Expert Talk: Congestiebeheerproducten of hoe samen te vissen in één vijver
In de afgelopen jaren is de behoefte aan congestiebeheer in de elektriciteitsnetten hand in hand gegaan met de groei van hernieuwbare (gedistribueerde) opwekking en een toename van de vraag als gevolg van, bijvoorbeeld, de elektrificatie van vervoer en verwarming. In een aantal Europese landen zijn voorbeelden van congestieproblemen1 gesignaleerd. Een voorbeeld is Duitsland, waar het steeds noodzakelijker wordt om hernieuwbare (wind)opwekkers aan banden te leggen omdat de netwerken een knelpunt vormen voor de volledige benutting van deze energiebronnen [1] als gevolg van een gebrek aan capaciteit in het transmissienetwerk. Een interessant voorbeeld op het niveau van de distributienetbeheerders is het Schiphol Trade Park in Nederland [2], waar een virtueel netwerk is gecreëerd om congestieproblemen te beperken.
Er worden verschillende oplossingen overwogen om congestie te beheren. Dit document richt zich op één daarvan: de ontwikkeling van flexibiliteitsproducten die systeembeheerders kunnen gebruiken om een efficiënt en stabiel netbeheer te waarborgen.
In dit document wordt de mogelijkheid besproken om verschillende producten voor congestiebeheer onderling en met andere flexibiliteitsproducten te integreren. De uitdagingen voor een efficiënte aankoop van flexibiliteit voor congestiebeheer worden ook besproken.
Deze Expert Talk werd geschreven door Fernando Dominguez Iniguez, Senior Researcher Energy Markets bij EnergyVille/VITO.
Producten voor congestiebeheer
Er is momenteel maar een beperkt aantal flexibiliteitsproducten dat expliciet voor congestiebeheer is ontworpen. Naarmate de behoefte van de netbeheerders om congestie te beheren toeneemt, moeten nieuwe producten worden ontwikkeld om voldoende liquiditeit op de markten voor deze producten te waarborgen.
In 2020 heeft het H2020-project EU-Sysflex aangegeven dat het geen enkel product voor congestiebeheer heeft geïdentificeerd, maar dat “middelen die bestemd zijn voor frequentiecontrole of spanningsregeling door sommige transmissienetbeheerders ook worden gebruikt voor congestiebeheer”. In België bijvoorbeeld wordt aFRR gebruikt om congestie te mitigeren of te beheren.[3]
Er wordt echter hard gewerkt om deze leemte op te vullen. Een voorbeeld daarvan zijn de geharmoniseerde producten die kunnen worden gebruikt voor congestiebeheer en die zijn ontwikkeld in het kader van het H2020-project OneNet. De belangrijkste verschillen tussen deze producten worden in de onderstaande tabel weergegeven:
Hieruit blijkt dat corrigerende producten worden geactiveerd om bestaande congestie aan te pakken, terwijl voorspellende producten worden geactiveerd als gevolg van voorspelde congestie in het netwerk. Het verschil in het gebruik van deze producten wordt weerspiegeld in de productkenmerken. Zo verschilt bijvoorbeeld de tijd die verstrijkt tussen het verzoek om activering van de SO (System Operator) en de overeenkomstige volledige levering van het betrokken product (Full Activation Time) van product tot product. Producten die worden gebruikt om congestie aan te pakken die reeds bestaat of die naar verwachting zal ontstaan tijdens het operationele tijdschema (d.w.z. corrigerende producten en voorspellende producten voor de korte termijn) vereisen een kortere FAT dan producten die worden gebruikt om langetermijnproblemen aan te pakken (d.w.z. voorspellende producten voor de lange termijn). Dit is een weerspiegeling van de tijdspanne die de SO heeft wanneer hij deze producten gebruikt.
Het aantal congestiebeheersproducten laag houden heeft voordelen. Met minder producten is het gemakkelijker om de verschillende SO’s te coördineren, bijvoorbeeld door de uitwisseling van informatie over de flexibiliteit die op verschillende tijdstippen wordt toegepast, te vergemakkelijken. Als we het Spaanse systeem als voorbeeld nemen, heeft Red Electrica Española een informatie-uitwisselingsplatform nodig dat gekoppeld is aan 5 grote/middelgrote distributienetbeheerders (d.w.z. Endesa, Iberdrola, Gas Natural-Fenosa, HC energy en Viesgo) en meer dan 200 kleinere distributiebedrijven2. Door het aantal door de SO’s gebruikte producten te verminderen, kunnen deze gegevensuitwisselingen dus ook worden gestandaardiseerd. Bovendien vergemakkelijkt een kleiner aantal producten ook de werking van FSP’s die actief zijn in gebieden die door meerdere SO’s worden bediend. Deze FSP’s moeten hun aanbod afstemmen op de behoeften van elke SO. Daarom vereenvoudigt een kleiner aantal producten voor alle SO’s hun activiteiten.
Wanneer de mogelijkheid wordt overwogen nieuwe producten voor congestiebeheer te ontwikkelen, moeten de belanghebbenden (d.w.z. SO’s, aanbieders van flexibiliteitsdiensten (FSP’s), regelgevers en beleidsmarkten) bijgevolg nagaan of een nieuw product de bestaande flexibiliteitsproducten overlapt (d.w.z. of het efficiënt is oplossingen te nemen zoals het geval is in België waar aFRR wordt gebruikt voor congestiebeheer). Voorts moeten deze belanghebbenden, wanneer verschillende producten moeten worden ontwikkeld, ook nagaan of harmonisatie vereist of zelfs raadzaam is, aangezien dit het innovatiepotentieel kan beperken.
Harmonisatie van producten voor congestiebeheer: Wanneer en hoe?
Bij het harmoniseren van producten is de eerste vraag: wat wordt er geharmoniseerd? Om flexibiliteitsproducten te definiëren, kunnen twee belangrijke componenten worden geharmoniseerd: de definitie van de attributen die de SO gebruikt (b.v. wat de SO verstaat onder FAT) en de waarden die de SO van de FSP verlangt bij het leveren van dit product (b.v. maximum FAT is minder dan 15 minuten).
De tweede vraag is hoe ver het harmonisatieproces moet gaan. Harmonisatie is een spectrum dat gaat van het verminderen van de verschillen tussen de definities van de verschillende attributen van een product tot de volledige standaardisatie van het product waarbij alle attributen gelijk gedefinieerd zijn en waarvoor er één enkele waarde is.
Geharmoniseerde producten voor congestiebeheer worden bijvoorbeeld bestudeerd in het H2020 OneNet-project en het H2020 CoordiNet-project[4]. In die projecten zijn de attributen en sommige waarden van de producten gestandaardiseerd. De waarden van andere attributen worden echter nog steeds overgelaten aan de SO’s om te beslissen. Bijgevolg kunnen twee SO’s “Voorspellende lokaal actieve producten voor de korte termijn” ontwikkelen met verschillende FAT, terwijl ze minder dan 60 minuten duren.
Om te beslissen hoe ver de harmonisatie moet gaan, moeten de beleidsmakers en de SO’s zowel de voordelen als de kosten van het omzeilen van een belemmering voor harmonisatie in overweging nemen.
De belangrijkste voordelen van de harmonisering van congestiebeheersproducten zijn het vergemakkelijken van de coördinatie tussen SO’s. Bij het afwegen van de potentiële kosten van harmonisatie zijn er belangrijke punten waarmee zowel SO’s als regelgevers rekening moeten houden:
- belemmeringen kunnen harmonisatie beperken of zelfs onhaalbaar maken – Voorbeelden van dergelijke belemmeringen zijn verschillen in de technische eisen van het netwerk, verschillende benaderingen van het netbeheer door de SO’s of verschillen in kennis over het beste congestiebeheer in hun netwerk. Sommige belemmeringen kunnen tegen een redelijke kostprijs worden omzeild (bv. door te investeren in kennis over toekomstige netwerkbehoeften), maar het omzeilen van andere belemmeringen zal hoge kosten met zich meebrengen (bv. de noodzaak om het netwerk om te bouwen tot een nieuwe norm), waardoor het harmonisatiepotentieel wordt beperkt.
- belemmeringen voor productharmonisatie kunnen van geval tot geval en van SO tot SO verschillen – het harmonisatiepotentieel is geval-specifiek en oplossingen kunnen niet eenvoudigweg worden gekopieerd uit eerdere ervaringen. Wanneer men bijvoorbeeld de Spaanse en Duitse marktstructuren vergelijkt, hebben beide landen meer dan 200 distributienetbeheerders. Maar terwijl in Spanje de meeste consumenten worden bediend door 2 zeer grote (elk meer dan 10 miljoen afnemers) en 3 middelgrote ondernemingen (elk meer dan een half miljoen afnemers), zijn de distributienetbeheerders in Duitsland kleiner (met slechts één onderneming die de 4 miljoen consumenten overschrijdt)[5]. Bijgevolg zullen oplossingen die in Spanje werken, niet noodzakelijk in Duitsland werken.
- de kosten van harmonisatie kunnen variëren in de tijd – productharmonisatie is een proces in plaats van een eenmalige oefening. Wanneer de belemmering bijvoorbeeld voortvloeit uit verschillen in kennis van de eisen inzake congestiebeheer, zou de kennis van de SO’s in de loop van de tijd verbeteren, waardoor de harmonisatie minder duur zou worden. Zelfs indien harmonisatie op dit moment niet kan plaatsvinden, mag dit in de toekomst niet worden uitgesloten. Voorts zou, indien mogelijk, het harmonisatieproces deel moeten uitmaken van een stappenplan om het beheer van de verwachtingen van de verschillende belanghebbenden te vergemakkelijken.
Na een zorgvuldige afweging (en zo mogelijk kwantificering) van kosten en baten kan worden bepaald in welke mate de flexibiliteitsproducten voor congestiebeheer onderling en met andere flexibiliteitsproducten moeten worden geharmoniseerd. Zodra de producten zijn gedefinieerd, is de volgende stap de meest efficiënte manier om ze aan te schaffen.
Integratie van producten voor congestiebeheer in de huidige flexibiliteitsmarkt
Om ervoor te zorgen dat congestie efficiënt wordt beheerd, moeten SO’s niet alleen hun flexibiliteitsproducten effectief definiëren, maar moeten zij deze ook efficiënt inkopen. Om deze efficiëntie te garanderen moeten SO’s er rekening mee houden dat markten die op de aankoop van dergelijke producten zijn gericht, interageren met de werking van andere impliciete en expliciete markten (bv. dynamische tarieven die zijn gericht op het verwerven van flexibiliteit van laagspanningsverbindingen).
Deze interacties zullen echter geval-specifiek zijn en overkoepelende resultaten zijn moeilijk te ontwikkelen. Voorbeelden van studies zijn:
- H2020 EU-Sysflex project – deze paper beschouwt interacties tussen markten voor flexibiliteitsproducten (in dat geval mFRR) en de day ahead markten. [6] heeft aangetoond dat een hogere aankoopfrequentie van mFRR dagelijks de deelname van RES vergemakkelijkt. Deze technologieën hebben het moeilijk om hun productie vooraf te voorspellen. Daarom zullen zij het gemakkelijker vinden om deel te nemen aan een mFRR-markt die dichter bij real-time wordt beheerd. Aangezien meer technologieën kunnen kiezen tussen deelname aan een day ahead-markt en een mFRR-markt, wordt ook het prijsverschil tussen deze markten kleiner.
- In het H2020 EUniversal-project – [7] wordt een kwalitatieve analyse gemaakt van de interacties tussen flexibiliteit en impliciete markten zoals dynamische tarieven. In dit project wordt vastgesteld dat de interacties van geval tot geval moeten worden bekeken, aangezien het effect afhangt van het product dat wordt aangekocht en het specifieke type impliciete en expliciete markt dat wordt bekeken.
- Stawska et al – [8] bestudeert een aantal mechanismen voor congestiebeheer en het effect daarvan op de handel op de markten voor onbalans. Zij komen tot de bevinding dat sommige congestiebeheermechanismen (met inbegrip van flexibiliteitsmarkten) voldoende stimulansen kunnen bieden om congestie te voorkomen. Geen van deze mechanismen is echter onder alle omstandigheden optimaal. Flexibiliteitsmarkten kunnen congestie aanpakken, maar zij kunnen misplaatste stimulansen hebben, waarvan er één is dat “de verkoop van stroom aan de [congestiebeheers]markt betekent dat een aggregator moet afzien van potentiële winst op de onbalansmarkt. Daarom moet de distributienetbeheerder de flexibiliteitsprijs hoog genoeg zetten om te concurreren met de onbalansmarkt, terwijl het zou kunnen zijn dat zowel de distributienetbeheerder als de transmissienetbeheerder hetzelfde consumentengedrag nastreven.”
Bij de ontwikkeling van een markt voor congestiebeheersproducten moeten SO’s derhalve rekening houden met de interacties die zij zouden hebben met andere markten (impliciet en expliciet) aangezien dit de algemene efficiëntie van de markten aanzienlijk kan beïnvloeden.
Maar eigenlijk...hebben we producten nodig? De supermarktbenadering
Om het risico te beperken dat bepaalde flexibiliteit niet beschikbaar wordt gesteld voor SO’s ten gevolge van bijvoorbeeld beperkende attributen (bv. vereiste minimumomvang om op de markt te bieden) of kenmerken van de markten voor congestiebeheersproducten (bv. maandelijkse werking van de markt waarbij wind- en zonne-energie gedeeltelijk worden uitgesloten), worden flexibiliteitssupermarkten ingevoerd. In de H2020-projecten EU-Sysflex en OneNet is de optie voorgesteld waarbij FSP’s slechts een aantal vooraf bepaalde gegevens (bv. capaciteit, locatie, prijzen) hoeven te publiceren en de SO’s de informatie gebruiken om de flexibiliteitsbronnen te kiezen die het best aan hun behoeften beantwoorden.
Er zijn echter ook minder extreme opties in overweging genomen. Zo zou een supermarktbenadering erin bestaan dat het FSP nog steeds moet voldoen aan vooraf vastgestelde waarden voor sommige van de attributen, maar niet hoeft te voldoen aan eisen voor andere.
Om de aanpak te illustreren, beschouwen we een van de producten in de noordelijke demo van het H2020 OneNet-project: “Near Real Time Active Energy”. [9] Het product is gebouwd op de specificatie van het mFRR-product, maar het wordt ook gebruikt voor congestiebeheer. Om dit te bereiken zouden de FSP’s naast de locatie-informatie ook de vereiste informatie voor mFRR moeten verstrekken.
Bij de huidige aanpak van mFRR-markten zouden de FSP’s dus moeten voldoen aan de kenmerken van een mFRR-product en ook de locatie van hun flexibiliteit moeten vermelden. Dit product zou echter ook kunnen worden geëxploiteerd als een supermarkt waar FSP’s kunnen kiezen of zij locatie-informatie verstrekken. Wanneer een FSP geen locatie-informatie verstrekt, zal zijn flexibiliteit alleen in aanmerking worden genomen voor congestiebeheer.
Een supermarktaanpak zou voor- en nadelen hebben ten opzichte van de huidige situatie. De tabel hieronder geeft de meest relevante weer, maar er zijn er meer beschikbaar in [9]:
Een mogelijke manier om enkele van de nadelen in die tabel te verzachten, is het opzetten van een flexibiliteitssupermarkt die parallel loopt aan sommige van de huidige markten. Volgens bovenstaand voorbeeld zouden de aanbieders van energiediensten kunnen kiezen tussen het aanbieden van flexibiliteit op de markt voor een “near real time active energy”-product of een flexibiliteitssupermarkt voor actief vermogen. Dit zou het voor de SO gemakkelijker maken om toegang te krijgen tot een grotere hoeveelheid flexibiliteit, aangezien de FSP’s die niet aan de vereisten van dit product kunnen voldoen, nog steeds in staat zouden zijn om hun flexibiliteit in de supermarkt aan te bieden.
Aanbevelingen
Transmissie- en distributienetbeheerders moeten een gefragmenteerd pakket flexibiliteitsproducten vermijden om de coördinatie van hun activiteiten te vergemakkelijken en ervoor te zorgen dat de beschikbare flexibiliteit niet te zeer over de markten wordt verspreid. Daarom moeten zij nagaan of andere producten (met enkele beperkte wijzigingen) deze systeemdiensten kunnen leveren.
Voorts moeten de SO’s, om hun efficiënte aankoop te garanderen, ook de interacties tussen de expliciete en eventuele impliciete flexibiliteitsmechanismen in aanmerking nemen. Wanneer zij deze producten in overweging nemen, zullen zij dus de interacties moeten modelleren om de efficiëntie van het systeem te waarborgen.
Tenslotte is het van belang ervoor te zorgen dat de SO’s toegang hebben tot alle flexibiliteit die in het systeem beschikbaar is. In één systeem wordt een supermarktbenadering voorgesteld die met sommige producten zou kunnen worden gecombineerd om de toegang van SO’s tot de nodige flexibiliteit te vergemakkelijken.
Voetnoten
1 Met congestie gedefinieerd als een netwerksituatie waar voorziene of gerealiseerde stromen de thermische grenzen van de elementen van het net en de spanningsstabiliteit of de hoekstabiliteitsgrenzen van het elektriciteitssysteem schenden.
2 Voor een volledige lijst van Spaanse distributienetbeheerders zie https://www.eudsoentity.eu/registered-organisations/
Referenties
[1] Bundesnetzagentur, “Monitoringbericht 2020 der Bundesnetzagentur und des Bundeskartellamtes,” no. Vcd. p. 730730, 2021.
[2] “No Title,” [Online]. Available: https://www.sadc.nl/eerste-bedrijven-schiphol-trade-park-aangesloten-op….
[3] EU-SysFlex, “Product definition for innovative system services,” p. 96, 2019, [Online]. Available: https://eu-sysflex.com/.
[4] K. Kessels, A. Delnooz, J. Vanschoenwinkel, E. Rivero, and C. Madina, “CoordiNet Deliverable D1.3: Definition of scenarios and products for the demonstration campaigns,” 2019. [Online]. Available: https://private.coordinet-project.eu//files/documentos/5d72415ced279Coo….
[5] “EU DSO Entity website.” https://www.eudsoentity.eu/registered-organisations/.
[6] EU-SysFlex Project, “EU-SysFlex Deliverable 3.4: Impact analysis of market and regulatory options through advanced power system and market modelling studies,” no. 773505, 2020, [Online]. Available: https://eu-sysflex.com/wp-content/uploads/2020/07/EU-SysFlex-D3.4-publi….
[7] EUniversal, “Deliverable: D5.1 Services, Identification of relevant market mechanisms for the procurement of flexibility needs and grid,” no. 864334, 2020.
[8] A. Stawska, N. Romero, M. de Weerdt, and R. Verzijlbergh, “Demand response: For congestion management or for grid balancing?,” Energy Policy, vol. 148, no. PA, p. 111920, 2021, doi: 10.1016/j.enpol.2020.111920.
[9] ONENET et al., “D2.2 – A set of standardised products for system services in the TSO- DSO-consumer value chain,” 2021.