Elektrárenský gordický uzel IV: Za lepší trhy s elektřinou

Bílá kniha, která zkonkretizuje, jak budou Němci v budoucnu řešit možný nedostatek flexibilních zdrojů elektřiny, se zdržela. Na její zhodnocení si bohužel musíme ještě počkat. Mezitím Jakub Kučera analyzuje pět možností, jak trhy s elektřinou zefektivnit.

Jakub Kučera 20.6.2015
Elektřina (ilustrační foto). | na serveru Lidovky.cz | aktuální zprávy Elektřina (ilustrační foto). | foto: Shutterstock
Elektřina (ilustrační foto). | na serveru Lidovky.cz | aktuální zprávy

Existuje několik způsobů jak „rozhýbat“ čistě energetické trhy (energy-only markets), aby problém s chybějící kapacitou řešily o něco lépe. Většina těchto opatření může být zavedena, aniž bychom toho museli později litovat (tzv. no-regret options). Dobře se snesou i s kapacitními mechanismy – mohou zvýšit jejich efektivitu anebo snížit jejich náklady. Všechna navrhovaná opatření jsou také již dnes ekonomicky a technicky proveditelná a v některých zemích už alespoň částečně fungují. Některým z nich lépe porozumíme po krátkém nastínění, jak trhy s elektřinou fungují dnes.

Elektrárenský gordický uzel

Tématu jsme se věnovali rovněž v těchto článcích:

Trhy, kam se podíváš

Slovo „trhy“ je na místě – i v rámci pouhého jednoho státu jich do hry vstupuje několik. Nejznámějšími jsou trhy se silovou elektřinou, zvané též trhy energetické, na nichž se pro daný časový okamžik obchoduje s megawatthodinami elektřiny. V Evropě je asi nejvýznamnější burza EEX v Lipsku. U nás jsou to denní a vnitrodenní trh, oba provozované státní akciovou společností OTE. Z hlediska zobchodovaných objemů je důležitější trh denní – v roce 2014 se zde zobchodovalo 13 241 GWh, zatímco na vnitrodenním trhu to bylo jen 443 GWh (s přehledem nejvíce, 97 092 GWh, se ovšem zobchodovalo mimo burzu).

Tyto takzvané spotové, okamžité trhy doplňují trhy s futures kontrakty, na kterých si můžeme zajistit cenu elektřiny i na několik let dopředu

Na denním trhu se formou aukce obchoduje s elektřinou na následující den. Protože obchodník jen stěží odhadne den předem, kolik elektřiny přesně odebere nebo dodá, má k dispozici vnitrodenní trh, který končí až jednu hodinu před fyzickou dodávkou elektřiny. Obchodník například počítá, že v úterý mezi 12:00 a 13:00 jeho zákazníci odeberou 50 MWh, a toto množství si zajistil už v pondělí na trhu denním. V úterý v 10:00 ale zjistí, že kvůli oblačnému počasí si více odběratelů rozsvítí a bude potřebovat 55 MWh. Do 11:00 si toto dodatečné množství může zajistit na vnitrodenním trhu. Tyto takzvané spotové, okamžité trhy doplňují trhy s futures kontrakty, na kterých si můžeme zajistit cenu elektřiny i na několik let dopředu (sjednáme si cenu, za kterou budoucí obchod proběhne).

Vznik trhů s elektřinou přinesl jeden problém. Poptávka a nabídka na nich je sice v drtivé většině případů v rovnováze (jiná věc je, při jaké ceně), ale ve skutečnosti k výkyvům v síti dochází. To není vada systému. Náš obchodník si sice zajistil dodatečné megawatthodiny, ale jeho zákazníci mohou následně stejně ze sítě odebrat elektřiny více nebo méně. Náhle vyjde slunce, situace se změní a obchodník, respektive jeho zákazníci, odeberou ze sítě více, za což může následovat penále.

Vznik trhů s elektřinou přinesl jeden problém. Poptávka a nabídka na nich je sice v drtivé většině případů v rovnováze, ale ve skutečnosti k výkyvům v síti dochází.

Dokud nebyla výroba elektřiny a obsluha přenosové soustavy oddělené, nebyl to velký problém. Elektrárenský monopol situaci v síti vyrovnal pomocí vlastních zdrojů tak, aby frekvence v síti byla stále 50 herzů. Po oddělení výroby a obchodování s elektřinou od správy přenosové soustavy si její provozovatel (u nás státní akciová společnost ČEPS) musí tyto takzvané podpůrné služby zajistit. Domluví se s provozovateli elektráren, že podle potřeby svůj výkon za úplatu zvýší nebo sníží.

Tím se otevírá prostor pro další trhy. U nás si přibližně v devíti z deseti případů ČEPS podpůrné služby zajistí pomocí dlouhodobých smluv. Ve zbylých případech si je opatří na denním trhu s podpůrnými službami, který končí předchozí den před inkriminovanou hodinou, anebo si potřebné megawatthodiny nakoupí na takzvaném vnitrodenním trhu s regulační energií. Ten končí jen třicet minut před hodinou dodávky, v našem krátkém příkladu tedy v 11:30. ČEPS už může lépe odhadnout, jestli elektřina bude v síti chybět nebo přebývat. Vyrovnávací trh umožňuje provozovateli sítě ušetřit za podpůrné služby. Jednak nebude muset aktivovat některé dříve smluvně zajištěné zdroje, za což se platí extra, případně jich může v dlouhodobém horizontu poptávat méně.

Možnosti, jak zefektivnit trhy s elektřinou:

1. Větší vyrovnávací zóna

Rozlehlejší zóna, ve které provozovatel přenosové soustavy vyrovnává elektrickou síť, má následující výhody:

Pokud vypadne zdroj na ostrově, který není spojen kabelem s pevninou, příslušnost v EU blackout neodvrátí...

a) Ve větším systému budou mít rušivé události, jako například výpadek elektrárny, menší dopad. Náhlé odstavení jaderného reaktoru o výkonu 1000 MW jinak působí z pohledu české sítě s nainstalovanou kapacitou ve výši 22 tisíc MW a zcela jinak z pohledu třeba německé sítě s nainstalovanými 190 tisíci MW, natož pak v rámci celé EU s 920 tisíci MW. Samozřejmě také hraje roli propojení jednotlivých částí vyrovnávací zóny, protože pokud vypadne zdroj na ostrově, který není spojen kabelem s pevninou, příslušnost v EU blackout neodvrátí.

b) Provozovatel přenosové soustavy má k dispozici širší portfolio různých zdrojů s odlišnými vlastnostmi.

c) Poptávka po elektřině je na velkém území méně proměnlivá než na území malém. Výkyvy v různých částech zvětšené zóny se do určité míry vyrovnávají.

d) To samé platí pro výrobu z neflexibilních obnovitelných zdrojů. Oblačnost nad jednou částí větší vyrovnávací zóny může vyrovnat svítící slunce nad jinou částí zóny.

Další možností je takzvaná virtuální konsolidace, ke které v Evropě už dochází. Pod vedením čtyř německých operátorů přenosových soustav vznikla International Grid Control Cooperation, v jejímž rámci dochází k vyrovnávání potřeb podpůrných služeb. Vedle Dánska, Nizozemska, Belgie a Rakouska se spolupráce účastní i český ČEPS. Na druhou stranu panují pochyby o tom, že výhody propojení budou zásadní. U bodů c) a d) lze totiž očekávat, že na relativně malém evropském kontinentu, zejména v některých jeho částech, slunce svítí anebo vítr vane podobně. Rovněž spotřeba elektřiny se v jednotlivých zemích bude během dne chovat podobně.

2. Rychlejší trhy

Jak energetický trh s elektřinou, tak ten vyrovnávací mohou být „rychlejší“ (alespoň toto přídavné jméno si pro následující zlepšení vybrali výzkumníci z německého think tanku Agora Energiewende). Obchodování by mělo končit co nejpozději před vlastním dodáním či odběrem elektřiny. Výsledky obchodování pak přesněji odpovídají skutečné situaci v síti. Obchodníci mohou lépe reagovat například na změny počasí a klesá potřeba podpůrných služeb. Provoz přenosové soustavy je proto levnější.

Český obchodník tuto možnost nemá a musí se spoléhat, že mu vyjde průměrná pozice za celou hodinu, a nebude tak muset platit za rozkolísání sítě

Ostatně to je i důvod, proč český vyrovnávací trh končí půl hodinu před hodinou dodávky. ČEPS má více času nakoupit potřebné megawatthodiny. Lze si dokonce představit, že by vyrovnávací trh v nějaké formě pokračoval i během hodiny dodávky.

Německé trhy už dnes o něco „rychlejší“ jsou, a to rovnou ve dvojím smyslu. Jednak tamní vnitrodenní trh končí o 15 minut později než český (časový interval mezi koncem obchodování a začátkem hodiny dodávky je tak o 15 minut kratší). Dále se v Německu na vnitrodenním trhu obchoduje po čtvrthodinách a ne po hodinách jako u nás. To má výhodu například pro německé obchodníky odbírající elektřinu ze solárních panelů. Pokud podle předpovědi slunce zmizí za mraky v 12:30, mohou již pro následující čtvrthodinu nakoupit elektřinu pro vykrytí jejich menšího výkonu.

Český obchodník tuto možnost nemá a musí se spoléhat, že mu vyjde průměrná pozice za celou hodinu, a nebude tak muset platit za rozkolísání sítě. Podobný efekt jako „rychlejší“ trhy mají přesnější předpovědi počasí.

3.  Vyšší flexibilita na straně poptávky

Větší flexibilita na straně spotřeby rovněž učiní elektrickou soustavu robustnější a její provoz levnější. Viděli jsme sice, že dobrovolné utlumení poptávky neřeší problém s dlouhodobým nedostatkem výrobních kapacit, ale flexibilnější spotřeba klady nepochybně má. Minimálně se snižuje potřeba některých zdrojů.

K zajímavým výsledkům by také mohlo vést zapojení dobrovolného utlumení spotřeby do vyrovnávacích trhů a podpůrných služeb

K zajímavým výsledkům by také mohlo vést zapojení dobrovolného utlumení spotřeby do vyrovnávacích trhů a podpůrných služeb. Není důvod, proč by se například krátkodobé omezení odběru elektřiny v továrnách nemohlo odměnit i v rámci vyrovnávacího nebo kapacitního trhu. Otázkou je, jak velký potenciál lze při dané situaci na trhu nakonec využít. V konečném důsledku půjde o to, kde leží rovnováha mezi funkcí továrny jako výrobce zboží a její funkcí vyvažovatele elektrické sítě. Není jasné, kde se tento rovnovážný bod nachází, ačkoli některé studie spatřují na tomto poli velký potenciál.

Firma EnerNOC z Mnichova dokazuje, že se nejedná o pouhou fantazii. Spolupracuje s řadou velkých a středních odběratelů elektřiny, kteří na požádání mohou zvýšit nebo snížit svůj odběr. K těm větším patří továrna na zpracování křemíku v bavorském Pockingu, k těm menším, ale o to známějším, třeba mnichovský pivovar Paulaner. Společnost s mnichem ve znaku může svůj odběr změnit až o jeden megawatt. K tomu lze buď využít mrazící zařízení a vzduchové kompresory v čističce nebo vlastní malou elektrárnu, takže pivovar nemusí po nějakou dobu ze sítě odebírat vůbec.

4. Propojení energetického a vyrovnávacího trhu

Větší propojení energetického a vyrovnávacího trhu, které by vedlo ke sblížení cen na těchto dvou trzích, by mohlo zvýšit příjmy flexibilních zdrojů

Čistě energetický trh negeneruje dostatečné příjmy pro pokrytí fixních nákladů elektráren potřebných ve spotřebních špičkách mimo jiné proto, že ceny na něm plně neodrážejí skutečné náklady na pokrytí těchto špiček. Vyrovnávací operace provozovatele přenosové soustavy se do značné míry nacházejí mimo trh. Problém dále zhoršují cenové stropy na burze.

Už bylo zmíněno, že v Česku se přibližně 90 procent podpůrných služeb zajišťuje pomocí dlouhodobých smluv a jen malý zbytek na trhu s těmito službami. Provozovatel přenosové soustavy tak může nakupovat tyto služby za ceny nižší, než je jejich skutečná hodnota v okamžiku nedostatku. Větší propojení energetického a vyrovnávacího trhu, které by vedlo ke sblížení cen na těchto dvou trzích, by mohlo zvýšit příjmy flexibilních zdrojů. Některé severoamerické trhy se už tímto směrem vyvíjejí.

5. „Věrnější“ ceny

Trhům by nepochybně pomohlo, kdyby se co největší složka konečné ceny řídila podle tržní situace. Výzkumníci z Fraunhofer-Institutu für Windenergie und Energiesystemtechnik a společnosti Energy Brainpool například navrhují, aby poptávka a nabídka neovlivňovaly jen cenu silové elektřiny na burze, ale třeba i výši podpory, kterou čerpají obnovitelné zdroje elektřiny. Burzovní cena elektřiny, jediný flexibilní prvek v ceně, totiž například u německých domácností činí jen čtvrtinu ceny koncové. Naopak různé příplatky a daně se nemění a koncová cena elektřiny je kvůli nim méně flexibilní.

Burzovní cena elektřiny, jediný flexibilní prvek v ceně, například u německých domácností činí jen čtvrtinu ceny koncové

Podívejme se, jak by to mohlo fungovat u poplatků na podporu obnovitelných zdrojů elektřiny. V roce 2014 činily v Německu přes pětinu konečného účtu domácností za elektřinu. Autoři studie počítají se zavedením pevného multiplikátoru, který v závislosti na ceně na burze výši zelené podpory sníží nebo zvýší. Celkově se za rok vybere stejná částka jako dnes, jen se jinak přerozdělí.

Následující graf ukazuje, jaký dopad by to mělo na cenu koncové elektřiny. Zatímco nyní je průměrný rozdíl mezi nejvyšší a nejnižší cenou v rámci jednoho dne maximálně 28 eur/MWh, při plné flexibilitě podpory zelené elektřiny stoupne na 70 eur/MWh. Tato hodnota je jen orientační, protože zde pracujeme s průměrnými ročními hodnotami – během jednoho dne mohou být „spready“ daleko vyšší. Vše by se samozřejmě muselo ještě zevrubně propočítat a vyladit. Například by se mohl zavést určitý strop na výši zelené podpory, aby ceny neskákaly příliš.

Cena elektřiny při flexibilní podpoře obnovitelným zdrojům

Cena elektřiny při flexibilní podpoře obnovitelným zdrojům.

Poznámka: cena elektřiny = zde jen jako silová elektřina a podpora zelené elektřiny (EEG-Umlage) / multiplikátor ve výši 1,7.
Pramen: Strommarkt-Flexibilisierung, 2015, Malte Jansen et al.

Na straně výrobců autoři počítají s omezeným efektem vyšších denních rozdílů – neflexibilní obnovitelné zdroje poběží díky nulovým variabilním nákladům stejně. Jedině že by i podpora mohla být záporná jako ceny na burze, kdy se za dodání elektřiny v nevhodnou dobu platí. Výrazně by ale na změně mohli vydělat provozovatelé flexibilních zelených zdrojů, protože by do sítě mohli dodávat v době nejvyšších cen a nejvyšší podpory. Ideálně v případě, že v dobách nízkých cen a nízké podpory by mohli elektřinu spotřebovávat sami.

Měnit spotřebu elektřiny v závislosti na její ceně mohou nyní hlavně některé velké průmyslové podniky. Ty ale podporu zelené elektřiny v Německu často neplatí, mají výjimku.

Hlavní efekt si autoři návrhu slibují na straně poptávky – vyšší rozdíly v ceně elektřiny popostrčí odběratele směrem k vyšší spotřební flexibilitě. Celkový čistý efekt by dokonce mohl být kladný – ceny silové elektřiny by mohly být v průměru nižší, protože trh bude celkově efektivnější. Vše značně závisí na vylepšení rozvodné sítě, která by umožnila profitovat z poptávkové flexibility širšímu okruhu odběratelů.

Měnit spotřebu elektřiny v závislosti na její ceně mohou nyní hlavně některé velké průmyslové podniky. Ty ale podporu zelené elektřiny v Německu často neplatí, mají výjimku. Kromě podpory pro obnovitelné zdroje by se ovšem od tržní situace mohly odvíjet i platby za distribuci a podporu kogenerace, současné výroby elektřiny a tepla.

Diskuse neobsahuje žádné příspěvky.