02-12-2019

De overgang van een energiesysteem dat traditioneel gedomineerd werd door grote conventionele generatie-eenheden naar een systeem met veel variabele hernieuwbare technologieën resulteert in uitdagingen die de veilige en betrouwbare werking van het energiesysteem in gevaar kunnen brengen, zowel op het niveau van transmissie als distributie. Innovaties in product- en marktontwerp ondersteunen de huidige evolutie waarbij systeembeheerders een actievere aanpak voor systeembeheer willen implementeren. Maar welke innovaties zijn nodig om kostenefficiënte flexibiliteitsmarkten voor de toekomst te ontwerpen, zonder marktverstoringen?

Geschreven door Helena Gerard, Senior Onderzoeker bij  EnergyVille/VITO en Thomas Polfliet, Business Developer Flexilibity, Grid and Market Design bij EnergyVille/VITO


Context

De overgang van een energiesysteem dat traditioneel gedomineerd werd door grote conventionele generatie-eenheden naar een systeem met veel variabele hernieuwbare technologieën resulteert in uitdagingen die de veilige en betrouwbare werking van het energiesysteem in gevaar kunnen brengen, zowel op het niveau van transmissie als distributie. Het toenemende aandeel van gedistribueerde energiebronnen in het netwerk vormt een uitdaging maar kan ook voordelen meebrengen voor systeembeheerders (TSO's en DSO's), marktdeelnemers en eindgebruikers. De toekomstige behoeften van het elektriciteitssysteem, zoals systeemtoereikendheid, frequentiecontrole, congestiebeheer en spanningsregeling, zullen zorgen voor noodzakelijke innovaties op het gebied van systeemdiensten en marktontwerp. Dit leidt dan weer tot nieuwe kansen voor marktdeelnemers om een ​​breed assortiment van diensten aan te bieden.

Historisch gezien waren systeemdiensten gecentreerd rond producten op basis van actief vermogen, en leverden ze frequentiecontrolediensten voor de transmissienetbeheerder (TSO). Terwijl recente evoluties in systeemservices zich vooral richtten op nieuwe technologieën die vergelijkbare services kunnen bieden, was er minder aandacht voor een fundamentele verandering in product- en marktontwerp. De bestaande diensten en het huidige marktontwerp zijn wellicht geschikt zijn voor de systeemuitdagingen van nu, maar zijn niet aangepast aan een toekomstig systeem dat wordt gedomineerd door grote hoeveelheden variabele hernieuwbare elektriciteitsbronnen.

Innovaties in product- en marktontwerp ondersteunen de huidige evolutie waarbij systeembeheerders een actievere aanpak voor systeembeheer willen implementeren. In het volgende artikel bespreken we drie belangrijke topics voor innovatie: productontwerp, marktontwerp en coördinatie tussen systeembeheerders.

Innovaties in producten

Innovaties in productontwerp variëren van het wijzigen van de parameters van bestaande producten tot het introduceren van nieuwe producten of een fundamentele verandering van het concept.

Technologieneutraliteit is een essentiële vereiste voor een goed productontwerp voor systeemservices. Nieuwe technologieën kunnen nodig zijn om voldoende flexibiliteit tegen een redelijke prijs te garanderen. Bestaande productvereisten voor systeemdiensten moeten dan weer mogelijk worden aangepast om rekening te houden met nieuwe technologieën.

Een voorbeeld hiervan is de vereiste dat sommige producten 100% beschikbaar zijn, wat voor de deelname van hernieuwbare energiebronnen een uitdaging vormt. Een ander voorbeeld is de afwezigheid van ramping constraints voor sommige producten voor een ​​veiliger en betrouwbaar gebruik van de systeemdiensten.

Er worden nieuwe producten ontwikkeld of de komende jaren geïntroduceerd om tegemoet te komen aan de systeembehoeften die zich voordoen bij een hoog aandeel hernieuwbare bronnen (RES) op het net. Als we bijvoorbeeld kijken naar het bestaande assortiment frequentieproducten, is het duidelijk dat in de toekomst een evolutie naar sneller reagerende reserves voor frequentiecontrole nodig zal zijn om te reageren op de kortetermijnvolatiliteit van vraag en aanbod. Bovendien moeten producten worden ontwikkeld voor nieuwe systeembehoeften zoals spanningsregeling en congestiebeheer (zowel op transmissie- als op distributieniveau). Tegenwoordig worden deze diensten in de meeste gevallen niet aangeboden door flexibiliteitsaanbieders, maar in de toekomst zal een meer concrete visie op de kenmerken van deze diensten (aankoopmethode, duur, beschikbaarheid, ...) noodzakelijk zijn. De specificaties voor nieuwe producten zoals congestiebeheer grotendeels zullen worden beïnvloed door de operationele processen die zijn gedefinieerd door de respectieve systeembeheerders.

Fundamentele veranderingen in het energielandschap vereisen een heroverweging van de manier waarop we onze producten en markten voor systeemdiensten organiseren. De behoefte aan nieuwe soorten systeemdiensten kan in het ergste geval leiden tot een groot aantal verschillende producten met verschillende specificaties en marktarrangementen. Het is duidelijk dat dit de complexiteit kan verhogen vanuit het perspectief van zowel de systeembeheerder als de dienstverlener. Hoe kunnen we zorgen voor transparantie en uiteindelijk komen tot een veilige werking van het netwerk? Een meer disruptieve manier om naar innovaties in productontwerp te kijken, is het ‘Supermarktconcept’ ontwikkeld in het H2020-project EU-Sysflex. Denk aan een concept waarbij systeemaanbieders geen flexibiliteit bieden voor één product of marktorganisatie (met inachtneming van de vereiste specificaties), maar integendeel hun flexibiliteit bieden onafhankelijk van een product of een markt en alleen door de specificaties van hun flexibiliteitspool (grootte, activeringssnelheid, ramping constraints,...). In dit concept kijken systeembeheerders naar flexibiliteit, aangedreven door hun werkelijke behoeften enerzijds en de beschikbare aanbiedingen (inclusief een breed scala aan verschillende specificaties) anderzijds. De prijs is in dit concept minder voor de hand liggend en moet zorgvuldig worden ontworpen. Evoluties op het gebied van kunstmatige intelligentie kunnen dit soort disruptieve concepten ondersteunen, enerzijds door de selectie van flexibiliteit door de systeembeheerders en anderzijds door het prijsmechanisme.

Innovaties in marktdesign

In aanvulling op het ontwerp van nieuwe producten voor systeemdiensten, is er behoefte aan innovatie in de toekomstige marktregelingen voor de inkoop en activering van systeemdiensten. Naast innovaties op het niveau van producten en diensten, moeten systeembeheerders het ontwerp van toekomstbestendige flexibiliteitsmarkten heroverwegen. Verschillende marktconcepten zullen het mogelijk maken om te voorzien in de behoeften van zowel TSO's als DSO's op het vlak van investeringen, operationele planning en real-time oplossingen. Innovaties in marktontwerp zijn een belangrijke factor voor een soepele integratie van veranderingen op het gebied van systeemdiensten.

De huidige markten worden meestal gekenmerkt door een gecentraliseerd marktontwerp, georganiseerd en beheerd door de TSO. Toekomstige marktorganisaties zullen een mix zijn van gecentraliseerde, gedecentraliseerde of zelfs peer-to-peer marktorganisaties, afhankelijk van de systeembehoeften. De ontwikkeling van systeemdiensten voor lokale problemen (bijv. lokaal congestiebeheer of lokale spanningsregeling), de opkomst van flexibiliteitsbronnen die zijn aangesloten op het laag- en middenspanningsnet, en de verhoogde empowerment van de eindgebruiker (bijv. de inzet van verschillende soorten energiegemeenschappen) zal leiden tot meer gedecentraliseerde en gedistribueerde marktorganisaties. Met name voor gedecentraliseerde marktorganisaties is het van essentieel belang dat de gekozen configuratie voldoende liquiditeit garandeert en de opkomst van marktmacht beperkt. Onderstaande figuur toont verschillende mogelijke marktorganisaties.

market organizations

Figuur 1: Marktorganisaties voor systeemdiensten (Bron: EU-Sysflex project)

Voor sommige systeemdiensten zal het zelfs noodzakelijk zijn om de marktoplossingen aan te vullen met aanvullende regelgeving vanwege de aard van de dienst. Dit is bijvoorbeeld het geval voor systeemservices die essentieel zijn voor de stabiliteit van het elektriciteitssysteem (bijvoorbeeld inertie). Men kan zich afvragen onder welke omstandigheden de beveiliging van het netwerk een waardevol argument is om te vragen om meer gereguleerde regelingen (bijvoorbeeld via netwerkcodes) in plaats van marktgebaseerde oplossingen. Afhankelijk van het gekozen marktontwerp zullen de rollen en verantwoordelijkheden, interacties en informatie-uitwisseling tussen TSO's en DSO's verschillen.

Flexibiliteitsmarkten zouden marktverstoringen moeten ontmoedigen. Voorbeelden van marktverstoringen zijn de aanwezigheid van marktmacht, ongewenst strategisch spelgedrag van marktdeelnemers of belemmeringen voor bepaalde technologieën. Met name kleine, lokale markten hebben vaak een gebrek aan liquiditeit en leiden als zodanig tot niet-concurrerende prijzen. Bijgevolg moet slim marktontwerp een teveel aan kleine en gefragmenteerde markten vermijden. In sommige gevallen, bijvoorbeeld om congesties op het laagspanningsniveau op te lossen, kan het voordeliger zijn om, in plaats van een markt voor flexibiliteit te organiseren, te vertrouwen op andere marktgebaseerde instrumenten zoals dynamische tarieven (impliciete vraagrespons) of dynamische verbindingsovereenkomsten. Een ander voorbeeld van een mogelijke marktverstoring hangt samen met het strategische gedrag van marktdeelnemers. Illustratief voor deze zaak was de waarneming in Duitsland, waar de selectie van frequentiereserves alleen was gebaseerd op de reserveringsprijs, wat leidde tot een situatie waarin flexibiliteitsaanbieders biedingen uitbrachten met kunstmatig lage reserveringsprijzen en degenen die werden geselecteerd gecompenseerd werden met een extreem hoge activeringsprijzen.

Andere innovaties kunnen ook worden verwacht in het ontwerp van energie- en flexibiliteitsmarkten in geval van verdere harmonisatie van markten binnen Europa, bijvoorbeeld de harmonisatie van intraday-markten of markten voor specifieke systeemdiensten. Bovendien zal de inclusie van verschillende dragers (gas, warmte en elektriciteit) of de combinatie van markten (bijvoorbeeld gezamenlijke inkoop van congestiebeheer en balanceringsdiensten) leiden tot meer opties voor zowel aanbieders van flexibiliteit als systeembeheerders. Om op een efficiënte manier te kunnen functioneren, tegen de laagst mogelijke operationele kosten, is een slim ontwerp van markten essentieel en is verder onderzoek en verdere innovatie de komende jaren vereist.

Coördinatie tussen systeembeheerders

De behoefte aan meer coördinatie wordt in Europa algemeen erkend. Verbeterde interacties tussen netwerkexploitanten zullen een beter gebruik van de flexibiliteit van DRES mogelijk maken. Niet alleen zullen TSO en DSO elkaar dan ondersteunen in een efficiënte werking van hun netwerk, systeembeheerders zullen ook vermijden dat acties in het ene netwerk, acties in een ander netwerk tegengaan. Binnen het H2020-project Smartnet werden vijf modellen voor verhoogde TSO-DSO-interactie gedefinieerd[1]. Het gecentraliseerde AS-marktmodel presenteert een gecentraliseerde markt, beheerd door de TSO, die de beperkingen in het distributienet respecteert. Het lokale AS-marktmodel vertrekt van een lokale markt georganiseerd door de DSO, die middelen verzamelt en overdraagt ​​aan de TSO. In het Shared balancing-verantwoordelijkheidsmodel neemt de DSO de verantwoordelijkheid voor het balanceren van het distributienet over, volgens een vooraf bepaald schema met de TSO. In het Common TSO-DSO AS-marktmodel organiseren de TSO en DSO gezamenlijk een flexibiliteitsmarkt die voorziet in beide behoeften van het transmissie- en distributienetwerk en de kosten minimaliseert om deze flexibele middelen aan te schaffen. In het geïntegreerde marktmodel voor flexibiliteit concurreren TSO's, DSO's en commerciële marktspelers samen op een gemeenschappelijke flexibiliteitsmarkt. Elk van de coördinatiemodellen heeft voordelen en aandachtspunten (zie onderstaande tabel) en de keuze welk coördinatiemodel optimaal is, hangt af van factoren zoals de nationale organisatie van systeembeheerders, de betrokken systeemdiensten en het bestaande regelgevend kader.

energy markets

Een vlotte samenwerking tussen systeembeheerders zal de bedrijfsprocessen, informatie-uitwisseling en communicatiekanalen beïnvloeden. Dit impliceert ook nieuwe rollen, verantwoordelijkheden en hulpmiddelen voor systeembeheerders. Vooral voor de DSO kunnen belangrijke wijzigingen optreden. Vandaag de dag hebben DSO's geen enkele flexibiliteit voor zichzelf. Ze zijn ook nauwelijks betrokken bij de inkoopprocessen van AS door de TSO. In de toekomst zullen DSO's niet alleen flexibiliteit gebruiken voor hun eigen lokale werking (als een alternatief voor netuitbreiding), ze zullen ook de TSO ondersteunen bij een efficiënt inkoopproces van AS aangesloten op het distributienet. Als gevolg van deze nieuwe rollen en verantwoordelijkheden moet bovendien een passende ICT-infrastructuur worden geïnstalleerd om een ​​vlotte en efficiënte uitwisseling van informatie te garanderen. In het geval dat TSO en DSO in real-time zullen samenwerken voor de inkoop en activering van flexibiliteit, is er een toenemende behoefte om snel grote hoeveelheden gegevens op een veilige manier te delen. Deze ontwikkelingen hebben uiteraard betrekking op het voortdurende debat over privacy en cybersecurity.

[1] Gerard, H., Rivero Puente, E.I., Six, D., 2018. Coordination between transmission and distribution system operators in the electricity sector: A conceptual framework. Utilities Policy 50, 40–48. https://doi.org/10.1016/j.jup.2017.09.011

Wil je meer weten over innovaties voor toekomstbestendige energiemarkten? Contacteer dan Helena Gerard of Thomas Polfliet.

Helena_gerard

Contact

Helena Gerard

Senior Researcher at EnergyVille/VITO
Thomas Polfliet

Contact

Thomas Polfliet

Business Developer Flexibility, Grid- & Market design at EnergyVille/VITO