Introduktion til systemydelser 28. februar 2013 MSO 1. Indledning... 2 2. Systemydelser... 2 2.1 Reservetyper... 3 2.2 Manuelle reserver... 4 2.2.1 Indkøb af manuel reserve... 4 2.3 Regulerkraftmarkedet... 5 2.4 Særlige reserver i Vestdanmark... 5 2.4.1 Primære reserver... 5 2.4.2 Sekundær reserve (LFC)... 6 2.5 Særlige reserver i Østdanmark... 7 2.5.1 Frekvensstyret Normaldriftsreserve (FNR)... 7 2.5.2 Frekvensstyret driftsforstyrrelsesreserve (FDR)... 8 3. Systembærende egenskaber... 9 Dok. 43532-13, Sag 13/208 1/9
1. Indledning Dette notat beskriver de systemydelser, der anvendes for at opretholde systembalancen i Danmark. Over de følgende afsnit introduceres til ydelserne, deres karakteristika og aktiveringsmåde. For de til enhver tid eksisterende regler for systemydelser henvises til Energinet.dk s Systemydelser til levering i Danmark Udbudsbetingelser og markedsforskrift C2. 2. Systemydelser I de aktørplaner, der indsendes efter day-ahead auktionens afslutning, stemmer produktion, forbrug og handel altid overens det vil sige at der formelt set er balance i systemet i det kommende driftsdøgn. Frem til driftstimen opstår dog ofte nye ubalancer, eksempelvis på grund af usikkerheder i prognoserne for vindmølleproduktion eller i forbrugsprognoserne. Stemmer forbrug og produktion ikke overens, påvirkes frekvensen i elsystemet, hvilket i sidste ende kan føre til et systemsammenbrud og ufrivillig afkobling af forbrugere. Aktørerne kan i vid udstrækning inddække ubalancer gennem handel i intraday markedet. Såfremt det ikke sker skal systemoperatøren være i stand til kontinuerligt at opretholde forholdet mellem forbrug og produktion af el i driftstimen for sikre stabiliteten i elsystemet. Til det formål køber Energinet.dk er række særlige produkter det, der kaldes systemydelser. Systemydelser er et samlebegreb for de produktions- og forbrugsreduktionsressourcer, som står til rådighed i driftstimen, og som aktiveres automatisk eller på anmodning fra den systemansvarlige aktør. Porteføljen af systemydelser er stor og brugen af dem er relativt kompleks. Formålet med deres brug er heldigvis klart; at opretholde balancen i elmarkedet og den overordnede stabilitet i elsystemet. Der er store forskelle på behovet for systemydelser. I princippet kan elsystemet nøjes med én enkelt hurtigt-reagerende systemydelse, eksempelvis ved at lade en stor gasturbine balancere produktionen kontinuerligt. De fleste elsystemer kan dog med fordel have en bredere portefølje af systemydelser, både for at øge fleksibiliteten og for at holde omkostningerne til balancering nede. Eksempelvis medfører den høje andel af fluktuerende vindproduktion i Vestdanmark et stort behov for balancering. Som følge heraf, og på grund af administrativt fastsatte regler og tekniske forskelle i produktionssammensætningen i det nordiske og kontinentaleuropæiske synkronområder, anvendes forskellige systemydelser i Vestdanmark (DK1) og Østdanmark (DK2). Systemydelserne leveres af elmarkedets aktører og skal kunne aktiveres i løbet af den enkelte driftstime. Fordi aktiveringsvarslet ved systemydelser er kortere end i de tidligere markeder, er energien i reglen dyrere end i day-ahead og intraday markederne. I modsætning til day-ahead og intraday markederne kompenseres aktørerne typisk ad to veje ved handlen med systemydelser; gennem en rådighedsbetaling for at reservere en given kapacitet og en aktiveringsbetaling for at levere ydelsen til nettet. Bortset fra regulerkraft, der handles på Nordic Operational Information System (NOIS), indkøbes systemydelserne gennem bilaterale aftaler mellem Energinet.dk og en markedsaktør - ofte via auktioner eller andre markedmekanismer. Dok. 43532-13, Sag 13/208 2/9
2.1 Reservetyper Leveringen af langt størstedelen af systemydelserne sikres af forskellig former for reserver. Reserverne indkøbes gennem aftaler mellem Energinet.dk og en produktions- eller forbrugsbalanceansvarlig aktør om at stille kapacitet til rådighed i en fastdefineret periode. Energinet.dk indkøber flere forskellige reservetyper, hvoraf særligt fem er værd at fremhæve. Det drejer sig om indkøb af manuelle reserver i både Øst- og Vestdanmark, samt indkøb af primære og sekundære reserver i Vestdanmark og to frekvensstyrede reserver i Østdanmark. Kravene til systemydelsesprodukterne er nærmere defineret Energinet.dk s Systemydelser til levering i Danmark - Udbudsbetingelser, der refererer til ENTSO-E CE Operations Handbook (Vestdanmark) samt Nordel Systemdriftaftalen (Østdanmark). I nedenstående tabel er reserverne klassificeret efter funktion og i henhold til nordiske og kontinentaleuropæiske (ENTSO-E) terminologi. Tabel 2.1. Oversigt over reservetyper i Danmark Funktion Terminologi ENTSO-E Vestdanmark Østdanmark Frekvensstabilisering (Primær reserve) Frequency Containment Reserves (FCR) Primær reserve Frekvensstyret driftsforstyrrelsesreserve (FDR) Frekvensstyret normaldriftsreserve (FNR) Frekvensgenopretning (Sekundær reserve) Balanceudligning (tertiær reserve) Frequency Restoration Reserves (afrr) Frequency Restoration Reserves (mfrr) Replacement Reserves (RR) Load Frequency Control (LFC) Manuel reserve - Manuel reserve - - Omkostningerne ved at reservere og aktivere de forskellige systemydelser er meget forskellige - i hovedreglen stiger omkostningerne i takt med at aktiveringstiden reduceres. De primære reserver, som kan aktiveres meget hurtigt, er altså væsentligt dyrere end de manuelle reserver ved såvel reservation som aktivering. Derfor bygger det danske system på at man hurtigst muligt erstatter de dyre, automatiske stabiliseringsmekanismer med aktivering af de manuelle reserver på regulerkraftmarkedet. Som det fremgår af nedenstående tabel udgør billige, manuelle reserver langt hovedparten af Energinet.dks indkøbte reservekapacitet. Tabel 2.2. Indkøbt reservekapacitet 2012 Funktion Indkøb Vestdanmark Østdanmark Frekvensstabilisering (Primær reserve) Frekvensgenopretning (Sekundær reserve) Balanceudligning (tertiær reserve) Primær reserve +/- 27 MW LFC +/- 90 MW Manuel reserve + 300 MW 1 Yderligere 75 MW på Kontiskan, 50 MW på KONTEK og 18 MW på Storebælt) FDR +/- 23 MW (SE: +/- 230 MW) FNR + 33 MW 1 (SE: + 410 MW) - Manuel reserve + 600 MW Dok. 43532-13, Sag 13/208 3/9
2.2 Manuelle reserver Størstedelen af de danske reserver består af manuelle reserver. Begrebet manuelle reserver dækker over den kapacitet, der efter aftale med Energinet.dk reserveres af aktørerne til manuel balancering af systemet. Aktører, der leverer manuelle reserver, er derfor forpligtet til at indgive bud på aktivering af denne kapacitet på regulerkraftmarkedet. Ved aktivering tager de manuelle reserver over for de dyrere reservetyper, i Vestdanmark de sekundære reserver (LFC) og i Østdanmark den frekvensstyrede normaldriftsreserve og sikrer opretholdelse af balancen over længere perioder med ikke-planlagte udsving i produktion eller forbrug, eksempelvis ved driftsstop på et kraftværk eller pludselige ændringer i vindmøllernes elproduktion. Anlæg skal være i stand til at levere den fulde effekt 15 minutter efter aktivering. 2.2.1 Indkøb af manuel reserve Energinet.dk indkøber manuelle reserver til at dække både Øst- og Vestdanmark. I Østdanmark har Energinet.dk og DONG Energy indgået en aftale for perioden 2011-2015 om indkøb af 600 MW manuel reserve på Kyndby- og Masnedøværket. I Vestdanmark indkøbes i hovedreglen 300 MW manuel reserve på daglige auktioner. I reglen skal de indkøbte reserver kunne dække kapaciteten på det dimensionerende (største) anlæg i henholdsvis Vestdanmark og Østdanmark. I både Øst- og Vestdanmark gælder det, at Energinet.dk alene køber manuel reserve som opreguleringskapacitet. Auktionerne i Vestdanmark dækker hele det efterfølgende døgn og foregår efter følgende tidsplan: Kl. 9.00 offentliggør Energinet.dk det forventede reservebehov for det efterfølgende driftsdøgn. Kl. 9.30 skal Energinet.dk have modtaget bud på pris/mængde fra aktørerne. Buddene skal være i størrelsesordnen 10-50 MW og er bindende. Kl. 10.00 informerer Energinet.dk om de indkøbte mængder og priser (kr./mw). Kl. 11.00 offentliggør Energinet.dk rådighedsbetaling og indkøb time for time på hjemmesiden. Alle accepterede bud afregnes efter prisen på det dyreste accepterede bud, altså efter marginalprisen, og alle aktører modtager derfor samme pris per MW, de stiller til rådighed. Energinet.dk vælger i udgangspunktet buddene efter stigende pris, men i nogle tilfælde kan reservekapacitetens geografiske placering dog have indflydelse på valget af bud. Den manuelle reserve kan efterfølgende aktiveres af Energinet.dks KontrolCenter gennem opregulering af produktionen hos leverandører i regulerkraftmarkedet. Dok. 43532-13, Sag 13/208 4/9
2.3 Regulerkraftmarkedet Regulerkraft, i europæisk regi kaldet mfrr, anvendes til manuelt at opretholde balancen (og dermed frekvensen) i det samlede elsystem og handles på det fællesnordiske regulerkraftmarked, Nordic Operational Information System (NOIS). På regulerkraftmarkedet kan aktører indgive bud på op- og nedregulering i driftstimen. Der er to muligheder for deltagelse på markedet. Enten kan aktøren indgå aftale med Energinet.dk om at stå til rådighed med manuelle reserver. Dermed forpligter aktøren sig til at indsende bud på opregulering i en fastdefineret tidsperiode. Det vil sige, at de manuelle reserver skal bydes ind i markedet. Som nævnt i foregående afsnit kompenseres aktøren med en rådighedsbetaling udover energiprisen ved aktivering. Alternativt kan aktøren undlade at stille fast kapacitet til rådighed og i stedet frivilligt afgive regulerkraftbud, når aktøren finder det attraktivt. Regulerkraftbud som følge af en kontrakt om manuelle reserver skal indsendes til NOIS senest kl. 17:00 dagen inden driftsdøgnet. Aktører, der frivilligt byder ind i markedet, kan gøre dette indtil 45 minutter før driftstimen. Buddene skal stilles for de enkelte driftstimer og være på minimum +/-10 MW. I løbet af driftstimen aktiveres op- eller nedreguleringsbud i nødvendigt omfang af KontrolCenteret hos Energinet.dk. Der dannes herefter en marginal timepris (RK-prisen) efter samme principper som i spotmarkedet, hvorved alle aktiverede bud modtager samme afregningspris pr. leveret MW. Regulerkraftprisen er ens i alle de nordiske prisområder, forudsat der ikke er flaskehalse. Ved flaskehalse beregnes i stedet områdepriser ligesom i spotmarkedet. Regulerkraftbud kan aktiveres i mindre end en time, dog er aktørerne garanteret en køretid på minimum 30 minutter. Ved afregning betaler Energinet.dk for den leverede energi, dvs. arealet under leveringskurven på den pågældende time, således at kompensationen stemmer overens med den reelle ydelse. 2.4 Særlige reserver i Vestdanmark Udover de manuelle reserver indkøbes flere typer automatiske reserver i både Øst- og Vestdanmark. De vest-danske reserver er tilpasset det kontinentaleuropæiske synkronområde. 2.4.1 Primære reserver Primærreserven består af produktions- eller forbrugsenheder, der automatisk reagerer på frekvensændringer i nettet, ved hjælp af frekvensmålere på anlægget. Ved op- eller nedregulering balancerer enhederne udbud og efterspørgsel i nettet, så frekvensen stabiliseres omkring 50 Hz. Populært sagt fine tuner primærreserven frekvensen og skal derfor kunne aktiveres med få sekunders varsel. Kravet til primær reservens samlede størrelse i det kontinentaleuropæiske synkronområde er fastlagt af ENTSO-E. Af den samlede mængde på +/- 3000 MW, er hver TSO forpligtet til at levere en mængde baseret på den forholdsmæssige Dok. 43532-13, Sag 13/208 5/9
elproduktion i transmissionsområdet. Energinet.dk leverer derfor +/-27 MW, hvilket svarer til den forholdsmæssige elproduktion i Vestdanmark. Den primære reserve skal alene levere effekt indtil de sekundære og manuelle reserver tager over. Leveringshastigheden skal ligge indenfor 15-30 sekunder og reserven kan forblive aktiv i op til 15 minutter. Aktivering af de primære reserver foregår automatisk ved frekvensafvigelser. Indkøb af primærreserver Indkøbet af primærreserven er opdelt på indkøb af opreguleringskapacitet og nedreguleringskapacitet. Ligesom i day-ahead markedet og markedet for manuelle reserver afholdes der én gang dagligt auktion for det efterfølgende driftsdøgn. Auktionerne er opdelt i seks blokke af hver fire timer. Kl. 15.00 skal Energinet.dk modtage bud for det efterfølgende driftsdøgn. Herefter er buddene bindende. Kl. 15.30 melder Energinet.dk accepteret pris og mængde tilbage til leverandørerne. Alle accepterede bud for op- og nedregulering modtager en rådighedsbetaling svarende til auktionens marginalpris, altså prisen for det dyreste, accepterede bud. Kørsel af primærreserven afregnes som almindelige ubalancer. Fra den 1. juli 2013 integreres de danske og tyske markeder for primærreserver, således at danske aktører får mulighed for at byde ind i det tyske marked, ligesom tyske aktører kan byde ind i det danske. 2.4.2 Sekundær reserve (LFC) Den sekundære reserve, i europæisk regi kaldet afrr, er en automatisk 15- minutters effektregulering, også kaldet Load Frequency Control (LFC). Reserven er aktiv over stort set hele driftsdøgnet og opfylder tre funktioner. For det første frigør den primærreserven ved at bringe frekvensen tilbage til 50 Hz efter primærreserven indledningsvist har stabiliseret den. For det andet udligner den ubalancer, der er for små for regulerkraftaktivering. For det tredje genoprettes den aftalte balance på udlandsforbindelserne. Aktiveringen af LFC adskiller sig desuden fra de primære reserver ved ikke at udløses direkte af frekvensudsving på de enkelte anlæg. Aktiveringen sker derimod på anledning af et automatisk reguleringssignal udsendt fra Energinet.dk via den balanceansvarlige aktør. Reguleringssignalet fordeles fra den balanceansvarlige aktør til alle de anlæg, der deltager i den automatiske regulering. Den sekundære reserve kan leveres af anlæg, der kører på dellast og af hurtigt startende anlæg og skal i hovedreglen kunne aktiveres indenfor 15 minutter. For at kunne levere ydelsen skal anlæggene have installeret en særlig funktion i kontrolsystemet, der automatisk reagerer på Energinet.dks effektsignal. Dok. 43532-13, Sag 13/208 6/9
Reserven reagerer i praksis på ubalancer ved den jysk-tyske grænse og kan genoprette den planlagte balance indenfor 15 minutter, hvorefter de manuelle reserver kan overtage balanceringsopgaven. Indkøb af sekundær reserve I modsætning til primærreserven stiller ENTSO-E ikke krav til størrelsen af den indkøbte reserve, men anbefaler at kapacitet på +/- 90 MW står til rådighed i det vestdanske område. Denne kapacitet indkøbes på månedsbasis. Ved indkøb af sekundær reserve skal Energinet.dk godkende de tekniske egenskaber og den geografiske placering af anlæggene. Herefter kan aktørerne frit byde mængde op pris ind på markedet. Den tilbudte mængde være symmetrisk, hvilket vil sige, at den skal kunne aktiveres som både op- og nedregulering. Energinet.dk vælger herefter de billigste bud og afregner med de udvalgte leverandører efter pay-as-bid princippet. Alle leverandører kompenseres derimod ens for aktiveringen af den sekundære reserve. Opregulering afregnes med DK1 spotmarkedsprisen + 100 kr./mwh, hvor mindsteprisen er identisk med regulerkraftprisen for opregulering. Nedregulering afregnes med DK1 spotmarkedsprisen 100 kr. /MWh, hvor den maksimale pris er identisk med regulerkraftprisen for nedregulering. 2.5 Særlige reserver i Østdanmark I Østdanmark anvendes ikke primær og sekundær reserve. I stedet har det nordiske synkronområde to andre ydelser; den frekvensstyrede normaldriftsreserve, som regulerer frekvensen indenfor normaldriftsområdet på 49,9-50,1 Hz, og den frekvensstyrede driftsforstyrrelsesreserve, som stabiliserer frekvensen i nøddriftsområdet under 49,9 Hz. 2.5.1 Frekvensstyret Normaldriftsreserve (FNR) Den frekvensstyrede normaldriftsreserve (FNR) sikrer at balancen mellem produktion og forbrug løbende opretholdes. På samme vis som den vestdanske primærreserve fintuner FNR frekvensen gennem automatisk aktivering som resultat af frekvensafvigelser indenfor frekvensområde på 49,9-50,1 Hz. I modsætning til den vestdanske primærreserve skal reguleringen kunne opretholdes kontinuerligt over hele driftsdøgnet. Ydelsen anvendes i dette henseende som den langsomme automatiske reserve, LFC, til at stabilisere frekvensen tæt på 50 Hz og over længere perioder. Reguleringen leveres jævnt over ca. 150 sekunder og skal kunne køres symmetrisk det vil sige som både op- og nedregulering. Indkøb af FNR ENTSO-E har fastsat behovet for FNR i hele det nordiske synkronområde til 600 MW, hvoraf Østdanmark skal levere 23 MW. Denne mængde indkøber Energinet.dk i fællesskab med den svenske systemoperatør Svenska Kraftnät på daglige auktioner. Dok. 43532-13, Sag 13/208 7/9
Indkøbene sker i en todelt auktionsproces, hvor størstedelen af det samlede behov indkøbes to døgn for driftsdøgnet (D-2), mens den resterende mængde indkøbes dagen før driftsdøgnet (D-1). Aktørerne kan indgive bud på timebasis eller som blokbud med varighed på op til henholdsvis seks timer (D-2) og 3 timer (D-1). Buddene skal være symmetriske. Tidsplanen er som følger: Kl. 15.00 to døgn før driftsdøgnet skal bud til D-2 indmeldes til Energinet.dk. Fra dette tidspunkter er buddene bindende Kl. 15.30 melder Energinet.dk accepteret pris og mængde tilbage til leverandørerne. Kl. 19.00 dagen før driftsdøgnet skal bud til D-1 indmeldes til Energinet.dk. Fra dette tidspunkter er buddene bindende. Kl. 19.30 melder Energinet.dk accepteret pris og mængde tilbage til leverandørerne. Som andre reserver afregnes buddene med en rådighedsbetaling (kr./mw) og en leverancebetaling (kr./mwh). Rådighedsbetalingen for FNR svarer til den pris aktøren har budt (pay-as-bid). Den efterfølgende betaling for aktivering af opreguleringseffekt med FNR svarer til regulerkraftprisen for opregulering. Tilsvarende afregnes nedregulering med FNR med regulerkraftprisen for nedregulering. 2.5.2 Frekvensstyret driftsforstyrrelsesreserve (FDR) Den frekvensstyrede driftsforstyrrelsesreserve (FDR) reagerer i nøddriftsområdet under 49,9 Hz. På denne måde sikrer FDR at udfald i produktionen hurtigt balanceres. FDR er i lighed med den vestdanske primærreserve en hurtig ydelse, hvor 50 procent af effekten skal kunne leveres indenfor 5 sekunder den resterende effekt indenfor yderligere 25 sekunder. Indkøb af FDR Kravet for størrelsen af den samlede FDR-kapacitet i Norden svarer til den største dimensionerende fejl, dvs. udfald på det største anlæg. Ligesom FNR indkøbes denne reserve i samarbejde med Svenska Kraftnät. Det samlede behov i Sverige og DK2 på 450 MW indkøbes via daglige auktioner efter samme mønster som FNR. Af den danske forpligtelse på 160 MW leveres 75 MW på Kontiskan (DK1-SE), 50 MW på Kontek (DK2-DE) og 18 MW på Storebælt (DK1-DK2). Fordi ydelsen kun dækker områder under 49,9 Hz, købes leverancer alene som opreguleringsressourcer. Ligesom ved FNR foregår indkøb af FDR gennem en todelt proces. Størstedelen af det samlede behov indkøbes to døgn for driftsdøgnet (D-2), mens den resterende mængde indkøbes dagen før driftsdøgnet (D-1). Aktørerne kan indgive bud kan indgives på timebasis eller i blokke med varighed på op til seks timer (D-2) og 3 timer (D-1). Kl. 15.00 to døgn før driftsdøgnet skal bud til D-2 indmeldes til Energinet.dk. Fra dette tidspunkter er buddene bindende. Dok. 43532-13, Sag 13/208 8/9
Kl. 16.00 melder Energinet.dk accepteret pris og mængde tilbage til leverandørerne. Kl. 19.00 dagen før driftsdøgnet skal bud til D-1 indmeldes til Energinet.dk. Fra dette tidspunkter er buddene bindende. Kl. 20.00 melder Energinet.dk accepteret pris og mængde tilbage til leverandørerne. Som andre reserver afregnes buddene med en rådighedsbetaling (kr./mw) og en leverancebetaling (kr./mwh). Rådighedsbetalingen for FDR svarer til den pris aktøren har budt (pay-as-bid). Energibetalingen for opregulering med FDR afregnes som almindelige ubalancer med regulerkraftprisen. 3. Systembærende egenskaber Udover systemydelserne har Energinet.dk behov for en række mindre tjenester fra producenterne. Disse tjenester kaldes under ét systembærende egenskaber og dækker over produkter, der på forskellig vis sikrer driften af elsystemet og som ikke kan handles som almindelig effekt eller tilvejebringes i reservemarkederne. Det kan være eksempelvis kortslutningseffekt, reaktiv effekt og spændingsregulering. Tjenesterne kan ofte kun leveres af værker af en vis størrelse (over 150 MW) der er direkte tilsluttet transmissionsnettet (>100 kv). Derfor er der krav om, at der altid er 2-3 centrale værker i drift i henholdsvis Øst- og Vestdanmark. I øjeblikket indkøber Energinet.dk flere synkronkompensatorer, som kan sikre den spændingsstabilisering, der normalt leveres fra de centrale værker. Dok. 43532-13, Sag 13/208 9/9