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Il simulatore del mercato elettrico
Marzo 2013
Agenda
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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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Elfo++: il simulatore del mercato elettrico
•
•
•
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”)
INPUT
Scenario di mercato atteso
OUTPUT
Prezzi orari
Modello del sistema elettrico
Dispacciamento orario
del parco di generazione
Modello delle strategie di offerta
dei produttori
(la domanda è inelastica)
Risultati economici
dei concorrenti
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Elfo++: orizzonte di simulazione
• 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
T multianno
T annuale
T<1anno
Anno N
•
Anno N+1
T rolling
Anno N+2
Anno N+3
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
4
t
Caratteristiche innovative di Elfo++
•
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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Architettura SW di ELFO++
INPUT
• 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
Nucleo di calcolo
• 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
• possibilità di comporre
uno scenario a partire
anche da singoli file csv
salvati
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OUTPUT
• 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
Architettura di ELFO ++
Interfaccia
• controlli di congruenza dati
• gestione e modifica dati
• utilità di supporto alla creazione di nuovi
scenari
Scenario
iniziale
• analisi statistica, aggregazione e grafica degli
output
CSV
Motore
di
calcolo
Selezione
output
Attraverso l’interfaccia
Fuori linea
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CSV
Scenario
finale e
risultati
CSV
Interfaccia
• 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 IMPORT/EXPORT: schermate di esempio
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Interfaccia
•
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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Modello per la simulazione delle strategie di offerta dei concorrenti in
funzione della struttura dell’offerta
•
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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Interfaccia MENU/MASCHERE: schermate di esempio
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INPUT di ELFO++: parco termoelettrico
• 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 produzioneconsumo) 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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Interfaccia: parco termoelettrico
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INPUT di ELFO++: combustibili
• 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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Interfaccia: combustibili
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INPUT di ELFO++: parco idroelettrico
• 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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Interfaccia: parco idroelettrico
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INPUT di ELFO++: rete di trasmissione
• 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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Interfaccia: rete di trasmissione
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INPUT di ELFO++: domanda e altre generazioni
• 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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Interfaccia: domanda
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INPUT di ELFO++: strategie di offerta
• 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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Interfaccia: strategie di offerta
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Ulteriori dettagli dell’INPUT di ELFO++
• 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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Opzioni di simulazione 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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Algoritmo di calcolo 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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Fase 1: Unit Commitment
• 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 2: Dispacciamento
•
•
•
ELFO++ esegue il dispacciamento
delle unità di produzione
selezionate a produrre in fase di
Unit Commitment
350
In esito al dispacciamento viene
determinato il diagramma orario
di produzione di ciascuna unità
termoelettrica
300
250
200
MW
•
Dispacciamento orario di una unità
CCGT
Il dispacciamento termoelettrico è
ottimizzato in coordinamento col
dispacciamento idroelettrico
150
100
La soluzione rispetta i vincoli del
sistema e in particolare i vincoli
sulle unità termoelettriche
50
0
29
Vincoli del sistema elettrico
• 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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Principali risultati di ELFO++
• 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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Interfaccia: OUTPUT
• 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: il tool grafico
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Applicazioni di ELFO++
• 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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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
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I servizi di REF-E accessori alla fornitura di ELFO++
• 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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Grazie per l’attenzione!
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