καθώς co pt το γινόμενο Q Π αποτελεί μία χρονικά μεταβαλλόμενη παράμετρο. Η αντικειμενική συνάρτηση του προβλήματος βελτιστοποίησης (4.12) περιλαμβάνει το συνολικό κόστος παραγωγής ΗΕ μείον το όφελος που προκύπτει από την αντίστοιχη κατανάλωση ΗΕ. Η ανωτέρω μαθηματική διατύπωση του προβλήματος εκκαθάρισης της a T

131 Κεφάλαιο 4 - Αναλυτική Μοντελοποίηση των Χρηματιστηρίων Ενέργειας και Επίλυση του Προβλήματος Διάσπασης της Αγοράς 117 αγοράς ισχύει και για τις δύο δυνατές περιπτώσεις ωριαίων προσφορών: 1) για προσφορές που κατατίθενται για κάθε μονάδα ξεχωριστά (όπως στην Ιταλία). Στην περίπτωση αυτή ο δείκτης p υποδηλώνει την μονάδα παραγωγής ΗΕ του κάθε συμμετέχοντα στην αγορά, και 2) για προσφορές χαρτοφυλακίου. Στην περίπτωση αυτή ο δείκτης p υποδηλώνει κάθε συμμετέχοντα στην αγορά. Οι εξισώσεις (4.13)-(4.15) είναι ταυτόσημες με τους περιορισμούς (4.2)-(4.4) του προβλήματος εκκαθάρισης της αγοράς που είναι οργανωμένη ως ΚΙ, αντίστοιχα. Οι περιορισμοί (4.16)-(4.19) εκφράζουν τη μέγιστη δυνατή εκκαθάριση των απλών ωριαίων προσφορών για παραγωγή, κατανάλωση, εισαγωγή και εξαγωγή ΗΕ, αντίστοιχα. Οι εξισώσεις (4.20)-(4.21) εκφράζουν τη σχέση μεταξύ των συνδεδεμένων και των γονικών σε αυτά σύνθετων μπλοκ προσφορών, ενώ οι περιορισμοί (4.22)-(4.23) χρησιμοποιούνται για τη μοντελοποίηση της γονικής σχέσης τύπου "πύργου" (Σχήμα 4-1). Οι εξισώσεις (4.24)-(4.25) αναγκάζουν την αποδοχή των ευέλικτων ωριαίων σύνθετων προσφορών σε μία το πολύ ώρα του χρονικού ορίζοντα εκκαθάρισης της αγοράς. Οι εξισώσεις (4.26)-(4.29) εκφράζουν τις συναρτήσεις κόστους και οφέλους των απλών ωριαίων προσφορών για παραγωγή, κατανάλωση, εισαγωγή και εξαγωγή ηλεκτρικής ενέργειας, αντίστοιχα, οι οποίες περιλαμβάνονται στην αντικειμενική συνάρτηση του προβλήματος και ορίζονται ως το γινόμενο των αντίστοιχων εκκαθαρισμένων ζευγών ποσοτήτων-τιμών. Επιπλέον, οι περιορισμοί (4.30)-(4.37) μοντελοποιούν τις συναρτήσεις κόστους και οφέλους των σύνθετων και σύνθετων ωριαίων προσφορών για παραγωγή και κατανάλωση ΗΕ, και οι οποίες περιλαμβάνονται στην αντικειμενική συνάρτηση του προβλήματος εκκαθάρισης της αγοράς (4.12). Στις εξισώσεις αυτές, η εκκαθαρισμένη ποσότητα " q " αντικαθίσταται από τη προσφερόμενη ποσότητα " Q ", καθώς οι σύνθετες προσφορές co και οι σύνθετες ωριαίες προσφορές hco αντιπροσωπεύουν εντολές "ολικής εκτέλεσης-ή-απόρριψης" Κεντρικό Ευρωπαϊκό Πρόβλημα Διάσπασης της Αγοράς Όπως περιγράφηκε αναλυτικά και στην παράγραφο 3.2.4, για την ενοποίηση των Ευρωπαϊκών αγορών ηλεκτρικής ενέργειας μέσω της διαδικασίας Διάσπασης της Αγοράς κρίνεται απαραίτητη η ύπαρξη ένας κεντρικού αλγορίθμου τιμολόγησης, ο οποίος θα καθορίζει από κοινού τις Τιμές Εκκαθάρισης, τις εκκαθαρισμένες ποσότητες συναλλαγών, καθώς επίσης και τις ροές ισχύος των διασυνδέσεων (για την υπολογισμένη Διαθέσιμη

132 118 Κεφάλαιο 4 - Αναλυτική Μοντελοποίηση των Χρηματιστηρίων Ενέργειας και Επίλυση του Προβλήματος Διάσπασης της Αγοράς Μεταφορική Ικανότητα (ΔΜΙ) της κάθε διασυνδετικής γραμμής), για κάθε μία από τις συζευγμένες αγορές ηλεκτρικής ενέργειας. Ένα "Κεντρικό Γραφείο Σύζευξης" ή ένας "Υπέρ-Λειτουργός της Αγοράς" (ΥΛΑ) καθίσταται υπεύθυνος για την κεντρική επίλυση του πανευρωπαϊκού προβλήματος Διάσπασης της Αγοράς. Το διαμορφωμένο πρόβλημα αποτελείται πρακτικά από το συνδυασμό των δύο προβλημάτων, που παρουσιάστηκαν στις παραγράφους και 4.2.2, και περιλαμβάνει το πλήρες σετ περιορισμών ενός Χρηματιστηρίου Ενέργειας και μίας Κοινοπραξίας Ισχύος, με τις διαφορές και τις επιπλέον προσθήκες όπως αυτές φαίνονται παρακάτω. Το κεντρικό μαθηματικό πρόβλημα βελτιστοποίησης μοντελοποιείται ως εξής: Min c u c u gen dem sell pur gt dt pt pt tt aa gg a dd a tt aa pp a pp a c u c u bo bb lbo lbb p p p p pp a bobo pp a bbbb pp a lbolbo pp a lbblbb cbo cho c u c c fho fhb aa p p p p pp a fhofho pp a fhbfh B pp a cbocbo pp a chocho (4.41) με περιορισμούς: (4.3), (4.5)-(4.8), (4.11) για τις περιοχές προσφορών a οι οποίες είναι οργανωμένες ως Κοινοπραξίες Ισχύος, και (4.14), (4.16)-(4.17), (4.20)-(4.27), (4.30)-(4.38) για τις περιοχές προσφορών a που είναι οργανωμένες ως Χρηματιστήρια Ενέργειας. Επιπλέον, στο ανωτέρω πρόβλημα βελτιστοποίησης θα πρέπει να προστεθούν οι εξισώσεις ροής ισχύος στις διασυνδετικές γραμμές, οι οποίες ενώνουν τις διάφορες περιοχές προσφορών τους Ευρωπαϊκού συστήματος ηλεκτρικής ενέργειας: flow a, ref inj a flow AC pnt PTDF nt pat Bn' pnt ' nn, t T aa n' DC N a (4.42) a', a flow a, a' nt nt nt, ATC p ATC n t N T (4.43) Η εξίσωση (4.41) εκφράζει την αντικειμενική συνάρτηση του ενιαίου πανευρωπαϊκού προβλήματος Διάσπασης των Αγορών και αποτελεί συνδυασμό των αντικειμενικών συναρτήσεων (4.1) και (4.12), αγνοώντας τις συναρτήσεις κόστους και οφέλους των εμπόρων ΗΕ στις διεθνείς διασυνδέσεις, μέσω των αποκτημένων ΦΔΜ. Θα πρέπει να σημειωθεί ότι η εξίσωση (4.42) ισχύει μόνο για τις διασυνδέσεις εναλλασσομένου ρεύματος (ΕΡ), δεδομένου ότι η ροή ισχύος των διασυνδετικών γραμμών συνεχούς ρεύματος (ΣΡ) μπορεί να ελεγχθεί

133 Κεφάλαιο 4 - Αναλυτική Μοντελοποίηση των Χρηματιστηρίων Ενέργειας και Επίλυση του Προβλήματος Διάσπασης της Αγοράς 119 άμεσα από τους αντίστοιχους Διαχειριστές του Συστήματος (ΔΣ). Όπως αναφέρθηκε και στην παράγραφο 3.2.3, το πανευρωπαϊκό ΣΗΕ χωρίζεται από τις υπάρχουσες διασυνδέσεις ΣΡ σε πέντε σύγχρονες περιοχές, δηλαδή, στην ηπειρωτική Ευρώπη, στο Nord Pool, στην Αγγλία, στην Ιρλανδία και στο νησί της Σαρδηνίας (Ιταλία). Ο ΥΛΑ θα πρέπει να ορίσει μία περιοχή αναφοράς (reference area), σε κάθε μία από τις σύγχρονες περιοχές s, έτσι ώστε να καταστεί δυνατός ο υπολογισμός των Συντελεστών Κατανομής Μεταφοράς Ισχύος (ΣΚΜΙ) που χρησιμοποιούνται στην εξίσωση (4.42). Οι ΣΚΜΙ υπολογίζονται χρησιμοποιώντας τις επιδεκτικότητες των διασυνδέσεων ΕΡ και των ενδοζωνικών γραμμών μεταφοράς [127]. Στην παρούσα υλοποίηση χρησιμοποιήθηκε ένας ενιαίος πίνακας αγωγιμοτήτων για το όλο το Ευρωπαϊκό σύστημα παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας, "γειώνοντας" μέσω μιας μεγάλης επιδεκτικότητας το ζυγό αναφοράς της κάθε σύγχρονης περιοχής s. Ο περιορισμός (4.3) ορίζει την Καθαρή Θέση μίας περιοχής προσφοράς a η οποία είναι οργανωμένη ως ΚΙ, ενώ ο αντίστοιχος περιορισμός (4.38) ισχύει για τα ΧΕ. Επιπλέον, στο ανωτέρω πρόβλημα μαθηματικής βελτιστοποίησης θα πρέπει να προστεθεί μία εξίσωση ισοζυγίου ισχύος για κάθε σύγχρονη περιοχή s, ως εξής: inj inj a flow st at n nt aas nn DC s 0, p p B p s t S T (4.44) Ο περιορισμός (4.43) αντικαθιστά τις εξισώσεις (4.4) και (4.15) στα υποπροβλήματα εκκαθάρισης των αγορών που είναι οργανωμένες ως Κοινοπραξίες Ισχύος και Χρηματιστήρια Ενέργειας αντίστοιχα, ενώ ο περιορισμός (4.44) αντικαθιστά τις εξισώσεις ισοζυγίου ισχύος (4.2) και (4.13). Θα πρέπει να σημειωθεί ότι οι ροές ισχύος DC nn s flow p nt των διασυνδετικών γραμμών ΣΡ (όπου ) αποτελούν ανεξάρτητες μεταβλητές απόφασης του προβλήματος βελτιστοποίησης και μοντελοποιούνται ως ίσες και αντίθετες εγχύσεις στις περιοχές προσφορών από τις οποίες εκκινούνε και καταλήγουνε τα άκρα τους. Λόγω της ύπαρξης μίας εξίσωση διατήρησης ισχύος σε κάθε μία από τις σύγχρονες περιοχές s, η Τιμή Εκκαθάρισης λ at της περιοχής προσφορών a τη χρονική περίοδο t, του χρονικού ορίζοντα εκκαθάρισης της αγοράς, υπολογίζεται σύμφωνα με την αναφορά [127] ως εξής: refs a, refs at t nt nt nt s n AC N λ λ PTDF μ μ aa, t T (4.45)

134 120 Κεφάλαιο 4 - Αναλυτική Μοντελοποίηση των Χρηματιστηρίων Ενέργειας και Επίλυση του Προβλήματος Διάσπασης της Αγοράς όπου ref λ s t είναι η τιμή του πολλαπλασιαστή Lagrange της εξίσωσης ισοζυγίου ισχύος (4.44) της σύγχρονης περιοχής s στην οποία ανήκει η περιοχή προσφοράς a, την περίοδο εμπορίας t. Ως αποτέλεσμα, η ποσότητα σύγχρονης περιοχής s, ενώ μ nt και μ nt ref λ s t υποδηλώνει την ΤΕ της περιοχής αναφοράς της είναι οι πολλαπλασιαστές Lagrange του υποσυνόλου των περιορισμών ροής ισχύος (4.43) των διασυνδετικών γραμμών ΕΡ. Ο υπολογισμός των δυικών (ή σκιωδών) τιμών (shadow prices) σε ένα πρόβλημα μικτού ακέραιου γραμμικού προγραμματισμού αποτελεί μια περιοχή με έντονο ερευνητικό ενδιαφέρον, δεδομένου ότι η οικονομική ερμηνεία των σκιωδών τιμών δεν είναι πάντοτε σαφής, σε αντίθεση με τις καλώς οριζόμενες ΤΕ που προκύπτουν από την επίλυση των απλών γραμμικών προβλημάτων βελτιστοποίησης. Το γεγονός αυτό οφείλεται στην παρουσία αδιαιρετοτήτων και μη-κοιλοτήτων στο πρόβλημα βελτιστοποίησης, λόγω των τεχνικών χαρακτηριστικών των μονάδων παραγωγής (όπως είναι οι περιορισμοί που μοντελοποιούν τις διαδικασίες εκκίνησης/σβέσης και τον ελάχιστο/μέγιστο χρόνο κράτησης των μονάδων παραγωγής) και της ύπαρξης σύνθετων προσφορών "ολικής εκτέλεσης-ή-απόρριψης". Οι αναφορές [132], [114] και [133] παρουσιάζουν πρόσφατες μελέτες σχετικές με τον υπολογισμό της μέσης σκιώδους τιμής της διαθεσιμότητας των ακέραιων πόρων, με τη ρητή τιμολόγηση των διακριτών δραστηριοτήτων και τον ορισμό μοναδικών σκιώδων τιμών, αντίστοιχα. Οι ΤΕ που παρουσιάζονται στα αποτελέσματά του παρόντος κεφαλαίου προκύπτουν από τις δυικές τιμές των εξισώσεων ισοζυγίου ισχύος (ανά σύγχρονη περιοχή s ) (4.44) και μέγιστης ροής ισχύος των διασυνδέσεων ΕΡ (4.43). Οι τιμές λαμβάνονται άμεσα από τον επιλυτή CPLEX [126], και υπολογίζονται μετά τη λύση του προβλήματος ΜΑΓΠ, αφού οι ακέραιες μεταβλητές λάβουν σταθερές τιμές και επιλυθεί ξανά η γραμμική μορφή του εξεταζόμενου μαθηματικού προβλήματος. Έτσι, οι τιμές αυτές ερμηνεύονται ως οι δυικές τιμές των γραμμικών περιορισμών του προβλήματος, δεδομένης μίας σταθερής και γνωστής κατάστασης των ακέραιων αποφάσεων πρώτης φάσης. Θα πρέπει να σημειωθεί ότι η προτεινόμενη μοντελοποίηση του προβλήματος Σύζευξης των Ευρωπαϊκών αγορών ΗΕ είναι απολύτως συμβατή με τη μέθοδο "Βασιζόμενη στη ροή Σύζευξη Αγορών" (flow-based market coupling), η οποία προτάθηκε από τον ETSO και τη EuroPEX κατά την 11 η συνεδρίαση του Φόρουμ της Φλωρεντίας, τον Σεπτέμβριο του 2004 [21].

135 Κεφάλαιο 4 - Αναλυτική Μοντελοποίηση των Χρηματιστηρίων Ενέργειας και Επίλυση του Προβλήματος Διάσπασης της Αγοράς Αλγόριθμοι Επίλυσης Στις προηγούμενες παραγράφους του παρόντος κεφαλαίου, παρουσιάστηκε μία κεντρική μοντελοποίηση του προβλήματος σύζευξης των Ευρωπαϊκών Αγορών ΗΕ μέσω της διαδικασίας Διάσπασης της Αγοράς. Στη συνέχεια, παρουσιάζεται ένας αλγόριθμος επίλυσης της προτεινόμενης μοντελοποίησης, ενώ η εφαρμογή του προτεινόμενου μοντέλου σε ένα σύστημα που προσομοιώνει το Ευρωπαϊκό ΣΗΕ παρέχει χρήσιμα συμπεράσματα σχετικά με τον τρόπο που θα πρέπει να οργανωθεί και να λειτουργήσει η επικείμενη Εσωτερική Αγορά Ηλεκτρικής Ενέργειας (ΕΑΗΕ) Παραδόξως Αποδεκτές/Απορριπτόμενες Προσφορές Κατά τη διαδικασία επίλυσης μίας αγοράς ΗΕ, η οποία είναι οργανωμένη ως ένα Χρηματιστήριο Ενέργειας με σύνθετες προσφορές, η εκκαθάριση των μπλοκ προσφορών δεν συνάδει σε ορισμένες περιπτώσεις με τις συνθήκες αποδοχής τους. Οι περιπτώσεις αυτές έχουν καταγραφεί στην υπάρχουσα βιβλιογραφία (αναφορές [9], [33], [36], [40], [109], [65], [66], [107], [115] και [134]) με τον όρο "Παραδόξως Αποδεκτές ή Απορριπτόμενες Προσφορές" (ΠΑ ή ΠΡ προσφορές ή Paradoxically Accepted or Rejected Orders - PAOs or PROs, αντιστοίχως). Κατά την εκκαθάριση ενός Χρηματιστηρίου Ενέργειας με σύνθετες προσφορές, μια σειρά από μπλοκ προσφορές μπορεί να απορριφθεί παραδόξως: η απόρριψη μίας μπλοκ προσφοράς παραγωγής ΗΕ μπορεί να οδηγήσει σε Τιμές Εκκαθάρισης, κατά τη διάρκεια του χρονικού ορίζοντα στον οποίο κατατίθεται η εξεταζόμενη προσφορά, με μέση τιμή υψηλότερη της τιμής της κατατεθειμένης σύνθετης προσφοράς. Αντιστοίχως, στην περίπτωση των Παραδόξως Αποδεκτών μπλοκ προσφορών, η εκκαθάριση μίας μπλοκ προσφοράς μπορεί να οδηγήσει σε μείωση των ΤΕ σε ορισμένες ώρες του ορίζοντα εκκαθάρισης της αγοράς (σε σύγκριση με την περίπτωση όπου ο ΛΑ απορρίπτει τη συγκεκριμένη μπλοκ προσφορά), αποτυγχάνοντας με τον τρόπο αυτό την ικανοποίηση της συνθήκης εκκαθάρισης της σύνθετης εντολής. Αντίστοιχες περιπτώσεις μπορεί να εμφανιστούν και στην περίπτωση των σύνθετων προσφορών για κατανάλωση ΗΕ. Η ύπαρξη Παραδόξως Αποδεκτών και Απορριπτόμενων προσφορών δημιουργεί προβλήματα στην εύρυθμη, ομαλή και διαφανή λειτουργία μίας αγοράς ΗΕ. Παρ' όλα αυτά, η παρουσία ΠΑ προσφορών στην τελική επίλυση του προβλήματος εκκαθάρισης της αγοράς θεωρείται πιο προβληματική σε σχέση με την ύπαρξη ΠΡ προσφορών, καθώς οδηγεί σε στρέβλωση των οικονομικών σημάτων. Το αποτέλεσμα αυτό οφείλεται στο ότι οι συμμετέχοντες που κατέθεσαν τις ΠΑ προσφορές αποκομίζουν αρνητικά οφέλη από τις

136 122 Κεφάλαιο 4 - Αναλυτική Μοντελοποίηση των Χρηματιστηρίων Ενέργειας και Επίλυση του Προβλήματος Διάσπασης της Αγοράς συγκεκριμένες συναλλαγές και με τον τρόπο αυτό παρέχονται αρνητικά κίνητρα για την παραμονή τους στην αγορά. Στην περίπτωση των ΠΡ προσφορών οι συνέπειες δεν είναι τόσο σοβαρές, καθώς οι συμμετέχοντες αντιμετωπίζουν ένα διαφυγόν κέρδος, αλλά μόνο σε θεωρητικό επίπεδο, καθώς το εξεταζόμενο πρόβλημα είναι μη-κυρτό και η εκκαθάριση μίας ΠΡ προσφοράς δε συνεπάγεται και την ταυτόχρονη ικανοποίηση των συνθηκών αποδοχής της [115] Υπάρχοντες Εμπορικοί Αλγόριθμοι Επίλυσης Ιστορικά, τα περισσότερα Ευρωπαϊκά Χρηματιστήρια Ενέργειας υιοθέτησαν ευρετικούς αλγόριθμους και επαναληπτικές μεθόδους για τον υπολογισμό των Τιμών Εκκαθάρισης των περιοχών προσφορών τους. Η βασική προσέγγιση για το πρόβλημα ενοποίησης των Ευρωπαϊκών αγορών ΗΕ που προτάθηκε από τη EuroPEX και τον ETSO χρησιμοποιεί μια παρόμοια επαναληπτική προσέγγιση μεταξύ των ΧΕ, προκειμένου να λύσει το πολλαπλών περιόδων πρόβλημα Σύζευξης των Αγορών ΗΕ. Το πρόβλημα αυτό έχει αντιμετωπιστεί από αρκετές εμπορικές εφαρμογές: 1) Τριμερής Σύζευξη Αγορών στο CWE (Trilateral Market Coupling - TLC): Όταν το πρόβλημα εκκαθάρισης της προ-ημερήσιας αγοράς ΗΕ περιλαμβάνει μπλοκ προσφορές, οι ωριαίες Καμπύλες Καθαρών Εξαγωγών (ΚΚΕ) καθίστανται μη-μονοτόνως αύξουσες [109], [33] και αλληλοεξαρτώμενες. Στο πλαίσιο σύζευξης των αγορών HE που συμμετέχουν στο TLC (Βέλγιο, Γαλλία και Ολλανδία), λαμβάνει χώρα μία επαναληπτική διαδικασία με σκοπό τη δημιουργία μονοτόνως αυξουσών ΚΚΕ, σε κάθε επανάληψη της οποίας ένας "Επιλογέας Μπλοκ Προσφορών" (block selector) προσδιορίζει το σύνολο των εκκαθαρισμένων σύνθετων προσφορών. Γνωρίζοντας το σύνολο των αποδεκτών και απορριπτόμενων μπλοκ προσφορών, καθίσταται ικανή η κατασκευή μονοτόνως αυξουσών ΚΚΕ, οι οποίες εισάγονται στη μονάδα συντονισμού για την σύζευξη των τριών συμμετεχόντων στο TLC ΧΕ [109]. Η επαναληπτική διαδικασία τερματίζεται όταν οι ωριαίες τιμές μεταξύ δύο διαδοχικών επαναλήψεων είναι οι ίδιες για όλες τις αγορές. Κατά τη διάρκεια της επαναληπτικής διαδικασίας, καθίσταται ολοένα και πιο δύσκολη η επαναεισαγωγή των Παραδόξως Απορριπτόμενων Προσφορών στο νικητήριο υποσύνολο, προς αποφυγή φαινομένων κυκλικών επαναλήψεων. Τελικά, στην περίπτωση που δεν έχει σταθεροποιηθεί ο αλγόριθμος βελτιστοποίησης μετά από έναν προκαθορισμένο αριθμό επαναλήψεων, η επανείσοδος των Παραδόξως Απορριπτόμενων Προσφορών στο νικητήριο υποσύνολο εμποδίζεται εντελώς,

137 Κεφάλαιο 4 - Αναλυτική Μοντελοποίηση των Χρηματιστηρίων Ενέργειας και Επίλυση του Προβλήματος Διάσπασης της Αγοράς 123 προκειμένου να οδηγηθεί σε σύγκλιση ο αλγόριθμος [109]. 2) Πενταμερής Σύζευξη Αγορών στο CWE (Pentalateral Market Coupling): Οι συμμετέχοντες στο CWE δημιούργησαν ένα εμπορικό πακέτο λογισμικού με την ονομασία "COSMOS" [36], το οποίο είναι υπεύθυνο για την επίλυση του προβλήματος Σύζευξης των Αγορών στην περιοχή αυτή. Το λογισμικό COSMOS χρησιμοποιεί έναν αλγόριθμο "διακλάδωσης και περιορισμού" (branch and bound) του χώρου λύσεων του προβλήματος βελτιστοποίησης, όπου αρχικά όλες οι μπλοκ προσφορές μπορούν να εκτελεστούν μερικώς, και σταδιακά κατά τη διάρκεια της επαναληπτικής διαδικασίας αναγκάζονται να γίνουν πλήρως αποδεκτές ή να απορριφθούν [36]. Κατά τη διάρκεια της επαναληπτικής διαδικασίας, το λογισμικό COSMOS απορρίπτει λύσεις οι οποίες εμφανίζουν ΠΑ προσφορές μεγάλων ποσοτήτων, οι οποίες είναι βαθιά "μέσα στα λεφτά" (δηλαδή, στην περίπτωση όπου η διαφορά μεταξύ της κατατεθειμένης τιμής και της μέσης τιμής των ωριαίων ΤΕ για το χρονικό διάστημα που κατατίθεται η συγκεκριμένη προσφορά είναι πολύ μεγάλη). Σε περίπτωση που ο αλγόριθμος δε συγκλίνει στη βέλτιστη λύση εντός του προκαθορισμένου χρονικού ορίου (δέκα λεπτά), το λογισμικό COSMOS αναφέρει την καλύτερη έως εκείνο το σημείο λύση, ακόμη και αν αυτή δεν αποτελεί μία πολύ καλή υπό-βέλτιστη λύση [36]. 3) Σύζευξη Αγοράς από την EMCC: Το Nord Pool Spot και η Γερμανική αγορά ΗΕ συνδέονται μεταξύ τους μέσω της λεγόμενης Προσωρινής Σφικτής Σύζευξης Αγορών μέσω Ποσοτήτων (Interim Tight Volume Coupling - ITVC), την οποία χειρίζεται η Ευρωπαϊκή Εταιρία Σύζευξης Αγορών (European Market Coupling Company - EMCC) [40]. Το τμήμα Πληροφορίας και Τεχνολογίας (EMCC IT-System) της συγκεκριμένης εταιρείας δημιούργησε ένα μαθηματικό μοντέλο για την εύρεση λύσης στο πρόβλημα σύζευξης των εξεταζόμενων αγορών ΗΕ. Το πρόβλημα βελτιστοποίησης επιλύεται μέσω μίας επαναληπτικής διαδικασίας για την αντιμετώπιση των ΠΑ και ΠΡ Προσφορών και για το χειρισμό των μετατρέψιμων μπλοκ προσφορών [40]. Ο αλγόριθμος περιλαμβάνει τα ακόλουθα στάδια: α) Το τετραγωνικό πρόβλημα προσεγγίζεται μέσω της επίλυσης ενός γραμμικοποιημένου προβλήματος ΜΑΓΠ, η λύση του οποίου χρησιμεύει ως προσέγγιση για την επιλογή των μπλοκ προσφορών. β) Χρησιμοποιώντας την επιλογή των μπλοκ προσφορών από το βήμα α), επιλύεται το τετραγωνικό πρόβλημα χωρίς να λαμβάνονται υπόψη οι περιορισμοί

138 124 Κεφάλαιο 4 - Αναλυτική Μοντελοποίηση των Χρηματιστηρίων Ενέργειας και Επίλυση του Προβλήματος Διάσπασης της Αγοράς που εισάγουν οι μπλοκ και οι ευέλικτες σύνθετες προσφορές. Στην περίπτωση που κάποια από τις μπλοκ και ευέλικτες σύνθετες προσφορές δεν είναι συμβατή με τις προκύπτουσες Τιμές Εκκαθάρισης, τότε οι συγκεκριμένες προσφορές απομακρύνονται από το πρόβλημα και αυτό επιλύεται ξανά. Η διαδικασία αυτή επαναλαμβάνεται έως ότου η τρέχουσα επιλογή μπλοκ και ευέλικτων προσφορών να είναι συμβατή με τις προκύπτουσες Τιμές Εκκαθάρισης. γ) Οι μέχρι τώρα αποκλειόμενες μπλοκ προσφορές επανεισάγονται στο πρόβλημα (μία-προς-μία) για να διαπιστωθεί εάν μέσω της συγκεκριμένης διαδικασίας είναι δυνατή η εύρεση καλύτερης λύσης στο πρόβλημα Σύζευξης των Αγορών. δ) Σε περίπτωση που ισχύουν οι συνθήκες που ενεργοποιούν τη μετατροπή μίας μπλοκ προσφοράς, αυτή μετατρέπεται σε ωριαίες προσφορές, οι οποίες προστίθενται στο αρχικό πρόβλημα. Η διαδικασία επαναλαμβάνεται εκκινώντας πάλι από το βήμα α). Κάθε συμφωνία Σύζευξης των Αγορών προϋποθέτει την ανάπτυξη αποτελεσματικών ευρετικών διαδικασιών εντός των επαναληπτικών αλγορίθμων, ικανών να παρέχουν τη βέλτιστη ή σχεδόν βέλτιστες λύσεις σε βιώσιμο υπολογιστικό χρόνο [135] Προτεινόμενος Αλγόριθμος Ο αλγόριθμος που εφαρμόζεται στις επόμενες παραγράφους της παρούσας διδακτορικής διατριβής για το χειρισμό των Παραδόξως Αποδεκτών/Απορριπτόμενων σύνθετων προσφορών αποτελεί ένα υβριδικό συνδυασμό των κανόνων που εφαρμόζονται στα Βόρειοευρωπαϊκά Χρηματιστήρια Ενέργειας, και στηρίζεται σε μια επαναληπτική διαδικασία, ως εξής: α) Αρχικά επιλύεται το πρόβλημα Διάσπασης των Αγορών (που μοντελοποιείται ως ένα πρόβλημα ΜΑΓΠ) και υπολογίζονται οι Τιμές Εκκαθάρισης για κάθε ώρα του ορίζοντα εμπορίας και για όλες τις περιοχές προσφορών. β) Η τιμή της κάθε κατατεθειμένης σύνθετης προσφοράς co και σύνθετης ωραίας προσφοράς hco συγκρίνεται με : i) Τη μέση Τιμή Εκκαθάρισης κατά το χρονικό διάστημα στο οποίο κατατίθεται η αντίστοιχη σύνθετη προσφορά. ii) Τη μέγιστη/ελάχιστη Τιμή Εκκαθάρισης της περιοχής προσφοράς a στην οποία κατατίθεται μία ωριαία σύνθετη προσφορά.

139 Κεφάλαιο 4 - Αναλυτική Μοντελοποίηση των Χρηματιστηρίων Ενέργειας και Επίλυση του Προβλήματος Διάσπασης της Αγοράς 125 γ) Ο αλγόριθμος προσδιορίζει την ύπαρξη α) Παραδόξως Αποδεκτών/Απορριπτόμενων Προσφορών και β) μετατρέψιμων μπλοκ προσφορών, οι οποίες είναι επιλέξιμες για μετατροπή. δ) Οι Παραδόξως Αποδεκτές/Απορριπτόμενες Προσφορές απομακρύνονται από το Βιβλίο Προσφορών, ενώ ταυτοχρόνως μετατρέπονται όλες οι σύνθετες προσφορές παραγωγής ΗΕ οι οποίες είναι επιλέξιμες για μετατροπή. ε) Σε περίπτωση ύπαρξης ΠΑ ή μετατρέψιμων μπλοκ προσφορών οι οποίες πρέπει να μετατραπούν, ο αλγόριθμος επιστρέφει στο βήμα α) και η επαναληπτική διαδικασία συνεχίζεται. Διαφορετικά, ο αλγόριθμος τερματίζει. Θα πρέπει να σημειωθεί ότι ο παραπάνω αλγόριθμος μοιάζει με τον επαναληπτικό αλγόριθμο που εφαρμόζεται από την EMCC, με την εξής διαφορά: Στην προτεινόμενη προσέγγιση χρησιμοποιείται μόνο μία επαναληπτική διαδικασία, σε αντίθεση με τον αλγόριθμο της EMCC, ο οποίος πραγματοποιεί μια εσωτερική επαναληπτική διαδικασία για το χειρισμό των ΠΑ και ΠΡ προσφορών [βήμα β)] και μια εξωτερική επανάληψη για το χειρισμό των μετατρέψιμων μπλοκ προσφορών [βήμα α) έως βήμα δ)]. Στην προτεινόμενη προσέγγιση χρησιμοποιείται μόνο μία επαναληπτική διαδικασία, η οποία χειρίζεται τόσο τις ΠΑ και ΠΡ προσφορές όσο και τα μετατρέψιμα μπλοκ προσφορών. Η μετατροπή των μετατρέψιμων μπλοκ προσφορών πραγματοποιείται μετά το πέρας της πρώτης επανάληψης της διαδικασίας επίλυσης του προβλήματος (και πριν από τη δεύτερη επανάληψη). Η προτεινόμενη επαναληπτική διαδικασία δεν αποτελεί τη μοναδική ή τη βέλτιστη προσέγγιση για το χειρισμό του προβλήματος αντιμετώπισης των ΠΑ/ΠΡ προσφορών. Οι Martin et al [66], για παράδειγμα, επιλύουν το μαθηματικό τους μοντέλο εφαρμόζοντας δύο διαφορετικές επαναληπτικές διαδικασίες, όπου σε κάθε επανάληψη του αλγορίθμου βελτιστοποίησης εισάγονται στο αρχικό πρόβλημα επιπλέον περιορισμοί, οι οποίοι απορρίπτουν τη λύση της προηγούμενης επανάληψης. Το μαθηματικό μοντέλο Διάσπασης της Αγοράς που παρουσιάστηκε αναλυτικά στην παράγραφο 4.2, μπορεί να επιλυθεί χρησιμοποιώντας οποιαδήποτε υπάρχουσα ή προτεινόμενη επαναληπτική διαδικασία. Η επαναληπτική διαδικασία που παρουσιάστηκε στην παρούσα παράγραφο χρησιμοποιήθηκε με μόνο σκοπό την εξέταση της δυνατότητας εύρεσης εφικτής λύσης και της βιωσιμότητας του προτεινόμενου μαθηματικού μοντέλου σύζευξης των Ευρωπαϊκών αγορών ΗΕ, στο οποίο μοντελοποιείται επακριβώς το ήδη υπάρχον ρυθμιστικό πλαίσιο των εξεταζόμενων αγορών ΗΕ. Τα αποτελέσματα των προσομοιώσεων που παρουσιάζονται στις επόμενες παραγράφους παρέχουν χρήσιμες πληροφορίες σχετικά με τη βιωσιμότητα της προτεινόμενης μεθόδου.

140 126 Κεφάλαιο 4 - Αναλυτική Μοντελοποίηση των Χρηματιστηρίων Ενέργειας και Επίλυση του Προβλήματος Διάσπασης της Αγοράς 4.4. Αποτελέσματα Σύστημα Εφαρμογής Ο ενιαίος κεντρικός αλγόριθμος εκκαθάρισης της Πανευρωπαϊκής αγοράς ΗΕ, θα πρέπει να είναι εύρωστος και αποτελεσματικός, καθώς το προς επίλυση μαθηματικό πρόβλημα αποτελείται από εκατοντάδες χιλιάδες μεταβλητές και εξισώσεις. Το προτεινόμενο μαθηματικό μοντέλο εκκαθάρισης της Ευρωπαϊκής αγοράς ΗΕ που παρουσιάζεται στο παρόν κεφάλαιο δοκιμάζεται στα όρια του, καθώς τα αυστηρά χρονικά περιθώρια που θέτουν οι Λειτουργοί των Αγορών για την εκκαθάριση της αγοράς επόμενης ημέρας δεν επιτρέπει την επίλυση του προβλήματος σε χρονικό διάστημα άνω της μίας ώρας. Προκειμένου να εξεταστεί η δυνατότητα επίλυσης του προβλήματος ΜΑΓΠ που παρουσιάστηκε στην παράγραφο 4.2, κατασκευάστηκε ένα ενδεικτικό σύστημα εφαρμογής το οποίο αποτελείται από 3 Κοινοπραξίες Ισχύος (Ελλάδα, Ιρλανδία και Πολωνία) και από 22 υφιστάμενα και μελλοντικά Ευρωπαϊκά Χρηματιστήρια Ενέργειας (Τσεχική Δημοκρατία, Αυστρία, Ελβετία, Γερμανία, Ολλανδία, Βέλγιο, Γαλλία, Ιβηρικό ΧΕ το οποίο περιλαμβάνει την Ισπανική και την Πορτογαλική αγορά ΗΕ, Ηνωμένο Βασίλειο, Αλβανία, ΠΓΔΜ, Βουλγαρία, Ρουμανία, Σερβία, Μαυροβούνιο, Βοσνία και Ερζεγοβίνη, Ουγγαρία, Σλοβακία, Κροατία, Σλοβενία, Ιταλία και Nordpool το οποίο εκκαθαρίζει τις αγορές ΗΕ της Δανίας, της Νορβηγίας, της Σουηδίας και της Φινλανδίας), αποτελούμενα από συνολικά 39 περιοχές προσφορών (δεδομένου ότι η Ιταλία, η Νορβηγία, η Δανία και η Σουηδία αποτελούνται από 6, 5, 2 και 4 περιοχές προσφορών, αντίστοιχα). Το μαθηματικό μοντέλο εκκαθάρισης των τριών ΚΙ περιλαμβάνει το σύνολο των τεχνικών και λειτουργικών περιορισμών των μονάδων παραγωγής ΗΕ καθώς επίσης και τις απαιτήσεις των αντίστοιχων ΣΗΕ σε επικουρικές υπηρεσίες, ενώ απλές και σύνθετες προσφορές για παραγωγή και κατανάλωση ΗΕ μοντελοποιούνται στα ΧΕ (σύνθετες προσφορές κατατίθενται στη Σουηδία, στη Νορβηγία, στη Δανία, στη Φινλανδία, στη Γαλλία, στο Βέλγιο, στην Ολλανδία, στη Γερμανία, στην Αυστρία και στην Ελβετία). Για τον έλεγχο της δυνατότητας επίλυσης του προτεινόμενου μαθηματικού μοντέλου δημιουργήθηκε μία "Βασική Περίπτωση" ως εξής: Το ελληνικό Σύστημα Ηλεκτρικής Ενέργειας αποτελείται από 37 θερμικές και 17 υδροηλεκτρικές σύμφωνα με τις αναφορές [118] και [119]. Το Ελληνικό ΣΗΕ χρησιμοποιήθηκε ως "πρότυπο" για τη μοντελοποίηση του αντίστοιχου Ιρλανδικού και Πολωνικού Συστήματος, προσαρμόζοντας ανάλογα το είδος και τον αριθμό των μονάδων παραγωγής, το φορτίο του συστήματος και των απαιτήσεων του συστήματος σε επικουρικές υπηρεσίες. Στις 39 περιοχές προσφορών των Χρηματιστήριων

141 Κεφάλαιο 4 - Αναλυτική Μοντελοποίηση των Χρηματιστηρίων Ενέργειας και Επίλυση του Προβλήματος Διάσπασης της Αγοράς 127 Ενέργειας μοντελοποιήθηκαν συνολικά 3,600 απλές ωριαίες προσφορές για παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας, ενώ η ζήτηση ηλεκτρικής ενέργειας θεωρήθηκε ελαστική σε όλες τις περιοχές προσφορών, με περίπου 50 προσφορές για κατανάλωση ΗΕ ανά περιοχή. Τέλος, μοντελοποιήθηκαν στις προαναφερθείσες περιοχές προσφορών, συνολικά 1,800 σύνθετες (μπλοκ και συνδεδεμένες μπλοκ) και ωριαίες σύνθετες (ευέλικτες) προσφορές παραγωγής και κατανάλωσης ΗΕ, καθώς επίσης και 40 μετατρέψιμες μπλοκ προσφορές. Η Διαθέσιμη Μεταφορική Ικανότητα των διασυνδετικών γραμμών της ηπειρωτικής Ευρώπης, του Nord Pool και των έξι περιοχών προσφοράς της Ιταλίας υπολογίστηκε βάσει των διαθέσιμων στο κοινό δεδομένων που παρέχονται από τον ENTSO-E [47], το Nord Pool Spot [32] και την TERNA [130], αντίστοιχα. Οι αναγκαίες για την κατασκευή του πίνακα Συντελεστών Κατανομής Μεταφοράς Ισχύος (ΣΚΜΙ) επιδεκτικότητες των γραμμών μεταφοράς ΕΡ στην ηπειρωτική Ευρώπη υπολογίστηκαν βάση ενός μοντέλου δικτύου που παρείχε στο Εργαστήριο ΣΗΕ του Αριστοτελείου Πανεπιστημίου Θεσσαλονίκης ο ENTSO-E, στο πλαίσιο μιας Σύμβασης Εμπιστευτικότητας (ΣΕ) δεδομένων. Θα πρέπει να σημειωθεί ότι στο προτεινόμενο μαθηματικό μοντέλο, κάθε διασυνδετική γραμμή μοντελοποιείται μέσω μίας "ισοδύναμης" διασύνδεσης μεταξύ των περιοχών υποβολής προσφορών, για λόγους απλότητας. Η αντίδραση της "ισοδύναμης" διασύνδεσης υπολογίστηκε ως η αντίδραση όλων των παράλληλων διασυνδετικών γραμμών, που συνδέουν τις αντίστοιχες περιοχές προσφορών. Η επέκταση του μοντέλου, έτσι ώστε αυτό να περιλαμβάνει πολλαπλές διασυνδέσεις μεταξύ των περιοχών προσφορών είναι απλή. Η ΔΜΙ ισχύος των διασυνδετικών γραμμών ΣΡ του Ευρωπαϊκού Συστήματος Ηλεκτρικής Ενέργειας παρουσιάζεται στον Πίνακα 4-1. Αντίστοιχα, οι διασυνδετικές γραμμές ΕΡ του Ευρωπαϊκού ΣΗΕ παρουσιάζονται μαζί με την αντίστοιχη ΔΜΙ ισχύος στον Πίνακα 4-2. ΠΙΝΑΚΑΣ 4-1 ΔΙΑΘΕΣΙΜΗ ΜΕΤΑΦΟΡΙΚΗ ΙΚΑΝΟΤΗΤΑ ΤΩΝ ΔΙΑΣΥΝΔΕΤΙΚΩΝ ΓΡΑΜΜΩΝ ΣΡ m-n ΔΜΙ m-n [MW] ΔΜΙ n-m [MW] m-n ΔΜΙ m-n [MW] ΔΜΙ n-m [MW] GR-IT1 00,500 00,500 DE-SE4 00,600 00,610 IT3-IT4 00,500 00,500 PL-SE4 00,000 00,600 FR-GB 02,000 02,000 DK1-SE3 00,740 00,680 GB-IE 00,450 00,080 DK1-DK2 00,590 00,600 NL-NO2 00,700 00,700 DK1-NO2 00,950 00,950 DE-DK2 00,600 00,585 SE3-FI 01,350 01,350

142 128 Κεφάλαιο 4 - Αναλυτική Μοντελοποίηση των Χρηματιστηρίων Ενέργειας και Επίλυση του Προβλήματος Διάσπασης της Αγοράς ΠΙΝΑΚΑΣ 4-2 ΔΙΑΘΕΣΙΜΗ ΜΕΤΑΦΟΡΙΚΗ ΙΚΑΝΟΤΗΤΑ ΤΩΝ ΔΙΑΣΥΝΔΕΤΙΚΩΝ ΓΡΑΜΜΩΝ ΕΡ m-n ΔMI m-n [MW] ΔΜΙ n-m [MW] m-n ΔΜΙ m-n [MW] ΔΜΙ n-m [MW] GR-AL 00,150 00,100 AT-CZ 00,600 01,000 GR-BG 00,500 00,550 CZ-PL 00,800 01,800 GR-MK 00,400 00,300 DE-PL 01,200 01,100 MK-BG 00,200 00,400 CZ-DE 02,300 00,800 AL-ME 00,200 00,200 AT-DE 02,000 02,200 AL-RS 00,210 00,210 CH-AT 01,200 00,470 MK-RS 00,400 00,500 CH-FR 01,100 03,200 BG-RS 00,450 00,300 CH-DE 03,500 01,500 BG-RO 00,600 00,600 DE-FR 03,200 02,700 RS-ME 00,450 00,400 DE-NL 03,850 03,000 RO-RS 00,700 00,500 NL-BE 02,400 02,400 ME-BA 00,400 00,400 BE-FR 02,300 03,400 RS-BA 00,450 00,350 DE-DK1 00,950 01,500 RS-HU 00,700 00,600 FR-ES 01,300 00,500 RO-HU 00,700 00,700 ES-PT 01,700 01,500 BA-HR 00,600 00,600 DK2-SE4 01,700 01,300 HU-HR 01,200 00,800 SE3-SE4 05,100 02,000 HU-SK 00,600 01,300 NO1-SE3 01,700 02,095 CZ-SK 02,200 01,200 NO1-NO2 01,700 02,000 PL-SK 00,600 00,500 NO2-NO5 00,250 00,200 HR-SI 01,000 01,000 NO1-NO5 00,350 00,700 IT6-SI 00,160 00,580 NO1-NO3 00,050 00,050 AT-SI 00,900 00,900 SE2-SE3 06,600 07,300 IT1-IT2 02,250 02,250 NO3-SE2 00,600 01,000 IT1-IT4 10,000 10,000 NO3-NO4 00,000 00,900 IT4-IT5 02,000 02,000 NO4-SE2 00,150 00,250 IT5-IT6 10,000 10,000 SE1-SE2 03,100 03,300 IT6-FR 00,995 02,575 NO4-SE1 00,650 00,450 IT6-CH 01,810 04,165 SE1-FI 01,415 01,185 IT6-AT 00,285 00, Αποτελέσματα Προσομοιώσεων Οι Τιμές Εκκαθάρισης επιλεγμένων Ευρωπαϊκών περιοχών προσφορών, όπως αυτές προκύπτουν από την επίλυση του προβλήματος βελτιστοποίησης, απεικονίζονται στο Σχήμα 4-3 για τη διάρκεια του χρονικού ορίζοντα εκκαθάρισης της αγοράς (οι ΤΕ των υπολοίπων

143 Κεφάλαιο 4 - Αναλυτική Μοντελοποίηση των Χρηματιστηρίων Ενέργειας και Επίλυση του Προβλήματος Διάσπασης της Αγοράς 129 περιοχών προσφορών του Ευρωπαϊκού ΣΗΕ έχουν παραλειφθεί για λόγους ευκρινέστερης παρουσίασης των αποτελεσμάτων), ενώ στο Σχήμα 4-4 παρουσιάζονται αναλυτικά οι ΤΕ και οι σκιώδεις τιμές των κορεσμένων διασυνδετικών γραμμών μεταφοράς εναλλασσομένου και συνεχούς ρεύματος για την ώρα 2 της ημέρας εμπορίας. Οι σκιώδεις τιμές που απεικονίζονται είναι οι δυικές μεταβλητές των εξισώσεων (4.43). Στο Σχήμα 4-4, ο διασυνδετικές γραμμές ΕΡ απεικονίζονται με μαύρο χρώμα, ενώ οι διασυνδέσεις ΣΡ παρουσιάζονται με πορτοκαλί γραμμές. Οι πράσινες διακεκομμένες γραμμές χωρίζουν τις 5 σύγχρονες περιοχές του Ευρωπαϊκού συστήματος ηλεκτρικής ενέργειας (ηπειρωτική Ευρώπη, Nord Pool, Σαρδηνία, Μεγάλη Βρετανία και Ιρλανδία). Όπως φαίνεται στο Σχήμα 4-4, σε περίπτωση που δύο περιοχές προσφορών συνδέονται ακτινικά μέσω μίας ακόρεστης διασυνδετικής γραμμής, τότε οι αντίστοιχες Τιμές Εκκαθάρισης είναι πανομοιότυπες. Το φαινόμενο αυτό παρατηρείται για παράδειγμα στη διασύνδεση Ισπανίας-Πορτογαλίας, όπου οι ΤΕ των δύο περιοχών είναι ίσες με /MWh. Σε περίπτωση, που η διασύνδεση είναι κορεσμένη, τότε οι Τιμές Εκκαθάρισης των ακτινικά συνδεδεμένων περιοχών προσφορών διαφέρουν μεταξύ τους και η διαφορά που παρατηρείται μεταξύ των δύο ΤΕ είναι ίση με την τιμή του πολλαπλασιαστή Lagrange της εξίσωσης (4.43), της εξεταζόμενης γραμμής μεταφοράς. Η περίπτωση αυτή εμφανίζεται στη διασύνδεση των περιοχών προσφορών IT4 και IT5, όπου η διαφορά των ΤΕ είναι ίση με /MWh, τιμή ίση με τον πολλαπλασιαστή Lagrange του περιορισμού μέγιστης ροής ισχύος της διασύνδεσης ΕΡ. Από την άλλη μεριά, στην περίπτωση του πυκνά διασυνδεδεμένου δικτύου, η ύπαρξη έστω και μίας κορεσμένης διασυνδετικής γραμμής οδηγεί στην εμφάνιση διαφορετικών Τιμών Εκκαθάρισης σε όλες τις διασυνδεδεμένες μέσω του κλειστού βρόχου περιοχές προσφορών [6], [127]. Σχήμα 4-3 Τιμές Εκκαθάρισης επιλεγμένων περιοχών προσφορών

144 130 Κεφάλαιο 4 - Αναλυτική Μοντελοποίηση των Χρηματιστηρίων Ενέργειας και Επίλυση του Προβλήματος Διάσπασης της Αγοράς Σχήμα 4-4 Τιμές Εκκαθάρισης και σκιώδης τιμές των κορεσμένων διασυνδέσεων την ώρα 2 Τα ανωτέρω αποτελέσματα είναι ανάλογα των αποτελεσμάτων που παρουσιάστηκαν στην παράγραφο της παρούσας διδακτορικής διατριβής. Ένα από τα σημαντικότερα προβλήματα που εμφανίζονται κατά τη διαδικασία εκκαθάρισης των Χρηματιστήρια Ενέργειας με σύνθετες προσφορές είναι η ύπαρξη Παραδόξως Αποδεκτών/Απορριπτόμενων (ΠΑ/ΠΡ) προσφορών [9], [36], [40], [115]. Για την αποκρυπτογράφηση αυτών των παραδόξων, το πρόβλημα βελτιστοποίησης επιλύεται ξανά, θέτοντας την κατάσταση των προηγουμένως ΠΑ και ΠΡ προσφορών στη "λογική" τιμή τους (οι ΠΑ προσφορές απορρίπτονται και οι ΠΡΠ εκκαθαρίζονται). Στη Βασική Περίπτωση και για κριτήριο σύγκλισης του αλγορίθμου ίσο με 10-7, εμφανίζονται πέντε ΠΑ/ΠΡ προσφορές, οι οποίες συνοψίζονται στον Πίνακα 4-3. Η Τιμή Εκκαθάρισης που παρουσιάζεται

145 Κεφάλαιο 4 - Αναλυτική Μοντελοποίηση των Χρηματιστηρίων Ενέργειας και Επίλυση του Προβλήματος Διάσπασης της Αγοράς 131 ΠΙΝΑΚΑΣ 4-3 ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ ΤΩΝ ΣΥΝΘΕΤΩΝ ΠΡΟΣΦΟΡΩΝ Προσφορά Κατάσταση Τιμή Προσφοράς [ /MWh] Τιμή Εκκαθάρισης (1η Επίλυση) [ /MWh] Τιμή Εκκαθάρισης (2η Επίλυση) [ /MWh] Κριτήριο Σύγκλισης 10-7 BO62 ΠΡ BB41 ΠΑ LBB220 ΠΑ FBO132 ΠΡ FBB222 ΠΡ στις δύο τελευταίες στήλες του Πίνακα 4-3 αναφέρεται στη μέση εκκαθαρισμένη τιμή των σύνθετων προσφορών καθώς επίσης και στη μέγιστη/ελάχιστη εκκαθαρισμένη τιμή των σύνθετων ωραίων προσφορών για παραγωγή και κατανάλωση ΗΕ. Η περίπτωση της ΠΑ μπλοκ προσφοράς παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας BO62 (υποβάλλεται στη δεύτερη περιοχή προσφορών της Νορβηγίας NO2) αναλύεται περαιτέρω ως ακολούθως: Στην περίπτωση αυτή, η προαναφερθείσα μπλοκ προσφορά απορρίπτεται παρ' όλο που η μέση ΤΕ στην περιοχή NO2 κατά τις ώρες που κατατίθεται η συγκεκριμένη προσφορά είναι ίση με /MWh, μεγαλύτερη δηλαδή κατά /MWh από την κατατεθειμένη τιμή ( /MWh). Εάν το πρόβλημα βελτιστοποίησης επιλυθεί ξανά, ωθώντας την εκκαθάριση της συγκεκριμένης προσφοράς, το συνολικό κοινωνικό όφελος μειώνεται ελαφρώς (σε σχέση με τη Βασική Περίπτωση), και η μέση ΤΕ στις εξεταζόμενες ώρες γίνεται ίση με /MWh, η οποία οδηγεί επίσης σε παράδοξη κατάσταση (η μέση ΤΕ είναι μικρότερη από την τιμή της πλέον εκκαθαρισμένης προσφοράς). Ως αποτέλεσμα, η απόρριψη της συγκεκριμένης μπλοκ προσφοράς, παρ' όλο που χαρακτηρίζεται ως οικονομικό παράδοξο, είναι σωστή και οδηγεί ουσιαστικά στη μεγιστοποίηση του κοινωνικού οφέλους. Ωστόσο, σε τέτοιες περιπτώσεις, οι ΠΑ μπλοκ προσφορές για παραγωγή και κατανάλωση ηλεκτρικής ενέργειας απορρίπτονται στην τελική επίλυση του προβλήματος (σύμφωνα με τον αλγόριθμο που παρουσιάστηκε στην παράγραφο 4.3.3), σε συμμόρφωση με τους ήδη υπάρχοντες κανόνες των Ευρωπαϊκών ΧΕ. Τα προαναφερθέντα αποτελέσματα παρουσιάζονται αναλυτικά στον Πίνακα 4-3, μαζί με τις υπόλοιπες τέσσερις Παραδόξως Αποδεκτές/Απορριπτόμενες περιπτώσεις, για κριτήριο σύγκλισης ίσο με Θα πρέπει να σημειωθεί ότι για υψηλότερες τιμές του κριτηρίου σύγκλισης, η διαφορά στο συνολικό κόστος επίλυσης μεταξύ των δύο εξεταζόμενων περιπτώσεων (αναγκάζοντας δηλαδή τις Παραδόξως Αποδεκτές και Απορριπτόμενες

146 132 Κεφάλαιο 4 - Αναλυτική Μοντελοποίηση των Χρηματιστηρίων Ενέργειας και Επίλυση του Προβλήματος Διάσπασης της Αγοράς προσφορές να "απορριφθούν" και να "εκκαθαριστούν" αντίστοιχα) μπορεί να είναι εντός του ορίου ανοχής του κριτηρίου σύγκλισης, οπότε τα αποτελέσματα που προκύπτουν δεν μπορούν να θεωρηθούν ως βάση για υγιή συμπεράσματα. Θα πρέπει να σημειωθεί, ότι ο όρος "κριτήριο σύγκλισης" που χρησιμοποιείται στο παρόν κεφάλαιο αντιστοιχεί στο σχετικό κριτήριο σύγκλισης του αλγόριθμου διακλάδωσης και αποκοπής (branch-and-cut) που χρησιμοποιείται για την επίλυση προβλημάτων ΜΑΓΠ; ο επιλύτης CPLEX σταματά όταν η διαφορά μεταξύ της αντικειμενικής συνάρτησης της καλύτερης δυνατής λύσης του χαλαρωμένου ακέραιου προβλήματος και της αντικειμενικής συνάρτησης της τρέχουσας καλύτερης εφικτής ακέραιης λύσης, διαιρούμενη με την τελευταία, είναι μικρότερη από το κριτήριο σύγκλισης [126]. Θα πρέπει επίσης να σημειωθεί ότι στην περίπτωση των συνδεδεμένων μπλοκ εντολών, υπάρχει η πιθανότητα μια συνδεδεμένη μπλοκ προσφορά να είναι "μέσα στα λεφτά", ακόμα και αν ο γονέας έχει απορριφθεί. Το γεγονός αυτό μπορεί να λάβει χώρα, δεδομένου ότι κατά κανόνα οι δύο παραγγελίες κατατίθενται εν γένει σε διαφορετικές ώρες της ημέρας εμπορίας και, ως εκ τούτου, υπόκεινται σε διαφορετικές μέσες Τιμές Εκκαθάρισης. Στην περίπτωση αυτή, ο προτεινόμενος αλγόριθμος σύζευξης των Ευρωπαϊκών αγορών ΗΕ δε χαρακτηρίζει τη συνδεδεμένη μπλοκ προσφορά ως Παραδόξως Απορριπτόμενη, λόγω του γεγονότος ότι η αποδοχή μίας συνδεδεμένης μπλοκ εντολής εξαρτάται από την κατάσταση του γονέα, σύμφωνα με τις εξισώσεις (4.20)-(4.21) και (4.22)-(4.23) Αποτελέσματα Διατήρησης της Κατάστασης των Σύνθετων Προσφορών Θέτοντας την κατάσταση των Παραδόξως Αποδεκτών/Απορριπτόμενων προσφορών ίση με μηδέν κατά τη διάρκεια των επαναλήψεων του προτεινόμενου αλγορίθμου εκκαθάρισης της αγοράς, οι εν λόγω προσφορές πρακτικά απομακρύνονται από το Βιβλίο Προσφορών, και το πρόβλημα επιλύεται σαν να μην είχαν κατατεθεί αρχικώς. Αυτή η απομάκρυνση από το Βιβλίο Προσφορών, θα μπορούσε να οδηγήσει σε μη εφικτές λύσεις του προβλήματος βελτιστοποίησης μόνο στην περίπτωση αφαίρεσης ενός μεγάλου αριθμού προσφορών. Από τη στιγμή που οι ΠΑ/ΠΡ εντολές εμφανίζονται μόνο όταν η υποβληθείσα τιμή προσφοράς είναι πολύ κοντά στην εξεταζόμενη μέση ή μέγιστη/ελάχιστη τιμή (για σύνθετες ή ωριαία σύνθετες εντολές, αντίστοιχα), είναι εξαιρετικά απίθανο να εμφανιστεί μια τέτοια περίπτωση. Οι εκτεταμένες δοκιμές στις οποίες υποβλήθηκε ο προτεινόμενος αλγόριθμος εκκαθάρισης της αγοράς απέδειξαν ότι σε κάθε επανάληψη του αλγορίθμου, εμφανίζονται κατά μέσο όρο όχι περισσότερες από πέντε ΠΑ/ΠΡ προσφορές.

147 Κεφάλαιο 4 - Αναλυτική Μοντελοποίηση των Χρηματιστηρίων Ενέργειας και Επίλυση του Προβλήματος Διάσπασης της Αγοράς 133 Επιπλέον, ένα τέτοιο πρόβλημα δεν έχει εμφανιστεί ακόμα στον αλγόριθμο Σφιχτής Σύζευξης Αγορών μέσω Ποσοτήτων που χρησιμοποιείται από την EMCC [136], όπου μια παρόμοια επαναληπτική διαδικασία χρησιμοποιείται για το χειρισμό των ΠΑ/ΠΡ εντολών [40]. Το ίδιο συμπέρασμα ισχύει και για τη διαδικασία Σύζευξης Αγορών μέσω Τιμών που εφαρμόζεται στη CWE Υπολογιστικός Φόρτος και Θέματα Σύγκλισης του Αλγορίθμου - Απόδειξη της Έννοιας Η μοντελοποίηση του προβλήματος βελτιστοποίησης υλοποιήθηκε στο ειδικό περιβάλλον γενικής αλγεβρικής μοντελοποίησης και επίλυσης προβλημάτων μαθηματικής βελτιστοποίησης GAMS (Generic Algebraic Modeling System), ενώ το σύνολο των δοκιμών προσομοίωσης πραγματοποιήθηκε σε προσωπικό υπολογιστή με επεξεργαστή Intel Quad Core i7 στα 3,2 GHz και με 24 GB μνήμης RAM. Το εξεταζόμενο πρόβλημα ΜΑΓΠ, περιλαμβάνει στη Βασική Περίπτωση 589,317 συνεχείς και 50,051 δυαδικές μεταβλητές, ενώ ο συνολικός αριθμός των εξισώσεων είναι ίσος με 1,118,700 (10-7 πυκνότητα). Το κριτήριο σύγκλισης στη Βασική Περίπτωση έχει οριστεί σε 10-7, ενώ ο συνολικός χρόνος εκτέλεσης είναι ίσος με 668 δευτερόλεπτα. Ο αλγόριθμος τερματίζει σε δύο επαναλήψεις, γεγονός που μεταφράζεται σε μέσο χρόνο εκτέλεσης ίσο με 334 δευτερόλεπτα ανά επανάληψη. Ο μέσος χρόνος εκτέλεσης που απαιτείται για την εύρεση της βέλτιστης λύσης κάτω από διαφορετικά κριτήρια σύγκλισης απεικονίζεται στο Σχήμα 4-5. Όπως φαίνεται και από το προαναφερθέν σχήμα, ο μέσος χρόνος εκτέλεσης δεν ξεπερνάει τα 2 λεπτά όταν επιλεγεί κριτήριο σύγκλισης μεγαλύτερο του Σχήμα 4-5 Μέσος χρόνος εκτέλεσης για διαφορετικά κριτήρια σύγκλισης του αλγορίθμου

148 134 Κεφάλαιο 4 - Αναλυτική Μοντελοποίηση των Χρηματιστηρίων Ενέργειας και Επίλυση του Προβλήματος Διάσπασης της Αγοράς Επιπλέον, πραγματοποιήθηκε μία εκτεταμένη ανάλυση με σκοπό την αξιολόγηση της επίδρασης του συνολικού αριθμού των σύνθετων προσφορών παραγωγής και κατανάλωσης ΗΕ στο μέσο χρόνο εκτέλεσης του αλγορίθμου. Οι τέσσερις περιπτώσεις που εξετάστηκαν είναι οι εξής: α) Περίπτωση Α: Αύξηση του αριθμού των μπλοκ προσφορών β) Περίπτωση Β: Αύξηση του αριθμού των ευέλικτων μπλοκ προσφορών γ) Περίπτωση Γ: Αύξηση του αριθμού των συνδεδεμένων μπλοκ προσφορών (γονική σχέση σε μορφή πύργου) δ) Περίπτωση Δ: Αύξηση του αριθμού των συνδεδεμένων μπλοκ προσφορών (παράλληλη γονική σχέση) Τα Σχήματα 4-6 έως 4-9 απεικονίζουν τους μέσους χρόνους εκτέλεσης που προκύπτουν από την επίλυση των αντίστοιχων προβλημάτων βελτιστοποίησης. Ο συνολικός αριθμός των τριών διαφορετικών κατηγοριών σύνθετων προσφορών αυξάνεται κατά 300 σε κάθε επίλυση του αλγορίθμου και οι προσομοιώσεις επαναλαμβάνονται για πέντε επίπεδα κριτηρίων σύγκλισης (από 10-3 έως 10-7 ). Θα πρέπει να σημειωθεί ότι παρόμοια ανάλυση δεν πραγματοποιήθηκε για την περίπτωση των μετατρέψιμων μπλοκ προσφορών, καθώς ο χειρισμός τους (όσον αφορά τον υπολογιστικό φόρτο που αυτά επιφέρουν στο πρόβλημα βελτιστοποίησης) είναι ίδιος με αυτόν των μπλοκ προσφορών. Σχήμα 4-6 Μέσος χρόνος εκτέλεσης σαν συνάρτηση του συνολικού αριθμού μπλοκ προσφορών (Περίπτωση Α), για κριτήριο σύγκλισης ίσο με 10 -x

149 Κεφάλαιο 4 - Αναλυτική Μοντελοποίηση των Χρηματιστηρίων Ενέργειας και Επίλυση του Προβλήματος Διάσπασης της Αγοράς 135 Σχήμα 4-7 Μέσος χρόνος εκτέλεσης σαν συνάρτηση του συνολικού αριθμού ευέλικτων προσφορών (Περίπτωση B), για κριτήριο σύγκλισης ίσο με 10 -x Σχήμα 4-8 Μέσος χρόνος εκτέλεσης σαν συνάρτηση του συνολικού αριθμού συνδεδεμένων μπλοκ προσφορών - Γονική σχέση σε μορφή πύργου (Περίπτωση Γ), για κριτήριο σύγκλισης ίσο με 10 -x Στα Σχήματα 4-6 έως 4-9 φαίνεται ότι ο μέσος χρόνος εκτέλεσης για κριτήριο σύγκλισης ίσο με 10-3 και 10-4 είναι σχεδόν ο ίδιος σε όλες τις περιπτώσεις, ενώ ο αντίστοιχος χρόνος επίλυσης για κριτήριο σύγκλισης ίσο με 10-6 και 10-7 είναι υψηλότερος σε σχέση με αυτόν που επιτυγχάνεται για κριτήριο σύγκλισης ίσο με Στην Περίπτωση Β και για κριτήριο σύγκλισης ίσο με 10-7 δεν κατέστη δυνατή η εύρεση βέλτιστης λύσης μέσα στο μέγιστο δυνατό χρονικό διάστημα (1 ώρα), όταν ο συνολικός αριθμός των ευέλικτων σύνθετων ωριαίων προσφορών υπερβαίνει τις 600. Το γεγονός αυτό οφείλεται στο μεγάλο αριθμό δυα-

150 136 Κεφάλαιο 4 - Αναλυτική Μοντελοποίηση των Χρηματιστηρίων Ενέργειας και Επίλυση του Προβλήματος Διάσπασης της Αγοράς Σχήμα 4-9 Μέσος χρόνος εκτέλεσης σαν συνάρτηση του συνολικού αριθμού συνδεδεμένων μπλοκ προσφορών - Παράλληλη γονική σχέση (Περίπτωση Δ), για κριτήριο σύγκλισης ίσο με 10 -x δικών μεταβλητών που χρειάζονται για τη μοντελοποίηση του συγκεκριμένου τύπου ωριαίων σύνθετων προσφορών (απαιτείται ο ορισμός 24 διακριτών μεταβλητών για κάθε μία εκ των ευέλικτων προσφορών). Επιπλέον, ο μέσος χρόνος επίλυσης μπορεί να πλησιάσει τα 24 λεπτά για κριτήριο σύγκλισης ίσο με Το γεγονός αυτό εξηγεί επίσης τη ραγδαία αύξηση του μέσου χρόνου εκτέλεσης του αλγορίθμου, όπως αυτός παρουσιάζεται στο Σχήμα 4-7 για την Περίπτωση Β, σε σχέση με τις περιπτώσεις Α, Γ και Δ. Η αύξηση αυτή μπορεί να εμποδίσει την εύρεση της βέλτιστης λύσης, όταν ο αριθμός των απαιτούμενων επαναλήψεων υπερβαίνει τις δύο, καθώς ο συνολικός χρόνος εκτέλεσης μπορεί να ξεπεράσει τη 1 ώρα (το συγκεκριμένο χρονικό διάστημα τέθηκε για τις ανάγκες των προσομοιώσεων ως το μέγιστο χρονικό όριο τερματισμού του επαναληπτικού αλγορίθμου). Σε όλες τις άλλες περιπτώσεις, ο μέσος χρόνος εκτέλεσης είναι ίσος με 4-8 λεπτά για κριτήριο σύγκλισης το οποίο βρίσκεται στο διάστημα και με 1-2 λεπτά για κριτήριο σύγκλισης ίσο με 10-3 και Στον Πίνακα 4-4 παρουσιάζεται ο συνολικός αριθμός των επαναλήψεων που απαιτείται σε κάθε μία από τις εξεταζόμενες περιπτώσεις για την ολοκληρωμένη επίλυση του αλγορίθμου σύζευξης της Ευρωπαϊκής αγοράς ηλεκτρικής ενέργειας. Όπως φαίνεται από τον παραπάνω πίνακα, στις περισσότερες περιπτώσεις ο προτεινόμενος αλγόριθμος εκκαθάρισης της αγοράς συγκλίνει σε περίπου 3-4 επαναλήψεις, γεγονός το οποίο σε συνδυασμό με τους μέσους χρόνους εκτέλεσης, όπως αυτοί παρουσιάζονται στα Σχήματα 4-6, 4-8 και 4-9, οδηγεί σε συνολικούς χρόνους εκτέλεσης μικρότερους των 45 λεπτών για τις Περιπτώσεις Α, Γ και Δ.

151 Συνολικός Αριθμός Σύνθετων και Ωριαίων Σύνθετων Προσφορών Κεφάλαιο 4 - Αναλυτική Μοντελοποίηση των Χρηματιστηρίων Ενέργειας και Επίλυση του Προβλήματος Διάσπασης της Αγοράς 137 ΠΙΝΑΚΑΣ 4-4 ΣΥΝΟΛΙΚΟΣ ΑΠΑΙΤΟΥΜΕΝΟΣ ΑΡΙΘΜΟΣ ΕΠΑΝΑΛΗΨΕΩΝ ΓΙΑ ΤΙΣ ΠΕΡΙΠΤΩΣΕΙΣ Α/Β/Γ/Δ Κριτήριο Σύγκλισης /2/2/2 2/3/2/2 2/2/2/2 2/1/2/2 2/1/2/ /0/2/2 2/3/2/2 2/3/2/2 2/3/2/2 2/3/2/2 1,200 2/0/3/3 3/2/5/3 2/2/4/3 2/2/5/3 2/2/5/3 1,500 2/0/2/2 2/2/2/3 2/2/2/2 3/3/2/2 3/3/2/2 1,800 6/0/2/2 4/1/2/2 6/1/2/2 5/1/2/2 5/1/2/2 2,100 4/0/3/3 3/2/3/3 5/2/3/4 3/3/3/3 3/1/3/3 2,400 4/0/2/4 4/2/3/4 2/2/2/2 4/3/3/5 4/3/3/5 2,700 3/0/3/3 4/1/3/4 5/1/3/4 5/1/2/6 5/1/2/6 3,000 5/0/2/3 4/1/2/3 4/2/2/3 5/2/2/5 5/2/2/5 3,300 6/0/3/3 5/2/3/3 7/2/3/2 5/2/2/3 5/2/2/3 3,600 4/0/4/4 4/2/3/7 6/3/4/7 4/1/3/6 4/1/3/6 Σχήμα 4-10 Μέσος χρόνος εκτέλεσης σαν συνάρτηση του συνολικού αριθμού όλων των σύνθετων προσφορών (Περίπτωση Ε), για κριτήριο σύγκλισης ίσο με 10 -x Εκτός από τις εξεταζόμενες Περιπτώσεις Α-Δ, δημιουργήθηκε μία ακόμα δοκιμαστική περίπτωση, όπου ο συνολικός αριθμός όλων των ειδών σύνθετων και ωριαίων σύνθετων προσφορών αυξάνεται ταυτόχρονα κατά 300 (Περίπτωση Ε). Η παραπάνω ανάλυση πραγματοποιήθηκε λαμβάνοντας υπ' όψιν το προκαθορισμένο μέγιστο επιτρεπτό χρονικό διάστημα εκτέλεσης του προβλήματος Σύζευξης των προ-ημερήσιων Ευρωπαϊκών αγορών ΗΕ και το οποίο, όπως έχει ήδη αναφερθεί, ισούται με μία ώρα στην παρούσα μελέτη. Στο Σχήμα 4-10 απεικονίζεται ο μέσος χρόνος εκτέλεσης του προβλήματος ως συνάρτηση του συνολικού αριθμού των εξεταζόμενων σύνθετων εντολών; αποτελέσματα τα οποία οδηγούν σε συνολι-

152 138 Κεφάλαιο 4 - Αναλυτική Μοντελοποίηση των Χρηματιστηρίων Ενέργειας και Επίλυση του Προβλήματος Διάσπασης της Αγοράς Σχήμα 4-11 Αριθμός απαιτούμενων επαναλήψεων σαν συνάρτηση του συνολικού αριθμού όλων των σύνθετων προσφορών (Περίπτωση E), για κριτήριο σύγκλισης ίσο με 10 -x κούς χρόνους επίλυσης μεγαλύτερους της μιας ώρας δεν απεικονίζονται στο Σχήμα Όπως φαίνεται, ο χρόνος επίλυσης αυξάνεται με την εισαγωγή μεγαλύτερου αριθμού σύνθετων εντολών στο πρόβλημα βελτιστοποίησης. Ο αριθμός των απαιτούμενων επαναλήψεων για τη σύγκλιση του αλγορίθμου στην εξεταζόμενη Περίπτωση Ε απεικονίζεται στο Σχήμα Όπως φαίνεται και από τα παραπάνω σχήματα, η επίδραση των ευέλικτων ωριαίων προσφορών είναι ανάλογη με εκείνη της Περίπτωσης Β, καθώς ο αλγόριθμος αδυνατεί να τερματίσει εντός του μέγιστου χρονικού διαστήματος της μίας ώρας, όταν εισάγονται στο πρόβλημα βελτιστοποίησης περισσότερες των 600 σύνθετων προσφορών και για κριτήριο σύγκλισης ίσο με Εάν ο αριθμός των διαθέσιμων ευέλικτων ωριαίων προσφορών μειωθεί, ο αλγόριθμος θα είναι πιθανώς σε θέση να συγκλίνει για το προαναφερθέν κριτήριο σύγκλισης ακόμη και για περισσότερες από 1,500 μπλοκ και συνδεδεμένες μπλοκ προσφορές. Λαμβάνοντας υπόψη το γεγονός, ότι οι συγκεκριμένες σύνθετες εντολές χρησιμοποιούνται από τους διαχειριστές των χαρτοφυλακίων για τη δέσμευση των μονάδων παραγωγής τους, και θεωρώντας ότι για τη δέσμευση και τη λειτουργία μίας μονάδας παραγωγής απαιτούνται μία μπλοκ και μία συνδεδεμένη μπλοκ προσφορά, τότε 1,500 εντολές από τα προαναφερθέντα ήδη προσφορών είναι αρκετές για να καλύψουν τις ανάγκες των διαχειριστών χαρτοφυλακίων σε πανευρωπαϊκό επίπεδο. Σε περίπτωση που ακόμα και αυτός ο αριθμός είναι ανεπαρκής, προηγμένες υπολογιστικές μονάδες (workstations) θα είναι ικανές να αντιμετωπίσουν αποτελεσματικά τον αυξημένο υπολογιστικό φόρτο, σε κάποια μελλοντική στιγμή.