Il simulatore del mercato elettrico. Marzo 2013

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1 Il simulatore del mercato elettrico Marzo 2013

2 Agenda 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++ 2

3 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 Modello delle strategie di offerta dei produttori (la domanda è inelastica) Dispacciamento orario del parco di generazione Risultati economici dei concorrenti 3

4 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<1anno T annuale T rolling Anno N Anno N+1 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 t 4

5 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 5

6 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 6 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

7 Architettura di ELFO ++ Scenario iniziale CSV Interfaccia controlli di congruenza dati gestione e modifica dati utilità di supporto alla creazione di nuovi scenari analisi statistica, aggregazione e grafica degli output Scenario finale e risultati CSV Motore di calcolo Selezione output CSV Attraverso l interfaccia Fuori linea 7

8 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) 8

9 Interfaccia IMPORT/EXPORT: schermate di esempio 9

10 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 10

11 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++. 11

12 Interfaccia MENU/MASCHERE: schermate di esempio 12

13 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 CO 2, NO x, SO x, 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 13

14 Interfaccia: parco termoelettrico 14

15 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 15

16 Interfaccia: combustibili 16

17 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) 17

18 Interfaccia: parco idroelettrico 18

19 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 19

20 Interfaccia: rete di trasmissione 20

21 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 21

22 Interfaccia: domanda 22

23 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 23

24 Interfaccia: strategie di offerta 24

25 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) 25

26 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 26

27 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 27

28 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) 28

29 Fase 2: Dispacciamento 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 MW Dispacciamento orario di una unità CCGT 29

30 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 30

31 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 31

32 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 32

33 Interfaccia: il tool grafico 33

34 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 34

35 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 relativo allo scenario previsivo REF-E del mercato elettrico italiano 35

36 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 36

37 Grazie per l attenzione! info@ref-e.com Disclaimer Le opinioni espresse sono esclusivamente quelle di REF-E che svolge in modo autonomo ed indipendente la propria attività di ricerca. Le stime e la documentazione prodotte da REF-E sono destinate esclusivamente all uso interno e non possono essere distribuite o usate in alcun altro modo senza previa autorizzazione scritta da parte di REF-E. Le informazioni riportate nel presente lavoro sono ritenute dagli autori e da REF-E le migliori possibili. Tuttavia, né gli autori né REF-E garantiscono la accuratezza e la completezza delle informazioni né si assumono alcuna responsabilità sulle eventuali conseguenze derivanti dall utilizzo delle informazioni riportate. Disclaimer The opinion expressed in this report are solely of REF-E, which is independent in developing its work. Data and documentation produced by REF-E are for the exclusive internal use and cannot be distributed or used without previous written authorization by REF-E. The information reported are the best possible according to REF-E and to the authors. Anyway, both REF-E and the authors do not guarantee the accuracy and the completeness of the information reported, and do not assume any responsibility for the consequences deriving form the use of such information.