Il simulatore del mercato elettrico

• Caratteristiche generali di ELFO++

• Architettura SW di ELFO++

• Caratteristiche dell’interfaccia di ELFO++

• Input di ELFO++

• Algoritmo di calcolo di ELFO++

• Output di ELFO++

• Applicazioni di ELFO++

• Fornitura di ELFO++

• Servizi di REF-E accessori alla fornitura di ELFO++

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Agenda

• Simula il mercato elettrico del giorno prima

• Prevede il prezzo dell’energia elettrica e ottimizza l’esercizio del parco di generazione

• È uno strumento deterministico:

L’input è costituito dal modello descrittivo dei parametri/vincoli del sistema elettrico e delle strategie di offerta dei concorrenti

La simulazione consente di valutare la sensitività del prezzo spot dell’energia elettrica ai driver dello scenario di mercato atteso (analisi “what if”)

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Elfo++: il simulatore del mercato elettrico

INPUT Scenario di mercato atteso

Modello del sistema elettrico

Modello delle strategie di offerta dei produttori

(la domanda è inelastica)

OUTPUT

Prezzi orari

Dispacciamento orario del parco di generazione

Risultati economici dei concorrenti

• Orizzonte di simulazione flessibile: L’orizzonte di simulazione consigliato è quello annuale (anno solare)

Tuttavia ELFO++ è predisposto per simulare periodi diversi da quello annuale:

• Breve termine: da 1 giorno a 1 mese

• Medio termine: fino ad 1 anno

• Lungo termine: periodo pluriennale ottenuto come cascata di simulazioni annuali (work-flow gestito automaticamente attraverso l’interfaccia)

Sono possibili simulazioni di periodi rolling

• In generale è possibile: predisporre nel database le informazioni dello scenario atteso di lungo periodo

selezionare al momento del run la finestra temporale di interesse su cui eseguire la simulazione

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Elfo++: orizzonte di simulazione

Anno N Anno N+1 t Anno N+2 Anno N+3

T<1anno T annuale T rolling

T multianno

• Semplicità di installazione e utilizzo

• Rapidità di calcolo

• Interfaccia multilingua (italiano, inglese con possibilità di aggiungere

nuove lingue) con funzionalità che agevolano la preparazione

dell’input e consentono il post-processing dell’output

• Help in linea

• Dettagliata messaggistica di controllo delle azioni dell’utente, delle

congruità dei dati e degli errori

• Elevato dettaglio modellistico dell’input

• Adattabilità a variazioni del disegno di mercato e all’evoluzione delle

dimensioni del sistema elettrico

• Supporto di team di esperti per la risoluzione di eventuali problemi

• Architettura modulare per possibili integrazioni del software in

sistemi avanzati

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Caratteristiche innovative di Elfo++

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Architettura SW di ELFO++

INPUT Nucleo di calcolo OUTPUT

• dati archiviati in file csv (editabili anche da MS Excel)

• interfaccia avanzata basata su database MS Access (controlli automatici, gestione e modifica dati, utilità di supporto alla creazione di nuovi scenari)

• da interfaccia salvataggio e archiviazione di scenari in formato csv

• possibilità di comporre uno scenario a partire anche da singoli file csv salvati

• realizzato in Fortran (rapidità di calcolo)

• richiamato in maniera diretta da interfaccia (possibilità di esecuzione fuori linea, direttamente da file csv)

• dotato di verifica preliminare della coerenza dei dati forniti

• fornisce tutti i risultati in formato binario per successive elaborazioni

• modulo Fortran (comandato da interfaccia o file csv) per la selezione degli output in formato csv da archivi binari generati dal calcolo

• da interfaccia possibilità di esaminare direttamente gli output selezionati e di effettuare in maniera guidata aggregazioni e grafici a partire dagli stessi

• da interfaccia possibilità di archiviare dati/risultati in file csv per successive importazioni

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Architettura di ELFO ++

CSV

Scenario iniziale

Interfaccia

Motore di

calcolo

Attraverso l’interfaccia

Fuori linea

Selezione output CSV

CSV

Scenario finale e risultati

• controlli di congruenza dati

• gestione e modifica dati

• utilità di supporto alla creazione di nuovi scenari

• analisi statistica, aggregazione e grafica degli output

• Basata su DB relazionale MS Access: Filtri di selezione record/campi

Query di selezione e update

Relazioni e verifica dei formati/valori dei dati

• Struttura user friendly : Menù principale di accesso alle varie utilità, alle maschere dei dati/risultati ed ai

comandi

Le informazioni contenute nei file sono presentate tramite maschere linkate fra di loro, con esplicitazione tramite combo del significato degli switch e con guida al completamento dei campi

Help in linea

• Utilità di importazione: Popolazione del DB da file csv

Selezione dei file csv da importare: singoli file o un intero caso

Verifica di congruenza dei dati e delle relazioni fra campi

• Utilità di esportazione: Esportazione dei dati su DB in file csv

Esportazione dell’intero contenuto del DB o di una selezione dello stesso

Salvataggio/Archiviazione del caso di simulazione (input+output)

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Interfaccia

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Interfaccia IMPORT/EXPORT: schermate di esempio

• Utilità per la preparazione degli scenari: Routine per la generazione automatica degli input:

• inserimento nuove unità di generazione

• profilo del carico orario o profili di generazione equivalenti o dei bid-up per anni futuri

• Preparazione dettaglio orario dei limiti di scambio fra zone

Tool per analisi di sensitività

• Preparazione automatica di scenari di sensitività ottenuti combinando le variazione attese dei principali driver del prezzo dell’energia elettrica (domanda, prezzi dei combustibili, bid-up, ….)

• Gestione del flusso di simulazioni sugli scenari di sensitività

• Tool grafico per la valutazione e il confronto dei risultati

• Utilità per modellare le strategie di offerta dei concorrenti Preparazione dei profili di mark-up orari

Funzionalità che consente di modellare automaticamente i mark-up orari delle unità di generazione in base alle strategie ottimizzate per i concorrenti (ottimizzazione delle strategie col metodo della supply function equilibrium)

• Possibilità di selezione della lingua e delle impostazioni di sistema: Separatore decimale

Separatore di cifre

Separazione di elenco

Formato data

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Interfaccia

• L’obiettivo del modello SFE integrato in Elfo++ è quello di calcolare i bid-up utilizzando un modello di comportamento delle compagnie elettriche tra quelli proposti dalla teoria economica, in modo che le strategie di offerta risultino endogene allo scenario, ovvero intrinsecamente connesse alla struttura del mercato derivante dal modello descrittivo del sistema elettrico adottato come input.

• L’approccio consente di evitare l’arbitrarietà della metodologia utilizzata per la calibrazione esogena delle strategie di offerta negli scenari previsionali e offre un modello di riferimento basato sulla teoria economica che può rivelarsi estremamente utile soprattutto nel caso in cui ci si aspetti una notevole evoluzione dello scenario di mercato rispetto al passato e di conseguenza un profondo mutamento nelle dinamiche di offerta degli operatori.

• Secondo il modello SFE le società presentano al gestore del mercato le proprie curve d’offerta simultaneamente. Tali curve d’offerta restano valide lungo un certo orizzonte temporale, durante il quale la domanda di mercato varia, mentre il numero di concorrenti e i costi di produzione restano costanti. Le curve di offerta sono decise da ciascuna società al fine di massimizzare il profitto nel contesto di concorrenza in cui si trovano ad operare, tenendo conto delle scelte effettuate simultaneamente dalle altre.

• La soluzione del modello è un equilibrio di Nash e tiene conto sia dei vincoli di capacità delle unità termoelettriche sia dei vincoli di rete.

• SFE è disponibile quale tool accessorio di Elfo++.

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Modello per la simulazione delle strategie di offerta dei concorrenti in funzione della struttura dell’offerta

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Interfaccia MENU/MASCHERE: schermate di esempio

• Per ogni unità termoelettrica sono specificati: Codice RUP, Società, Zona

Tecnologia impiantistica (assegnabile dall’utente) e flessibilità (frequenza delle manovre di accensione e spegnimento dovuta ai vincoli termodinamici)

Data di entrata in servizio e di dismissione

Assetto tecnico (uno o più assetti configurabili per ogni unità): • Potenza minima e massima efficiente netta

• Tasso indisponibilità per guasto

• Mix combustibili

• Curve quadratiche di consumo

• Piano di manutenzione

• Piano di disponibilità degli assetti

• Must run, cogenerazione, contratto bilaterale

• Vincoli di fornitura di combustibile a costo fisso (vincoli di produzione-consumo) o costo variabile (penalità)

• Emissioni specifiche di CO2, NOx, SOx, Polveri

E’ gestito in fase di dispacciamento il possibile cambio di assetto (da completo a ridotto) per i CCGT a “forchetta”

Modello dei contratti bilaterali e degli assetti in cogenerazione

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INPUT di ELFO++: parco termoelettrico

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Interfaccia: parco termoelettrico

• Prezzo dei combustibili assegnabile a livello di singolo impianto termoelettrico, con dettaglio mensile/giornaliero Potere calorifico ed emissione specifiche

Prezzo di base assegnato per tipo di fuel con dettaglio mensile

Eventuali costi addizionali: trasporto, tasse, logistica, localizzazione

• Modello dei contratti di fornitura di combustibile a costo variabile

• Oneri ambientali: Prezzi EUA ETS con dettaglio mensile (incrementa i costi variabili di

combustibile degli impianti termoelettrici)

Prezzo dei Certificati Verdi/quota d’obbligo sulla produzione con dettaglio annuale

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INPUT di ELFO++: combustibili

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Interfaccia: combustibili

• Per ogni unità idroelettrica sono specificabili:

Codice RUP, società, zona

Tipologia (serbatoio stagionale, fluente, pompaggio)

Potenza minima e massima efficiente netta

Piano di manutenzione

Coefficienti energetici in generazione e pompaggio (se impianti equivalentati)

Profilo settimanale (o giornaliero) degli apporti naturali

Vincoli di accumulo del serbatoio (minimo e massimo)

Topologia della vallata idroelettrica (centrale a monte e centrale a valle)

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INPUT di ELFO++: parco idroelettrico

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Interfaccia: parco idroelettrico

• Topologia della rete elettrica:

Sistema zonale

Zone interconnesse radialmente o maglie triangolari senza lati in comune

Vincoli di scambio di potenza attiva fra le zone, con dettaglio orario

E’ possibile modellare il costo del trasporto sulle interconnessioni

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INPUT di ELFO++: rete di trasmissione

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Interfaccia: rete di trasmissione

• Diagramma di carico orario per zona (domanda contendibile sulla

borsa elettrica)

• CIP6 e rinnovabili (o altri tipi di generazioni passanti):

è possibile modellare i singoli impianti con profilo di produzione oraria

imposto (con priorità di dispacciamento)

è possibile modellare impianti equivalenti per zona con profilo di

produzione orario predefinito

• Importazioni da estero:

È possibile modellarle come un generatore equivalente nella zona

importatrice con profilo imposto

E’ possibile modellare un meccanismo di market coupling

(eventualmente con costo della capacità di import/export se allocata con

aste esplicite) fra il sistema nazionale ed i mercati confinanti: gli scambi

transfrontalieri dipenderanno dai differenziali di prezzo che si generano

fra i mercati

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INPUT di ELFO++: domanda e altre generazioni

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Interfaccia: domanda

• I mark-up orari si sovrappongono sui costi marginali delle singole unità termoelettriche (derivata prima della curva quadratica di costo) per generare le curve di offerta orarie

• I mark-up orari sono definiti:

A livello di singola unità

Con filtri multipli: zona-società-tecnologia

Si possono utilizzare diversi valori di mark-up per Unit Commitment e Dispacciamento

• Se i mark-up sono assenti la simulazione è eseguita a “minimi costi” il che simula la concorrenza perfetta

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INPUT di ELFO++: strategie di offerta

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Interfaccia: strategie di offerta

• L’input può raggiungere un elevato dettaglio modellistico (ma

ciò dipende dalle informazioni a disposizione):

Modello dei contratti di fornitura di combustibile (a costo fisso e

variabile)

Gestione dinamica del cambio di assetto tecnico dei gruppi

termoelettrici e dei costi di accensione e spegnimento

Modello di generatori equivalenti (la cui tipologia è configurabile

dall’utente) con profilo di generazione orario predefinito

Modello di unità must run, in assetto cogenerativo, soggette a

contratti bilaterali

Modello delle aste idroelettriche

Profilo giornaliero degli apporti naturali

Modello del costo del trasporto sulle interconnessioni

Modello dinamico degli scambi con estero (Market Coupling)

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Ulteriori dettagli dell’INPUT di ELFO++

• Elevata flessibilità del modello a svariate modalità di simulazione:

selezione degli switch per customizzare la girata

scelta dell’orizzonte temporale di simulazione

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Opzioni di simulazione di ELFO++

• ELFO++ simula una Borsa centralizzata con:

System marginal price (il modello Pay as Bid può essere facilmente implementato)

Mercato zonale (zone interconnesse radialmente o con magie triangolari senza lati in comune)

• La funzione obiettivo che viene minimizzata rappresenta il costo sostenuto dall’intero sistema per coprire la domanda nell’arco temporale simulato

• 2 fasi di calcolo:

1. Unit Commitment

2. Dispacciamento

• Costruzione delle offerte orarie potenza/prezzo per le unità termoelettriche: costo marginale + mark-up

• Le unità idroelettriche sono offerte a prezzo nullo secondo le quantità allocate con procedura peak shaving

• La simulazione del matching di Borsa che riproduce il ruolo del Gestore del Mercato sul mercato del giorno prima secondo le attuali regole del mercato in Italia

• Dalla soluzione del mercato derivano in output i prezzi e le quantità dispacciate

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Algoritmo di calcolo di ELFO++

• Lo Unit Commitment determina: lo stato acceso/spento di ciascuna unità termoelettrica

la scelta dell’ assetto tecnico ottimale dei gruppi termici (usando opzionalmente la programmazione dinamica)

• L’ordine di merito economico dei gruppi termoelettrici è basato su una cifra di merito che può essere opzionalmente: il costo medio di generazione sul range operativo

il prezzo medio di offerta sul range operativo

• Lo Unit Commitment è ottimizzato rispettando i vincoli del sistema elettrico

• La soluzione tiene in considerazione i costi di accensione/spegnimento dei gruppi termoelettrici (facoltativi)

• E’ possibile selezionare la priorità di accettazione delle offerte a parità di prezzo (per esempio delle offerte a prezzo nullo)

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Fase 1: Unit Commitment

• ELFO++ esegue il dispacciamento

delle unità di produzione

selezionate a produrre in fase di

Unit Commitment

• In esito al dispacciamento viene

determinato il diagramma orario

di produzione di ciascuna unità

termoelettrica

• Il dispacciamento termoelettrico è

ottimizzato in coordinamento col

dispacciamento idroelettrico

• La soluzione rispetta i vincoli del

sistema e in particolare i vincoli

sulle unità termoelettriche

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Fase 2: Dispacciamento

0

50

100

150

200

250

300

350

MW

Dispacciamento orario di una unità CCGT

• Copertura della domanda oraria

• Limiti di scambio orari fra le zone

• Riserva minima (in % del carico) da garantire in ogni zona

• Flessibilità dei gruppi termoelettrici (configurata in base alle

tecnologie impiantistiche o specificabile dall’utente)

• Disponibilità dei gruppi termoelettrici (entrata di nuovi impianti,

dismissioni, piani di manutenzione, indisponibilità accidentali)

• Contratti di fornitura dei combustibili

• Vincoli di serbatoio (volume di accumulo minimo e massimo) e

topologia delle vallate idroelettriche

• Altri vincoli

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Vincoli del sistema elettrico

• PUN, prezzo unconstrained e prezzi zonali

• Dispacciamento delle unità termoelettriche e delle unità idroelettriche

• Bilanci orari zonali

• Bilancio globale di sistema

• Scambi interzonali/transfrontalieri

• Costi di produzione, ricavi e profitti delle unità termoelettriche

• Quote di mercato e risultati economici delle società di produzione

• Indispensabilità degli oligopolisti nelle varie zone (indice HHI ed altri indicatori di potere di mercato)

• Consumi di combustibile ed emissioni per impianto/società/sistema

• Load factor delle unità termoelettriche

• Margine di riserva per zona

• Unit commitment delle unità termoelettriche

• Livello di serbatoio giornalieri delle unità idroelettriche

• …

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Principali risultati di ELFO++

• Selezione dell’output da interfaccia

• Creazione di tabelle o grafici degli andamenti dei risultati con

dettaglio orario, giornaliero, mensile, annuale

• Elaborazione statistica degli output:

media aritmetica o ponderata

deviazione standard

minimo e massimo

aggregazione per fascia oraria

• Estrazione delle tabelle/grafici elaborati

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Interfaccia: OUTPUT

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Interfaccia: il tool grafico

• Analisi di scenario

• Previsione del prezzo dell’energia elettrica

• Valutazione degli investimenti e studi di fattibilità di progetti (generazione, rinnovabili, merchant lines, trasmissione)

• Valutazione congestioni fra zone di mercato

• Analisi della volatilità del mercato e gestione della posizione di rischio

• Ottimizzazione dell’esercizio del parco impianti

• Valutazione dell’impatto di modifiche al market design

• Analisi ex-post

• …

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Applicazioni di ELFO++

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Fornitura di ELFO++

• Pacchetto di installazione standard (ELFO++_setup.exe) inclusivo di:

Installazione SW e creazione dell’ambiente di lavoro (cartelle dei file e degli

eseguibili, link nel menù di avvio)

Manualistica di supporto

Driver della chiave HW

• Licenza regolata tramite chiave HW (chiave USB)

• Compatibilità e requisiti del sistema:

Installazione locale su PC messo a disposizione dal Cliente

S.O. WINDOWS 2000/XP o successivi

1 GB di ram

installazione di Microsoft Access 2000/2003 o successivo (componente di

Microsoft Office)

porta USB

DB : scenario 2012-2035 relativo allo scenario previsivo REF-E del mercato elettrico

italiano

• Servizio di manutenzione annuale del SW

• Corsi di formazione all’uso del prodotto

• Realizzazione/ Affiancamento al Cliente nella costruzione di DB relativi a scenari rappresentativi il mercato di interesse

• Affiancamento al Cliente nell’analisi dei risultati

• Possibilità di personalizzazione del SW con funzionalità aggiuntive o adeguamenti per modellare specifici modelli di mercato

• Possibilità di personalizzazione degli input e dei risultati

• Svolgimento di studi specialistici

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I servizi di REF-E accessori alla fornitura di ELFO++

Grazie per l’attenzione!

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