FAKULTA ELEKTROTECHNICKÁ KATEDRA ELEKTROENERGETIKY A EKOLOGIE

´ ˇ ´ UNIVERZITA V PLZNI ZAPADO CESK A ´ FAKULTA ELEKTROTECHNICKA KATEDRA ELEKTROENERGETIKY A EKOLOGIE

ˇ Í PRACE ´ DISERTACN

Plzeˇ n, 2013

Ing. Viktor Majer

Z´ apadoˇ cesk´ a univerzita v Plzni Fakulta elektrotechnick´ a

ˇ Í PRACE ´ DISERTACN

k z´ısk´ an´ı akademick´ eho titulu doktor v oboru

Elektroenergetika

Ing. Viktor Majer Predikce v´ yroby elektˇ riny z fotovoltaick´ ych elektr´ aren v liberalizovan´ e energetice

ˇ Skolitel: Doc. Ing. Pavla Hejtmánková Ph.D. Datum státn´ı doktorské zkouˇsky: 15. 12. 2011 Datum odevzdán´ı pr´ ace: 31. 5. 2013 V Plzni, 2013

Anotace Tato práce se zab´ yvá problematikou predikce v´ yroby elektˇriny z fotovoltaick´ ych elektráren v liberalizované energetice. Klade za c´ıle popsat souˇcasn´ y stav liberalizované energetiky a také navrhnout prediktor v´ yroby elektˇriny na základˇe dostupné pˇredpovˇedi oblaˇcnosti ze ˇ e republice. Návrh tohoto prediktoru je odpovˇed´ı vˇsech fotovoltaick´ ych elektráren v Cesk´ na prudk´ y rozvoj v´ ystavby tˇechto zdroj˚ u, kter´ y nastal v posledn´ıch nˇekolika letech. Spolu s vyˇc´ıslen´ım chyby dává pˇrehled o oˇcekávané v´ yrobˇe a m˚ uˇze b´ yt pouˇzit jak pro obchodn´ıka s elektˇrinou, tak i pro ostatn´ı u ´ˇcastn´ıky trhu, pˇr´ıpadnˇe d´ıky znalosti chyby predikce také pro plánován´ı a ˇr´ızen´ı provozu elektrizaˇcn´ı soustavy.

Kl´ıˇ cov´ a slova Trh s elektˇrinou, liberalizace, ˇcasová ˇrada, predikce, fotovoltaická elektrárna, oblaˇcnost, MATLAB

Annotation This thesis deals with the prediction of electricity production from photovoltaic power plants in the liberalized energy sector. The goal of this thesis is to describe the current state of the liberalized energy sector and design the predictor of the generated electricity from photovoltaic power plants for whole Czech republic. This predictor is based on available data of cloudiness. Design of this predictor is the answer on the massive development of new instaltions of this type of power plants in last years. This predictor give the overview on the future amount of generated electricity and it can be used for electricity trader or for other market participants. In the case of known prediction error is there a posibility to use this predictor for planning and management power system.

Keywords Electricity market, liberalization, time series, prediction, photovoltaic power plant, cloudiness, MATLAB.

Anmerkung Diese Arbeit behandelt die Prognose der Energieerzeugung aus Photovoltaikkraftwerken in der liberalisierten Energetik. Zuerst wird der derzeitige Stand der liberalisierten Energetik in CZ unter besonderer Ber¨ ucksichtigung der Photovoltaik beschrieben. Es wird versucht, eine Prognose der Energieerzeugung in der tschechischen Republik mittels Photovoltaik aufgrund der erreichbaren Bewölkung zu entwickeln. Diese Prognose basiert auf der schnellen Entwicklung der Photovoltaiksysteme in den letzten Jahren. Außerdem wurde eine Fehleranalyse von möglichen Prognosefehlern erstellt. Die entwickelte Prognose kann genutzt werden f¨ ur eine verbesserte Planung, Steuerung und Kontrolle des Energiesystems der tschechischen Republik. Außerdem kann sie f¨ ur Aktivitäten des Energiemarktes wie Trading, Boerse etc verwendet werden.

Schl¨ usselw¨ orter Energiemarkt, Liberalisierung, Zeitreihe, Prediktion, Photovoltaikkraftwerken, Bewölkung, MATLAB

Prohl´ aˇ sen´ı Prohlaˇsuji, ˇze jsem tuto práci vypracoval samostatnˇe s pouˇzit´ım legáln´ıho softwaru a uveden´ ych literárn´ıch pramen˚ u a odborn´ ych publikac´ı.

V Plzni dne 31. 5. 2013

Viktor Majer

Podˇ ekov´ an´ı T´ımto chci podˇekovat pan´ı Doc. Ing. Pavle Hejtmánkové Ph.D., svoj´ı ˇskolitelce, za jej´ı odborné veden´ı, ochotu, vstˇr´ıcnost a za poskytnut´ı cenn´ ych pˇripom´ınek a rad t´ ykaj´ıc´ıch se obsahu práce a zpracován´ı textu. Dále pak Ing. Andree Zápotocké, Ph.D. a Ing. Petru Janeˇckovi, Ph.D. za cenné rady a konzultace v pr˚ ubˇehu psan´ı práce.

Pˇ redmluva Tato disertaˇcn´ı práce se zab´ yvá problematikou predikce v´ yroby elektˇriny v liberalizované energetice. V´ yznamnou zmˇenou na poli energetiky byl pˇrechod od státem ˇr´ızené a vlastnˇené energetiky k trˇzn´ımu prostˇred´ı. Tento proces zvan´ y liberalizace probˇehl v nˇekolika kroc´ıch, kdy dnes si m˚ uˇze odbˇeratel zvolit svého dodavatele elektˇriny. S liberalizovanou energetikou také souvis´ı zp˚ usob podpory obnoviteln´ ych zdroj˚ u, kter´ y je provádˇen pomoc´ı v´ ykupn´ıch cen a garanc´ı jejich v´ yˇse a trván´ı. Vzhledem k celospoleˇcensk´ ym c´ıl˚ um zv´ yˇsit pod´ıl v´ yroby elektˇriny z obnoviteln´ ych ˇ zdroj˚ u, byly v Ceské republice v minul´ ych letech pomˇernˇe v´ yraznˇe nav´ yˇseny v´ ykupn´ı ceny elektˇriny z fotovoltaick´ ych elektráren, coˇz ve svém d˚ usledku zp˚ usobilo prudk´ y nár˚ ust v´ ystavby tˇechto zdroj˚ u. Jelikoˇz je v´ yroba elektˇriny z fotovoltaick´ ych elektráren silnˇe závislá na aktuáln´ıch klimatick´ ych podm´ınkách, je tedy podobnˇe jako poˇcas´ı znaˇcnˇe promˇenlivá. Pokud je tˇechto elektráren v soustavˇe v´ıce, objevuje se potˇreba urˇcen´ı budouc´ı v´ yroby elektˇriny z tˇechto zdroj˚ u. Proto je c´ılem této práce navrhnout a otestovat prediktor vyroˇ bené elektˇriny z fotovoltaick´ ych elektráren pro celou Ceskou republiku tak, aby bylo moˇzné na základˇe dostupné pˇredpovˇedi poˇcas´ı urˇcit oˇcekávanou hodnotu v´ yroby. D˚ uleˇzité je také urˇcit, v jakém rozmez´ı se bude predikovaná hodnota nacházet, neboli je vhodné stanovit nepˇrekroˇcitelné meze predikce.

OBSAH

Obsah Seznam symbol˚ u a zkratek

12

Seznam obr´ azk˚ u

15

Seznam tabulek

17

´ 1 Uvod 1.1 Souˇcasn´ y stav problematiky . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.2 Stanovené c´ıle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

18 19 19

2 Obchodov´ an´ı s elektˇ rinou v liberalizovan´ em 2.1 Elektroenergetick´ y systém . . . . . . . . . . 2.2 Vertikálnˇe integrovan´ y systém . . . . . . . . ˇ . . . . . . . . . 2.3 Liberalizace energetiky v CR ˇ 2.4 Model trhu s elektˇrinou v CR . . . . . . . . ´ castn´ıci trhu s elektˇrinou . . . . . . . . . . 2.5 Uˇ 2.5.1 V´ yrobci . . . . . . . . . . . . . . . . 2.5.2 Provozovatelé distribuˇcn´ıch soustav . 2.5.3 Provozovatel pˇrenosové soustavy . . . 2.5.4 Operátor trhu s elektˇrinou . . . . . . 2.5.5 Obchodn´ık s elektˇrinou . . . . . . . . 2.5.6 Koneˇcn´ı zákazn´ıci . . . . . . . . . . . 2.6 Burza . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.7 Struktura ceny za elektˇrinu . . . . . . . . . 2.8 Energetick´ y regulaˇcn´ı u ´ˇrad . . . . . . . . . . ˇ . . 2.9 Typy obchod˚ u na trhu s elektˇrinou v CR 2.9.1 Obchodován´ı na blokovém trhu . . . 2.9.2 Pokr´ yván´ı odbˇerov´ ych diagram˚ u. . . 2.9.3 Obchod s podp˚ urn´ ymi sluˇzbami . . 2.10 Problematika odchylky . . . . . . . . . . . . 2.11 Predikce spotˇreby . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

20 20 21 21 22 24 24 25 26 26 28 28 30 32 33 33 34 35 36 37 39

ˇ 3 Rozvoj fotovoltaiky v liberalizovan´ em trhu s elektˇ rinou v CR 3.1 Legislativn´ı rámec . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ˇ 3.2 Rozvoj FVE v CR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ˇ 3.3 Pˇr´ırodn´ı podm´ınky pro instalace FVE v CR . . . . . . . . . . . . . . . . .

44 44 45 46

4 Anal´ yza pouˇ zit´ ych dat 4.1 Data z referenˇcn´ı FVE . . . . . . . . ˇ 4.2 Souhrnná data v´ yroby z oblast´ı v CR 4.3 Data oblaˇcnosti . . . . . . . . . . . . 4.3.1 Data mˇeˇrené oblaˇcnosti . . . . 4.3.2 Data pˇredpov´ıdané oblaˇcnosti

47 47 51 52 52 53

9

. . . . . . . . .

. . . . .

. . . . .

prostˇ red´ı . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . .

. . . . .

OBSAH 4.4 4.5

Alternativn´ı data pˇredpovˇedi oblaˇcnosti . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Data ˇcas˚ u v´ ychodu a západu slunce . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5 Moˇ znosti predikce v´ yroby elektˇ riny z FV elektr´ aren 5.1 Moˇznosti dlouhodobé predikce . . . . . . . . . . . . . . . . 5.2 Moˇznosti krátkodobé predikce . . . . . . . . . . . . . . . . ˇ 5.3 Casov´ e ˇrady v energetice . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.4 Modelován´ı a anal´ yza ˇcasov´ ych ˇrad . . . . . . . . . . . . . 5.4.1 Dekompoziˇcn´ı metoda . . . . . . . . . . . . . . . . 5.4.2 Box-Jenkins metodologie . . . . . . . . . . . . . . . 5.4.3 Lineárn´ı dynamické modely . . . . . . . . . . . . . 5.4.4 Spektráln´ı anal´ yza ˇcasov´ ych ˇrad . . . . . . . . . . . 5.5 Vyuˇzit´ı neuronov´ ych s´ıt´ı pro predikci v´ yroby FVE . . . . 5.5.1 Umˇel´ y neuron . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.5.2 Feed forward s´ıtˇe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.5.3 Uˇcen´ı neuronové s´ıtˇe . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.5.4 Simulace modelu FVE s vyuˇzit´ım neuronov´ ych s´ıt´ı 5.6 Vyuˇzit´ı matematického modelu FVE pro predikci . . . . .

. . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . .

6 N´ avrh prediktoru zaloˇ zen´ em na dostupn´ e pˇ redpovˇ edi oblaˇ cnosti jednu FVE 6.1 Pouˇzit´ y matematick´ y aparát . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.2 Definice prediktoru pro jednu fotovoltaickou elektrárnu . . . . . . . . . 6.3 Metodika v´ ypoˇctu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.4 Stanoven´ı denn´ıch diagram˚ u pro jasnou oblohu . . . . . . . . . . . . . . 6.5 Stanoven´ı korekˇcn´ıch koeficient˚ u pro jednotlivé tˇr´ıdy oblaˇcnosti . . . . 6.6 Korekce denn´ıch diagram˚ u pro jednotlivé tˇr´ıdy oblaˇcnost´ı . . . . . . . 6.7 Testován´ı prediktoru a definice chyb . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.8 Vyuˇzit´ı namˇeˇren´ ych dat oblaˇcnosti jako vstup prediktoru . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . .

pro

53 55 56 56 56 57 58 58 59 60 60 60 61 62 63 63 65

. . . . . . . .

69 69 70 71 72 76 78 78 80

. . . . . . . .

81 81 82 83 84 85 85 86 87

8 Z´ avˇ er 8.1 Dalˇs´ı smˇer v´ yzkumu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.2 Vlastn´ı pˇr´ınos práce . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

88 89 89

ˇ 7 Prediktor v´ yroby elektˇ riny z FVE pro celou CR 7.1 Metodika v´ ypoˇctu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.2 Pˇrepoˇcet DDREF na DDoblast . . . . . . . . . . . . 7.2.1 Stanoven´ı korekce stˇredu denn´ıho diagramu 7.2.2 Stanoven´ı koeficientu maximáln´ıho v´ ykonu . 7.2.3 Stanoven´ı korekce v´ ychodu a západu . . . . 7.3 Tvorba denn´ıch diagram˚ u pro jednotlivé oblasti . . 7.3.1 Volba zástupného m´ısta oblasti . . . . . . . 7.4 Testován´ı prediktoru a definice chyb . . . . . . . .

10

. . . . . . . .

. . . . . . . .

. . . . . . . .

. . . . . . . .

. . . . . . . .

. . . . . . . .

. . . . . . . .

. . . . . . . .

. . . . . . . .

. . . . . . . .

. . . . . . . .

. . . . . . . .

. . . . . . . .

OBSAH 9 Resume

91

Reference

92

Vlastn´ı publikace

94

A Pˇ r´ılohy A.1 Ukázka dat z FEL-CVUT . . . . . . . . . . A.2 Ukázka pˇredpovˇedi z webu CHMI . . . . . . A.3 Korekce stˇred˚ u pro jednotlivé oblasti . . . . A.4 Zastoupen´ı jednotliv´ ych meteostanic v rámci A.5 Pˇr´ıklad vypoˇcten´ ychch DDoblast . . . . . . .

11

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . kraj˚ u a oblast´ı . . . . . . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

96 96 96 98 99 100

OBSAH

Seznam symbol˚ u a zkratek ACF . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . AR(p) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Ct . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . C3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . C1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ∆model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ∆model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ∆EF V E−M ET EOmerene (t) . . . DZ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . DS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . DDoblast . . . . . . . . . . . . . . . . . . DDREF (t) . . . . . . . . . . . . . . . . ∆EF V E−M ET EOpredpoved (t) . δ ......................... e ......................... ERU . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . EF V E,M ET EOmereni (t) . . . . . EF V E (t) . . . . . . . . . . . . . . . . . . ηF V E (τ ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . Eosvit (τ ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . EF V E−namerene (t) . . . . . . . . . EF V E−predikovane (t) . . . . . . . . ǫt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . E(X) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . FVE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . f (P ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . I(d) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ISC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . kmax . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . kvz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . kOBL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . k1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . k2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . k .........................

Autokorelaˇcn´ı funkce Autoregresivn´ı proces Cyklická sloˇzka ˇcasové ˇrady Materiálová konstanta Materiálová konstanta Chyba neuronové s´ıtˇe Chyba modelu ˇclánku Chyba predikce v ˇcase t z posledn´ı zmˇeˇrené hodnoty oblaˇcnosti Distribuovan´ y zdroj Distribuˇcn´ı soustava Vypoˇcten´ y denn´ı diagram pro jasné dny pro oblast Vypoˇcten´ y denn´ı diagram v´ yroby FVE pro jasné dny Chyba predikce v ˇcase t z pˇredpovˇedi oblaˇcnosti Horizont plánován´ı Konstanta pro základn´ı elementárn´ı náboj Energetick´ y regulaˇcn´ı u ´ˇrad Elektrizaˇcn´ı soustava Hodnota predikce Hodinov´ y pr˚ umˇer vyrobené elektˇriny z FVE ´ Uˇcinnost FVE pˇri teplotˇe τ Osvit FVE pˇri teplotˇe τ Hodinov´ y pr˚ umˇer vyrobené elektˇriny z FVE Oˇcekávaná hodnota vyrobené elektˇriny z FVE Náhodná sloˇzka ˇcasové ˇrady Stˇredn´ı hodnota náhodné veliˇciny Fotovoltaická elektrárna Aktivaˇcn´ı funkce Integraˇcn´ı proces Proud nakrátko, kter´ y v sobˇe zahrnuje solárn´ı záˇren´ı Ga C a teplotu ˇclánku t Koeficient korekce stˇredu Koeficient korekce maximáln´ıho v´ ykonu Koeficient v´ ychodu a západu slunce Korekˇcn´ı koeficient pro danou oblaˇcnost dle pˇredpovˇedi Váha oblaˇcnosti pro pˇredpovˇedi Váha oblaˇcnosti pro pˇredpovˇedi Boltzmanova konstanta 12

OBSAH K1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . KVET . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . m ........................ M A(q) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . MCP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . µ ......................... Oi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Oi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . O1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . O2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Oki . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . OKO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . OTE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . OZE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . PpS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . PVGIS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . PPS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . PDS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . PS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . PPDS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . PF V E−neuron . . . . . . . . . . . . . . PF V E−skut . . . . . . . . . . . . . . . . P ACF . . . . . . . . . . . . . . . . . . . P ........................ PF V E−model . . . . . . . . . . . . . . . pn . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . PF V E,normovane (t) . . . . . . . . . PF V E (t) . . . . . . . . . . . . . . . . . . PF V Eoblast . . . . . . . . . . . . . . . . . PF V E . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . PF V E (τ ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . p, q . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . r ......................... St . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . SV . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . SS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . SZ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . SR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Materiálová konstanta Kombinovaná v´ yroba elektˇriny a tepla Idealizuj´ıc´ı konstanta korekce V-A charakteristiky ˇclánku Proces klouzav´ ych pr˚ umˇer˚ u Model neuronu McCulloch-Pitts Stˇredn´ı hodnota náhodné veliˇciny Individuáln´ı odchylka subjektu z´ uˇctován´ı Individuáln´ı odchylka subjektu z´ uˇctován´ı Mez pˇredpovˇedi oblaˇcnosti Mez pˇredpovˇedi oblaˇcnosti Plánovaná roˇcn´ı spotˇreba i-tého zákazn´ıka Organizované krátkodobé obchodován´ı Operátor trhu s elektˇrinou Obnovitelné zdroje Podp˚ urné sluˇzby Photovoltaic Geographical Information System Provozovatel pˇrenosové soustavy Provozovatel distribuˇcn´ı soustavy Pˇrenosová soustava Pravidla provozován´ı distribuˇcn´ı soustavy Predikovan´ y v´ ykon FVE pomoc´ı neuronové s´ıtˇe Zmˇeˇrená hodnota v´ ykonu Parciáln´ı autokorelaˇcn´ı funkce Oznaˇcen´ı potenciálu u neuronové s´ıtˇe Predikovan´ y v´ ykon FVE poˇc´ıtan´ y pomoc´ı matematického modelu Pravdˇepodobnost Normovan´ y okamˇzit´ y v´ ykon FVE v ˇcase t Je okamˇzit´ y v´ ykon FVE v ˇcase t V´ ykon v oblasti Predikce jako oˇcekávaná hodnota vyrobené elektˇriny z FVE Okamˇzit´ y v´ ykon FVE pˇri teplotˇe τ ˇ ad modelu R´ Pearson˚ uv korelaˇcn´ı koeficient Sezónn´ı sloˇzka ˇcasové ˇrady Vyrobená elektˇrina od vˇsech v´ yrobc˚ u v dané soustavˇe Spotˇreba elektˇriny Ztráty v pˇrenosov´ ych a distribuˇcn´ıch s´ıt´ıch Rezervn´ı v´ ykon 13

OBSAH Sxy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . x ......................... Sy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . σ2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . σ ......................... Tt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . T DDth . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . d T DDpt ................... d T DDnt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . T DD . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . T DDn . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . T DDskut . . . . . . . . . . . . . . . . . TC ....................... T C0 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . U0C . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Ut . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . W sml . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . W skut . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . W reg . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Wn . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Xn . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . X ........................ yt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Je kovariance promˇenn´ ych X a Y Smˇerodatná odchylka promˇenné X Smˇerodatná odchylka promˇenné Y Rozptyl Smˇerodatná odchylka Trendová sloˇzka ˇcasové ˇrady Hodnota t-tého druhu T DD v hodinˇe h roku Denn´ı pr˚ umˇer pˇrepoˇcteného T DD Denn´ı pr˚ umˇer normálového T DD Typov´ y diagram dodávky Typov´ y diagram dodávky pˇri normáln´ı teplotˇe Typov´ y diagram pˇrepoˇcten´ y na skuteˇcnou teplotu Termodynamická teplota, které odpov´ıdá aktuáln´ı teplotˇe ˇclánku tC Termodynamická teplota Napˇet´ı naprázdno, kter´ y v sobˇe zahrnuje solárn´ı záˇren´ı Ga C a teplotu ˇclánku t Tepelné napˇet´ı, které odpov´ıdá teplotˇe ˇclánku Celková smluvená dodávka nebo odbˇer Skuteˇcn´ y odbˇer namˇeˇren´ y v pˇredávac´ıch m´ıstech subjektu z´ uˇctován´ı Regulaˇcn´ı práce dodaná do ES v pˇredávac´ıch m´ıstech subjektu z´ uˇctován´ı Oznaˇcen´ı váhy neuronové s´ıtˇe Oznaˇcen´ı vstupu neuronové s´ıtˇe Oznaˇcen´ı náhodné veliˇciny Formáln´ı zápis ˇcasové ˇrady

14

´ ˚ SEZNAM OBRAZK U

Seznam obr´ azk˚ u 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 2.8 2.9 2.10 2.11 2.12 2.13 2.14 2.15 2.16 2.17 3.1 3.2 3.3 4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 4.6 4.7 4.8 4.9 4.10 5.1 5.2 5.3 5.4 5.5 5.6 5.7

Energetick´ y systém . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Vertikálnˇe integrovan´ y systém [1] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Um´ıstˇen´ı trhu [1] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Zjednoduˇsen´ y model fungován´ı liberalizovaného trhu s elektˇrinou [1] Model trhu s elektˇrinou [1] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ˇ [2] . . . . . . . . . . . . . . . Rozdˇelen´ı instalovaného v´ ykonu v CR Komunikace mezi subjekty na trhu s elektˇrinou [1] . . . . . . . . . . Pr˚ ubˇeh spotˇreb jednotliv´ ych kategori´ı zákazn´ık˚ u v roce 2010 [2] . . Schéma burzovn´ıho obchodován´ı [1] . . . . . . . . . . . . . . . . . . Struktura ceny za elektˇrinu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Pr˚ ubˇeh spot market index˚ u pro leden 2011 [3] . . . . . . . . . . . . Odbˇerov´ y diagram ideáln´ıho odbˇeratele [4] . . . . . . . . . . . . . . Odbˇerov´ y diagram – vyˇsˇs´ı spotˇreba v pracovn´ım t´ ydnu [4] . . . . . Specifick´ y odbˇerov´ y diagram [4] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Vznik odchylky [1] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Normalizovan´ y typov´ y diagram dodávky [1] . . . . . . . . . . . . . Vztah skuteˇcné teploty a zat´ıˇzen´ı [1] . . . . . . . . . . . . . . . . . ˇ V´ yvoj v´ ykupn´ıch cen a instalovaného v´ ykonu v OZE v CR . . . . . ˇ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . D˚ usledky rozvoje FVE v CR ˇ [5] . . . . . . . . . . . . . . . . . Pˇr´ırodn´ı podm´ınky pro FVE v CR Pr˚ ubˇehy z analyzované FVE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Anal´ yza dat FVE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Závislost v´ ykonu FVE na oblaˇcnosti . . . . . . . . . . . . . . . . . . Pr˚ ubˇeh v´ ykonu FVE v r˚ uzn´ ych dnech roku . . . . . . . . . . . . . . ˇ [2] . P˚ usobnost jednotliv´ ych distribuˇcn´ıch spoleˇcnost´ı na u ´zem´ı CR Instalovan´ y v´ ykon v jednotliv´ ych oblastech . . . . . . . . . . . . . . Seznam meteostanic . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Anal´ yza dat FVE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Srovnán´ı namˇeˇren´ ych a predikovan´ ych dat . . . . . . . . . . . . . . Doba mezi v´ ychodem a západem slunce . . . . . . . . . . . . . . . V´ ystupy z databáze PVGIS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Box-Jenkins algoritmus . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Schéma biologického neuronu [6] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Model neuronu [6] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Funkce sigmoid . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . S´ıt’ typu fedd-forward [6] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Pouˇzitá neuronová s´ıt’ [7] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

15

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

20 21 21 22 24 25 27 30 32 33 35 35 36 36 37 41 42 45 45 46 48 48 50 50 51 51 53 54 55 55 57 60 61 62 62 63 64

´ ˚ SEZNAM OBRAZK U 5.8 5.9 5.10 5.11 5.12 6.1 6.2 6.3 6.4 6.5 6.6 6.7 6.8 6.9 6.10 6.11 6.12 7.1 7.2 7.3 7.4 7.5 7.6 7.7 7.8 A.1 A.2

Srovnán´ı mezi vypoˇcten´ ymi a zmˇeˇren´ ymi hodnotami v´ ykonu pˇri pouˇzit´ı pr˚ umˇern´ ych denn´ıch teplot . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64 Srovnán´ı mezi vypoˇcten´ ymi a zmˇeˇren´ ymi hodnotami v´ ykonu pˇri pouˇzit´ı reáln´ ych teplot ˇclánku . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65 Model fotovoltaického ˇclánku ˇclánku [27] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66 Srovnán´ı mezi vypoˇcten´ ymi a zmˇeˇren´ ymi hodnotami v´ ykonu pˇri pouˇzit´ı reáln´ ych teplot ˇclánku . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68 Srovnán´ı mezi vypoˇcten´ ymi a zmˇeˇren´ ymi hodnotami v´ ykonu pˇri pouˇzit´ı pr˚ umˇern´ ych teplot pro dané m´ısto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68 Prediktor FVE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72 Sluneˇcn´ı dni ze vˇsech namˇeˇren´ ych dat . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73 Rozloˇzen´ı reprezentativn´ıch bod˚ u bˇehem dne . . . . . . . . . . . . . . . . 74 Ukázka prokládán´ı kˇrivky ˇc. 6 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74 Obalové kˇrivky ze sluneˇcn´ıch dn´ı . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75 Kˇrivky sluneˇcn´ıch dn´ı . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75 Porovnán´ı skuteˇcnˇe namˇeˇren´ ych dat a vypoˇcten´ ych denn´ıch diagram˚ u . . . 76 Pr˚ ubˇehy normovan´ ych dat . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77 Histogramy ˇcetnost´ı normovan´ ych v´ ykon˚ u . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77 Statistiky normovan´ ych dat v tˇr´ıdách oblaˇcnosti . . . . . . . . . . . . . . 78 Porovnán´ı skuteˇcné v´ yroby a predikce . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79 Chyby predikce . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79 ˇ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81 Prediktor FVE pro celou CR Porovnán´ı denn´ıho diagramu pro pro referenˇcn´ı elektrárnu a pro oblast . . 82 Koeficient stˇredu pro E.ON.-v´ ychod . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84 Koeficient maxima pro E.ON.-v´ ychod . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84 Koeficient roztaˇzen´ı kˇrivky . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85 Srovnán´ı denn´ıch diagram˚ u pˇred a po korekc´ıch . . . . . . . . . . . . . . . 86 Vypoˇctené DDoblast . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86 ˇ Chyby predikce pro celou CR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87 Vypoˇctené DDoblast . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100 Vypoˇctené DDoblast . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100

16

SEZNAM TABULEK

Seznam tabulek 2.1 4.1 5.1 A.1 A.2

Typové diagramy dodávky [8] . . . . . . . . . . . Zp˚ usoby vyjádˇren´ı oblaˇcnosti . . . . . . . . . . . Rozd´ıl skuteˇcnˇe vyrobené elektˇriny oproti modelu Korekce stˇred˚ u pro jednotlivé oblasti . . . . . . . Data oblaˇcnosti . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

17

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

41 52 65 98 99

´ 1 UVOD

1

´ Uvod

Energetika proˇsla za posledn´ıch 20 let pomˇernˇe bouˇrliv´ ym rozvojem. Mezi nejv´ yznamnˇejˇs´ı zmˇeny patˇr´ı pˇredevˇs´ım liberalizace energetiky, a dále pak také prudk´ y rozvoj obnoviteln´ ych zdroj˚ u, a to pˇredevˇs´ım fotovoltaick´ ych elektráren. Proces liberalizace, tedy pˇrechod od státem vlastnˇen´ ych energetik k trˇzn´ımu prostˇred´ı, byl odstartován vydán´ım energetického zákona 458/2000 Sb. Tento zákon definoval nová pravidla a spolu s dalˇs´ımi zákony a vyhláˇskami tvoˇr´ı legislativn´ı rámec obchodován´ı s elektˇrinou. ˇ a republika zvolila reˇzim pˇr´ıstupu Z moˇzn´ ych variant model˚ u trhu s elektˇrinou si Cesk´ tˇret´ıch stran k s´ıt´ım za regulované ceny. Pˇrenos a distribuce z˚ ustaly regulovány, protoˇze tvoˇr´ı pˇrirozen´ y monopol a bylo by obt´ıˇzné v této oblasti vytvoˇrit konkurenˇcn´ı prostˇred´ı. Samotn´ y trh tedy vznikl na stranˇe v´ yrobce, kter´ y m˚ uˇze prodávat svoji vyrobenou elektˇrinu. Dalˇs´ı moˇznost´ı pro v´ yrobce je nab´ızet elektˇrinu ve formˇe podp˚ urn´ ych sluˇzeb, kdy jedin´ ym ˇ poptávaj´ıc´ım je provozovatel pˇrenosové soustavy spoleˇcnost CEPS a. s., kter´ y má dle zákona povinnost ˇr´ıdit soustavu na u ´rovni pˇrenosové soustavy. V podstatˇe se na trhu objevuj´ı dvˇe komodity, a to silová elektˇrina a elektˇrina ve formˇe podp˚ urn´ ych sluˇzeb. Následkem liberalizace vznikly nové subjekty, jako jsou Energetick´ y regulaˇcn´ı u ´ˇrad, provozovatelé distribuˇcn´ıch soustav, provozovatel pˇrenosové soustavy a Operátor trhu s elektˇrinou. ERU urˇcuje podm´ınky regulace jednotliv´ ym subjekt˚ um pomoc´ı sv´ ych cenov´ ych rozhodnut´ı, OTE se stará o znovu sjednocen´ı obchodn´ıch a fyzick´ ych tok˚ u elektˇriny, tedy o z´ uˇctován´ı odchylek. Dalˇs´ı d˚ uleˇzitou zmˇenou v energetice je masivn´ı rozvoj fotovoltaiky. Jej´ı rozvoj pomalu zapoˇcal od roku 2002, kdy byla v´ ykupn´ı cena elektˇriny stanovena na 6 Kˇc/kWh. To samo o sobˇe nepˇrineslo v´ yrazn´ y nár˚ ust instalac´ı, protoˇze ekonomická rentabilita v´ ystavby byla velice n´ızká. Nicménˇe od roku 2000 do roku 2008 byly FVE podporovány pomoc´ı investiˇcn´ıch dotac´ı. Po roce 2006 byly v´ ykupn´ı ceny FVE nastaveny tak, aby návratnost investice do v´ ystavby tohoto zdroje byla 15 let. Od tohoto roku je také patrn´ y nejv´ yznamnˇejˇs´ı nár˚ ust nov´ ych instalac´ı tˇechto zdroj˚ u. Tento prudk´ y rozvoj nov´ ych instalac´ı FVE sebou nese potˇrebu dopˇredu stanovit mnoˇzstv´ı vyrobené elektˇriny, pˇriˇcemˇz tato informace je nutná jak pro potˇreby ˇr´ızen´ı soustavy, tak i pro obchod s elektˇrinou. ˇ e Hlavn´ım c´ılem této práce je tedy analyzovat souˇcasn´ y stav trhu s elektˇrinou v Cesk´ republice a dále navrhnout prediktor v´ yroby elektˇriny z fotovoltaick´ ych elektráren, kter´ y ˇ e republice umoˇzn´ı stanovit, jaké bude vyrábˇené mnoˇzstv´ı elektˇriny ze vˇsech FVE v Cesk´ v horizontu nˇekolika dn´ı dopˇredu a také urˇcit, s jakou pravdˇepodobnost´ı bude tohoto v´ ykonu dosaˇzeno, neboli stanovit nepˇrekroˇcitelné meze predikce v´ yroby z FVE. Podstatnou vlastnost´ı navrhovaného prediktoru je vyuˇzit´ı veˇrejnˇe dostupn´ ych dat pˇredpov´ıdaného ˇci mˇeˇreného poˇcas´ı.

18

´ 1 UVOD

1.1

Souˇ casn´ y stav problematiky

V minulosti doˇslo v energetice k nˇekolika v´ yznamn´ ym zmˇenám. Jedna z v´ yznamn´ ych zmˇen byla liberalizace energetiky, neboli zaveden´ı trˇzn´ıch princip˚ u. Proces liberalizace energetiky prob´ıhal v nˇekolika fáz´ıch, pˇriˇcemˇz od roku 2006 maj´ı i domácnosti, jakoˇzto nejmenˇs´ı odbˇeratelé, moˇznost volby svého dodavatele elektˇriny. Tato problematika je poté dále rozebrána v kapitole 2. Dalˇs´ı v´ yznamnou zmˇenou v energetice byl prudk´ y rozvoj v´ ystavby fotovoltaick´ ych elektráren, kter´ y sebou nese potˇrebu urˇcit budouc´ı v´ ykon ˇci v´ yrobu z tˇechto zdroj˚ u. Znalost budouc´ıho vyrobeného mnoˇzstv´ı elektˇriny, s t´ım souvisej´ıc´ı minimalizace odchylky, neboli rozd´ıl mezi predikovanou hodnotou v´ yroby elektˇriny a zmˇeˇrenou hodnotou, je podstatná pro vˇetˇsinu subjekt˚ u na trhu s elektˇrinou. Provozovatel pˇrenosové soustavy potˇrebuje v pˇr´ıpravˇe provozu definovat správné mnoˇzstv´ı nakupovan´ ych podp˚ urn´ ych sluˇzeb, obchodn´ık potˇrebuje vˇedˇet, jaké mnoˇzstv´ı elektˇriny m˚ uˇze prodat. Vˇetˇsina dnes publikovan´ ych prac´ı, která se zab´ yvá predikc´ı v´ yroby z obnoviteln´ ych zdroj˚ u, vyuˇz´ıvá jako v´ ypoˇcetn´ı nástroj neuronové s´ıtˇe ˇci jiné algoritmy. Popis tˇechto postup˚ u a moˇznost´ı je pak nápln´ı kapitoly 5.

1.2

Stanoven´ e c´ıle

Základn´ım c´ılem této práce je poskytnout struˇcn´ y pˇrehled princip˚ u fungován´ı liberalizoˇ e republice, jeho historii, subjekty a vztahy mezi nimi. Jelikoˇz obchovaného trhu v Cesk´ dovatelnou komoditou na trhu je kromˇe elektˇriny ve formˇe podp˚ urn´ ych sluˇzeb také silová elektˇrina, tak je podstatná znalost jej´ıho budouc´ıho vyrábˇeného mnoˇzstv´ı a také cena, za kterou je j´ı moˇzno obchodovat. ˇ e V souvislosti s prudk´ ym rozvojem nov´ ych instalac´ı fotovoltaick´ ych elektráren v Cesk´ republice je nutné s dostateˇcnou pˇresnost´ı predikovat budouc´ı v´ yrobu elektˇriny z tˇechto zdroj˚ u. Proto je hlavn´ım u ´kolem této práce navrhnout prediktor v´ yroby elektˇriny z foˇ tovoltaick´ ych elektráren pro celou Ceskou republiku, kter´ y m˚ uˇze slouˇzit pro obchodn´ıka s elektˇrinou, ale také i pro dalˇs´ı subjekty. Souˇca´st´ı prediktoru pak bude také definice a vyˇc´ıslen´ı chyb predikce, které jsou kl´ıˇcové pro vymezen´ı intervalu, ve kterém se budouc´ı hodnota bude nacházet.

19

´ Í S ELEKTRINOU ˇ ´ PROSTRED ˇ Í 2 OBCHODOVAN V LIBERALIZOVANEM

2

Obchodov´ an´ı s elektˇ rinou v liberalizovan´ em prostˇ red´ı

´ Uvodem do problematiky obchodován´ı s elektˇrinou v liberalizovaném prostˇred´ı je nutno nadefinovat základn´ı pojmy a term´ıny t´ ykaj´ıc´ı se této oblasti.

2.1

Elektroenergetick´ y syst´ em

Energetick´ y systém, nebo také elektrizaˇcn´ı soustava jsou definovány jako, vzájemnˇe propojen´ y soubor v´ yrobn´ıch, pˇrenosov´ ych, distribuˇcn´ıch a spotˇrebn´ıch zaˇr´ızen´ı, pˇriˇcemˇz vˇsechna zaˇr´ızen´ı se vzájemnˇe ovlivˇ nuj´ı.[9] Tento popis lze také vyjádˇrit pomoc´ı následuj´ıc´ıho obrázku, kter´ y zahrnuje ˇctyˇri v´ yˇse zm´ınˇené základn´ı ˇcásti.

Obr. 2.1: Energetick´ y systém Energetick´ y systém mus´ı splˇ novat celou ˇradu funkc´ı, pˇriˇcemˇz mezi základn´ı patˇr´ı pˇredevˇs´ım: • zajiˇstˇen´ı dostateˇcného mnoˇzstv´ı elektˇriny v poˇzadovaném ˇcase • zajiˇstˇen´ı kvality elektrické energie • zajiˇstˇen´ı spolehlivosti dodávky elektrické energie • minimalizaci náklad˚ u a vliv˚ u ES na ˇzivotn´ı prostˇred´ı Pro zajiˇstˇen´ı dostateˇcného mnoˇzstv´ı elektˇriny v kaˇzdém okamˇziku plat´ı základn´ı bilanˇcn´ı rovnice: SV = S S + S Z + S R (2.1) Kde: SV SS SZ SR

– vyrobená elektˇrina od vˇsech v´ yrobc˚ u v dané soustavˇe – spotˇreba elektˇriny – ztráty v pˇrenosov´ ych a distribuˇcn´ıch s´ıt´ıch – rezervn´ı v´ ykon

Tato rovnice ˇr´ıká, ˇze v kaˇzdém okamˇziku se vyrobená elektˇrina mus´ı rovnat spotˇrebované. Jelikoˇz nen´ı moˇzné naprosto pˇresnˇe stanovit v´ yrobu i spotˇrebu v urˇcité lokalitˇe, je nutno m´ıt dostatek rezervn´ıho nebo také regulaˇcn´ıho v´ ykonu pro zajiˇstˇen´ı vyrovnané bilance.[1]

20


2.2

Vertik´ alnˇ e integrovan´ y syst´ em

Pˇred poˇca´tkem liberalizace energetiky v kaˇzdém státˇe Evropy zajiˇst’ovala jedna státn´ı spoleˇcnost vˇsechny oblasti od v´ yroby pˇres pˇrenos aˇz po distribuci elektˇriny. Jelikoˇz je elektˇrina povaˇzována za veˇrejn´ y statek a jej´ı dostupnost je kl´ıˇcová pro fungován´ı celého státu, bylo proto vhodné, ˇze jedna spoleˇcnost ˇr´ıdila a vlastnila cel´ y systém. Stát tedy reguloval pˇr´ısun prostˇredk˚ u do sektoru, rozhodoval o investic´ıch. Tato struktura se naz´ yvá vertikálnˇe integrovan´ y systém, kter´ y je moˇzno charakterizovat následuj´ıc´ımi body: • centralizace spoleˇcnosti zab´ yvaj´ıc´ı se technologi´ı pˇremˇen – transportu • distribuce a uˇzit´ı elektrické energie a jej´ıho ˇr´ızen´ı • maximalizace technick´ ych parametr˚ u • jeden nebo maximálnˇe dva produkty spoleˇcnosti • neexistence konkurence • jednotná cenová politika [1]

Obr. 2.2: Vertikálnˇe integrovan´ y systém [1]

2.3

ˇ Liberalizace energetiky v CR

Zkuˇsenosti ve svˇetˇe ukázaly, ˇze otevˇren´ım ˇca´sti odvˇetv´ı, kde je moˇzná konkurence, docház´ı k optimalizaci náklad˚ u a hlavnˇe také sn´ıˇzen´ı cen. V energetickém odvˇetv´ı nen´ı moˇzné vytvoˇrit konkurenˇcn´ı prostˇred´ı ve vˇsech oblastech, protoˇze dopravn´ı infrastruktura tvoˇr´ı jeden celek, kter´ y je vhodné nechat spravovat jedn´ım subjektem. Proto je vhodné vytvoˇrit konkurenˇcn´ı prostˇred´ı na u ´rovni v´ yroby elektˇriny. [1]

Obr. 2.3: Um´ıstˇen´ı trhu [1] Samotn´ y proces liberalizace, tj. pˇrechod od vertikálnˇe integrované spoleˇcnosti k trˇzn´ımu prostˇred´ı, je moˇzn´ y po splnˇen´ı nˇekolika základn´ıch krok˚ u: • jednotná cenová politika • nutná existence legislativy 21

´ Í S ELEKTRINOU ˇ ´ PROSTRED ˇ Í 2 OBCHODOVAN V LIBERALIZOVANEM • privatizace sektoru energetiky • vytvoˇren´ı konkurenˇcn´ıho prostˇred´ı • existence nov´ ych informaˇcn´ıch technologi´ı • nutnost pr˚ uhlednosti trhu s energi´ı, pr˚ uhlednost toku financ´ı Z hlediska legislativy je nutno zm´ınit d˚ uleˇzit´ y zákon 458/2000 Sb., kter´ y spolu ˇ Na s doplˇ nuj´ıc´ımi vyhláˇskami odstartoval postupnou liberalizaci trhu s elektˇrinou v CR. základˇe jiˇz zm´ınˇeného zákona vznikly na trhu s elektˇrinou dalˇs´ı subjekty, které zajiˇst’uj´ı jeho fungován´ı. Zjednoduˇsen´ y model fungován´ı trhu pak ukazuje Obr. 2.4. Do procesu vstupuje

! "

Obr. 2.4: Zjednoduˇsen´ y model fungován´ı liberalizovaného trhu s elektˇrinou [1] obchodn´ık, kter´ y má moˇznost nakoupit od v´ yrobc˚ u poˇzadované mnoˇzstv´ı elektˇriny a tu následnˇe s marˇz´ı prodat. V tomto systému mus´ı fungovat nˇekdo, kdo bude vyhodnocovat uskuteˇcn ˇované obchody. T´ım je Operátor trhu s elektˇrinou. Dále je nutno soustavu ˇr´ıdit tak, aby v kaˇzdém okamˇziku byla vyrovnána bilance elektˇriny v soustavˇe. To je ˇcinnost´ı provozovatele pˇrenosové soustavy.

2.4

ˇ Model trhu s elektˇ rinou v CR

ˇ a republika si z moˇzn´ Cesk´ ych model˚ u fungován´ı zvolila model trhu TPA – third part access. Tento model je decentralizovan´ y a vycház´ı z faktu, ˇze pˇrenosová soustava a regionáln´ı distribuˇcn´ı spoleˇcnosti jsou pˇrirozené monopoly, a proto je na tomto poli vylouˇcena konkurence. Umoˇzn ˇuje tedy pˇr´ıstup tˇret´ıch stran k s´ıt´ım za podm´ınek regulovan´ ych cen, které stanovuje sv´ ymi cenov´ ymi rozhodnut´ımi ERU. Docház´ı t´ım tedy k oddˇelen´ı s´ıt´ı od koneˇcné dodávky a v´ yroby. Vyˇcleˇ nuj´ı se zde samostatné ˇcinnosti od v´ yroby aˇz ke spotˇrebˇe: • v´ yroba elektˇriny • doprava elektˇriny – pˇrenosovou s´ıt´ı 22

´ Í S ELEKTRINOU ˇ ´ PROSTRED ˇ Í 2 OBCHODOVAN V LIBERALIZOVANEM – distribuˇcn´ı s´ıt´ı • systémové sluˇzby • dodávka elektˇriny U dvoustrann´ ych smluv se oddˇelila funkce vlastn´ıho fyzického dodán´ı elektˇriny od funkce dodavatele, kter´ y zajist´ı dodán´ı elektˇriny od v´ yrobce a jej´ı vy´ uˇctován´ı zákazn´ıkovi. Nakonec zajist´ı, aby vˇsechny subjekty po cestˇe (PPS, PDS) elektˇriny dostaly sv˚ uj pod´ıl penˇez. T´ımto se platba za elektˇrinu u koncového zákazn´ıka dˇel´ı na tyto ˇca´sti: • platba za smluvenou vyrobenou elektˇrinu (u v´ yrobce) • platba za dopravu – pˇrenosovou soustavou – distribuˇcn´ı soustavou • platba za systémové sluˇzby (udrˇzen´ı kvality elektˇriny i pˇri kol´ısán´ı odbˇeru) • platba za odchylku skuteˇcné spotˇreby od objednaného mnoˇzstv´ı • platba za vlastn´ı dodávku (obsahuje marˇzi dodavatele) Z tˇechto ˇca´st´ı jsou regulované ceny za pouˇzit´ı s´ıt´ı a platby za systémové sluˇzby, jejich ceny urˇcuje ERU. Ostatn´ı poloˇzky jsou ˇcasovˇe promˇenné a obecnˇe jsou od kaˇzdého v´ yrobce jiné. Zákazn´ık m˚ uˇze v daném okamˇziku z´ıskávat dodávku elektˇriny od v´ıce v´ yrobc˚ u. Rozd´ıl mezi mnoˇzstv´ım elektˇriny, co si zákazn´ık usmlouvá a kolik skuteˇcnˇe odebere, je zajiˇstˇen provozovatelem pˇrenosové soustavy z náhradn´ıch zdroj˚ u poskytuj´ıc´ıch podp˚ urné sluˇzby. Aby bylo moˇzné identifikovat jednotlivé pod´ıly u ´ˇcastn´ık˚ u a správnˇe je ocenit, je nutné stanovit dopˇredu sjednané diagramy odbˇeru s jednotliv´ ymi dodavateli a zajistit mˇeˇren´ı odbˇeru v jednotliv´ ych hodinách. Pokud vzniknou u nˇekteré ze stran rozd´ıly, které uhradil dodávkou poskytovatel ze zdroj˚ u podp˚ urn´ ych sluˇzeb, vzniknou t´ımto odchylky v procesu z´ uˇctován´ı. Otevˇren´ım trhu pro dodávky od v´ıce dodavatel˚ u se oddˇelil svˇet obchodn´ıch vztah˚ u od svˇeta skuteˇcn´ ych dodávek. Z´ uˇctován´ı odchylek potom tyto procesy opˇet spojuje. Má zajistit finanˇcn´ı vyrovnán´ı a stabilitu vztah˚ u v energetice. [36] Z modelu na Obr. 2.5 jsou patrné jednotlivé finanˇcn´ı ˇci energetické toky. Na cel´ y trh dohl´ıˇz´ı ERU jakoˇzto regulátor a urˇcovatel podm´ınek. Spotˇrebitel si m˚ uˇze nakoupit elektˇrinu od obchodn´ıka a ten pak mus´ı zaplatit regulované ceny tˇem, pˇres jejichˇz veden´ı elektˇrina proˇsla, a také v´ yrobci za vyrobenou elektˇrinu. Dalˇs´ı moˇznost´ı je, ˇze si zákazn´ık nakoup´ı elektˇrinu od v´ yrobce sám.

23


!

#

"

#

#

$ & $

% % #

Obr. 2.5: Model trhu s elektˇrinou [1]

2.5

´ castn´ıci trhu s elektˇ Uˇ rinou

Dle § 22 energetického zákona jsou za u ´ˇcastn´ıky trhu povaˇzováni v´ yrobci, provozovatel pˇrenosové soustavy, provozovatelé distribuˇcn´ıch soustav, operátor trhu, obchodn´ıci ´ castn´ıky trhu s elektˇrinou v Cesk´ ˇ e republice m˚ s elektˇrinou a koneˇcn´ı zákazn´ıci. Uˇ uˇzeme rozdˇelit obecnˇe na regulované, neregulované a ostatn´ı. Vzhledem k pouˇzitému modelu ˇ jsou regulovan´ trhu s elektˇrinou v CR ymi subjekty vlastn´ıci a provozovatelé pˇrenosové a distribuˇcn´ı soustavy. Tedy provozovatel pˇrenosové soustavy a provozovatelé distribuˇcn´ıch soustav. Mezi neregulované subjekty je pak moˇzno zaˇradit v´ yrobce elektˇriny, obchodn´ıky s elektˇrinou a koncové zákazn´ıky. Mezi ostatn´ı lze pak zaˇradit regulátora, coˇz je Energetick´ y regulaˇcn´ı u ´ˇrad, kter´ y urˇcuje pomoc´ı sv´ ych cenov´ ych rozhodnut´ı ceny za regulované poloˇzky a v podstatˇe urˇcuje pravidla trhu. Dalˇs´ım u ´ˇcastn´ıkem je pak Operátor trhu s elektˇrinou, kter´ y vyhodnocuje toky energi´ı a stará se o z´ uˇctován´ı odchylek. Posledn´ım d˚ uleˇzit´ ym ˇclánkem je burza, která umoˇzn ˇuje obchodován´ı jednotliv´ ych energetick´ ych komodit a tvoˇr´ı v podstatˇe platformu pro obchodován´ı. [29] 2.5.1

V´ yrobci

V´ yrobcem je dle zákona 458/2000 Sb. fyzická ˇci právnická osoba, která vyráb´ı elektˇrinu a je drˇzitelem licence na v´ yrobu elektˇriny. Jedná se o licenci skupiny ˇc´ıslo 11. Definice práv a povinnost´ı kaˇzdého v´ yrobce je pak moˇzno nalézt v § 23 v´ yˇse zm´ınˇeného zákona. Dalˇs´ı vyhláˇsky a naˇr´ızen´ı se t´ ykaj´ı pˇredevˇs´ım ˇzivotn´ıho prostˇred´ı a s t´ım souvisej´ıc´ı modernizac´ı elektráren. (U tepeln´ ych ods´ıˇren´ı atd.) U v´ yrobc˚ u je dále nutno zm´ınit, zda je v´ yrobce subjekt z´ uˇctován´ı s odpovˇednost´ı za odchylku, nebo odpovˇednost za odchylku za nˇej nese nˇekdo jin´ y (obchodn´ık). Zisk tˇechto v´ yrobc˚ u pak vzniká prodejem elektˇriny koneˇcn´ ym zákazn´ık˚ um, obchodn´ık˚ um nebo pˇr´ıpadnˇe i PPS, kterému m˚ uˇze napˇr´ıklad prodávat elektˇrinu ve formˇe podp˚ urn´ ych sluˇzeb. Rozdˇelen´ı v´ yroben (elektráren) lze dle legislativy provést r˚ uzn´ ymi zp˚ usoby. Napˇr´ıklad dle instalovaného v´ ykonu, dle typu zdroje, dle vlastn´ıka, dle pˇripojen´ı v´ yrobny do PS nebo 24

´ Í S ELEKTRINOU ˇ ´ PROSTRED ˇ Í 2 OBCHODOVAN V LIBERALIZOVANEM ˇ DS a dalˇs´ıch. Na Obr. 2.6 je znázornˇeno rozdˇelen´ı instalovaného v´ ykonu CR, dle typu zdroje. Z hlediska vlastnického je dominantn´ım vlastn´ıkem v´ yroben elektˇriny polostátn´ı ˇ spoleˇcnost CEZ.

! ! " !$

! " # !%

ˇ [2] Obr. 2.6: Rozdˇelen´ı instalovaného v´ ykonu v CR Specifickou skupinou v´ yrobc˚ u tvoˇr´ı v´ yrobci elektˇriny z obnoviteln´ ych zdroj˚ u, která je státem podporována a v podstatˇe regulac´ı upravena. V´ yrobce elektˇriny z OZE má moˇznost si vybrat mezi dvˇema druhy podpory: • zelen´ y bonus • reˇzim pevn´ ych v´ ykupn´ıch cen V prvn´ım reˇzimu v´ yrobce nab´ıdne elektˇrinu obchodn´ıkovi za dohodnutou cenu a k této cenˇe je mu pak vyplacen tzv. zelen´ y bonus, jehoˇz v´ yˇse je stanovována cenov´ ym rozhodnut´ım ERU. V reˇzimu pevn´ ych v´ ykupn´ıch cen je elektˇrina od v´ yrobce vykupována za pevnˇe stanovenou cenu, která je stanovována taktéˇz pomoc´ı cenov´ ych rozhodnut´ı ERU. Jak jiˇz bylo ˇreˇceno, v´ yrobce má moˇznost si mezi tˇemito druhy podpory vybrat, pˇriˇcemˇz obecnˇe lze ˇr´ıci, ˇze zisky v reˇzimu pevn´ ych v´ ykupn´ıch cen jsou obecnˇe niˇzˇs´ı, neˇz v reˇzimu zelen´ ych bonus˚ u. Je to vykoupenou urˇcitou vyˇsˇs´ı m´ırou jistoty v reˇzimu pevn´ ych v´ ykupn´ıch cen. 2.5.2

Provozovatel´ e distribuˇ cn´ıch soustav

Z b´ yval´ ych lokáln´ıch energetik vznikly po liberalizaci tˇri v´ yznamné distribuˇcn´ı spoleˇcnosti a nˇekolik lokáln´ıch. Jsou to: ˇ • CEZ Distribuce, a. s. • E.ON Distribuce, a. s. • PREdistribuce, a. s. 25

´ Í S ELEKTRINOU ˇ ´ PROSTRED ˇ Í 2 OBCHODOVAN V LIBERALIZOVANEM Tito distributoˇri spravuj´ı distribuˇcn´ı soustavu, coˇz je soubor vzájemnˇe propojen´ ych veden´ı a zaˇr´ızen´ı 110 kV, s v´ yjimkou veden´ı patˇr´ıc´ı pˇrenosové soustavˇe a veden´ı a zaˇr´ızen´ı o napˇet´ı 0,4/0,23 kV, 3 kV, 6 kV, 10 kV, 22 kV nebo 35 kV slouˇz´ıc´ı k zajiˇstˇen´ı distribuce ˇ e republiky, vˇcetnˇe systém˚ elektˇriny na vymezeném u ´zem´ı Cesk´ u mˇeˇric´ı, ochranné, ˇr´ıdic´ı, zabezpeˇcovac´ı, informaˇcn´ı a telekomunikaˇcn´ı techniky. [10] Provozovatel DS je fyzická nebo právnická osoba, která má licenci na distribuci elektˇriny. Jeho povinnost´ı je distribuovat elektˇrinu koncov´ ym zákazn´ık˚ um a pˇripojit k DS kaˇzdého, kdo splˇ nuje pravidla provozován´ı distribuˇcn´ı soustavy (PPDS). Seznam ostatn´ıch lokáln´ıch distributor˚ u lze pak nalézt na stránkách Energetického regulaˇcn´ıho u ´ˇradu. 2.5.3

Provozovatel pˇ renosov´ e soustavy

ˇ Jedin´ ym provozovatelem pˇrenosové soustavy je státn´ı spoleˇcnost CEPS a. s., která je ˇ e repubpˇrirozen´ ym monopolem a má v´ yhradn´ı licenci na pˇrenos elektrické energie v Cesk´ ˇ i v rámci mezinárodn´ı spolice. Mezi jeho hlavn´ı ˇcinnosti patˇr´ı pˇrenos elektˇriny v rámci CR ˇ lupráce. Dále CEPS ˇr´ıd´ı provoz pˇrenosové soustavy, coˇz je soubor rozvodn´ ych zaˇr´ızen´ı a veden´ı 400, 220 a 110 kV. Samotné ˇr´ızen´ı soustavy provád´ı pomoc´ı takzvan´ ych systémov´ ych sluˇzeb, které pˇredstavuj´ı soubor ˇcinnost´ı, kter´ ymi PPS zajiˇst’uje kvalitu a spolehlivost dodávky elektˇriny na u ´rovni PS a plnˇen´ı mezinárodn´ıch závazk˚ u. Patˇr´ı mezi nˇe ˇctyˇri základn´ı, a to: 1. udrˇzován´ı kvality elektˇriny 2. udrˇzován´ı v´ ykonové rovnováhy v reálném ˇcase 3. obnoven´ı provozu 4. dispeˇcerské ˇr´ızen´ı Aby byl PPS schopen zajistit v´ yˇse uvedené systémové sluˇzby, nakupuje od jednotliv´ ych v´ yrobc˚ u takzvané podp˚ urné sluˇzby. Pˇresná specifikace jednotliv´ ych systémov´ ych a podp˚ urn´ ych sluˇzeb je popsána v dokumentu Kodex pˇrenosové soustavy, kter´ y je volnˇe ke staˇzen´ı na stránkách http://www.ceps.cz [11] 2.5.4

Oper´ ator trhu s elektˇ rinou

Operátor trhu s elektˇrinou vznikl v roce 2001 následkem liberalizace trhu s elektˇrinou na základˇe zákona 458/2000 Sb. Z hlediska vlastnické struktury se jedná o akciovou spoleˇcnost ˇ zaloˇzenou státem, kdy jedin´ ym jej´ım akcionáˇrem je stát. Cinnost OTE je striktnˇe omezena na ˇcinnost danou licenc´ı skupiny 15 z d˚ uvodu zamezen´ı vyuˇz´ıván´ı znalost´ı a informac´ı ˇ operátora o trhu s elektˇrinou v CR. Je poˇzadována nezávislost od ostatn´ıch u ´ˇcastn´ık˚ u trhu.

26

´ Í S ELEKTRINOU ˇ ´ PROSTRED ˇ Í 2 OBCHODOVAN V LIBERALIZOVANEM ˇ OTE zahájil svoji ˇcinnost v roce 2002, kdy pˇrevzal od spoleˇcnosti CEPS ˇcinnost finanˇcn´ıho vypoˇra´dán´ı odchylek mezi subjekty. Postupem ˇcasu se jeho ˇcinnosti rozrostly na finanˇcn´ı zajiˇstˇen´ı jednotliv´ ych subjekt˚ u, organizován´ı trhu s elektˇrinou a plynem a poskytován´ı technického zázem´ı pro zmˇenu dodavatele. Na základˇe legislativy lze veˇskeré jeho ˇcinnosti v krátkosti shrnout do následuj´ıc´ıch bod˚ u: • organizován´ı krátkodobého trhu s plynem a krátkodobého trhu s elektˇrinou a ve spolupráci s provozovatelem pˇrenosové soustavy vyrovnávac´ıho trhu s regulaˇcn´ı energi´ı ˇ e republiky a toto vyhodnocen´ı pˇredávat • vyhodnocován´ı odchylky za celé u ´zem´ı Cesk´ jednotliv´ ym subjekt˚ um z´ uˇctován´ı a provozovateli pˇrenosové nebo pˇrepravn´ı soustavy a zajistit jejich vy´ uˇctován´ı • zpracován´ı a zveˇrejˇ nován´ı mˇes´ıˇcn´ı a roˇcn´ı zprávy o trhu s elektˇrinou a plynem • predikce oˇcekávané spotˇreby elektˇriny a plynu a zp˚ usob zajiˇstˇen´ı rovnováhy mezi nab´ıdkou a poptávkou po elektˇrinˇe a plynu • zajiˇst’ován´ı a poskytován´ı u ´ˇcastn´ık˚ um trhu s elektˇrinou nebo plynem skuteˇcné hodnoty dodávek a odbˇer˚ u elektˇriny nebo plynu • zajiˇst’ován´ı zpracováván´ı typov´ ych diagram˚ u dodávek v souˇcinnosti s provozovateli distribuˇcn´ıch soustav • správa veˇrejnˇe pˇr´ıstupného rejstˇr´ıku obchodován´ı s povolenkami na emise sklen´ıkov´ ych plyn˚ u

Obr. 2.7: Komunikace mezi subjekty na trhu s elektˇrinou [1] Obr. 2.7 znázorˇ nuje komunikaci mezi OTE a subjekty na trhu, kdy veˇskeré informace od jednotliv´ ych u ´ˇcastn´ık˚ u jsou spravovány v centráln´ım datovém skladu OTE. Závˇerem lze ˇr´ıci, ˇze OTE tvoˇr´ı d˚ uleˇzitou souˇca´st liberalizovaného trhu a v podstatˇe funguje jako spojovac´ı ˇclánek pˇri vypoˇrádán´ı finanˇcn´ıch a energetick´ ych tok˚ u. [1] [3] 27

´ Í S ELEKTRINOU ˇ ´ PROSTRED ˇ Í 2 OBCHODOVAN V LIBERALIZOVANEM 2.5.5

Obchodn´ık s elektˇ rinou

Obchodn´ıkem s elektˇrinou je fyzická ˇci právnická osoba, která je drˇzitelem licence na obchod s elektˇrinou a nakupuje elektˇrinu za u ´ˇcelem jej´ıho prodeje. Následkem liberalizace se na trhu objevila celá ˇrada nov´ ych spoleˇcnost´ı, které maj´ı licenci na obchod. Obchodn´ık m˚ uˇze b´ yt také vlastn´ıkem licence na v´ yrobu a distribuci v lokáln´ı distribuˇcn´ı s´ıti, coˇz m˚ uˇze b´ yt v´ yhodné u vˇetˇs´ıch spoleˇcnost´ı, které si mohou nakupovat elektˇrinu pro zásobován´ı vlastn´ı lokáln´ı distribuˇcn´ı spoleˇcnosti. Jedno z moˇzn´ ych rozdˇelen´ı obchodn´ık˚ u lze provést podle toho, zda jsou nebo nejsou subjekty z´ uˇctován´ı. Ti, kteˇr´ı nejsou subjekty z´ uˇctován´ı, lze povaˇzovat za pˇrekupn´ıky. Pˇreváˇzná vˇetˇsina obchodn´ık˚ u jsou subjekty z´ uˇctován´ı z d˚ uvodu moˇzného vˇetˇs´ıho uplatnˇen´ı na trhu s elektˇrinou. Jejich pˇr´ıjmy netvoˇr´ı jen marˇze za pˇrekupován´ı elektˇriny, ale i pˇr´ıjem d´ıky odpovˇednosti za odchylku subjekt˚ u, které nejsou subjekty z´ uˇctován´ı (v´ yrobci, koneˇcn´ı zákazn´ıci a obchodn´ıci). Je d˚ uleˇzité zm´ınit odchylku ve vztahu k obchodn´ık˚ um. Samotná problematika odchylky je popsána v kapitole 2.10. OTE vyhodnocuje kaˇzdou hodinu odchylku jednotliv´ ych subjekt˚ u a provád´ı jej´ı z´ uˇctován´ı. C´ılem kaˇzdého obchodn´ıka je proto zmenˇsit odchylku a t´ım sn´ıˇzit náklady na jej´ı zaplacen´ı. Z tohoto d˚ uvodu je otázka kvalitn´ı predikce spotˇreby daného subjektu pro obchodn´ıka kl´ıˇcová. Obchodn´ıci (subjekty z´ uˇctován´ı) maj´ı v´ıce moˇznost´ı, jak obchodovat s elektˇrinou. Mohou m´ıt pˇr´ıstup na organizovan´ y krátkodob´ y trh, pˇr´ıpadnˇe na vyrovnávac´ı trh, na kterém mohou vylepˇsit svoji bilanci. Dalˇs´ı moˇznost´ı jsou pak pˇreshraniˇcn´ı obchody, které vˇsak vyˇzaduj´ı splnˇen´ı urˇcit´ ych poˇzadavk˚ u. Pˇres vˇsechny v´ yhody subjektu z´ uˇctován´ı jsou zde také negativa spojená s nutn´ ym znaˇcn´ ym kapitálem pro samotn´ y vstup na trh. Obchodn´ık skládá OTE kauci, která slouˇz´ı pro kryt´ı závazk˚ u v˚ uˇci OTE.[1],[12] 2.5.6

Koneˇ cn´ı z´ akazn´ıci

Koneˇcn´ı zákazn´ıci pˇredstavuj´ı nejvˇetˇs´ı procento subjekt˚ u na trhu. Jejich rozdˇelen´ı lze provést mnoha zp˚ usoby, pˇriˇcemˇz nejsnazˇs´ı je podle druhu mˇeˇren´ı. Touto problematikou se zab´ yvala vyhláˇska ˇc. 218/2001 Sb., která je v souˇcasné dobˇe nahrazena vyhláˇskou ˇc. 82/2011 Sb. Dle této vyhláˇsky je moˇzno mˇeˇren´ı novˇe rozdˇelit do 4 kategori´ı, podle toho o jak´ y typ se jedná a kde je um´ıstˇeno. A) • Pˇredávac´ı m´ısta mezi pˇrenosovou soustavou a distribuˇcn´ı soustavou a mezi distribuˇcn´ımi soustavami s napˇet´ım vyˇsˇs´ım neˇz 1 kV. • Odbˇerná m´ısta zákazn´ık˚ u s odbˇerem elektˇriny z pˇrenosové soustavy. • Odbˇerná m´ısta zákazn´ık˚ u s odbˇerem elektˇriny z distribuˇcn´ı soustavy s napˇet´ım vyˇsˇs´ım neˇz 52 kV.

28

´ Í S ELEKTRINOU ˇ ´ PROSTRED ˇ Í 2 OBCHODOVAN V LIBERALIZOVANEM • Odbˇerná m´ısta zákazn´ık˚ u s odbˇerem elektˇriny z distribuˇcn´ı soustavy s napˇet´ım od 1 kV do 52 kV vˇcetnˇe a s rezervovan´ ym pˇr´ıkonem nad 250 nebo 400 kW. B) • Pˇredávac´ı nebo odbˇerná m´ısta mezi jednotliv´ ymi distribuˇcn´ımi soustavami s napˇet´ım do 1 kV s nepˇr´ım´ ym mˇeˇren´ım. • Pˇredávac´ı m´ısta v´ yrobc˚ u elektˇriny s napˇet´ım do 1 kV a s instalovan´ ym v´ ykonem v´ yrobny elektˇriny nad 30 kW pˇripojen´ ych k distribuˇcn´ı soustavˇe nebo do odbˇerného m´ısta zákazn´ıka nebo do pˇredávac´ıho m´ısta jiné v´ yrobny elektˇriny. • Odbˇerná m´ısta zákazn´ık˚ u s odbˇerem elektˇriny z distribuˇcn´ı soustavy s napˇet´ım od 1 kV do 52 kV vˇcetnˇe a s rezervovan´ ym pˇr´ıkonem do 250 kW nebo 400 kW vˇcetnˇe. • Odbˇerná m´ısta zákazn´ık˚ u s odbˇerem elektˇriny z distribuˇcn´ı soustavy s napˇet´ım do 1 kV s rezervovan´ ym pˇr´ıkonem od 100 kW nebo s hlavn´ım jistic´ım prvkem o jmenovitém proudu od 200 A, a to od prvn´ı zmˇeny dodavatele elektˇriny. S) • Odbˇerná m´ısta zákazn´ık˚ u s odbˇerem elektˇriny z distribuˇcn´ı soustavy, kde nen´ı technicky vhodné instalovat mˇeˇren´ı typu A nebo mˇeˇren´ı typu B. • Pˇredávac´ı m´ısto v´ yrobc˚ u elektˇriny s instalovan´ ym v´ ykonem v´ yrobny elektˇriny do 30 kW vˇcetnˇe, pˇripojen´ ych k distribuˇcn´ı soustavˇe nebo do odbˇerného m´ısta zákazn´ıka nebo do pˇredávac´ıho m´ısta jiné v´ yrobny elektˇriny, kde nen´ı technicky vhodné instalovat mˇeˇren´ı typu A nebo mˇeˇren´ı typu B. C) • Pro odbˇerná m´ısta ostatn´ıch zákazn´ık˚ u, kde nen´ı ekonomické instalovat v´ yˇse uvedené typy mˇeˇren´ı. Z hlediska vyhodnocován´ı mˇeˇren´ ych u ´daj˚ u je stanoven základn´ı mˇeˇric´ı interval pro mˇeˇren´ı typu A a B jedna ˇctvrthodina a základn´ı vyhodnocovac´ı interval jedna hodina. Základn´ı interval pro zpracován´ı a pˇrenos namˇeˇren´ ych u ´daj˚ u je pro mˇeˇren´ı typu A jeden kalendáˇrn´ı den, pro B pak jeden mˇes´ıc. U mˇeˇren´ı typu S je základn´ı interval pro zpracován´ı a pˇrenos namˇeˇren´ ych u ´daj˚ u pro mˇeˇric´ı zaˇr´ızen´ı jeden mˇes´ıc. U mˇeˇren´ı typu C je pak zpracován´ı a pˇrenos u ´daj˚ u provádˇen nejménˇe jedenkrát za rok. [13], [14] Nejv´ıce zákazn´ık˚ u spadá do kategorie C, pˇriˇcemˇz z hlediska spotˇreby jsou nejvˇetˇs´ımi spotˇrebiteli elektˇriny zákazn´ıci typu A a B. Pr˚ ubˇeh spotˇreb elektˇriny pro jednotlivé kategorie odbˇeratel˚ u pro rok 2010 je ukázán na Obr. 2.8.

29


Obr. 2.8: Pr˚ ubˇeh spotˇreb jednotliv´ ych kategori´ı zákazn´ık˚ u v roce 2010 [2]

2.6

Burza

Burza tvoˇr´ı d˚ uleˇzit´ y ˇclánek pˇri obchodován´ı s elektˇrinou. Sp´ıˇse neˇz jako o u ´ˇcastn´ıku trhu lze o n´ı hovoˇrit jako o prostˇredn´ıku nebo platformˇe pro obchodován´ı. Pro obchodován´ı s elektˇrinou, pˇr´ıpadnˇe s dalˇs´ımi energetick´ ymi produkty existuj´ı speciáln´ı energetické burzy. ˇ existuje Power Exchange Central Europe, a.s. (PXE) – www.pxe.cz, která vznikla V CR ˇ v roce 2007 a umoˇzn ˇuje obchodován´ı s elektrickou energi´ı s m´ıstem dodán´ı v Cesku, na Slovensku a v Mad’arsku. Burza poskytuje anonymn´ı obchodován´ı se standardizovan´ ymi produkty se zajiˇstˇen´ ym vypoˇra´dán´ım a je dceˇrinou spoleˇcnost´ı Burzy cenn´ ych pap´ır˚ u Praha. Pˇredmˇetem obchodu na PXE je elektˇrina o hodinovém v´ ykonu 1 MW ve vˇsech hodinách vˇsech dn˚ u sjednaného dodávkového obdob´ı. Samotné obchodován´ı je provádˇeno pomoc´ı elektronického systému burzy, kdy u ´ˇcastn´ıci obchoduj´ı pomoc´ı objednávek zadávan´ ych do tohoto systému. Mezi obchodované produkty patˇr´ı: • Komoditn´ı futures s fyzick´ ym vypoˇrádán´ım – závazek dodán´ı/zaplacen´ı urˇcitého poˇctu MWh po celou dobu daného dodávkového obdob´ı – roˇcn´ı, ˇctvrtletn´ı a mˇes´ıˇcn´ı – CZ, SK, HU • Komoditn´ı futures s finanˇcn´ım vypoˇra´dán´ım – závazek finanˇcn´ıho vyrovnán´ı cenov´ ych rozd´ıl˚ u pˇredmˇetu obchodu po celou dobu daného dodávkového obdob´ı – roˇcn´ı, ˇctvrtletn´ı a mˇes´ıˇcn´ı – CZ • Spotové kontrakty 30

´ Í S ELEKTRINOU ˇ ´ PROSTRED ˇ Í 2 OBCHODOVAN V LIBERALIZOVANEM – závazek dodán´ı/zaplacen´ı urˇcitého poˇctu MWh pro konkrétn´ı dodávkov´ y den – denn´ı a hodinové – CZ, HU Dále jsou produkty rozliˇseny dle typu dodávky na BASE LOAD a PEAK LOAD. [15] ´ castn´ıkem D˚ uleˇzité je také zm´ınit samotné podm´ınky pro u ´ˇcast na obchodován´ı na PXE. Uˇ této burzy mus´ı b´ yt ˇceská právnická osoba a mus´ı b´ yt plátcem DPH. Dalˇs´ı podm´ınkou je vlastnictv´ı licence na obchod s elektˇrinou a také nutnost b´ yt subjektem z´ uˇctován´ı v systému OTE. Dále mus´ı m´ıt u ´ˇcastn´ık uzavˇrenou smlouvu s nˇekterou s clearingov´ ych bank, které mohou vypoˇra´dávat obchody na PXE a také m´ıt uzavˇrenou smlouvu s PXE. Základn´ımi u ´ˇcastn´ıky burzovn´ıch obchod˚ u jsou u ´ˇcastn´ık obchodován´ı a samotná burza. Dalˇs´ı subjekty se spolupod´ılej´ı na burzovn´ım obchodován´ı a jsou to: • Univyc, a. s. – dceˇriná spoleˇcnost Burzy cenn´ ych pap´ır˚ u Praha, která zajiˇst’uje evidenci uzavˇren´ ych obchod˚ u, z´ uˇctován´ı obchod˚ u a spravuje marˇzové vklady i clearingov´ y fond • CCP (Central Counterparty, a. s.) – dceˇriná spoleˇcnost Burzy cenn´ ych pap´ır˚ u Praha, která vykonává funkci centráln´ı protistrany v procesu z´ uˇctován´ı a fyzické dodávky • z´ uˇctovac´ı banka – vede u ´ˇcty (v EUR) spoleˇcnosti Univyc a clearingov´ ym bankám s c´ılem z´ uˇctovat závazky a pohledávky, které plynou z burzovn´ıch obchod˚ u • clearingové banky – jsou banky u ´ˇcastn´ık˚ u obchodován´ı, které maj´ı uzavˇreny zvláˇstn´ı smlouvy s Univyc a z´ uˇctovac´ı bankou na z´ uˇctován´ı burzovn´ıch obchod˚ u • OTE – zajiˇst’uje evidenci burzovn´ıch obchod˚ u jednotliv´ ych u ´ˇcastn´ık˚ u (subjekt˚ u z´ uˇctován´ı) a organizuje denn´ı trh s elektˇrinou, na kter´ y mohou u ´ˇcastn´ıci PXE vstupovat prostˇrednictv´ım obchodovac´ıho prostˇred´ı PXE [15] Jednotlivé smluvn´ı vztahy mezi subjekty burzovn´ıho obchodován´ı jsou pak ukázány na Obr. 2.9. Jak jiˇz bylo zm´ınˇeno u obchodn´ık˚ u, pro zajiˇstˇen´ı z´ uˇctovan´ı je povinen kaˇzd´ yu ´ˇcastn´ık sloˇzit finanˇcn´ı záruky. PXE nen´ı jedinou platformou pro obchodován´ı. N´ıˇze zm´ınˇené burzy jsou pˇr´ıkladem dalˇs´ıch moˇzn´ ych v rámci Evropy. • European Energy Exchange AG – www.eex.com • EPEX Spot – www.epexspot.com • Nord Pool Spot AS – www.nordpoolspot.com • Nord Pool ASA – www.nordpool.com • Powernext – www.powernext.fr • APX – www.apxgroup.com 31


!

$ - % " " " * ")*

" # "

" " )* "

)

"#$ %& " " '( & " "

)

!

'

* )*

+

" "

"#$ %& " " '( & " "

$

" " ! &%) " + , " " )* "

!

!

"

. / ' "* "

Obr. 2.9: Schéma burzovn´ıho obchodován´ı [1]

2.7

Struktura ceny za elektˇ rinu

Cena za elektˇrinu se v souˇcasnosti skládá ze tˇr´ı hlavn´ıch ˇca´st´ı, a to: • regulovaná ˇcást – plat za pˇr´ıkon – cena za distribuované mnoˇzstv´ı elektˇriny – cena za systémové sluˇzby – platba za ˇcinnost OTE – pˇr´ıspˇevek na OZE, KVET, DZ • neregulovaná ˇcást – stál´ y plat za dosávku elektˇriny – cena silové elektˇriny • danˇe – daˇ n z elektˇriny – daˇ n z pˇridané hodnoty Pod´ıl jednotliv´ ych sloˇzek se liˇs´ı podle velikosti celkovˇe spotˇrebované elektˇriny. Pˇri srovnáván´ı struktury ceny je vˇzdy nutné pˇresnˇe definovat, jak velk´ y je celkov´ y odbˇer, druh tarifu, jistiˇc, region a dalˇs´ı.

32

´ Í S ELEKTRINOU ˇ ´ PROSTRED ˇ Í 2 OBCHODOVAN V LIBERALIZOVANEM Pro ukázku struktury v´ ysledné roˇcn´ı ceny za elektˇrinu jsem vybral domácnost, která pouˇz´ıvá sazbu D02d s jistiˇcem do 1x25 A nebo do 3x10 A v regionu Plzeˇ n-jih s roˇcn´ı spotˇrebou 3200 kWh. Struktura ceny je pak patrná z Obr. 2.10, pˇriˇcemˇz Obr. 2.10(a) znázorˇ nuje rozdˇelen´ı mezi regulovanou, neregulovanou sloˇzku ceny a sloˇzku dan´ı. Je patrné, ˇze silová elektˇrina v tomto konkrétn´ım pˇr´ıpadˇe tvoˇr´ı jen 28 % z celkové roˇcn´ı platby za elektˇrinu. Dalˇs´ı v´ yznamnou sloˇzku na Obr. 2.10(b) tvoˇr´ı pˇr´ıspˇevek na OZE, kter´ y tvoˇr´ı 11 % roˇcn´ı platby za elektˇrinu. Tento poplatek je nejv´ıce rostouc´ı v posledn´ıch letech a je dále rozebrán v kapitole 3.2.[16]

(a) Pomˇer regulované a neregulované sloˇzky ceny za elektˇrinu

(b) Detailn´ı struktura ceny za elektˇrinu

Obr. 2.10: Struktura ceny za elektˇrinu

2.8

Energetick´ y regulaˇ cn´ı u ´ˇ rad

Energetick´ y regulaˇcn´ı u ´ˇrad vznikl na základˇe vydán´ı zákona ˇc. 458/2000 Sb. 1. ledna 2001. Mezi jeho hlavn´ı ˇcinnosti patˇr´ı regulace v energetickém odvˇetv´ı. Kromˇe elektˇriny pokr´ yvá i oblast plynárenstv´ı a teplárenstv´ı. Mimo jin´ ych ˇcinnost´ı se stará o podporu hospodáˇrské soutˇeˇze, podporu vyuˇz´ıván´ı obnoviteln´ ych a druhotn´ ych zdroj˚ u energie a v neposledn´ı ˇradˇe o ochranu zájmu spotˇrebitel˚ u v oblastech energetiky, kde nen´ı moˇzná konkurence. Jednou z jeho d˚ uleˇzit´ ych ˇcinnost´ı je vydáván´ı licenc´ı pro v´ yrobu pˇrenos i distribuci, pro kterou je oprávnˇen dle v´ yˇse zm´ınˇeného zákona. Od vzniku regulaˇcn´ıho u ´ˇradu se postupnˇe mˇenila metodika regulace cen, které byly urˇcovány pro urˇcité regulaˇcn´ı obdob´ı. V souˇcasné dobˇe se nacház´ıme ve III. regulaˇcn´ım obdob´ı 2010–2014. Samotnou metodiku regulace je moˇzno nalézt v dokumentu, kter´ y je dostupn´ y na internetov´ ych stránkách ERU [2]. Dalˇs´ımi d˚ uleˇzit´ ymi dokumenty vydávan´ ymi ERU jsou cenová rozhodnut´ı, kter´ ymi u ´ˇrad konkrétnˇe stanovuje dané regulované ceny. [2]

2.9

ˇ Typy obchod˚ u na trhu s elektˇ rinou v CR

Obchodovatelné komodity na trhu lze rozdˇelit do dvou skupin. V prvn´ım pˇr´ıpadˇe se jedná o tzv. silovou elektˇrinu, coˇz je dodávka v´ yrobc˚ u ke spotˇrebitel˚ um, a dále o elektˇrinu ve formˇe podp˚ urn´ ych sluˇzeb, kde jedin´ ym poptávaj´ıc´ım je provozovatel pˇrenosové soustavy ˇ spoleˇcnost CEPS, která tyto sluˇzby vyuˇz´ıvá pro ˇr´ızen´ı a regulaci soustavy. 33

´ Í S ELEKTRINOU ˇ ´ PROSTRED ˇ Í 2 OBCHODOVAN V LIBERALIZOVANEM Dalˇs´ı rozdˇelen´ı je moˇzné provést dle ˇcasu uzav´ırán´ı kontrakt˚ u a t´ yká se jen silové elektˇriny. Zp˚ usob nakupován´ı podp˚ urn´ ych sluˇzeb je zm´ınˇen v kapitole 2.9.3. Obchody s elektˇrinou m˚ uˇzeme rozdˇelit podle ˇcasu uzav´ırán´ı na nˇekolik typ˚ u: • dvoustranné obchody • obchody uzavˇrené na OKO • obchody uzavˇrené na vnitrodenn´ım trhu Dvoustranné obchody jsou vˇsechny druhy obchod˚ u s fyzickou dodávkou, kromˇe organizovan´ ych obchod˚ u uzavˇren´ ych na krátkodobém trhu s elektˇrinou (OKO). Organizovan´ y krátkodob´ y trh se skládá z denn´ıho a vnitrodenn´ıho trhu. Denn´ı trh je provozován kaˇzd´ y den v t´ ydnu a je na nˇem moˇzno obchodovat elektˇrinu na 24 hodin následuj´ıc´ıho dne. Nab´ıdky a poptávky je moˇzné zadávat nejpozdˇeji do 11:30 dne pˇredcházej´ıc´ıho dnu dodávky (den D-1). Dále pak obchody uzavˇrené na OKO – nab´ıdka nebo poptávka elektˇriny pro kaˇzdou hodinu z 24 hodin následuj´ıc´ıho obchodn´ıho dne v minimáln´ım mnoˇzstv´ı 1 MWh v kaˇzdé hodinˇe a posledn´ı moˇznost´ı obchodován´ı je vnitrodenn´ı a vyrovnávac´ı trh, kter´ y slouˇz´ı k vyrovnán´ı odchylky po uzávˇerce v´ yˇse uveden´ ych obchod˚ u. Vnitrodenn´ı trh umoˇzn ˇuje u ´ˇcastn´ık˚ um obchodovat aˇz do doby 2 hodin pˇred hodinou dodávky a je zahajován kaˇzd´ y den v 16:00 hodin. Ceny na denn´ım trhu vznikaj´ı na základˇe protnut´ı kˇrivek podan´ ych nab´ıdek na prodej a poptávek na nákup elektˇriny pro kaˇzdou z 24 hodin obchodn´ıho dne. V m´ıstˇe jejich protnut´ı dojde ke stanoven´ı v´ ysledné ceny, a to pro kaˇzdou hodinu nezávisle. [36] 2.9.1

Obchodov´ an´ı na blokov´ em trhu

Dalˇs´ım rozˇs´ıˇren´ım organizovaného obchodu s elektˇrinou je organizovan´ y blokov´ y trh s elektˇrinou, kde lze obchodovat denn´ı bloky elektˇriny, ˇclenˇené na kontrakty typu BASE, PEAK a OFF PEAK, kdy blokem elektˇriny se rozum´ı v´ıce hodin obchodovan´ ych jako jeden celek. BASE pˇredstavuje konstantn´ı dodávku elektˇriny po dobu 24 hodin, PEAK je dodávka elektˇriny v pracovn´ıch dnech v dobˇe od 8 do 20 hodin a kontrakty typu OFF PEAK, coˇz pˇredstavuje dodávku v pracovn´ıch dnech v dobˇe od 0 do 8 a od 20 do 24 hod. Nejmenˇs´ı obchodovatelnou jednotku pˇredstavuje blok elektˇriny o konstantn´ı hodnotˇe dodávky elektˇriny ve v´ yˇsi 1 MW po definovanou dobu dle typu kontraktu. Pˇri obchodován´ı docház´ı k anonymn´ımu spárován´ı vloˇzen´ ych objednávek na prodej a na koupi elektˇriny s moˇznost´ı uzavˇren´ı obchodu v obdob´ı 5 dn˚ u aˇz 1 dne pˇred dnem dodávky (D-5 aˇz D-1). Tyto produkty maj´ı obecnˇe r˚ uzné ceny, zjednoduˇsenˇe by se dalo ˇr´ıci, ˇze cena bloku elektˇriny BASE by mˇela b´ yt niˇzˇs´ı neˇz PEAK. V´ ysledná cena nakoupené elektˇriny je pak závislá nejenom na mnoˇzstv´ı nakoupené elektˇriny, ale i na ˇcasovém intervalu dodávky ˇci p˚ uvodu elektˇriny. Z Obr. 2.11 je patrné, ˇze ceny jsou závislé nejenom na tom, o jak´ y blok se jedná, ale i na druhu dne, ve kterém se obchodovalo. Cena pro vˇsechny bloky je nejniˇzˇs´ı v nedˇeli, 34


Obr. 2.11: Pr˚ ubˇeh spot market index˚ u pro leden 2011 [3] ˇcemuˇz odpov´ıdaj´ı poˇradová ˇc´ısla dn´ı 2, 9, 16, 23 a 30. Pˇredchoz´ı hypotéza, ˇze bloky PEAK jsou obecnˇe draˇzˇs´ı neˇz BASE, jsou na grafu patrné také. Blok OFFPEAK LOAD vycház´ı jako nejlevnˇejˇs´ı. [12] [4] 2.9.2

Pokr´ yv´ an´ı odbˇ erov´ ych diagram˚ u

C´ılem odbˇeratele je nakoupit elektˇrinu s co nejniˇzˇs´ımi náklady, a to bud’ sám, nebo pomoc´ı obchodn´ıka. Kaˇzd´ y odbˇeratel je charakterizován sv´ ym odbˇerov´ ym diagramem, jehoˇz pr˚ ubˇeh je závisl´ y na tom, jaké druhy spotˇrebiˇc˚ u vyuˇz´ıvá, o jak´ y druh provozu se jedná a jaké je rozloˇzen´ı smˇen aj. Z tohoto pohledu je pak také moˇzné odbˇeratele rozdˇelit podle charakteristického pr˚ ubˇehu jejich diagramu zat´ıˇzen´ı. Na následuj´ıc´ıch obrázc´ıch jsou ukázány tˇri odbˇerové diagramy a jejich pokryt´ı bloky elektˇriny.

Obr. 2.12: Odbˇerov´ y diagram ideáln´ıho odbˇeratele [4] Ideáln´ım odbˇeratelem by byl ten, jehoˇz odbˇer elektˇriny byl v ˇcase konstantn´ı. Nevznikala by ˇza´dná odchylka. Takov´ y diagram (viz Obr. 2.12) je potom jednoduché pokr´ yt produktem typu BASE a dále je snadné predikovat jeho budouc´ı v´ yvoj.

35


Obr. 2.13: Odbˇerov´ y diagram – vyˇsˇs´ı spotˇreba v pracovn´ım t´ ydnu [4] Diagram na Obr. 2.13 pˇredstavuje zv´ yˇsen´ y odbˇer v pracovn´ıch dnech a sn´ıˇzen´ y o v´ıkendu. Pro jeho pokryt´ı je moˇzno pouˇz´ıt blok BASE a blok BASE-WD.

Obr. 2.14: Specifick´ y odbˇerov´ y diagram [4] Posledn´ı diagram na Obr. 2.14 se vyznaˇcuje znaˇcn´ ymi odbˇerov´ ymi ˇspiˇckami a je tedy pomˇernˇe specifick´ y a v koneˇcném d˚ usledku i draˇzˇs´ı neˇz vyrovnan´ y odbˇer. 2.9.3

Obchod s podp˚ urn´ ymi sluˇ zbami

ˇ Provozovatel pˇrenosové soustavy je spoleˇcnost CEPS a. s., která má ze zákona povinnost udrˇzovat v´ ykonovou bilanci a ˇr´ıdit elektrizaˇcn´ı soustavu. K tomuto u ´ˇcelu vyuˇz´ıvá systémové sluˇzby, coˇz jsou ˇcinnosti, kter´ ymi zajiˇst’uje kvalitu a spolehlivost dodávky ˇ elektˇriny na u ´rovni PS a plnˇen´ı mezinárodn´ıch závazk˚ u a podm´ınek propojen´ı ES CR. Mezi systémové sluˇzby patˇr´ı napˇr´ıklad udrˇzován´ı primárn´ı, sekundárn´ı a terciárn´ı regulaˇcn´ı zálohy, sekundárn´ı regulace frekvence, pˇredávan´ ych v´ ykon˚ u a dalˇs´ı. K zajiˇstˇen´ı systémov´ ych ˇ sluˇzeb pouˇz´ıvá CEPS podp˚ urné sluˇzby, které nakupuje pomoc´ı: • dlouhodob´ ych kontrakt˚ u, které jsou uzav´ırány z v´ ybˇerov´ ych ˇr´ızen´ı, které jsou vypisovány na jednotlivé kategorie PpS. Nakupováno je takto zhruba 90 % PpS • na denn´ım trhu PpS, kde je pro kaˇzdou hodinu tvoˇrena margináln´ı cena – cena nejdraˇzˇs´ı nab´ıdky na poskytován´ı PpS. Touto cenou jsou pak zaplaceni vˇsichni akceptovan´ı poskytovatelé, kteˇr´ı sv˚ uj závazek splnili. T´ımto zp˚ usobem se nakupuje cca 10 % PpS [11] 36


2.10

Problematika odchylky

Jak jiˇz bylo zm´ınˇeno v kapitole 2.1, pˇri provozu energetického systému mus´ı b´ yt splnˇena základn´ı bilanˇcn´ı rovnice. Vyrobená energie se mus´ı rovnat spotˇrebované plus ztráty a regulaˇcn´ı energie. V´ yroba elektˇriny je ve vˇetˇsinˇe pˇr´ıpad˚ u plánovaná, stejnˇe tak lze mluvit i o spotˇrebˇe vˇetˇs´ıch odbˇeratel˚ u. Nicménˇe vlivem v´ ypadk˚ u v´ yroby, nedodrˇzen´ı odbˇerov´ ych diagram˚ u, v´ ykyv˚ u poˇcas´ı ˇci obchodn´ıch strategi´ı docház´ı k odchylkám. Odchylka m˚ uˇze vznikat jak u v´ yrobce, tak u spotˇrebitele. V´ yrobce: • dodá do soustavy ménˇe energie, neˇz bylo jeho sjednané mnoˇzstv´ı • dodá do soustavy v´ıce, neˇz bylo jeho sjednané mnoˇzstv´ı Odbˇeratel: • odebere ze soustavy v´ıce energie, neˇz bylo jeho sjednané mnoˇzstv´ı • odebere ze soustavy ménˇe energie, neˇz bylo jeho sjednané mnoˇzstv´ı [1]

!

"#

$ %& %

Obr. 2.15: Vznik odchylky [1] Na Obr. 2.15 je ukázán vznik odchylky, kdy samotn´ y odbˇer je znázornˇen spojitou kˇrivkou. Nasmlouvané hodinové a skuteˇcnˇe odebrané mnoˇzstv´ı pak pˇredstavuje lomenou ˇca´ru. Pro zajiˇstˇen´ı spolehlivého chodu soustavy mus´ı b´ yt vzniklá odchylka eliminována. Tuto ˇ ˇcinnost vykonává PPS spoleˇcnost CEPS, a. s., která soustavˇe poskytne regulaˇcn´ı v´ ykon. Dle charakteru odchylky m˚ uˇze b´ yt regulaˇcn´ı v´ ykon kladn´ y nebo záporn´ y. V pˇr´ıpadˇe kladného v´ yrobce (poskytuj´ıc´ı danou podp˚ urnou sluˇzbu ve své v´ yrobnˇe) na popud PPS dodá soustavˇe v´ıce v´ ykonu, nebo sn´ıˇz´ı spotˇrebu. V pˇr´ıpadˇe záporného dodá v´ yrobce ménˇe v´ ykonu, nebo zv´ yˇs´ı spotˇrebu. Souˇcet vˇsech individuáln´ıch odchylek se pak naz´ yvá systémová odchylka. 37

´ Í S ELEKTRINOU ˇ ´ PROSTRED ˇ Í 2 OBCHODOVAN V LIBERALIZOVANEM Odpovˇ ednost za odchylku Odpovˇednost za odchylku se vztahuje ke kaˇzdému jednotlivému odbˇernému m´ıstu zákazn´ıka nebo souhrnu pˇredávac´ıch m´ıst v´ yrobny elektˇriny ˇci na kaˇzdé jednotlivé vymezené u ´zem´ı provozovatele distribuˇcn´ı soustavy. Podstatné je, ˇze odpovˇednost za odchylku lze pˇrenést ´ castn´ıci trhu si mohou vybrat ze dvou reˇzim˚ vˇzdy pouze na jeden subjekt. Uˇ u odpovˇednosti za odchylku, a to: • vlastn´ı odpovˇednost za odchylku • pˇrenesená odpovˇednost za odchylku V pˇr´ıpadˇe, ˇze u ´ˇcastn´ık trhu s elektˇrinou nezvol´ı ˇzádn´ y z reˇzim˚ u odpovˇednosti za odchylku, je jeho odchylka posuzována jako neoprávnˇen´ y odbˇer elektˇriny z elektrizaˇcn´ı soustavy nebo neoprávnˇená dodávka elektˇriny do elektrizaˇcn´ı soustavy. [1] Reˇ zim vlastn´ı odpovˇ ednosti za odchylku Koneˇcn´ y zákazn´ık je dle pravidel OTE registrován jako subjekt z´ uˇctován´ı se vˇsemi právy a povinnostmi, které s t´ımto reˇzimem souvis´ı. Zákazn´ık je pak povinen nakupovat elektˇrinu na pokryt´ı sv´ ych odbˇerov´ ych diagram˚ u a tyto nákupy evidovat po hodinách v informaˇcn´ım systému OTE. OTE pak vypoˇc´ıtává rozd´ıl mezi nákupem a skuteˇcn´ ym odbˇerem vˇsech pˇr´ısluˇsn´ ych odbˇern´ ych m´ıst a vyhodnot´ı velikost odchylky a jej´ı cenu, která je zpravidla mnohem vyˇsˇs´ı neˇz cena na trhu bˇeˇznˇe kupované elektˇriny. Reˇ zim pˇ renesen´ e odpovˇ ednosti za svou odchylku V tomto reˇzimu je zákazn´ık registrován u OTE jako registrovan´ yu ´ˇcastn´ık trhu“. Zákazn´ık ” zde nemá povinnost OTE nahlaˇsovat své nákupy, jelikoˇz tuto sluˇzbu za nˇej dˇelá dodavatel. Pˇr´ıpadné vzniklé odchylky jsou pak u ´ˇctovány m´ısto zákazn´ıkovi jeho dodavateli. [1] Z´ uˇ ctov´ an´ı odchylek Liberalizace energetiky ˇcásteˇcnˇe oddˇelila fyzické toky od obchodn´ıch. Samotn´ y proces ˇ e republice pln´ı tuto funkci z´ uˇctován´ı odchylek pak tyto toky zpátky spojuje. V Cesk´ nezávisl´ y objekt OTE. Proces z´ uˇctován´ı se skládá z nˇekolika d´ılˇc´ıch krok˚ u, a to: • registrace sjednan´ ych diagram˚ u • sbˇer skuteˇcn´ ych hodnot • vyhodnocen´ı odchylek • stanoven´ı z´ uˇctovac´ı ceny • z´ uˇctován´ı

38

´ Í S ELEKTRINOU ˇ ´ PROSTRED ˇ Í 2 OBCHODOVAN V LIBERALIZOVANEM • reklamace Registrace sjednan´ ych diagram˚ u se provád´ı den dopˇredu, kdy Operátor trhu provˇeˇr´ı u ´plnost a správnost pˇredan´ ych hodnot párov´ ym srovnán´ım a po provedené kontrole uloˇz´ı data do databáze. Pˇri ne´ uspˇeˇsné kontrole, kdyˇz nedojde k u ´pravám hodnot, nejsou diagramy pˇredány. Poté následuje sbˇer skuteˇcn´ ych hodnot dodávky popˇr´ıpadˇe odbˇeru silové elektˇriny spolu s hodnotami dodávky regulaˇcn´ı energie. Samotné vyhodnocen´ı odchylek se ˇr´ıd´ı základn´ı rovnic´ı: Oi = W sml − W skut (2.2) Pˇr´ıpadnˇe pokud zahrneme regulaˇcn´ı energii: Oi = W sml − W skut + W reg

(2.3)

Kde: Oi - individuáln´ı odchylka subjektu z´ uˇctován´ı v MWh W sml - celková smluvená dodávka nebo odbˇer v MWh W skut – skuteˇcn´ y odbˇer namˇeˇren´ y v pˇredávac´ıch m´ıstech subjektu z´ uˇctován´ı v MWh reg W – regulaˇcn´ı práce dodaná do ES v pˇredávac´ıch m´ıstech subjektu z´ uˇctován´ı v MWh [8]

2.11

Predikce spotˇ reby

Znalost budouc´ıho mnoˇzstv´ı elektˇriny je kl´ıˇcová jak pro obchod s elektˇrinou, tak i pro jej´ı distribuci. Predikce odbˇeru elektˇriny záleˇz´ı na mnoha v´ıce ˇci ménˇe znám´ ych faktorech, které ovlivˇ nuj´ı jej´ı pˇresnost. Mezi nejv´ yznamnˇejˇs´ı faktory, které ji ovlivˇ nuj´ı, patˇr´ı venkovn´ı teplota a délka sluneˇcn´ıho svitu. Z pohledu délky ˇcasového rozmez´ı predikce ji m˚ uˇzeme nejˇcastˇeji rozdˇelit na roˇcn´ı, t´ ydenn´ı a denn´ı. Je zˇrejmé, ˇze ˇc´ım bude delˇs´ı obdob´ı, pro které predikci tvoˇr´ıme, t´ım menˇs´ı bude jej´ı pˇresnost. Tˇeˇzko lze pˇredpokládat vˇsechny moˇzné vlivy, které ovlivn´ı budouc´ı hodnoty. V praxi se ˇcasto vyuˇz´ıvá roˇcn´ı predikce, kdy potom cena za nakoupenou elektˇrinu b´ yvá v´ yhodná, protoˇze v´ yrobce má zajiˇstˇen´ y stál´ y odbˇer. Rozd´ıly, které pak vzniknou d´ıky nepˇresnosti dlouhodobé predikce, mohou b´ yt následnˇe vyrovnány na burze nebo na krátkodob´ ych trz´ıch. Takov´ ymto zp˚ usobem si obstarává provozovatel pˇrenosové soustavy podp˚ urné sluˇzby. Kaˇzd´ y rok v rámci dokumentu pˇr´ıprava provozu stanovuje potˇrebné hodnoty podp˚ urn´ ych sluˇzeb na nadcházej´ıc´ı rok. Tyto hodnoty jsou pak zpˇresˇ novány dle aktuáln´ı situace v t´ ydenn´ıch a denn´ıch pˇr´ıpravách provozu. Poptávka po elektˇrinˇe je ovlivˇ nována v´ıce faktory a je moˇzno ji rozdˇelit na sloˇzku závislou a nezávislou. Závislá sloˇzka koreluje se zmˇenou klimatick´ ych podm´ınek, pˇredevˇs´ım teploty. Nezávislá pak se zmˇenou HDP. Parametry, které ovlivˇ nuj´ı budouc´ı chován´ı spotˇreby, je moˇzno shrnout do následuj´ıc´ıch bod˚ u: 39

´ Í S ELEKTRINOU ˇ ´ PROSTRED ˇ Í 2 OBCHODOVAN V LIBERALIZOVANEM • zmˇena struktury poptávky (budován´ı nov´ ych odbˇeratel˚ u, zmˇena struktury odbˇeru u stávaj´ıc´ıch odbˇeratel˚ u, vyuˇz´ıván´ı efektivnˇejˇs´ıch spotˇrebiˇc˚ u) • sezónnost – vˇetˇsinou je spotˇreba silnˇe závislá na aktuáln´ı teplotˇe, kdy lze obecnˇe ˇr´ıci, ˇze se sniˇzuj´ıc´ı se teplotou se zvyˇsuje spotˇreba elektˇriny • pokud nastane zvyˇsován´ı cen, je pravdˇepodobné, ˇze se bude sniˇzovat spotˇreba Samotné zp˚ usoby predikce se liˇs´ı u obchodn´ık˚ u také podle toho, kolik obhospodaˇruj´ı odbˇeratel˚ u. Obchodn´ık s vˇetˇs´ım mnoˇzstv´ım odbˇeratel˚ u má moˇznost slouˇcen´ım vˇetˇs´ıho mnoˇzstv´ı zákazn´ık˚ u kompenzovat rozd´ıly mezi jejich jednotliv´ ymi odbˇerov´ ymi diagramy. Obchodn´ıci jednotliv´ ych distributor˚ u maj´ı pak také moˇznost vyuˇz´ıvat hromadné dálkové ovládán´ı HDO a t´ım ovlivnit spotˇrebitelsk´ y diagram. Proces urˇcován´ı budouc´ıho mnoˇzstv´ı lze rozˇclenit do nˇekolika bod˚ u. Nejprve obchodn´ık ˇ ´ stanov´ı plánovanou spotˇrebu daného subjektu na základˇe roˇcn´ı predikce teplot z CHM U a pr˚ ubˇehu spotˇreby elektˇriny z minul´ ych let. Je nutno podotknout, ˇze predikce se stanovuje na dlouhodob´ y teplotn´ı normál a pˇr´ıpadné odchylky predikce zp˚ usobené klimatick´ ymi vlivy jsou kompenzovány aˇz v kratˇs´ım ˇcasovém horizontu. Jedna z moˇznost´ı jak obhospodaˇrit vˇetˇs´ı mnoˇzstv´ı zákazn´ık˚ u spoˇc´ıvá v nakoupen´ı základn´ıho roˇcn´ıho mnoˇzstv´ı elektˇriny pro zákazn´ıky, a pak dle upˇresˇ nuj´ıc´ıch t´ ydenn´ıch predikc´ı dokoupit potˇrebné mnoˇzstv´ı na burze. Pro fináln´ı zpˇresnˇen´ı nakupovaného mnoˇzstv´ı pak m˚ uˇze obchodn´ık dokoupit elektˇrinu na krátkodobém trhu organizovaném OTE. Pro tento nákup vyuˇz´ıvá predikci hodnot spotˇreby zaloˇzené na hodnotách spotˇreby nˇekolika dn´ı zpˇet a aktuáln´ıch klimatick´ ych podm´ınek. Menˇs´ı obchodn´ıci (obhospodaˇruj´ıc´ı menˇs´ı poˇcet koneˇcn´ ych zákazn´ık˚ u) mohou tvoˇrit predikci na základˇe dodané predikce jednotliv´ ych zákazn´ık˚ u, pˇr´ıpadnˇe pak na základˇe zkuˇsenost´ı a komunikace se zákazn´ıky. Podstatná je zde znalost historie chován´ı zákazn´ık˚ u a také odhad˚ u jejich budouc´ıho chován´ı spojená napˇr´ıklad s potencionáln´ım rozˇs´ıˇren´ım v´ yroby a dalˇs´ımi predikovateln´ ymi vlivy. [4] Metodika typov´ ych diagram˚ u dod´ avky Pro zákazn´ıky typu C a D (maloodbˇer) by bylo nákladné a neefektivn´ı pouˇz´ıvat pr˚ ubˇehové mˇeˇren´ı spotˇreby. Proto byla pro predikci jejich spotˇreby vyvinuta spoleˇcnost´ı EGU Brno metoda typov´ ych diagram˚ u dodávky elektˇriny (metoda T DD). Tato metoda nahrazuje pr˚ ubˇehové mˇeˇren´ı typu A a B u této skupiny zákazn´ık˚ u a klade si za c´ıl pˇribliˇznˇe stanovit v´ yˇsi hodinov´ ych odbˇer˚ u a také v´ yˇsi odchylky v ˇcase pro z´ uˇctován´ı odchylek OTE. Jin´ ymi slovy, c´ılem bylo na základˇe statistick´ ych dat jednotliv´ ych odbˇeratel˚ u urˇcit diagramy, které by byly nezávislé na teplotˇe a pouˇzitelné pro urˇcen´ı budouc´ıho mnoˇzstv´ı elektˇriny. Tato metodika byla poprvé vyuˇzita v roce 2005, kdy byla pro jej´ı vytvoˇren´ı pouˇzita data z let 2002 a 2003. Z dat byly vytvoˇreny skuteˇcné T DD, které reprezentovaly skuteˇcnou teplotu. Snahou bylo pˇrevést tyto diagramy na normalizované T DDn (pˇri normáln´ı teplotˇe) a t´ım pádem pouˇzitelné obecnˇe. 40

´ Í S ELEKTRINOU ˇ ´ PROSTRED ˇ Í 2 OBCHODOVAN V LIBERALIZOVANEM Jednotliv´ı odbˇeratelé se srovnateln´ ymi pr˚ ubˇehy spotˇreb byli rozdˇeleni do celkem 8 charakteristick´ ych diagram˚ u, které kop´ırovaly tarifn´ı strukturu dodavatel˚ u elektˇriny k 1. 7. 2001. Seznam tˇechto typov´ ych diagram˚ u je uveden v tabulce 2.1. [8] Tab. 2.1: Typové diagramy dodávky [8] Typ T DD

Typ odbˇ eratele

Typ odbˇ eru

T DD ˇc. 1

Podnikatel

odbˇer bez tepelného vyuˇzit´ı elektˇriny

T DD ˇc. 2

Podnikatel

odbˇer s akumulaˇcn´ım spotˇrebiˇcem

T DD ˇc. 2

Podnikatel

odbˇer s hybridn´ım vytápˇen´ım

T DD ˇc. 3

Podnikatel

odbˇer s pˇr´ımotopn´ ym systémem vytápˇen´ı

T DD ˇc. 3

Podnikatel

odbˇer s tepeln´ ym ˇcerpadlem

T DD ˇc. 8

Podnikatel

odbˇer pro veˇrejné osvˇetlen´ı

T DD ˇc. 4

Domácnost

odbˇer bez tepelného vyuˇzit´ı elektˇriny

T DD ˇc. 5

Domácnost

odbˇer s akumulaˇcn´ım spotˇrebiˇcem

T DD ˇc. 6

Domácnost

odbˇer s hybridn´ım vytápˇen´ım

T DD ˇc. 7

Domácnost

odbˇer s pˇr´ımotopn´ ym systémem vytápˇen´ı

T DD ˇc. 7

Domácnost

odbˇer s tepeln´ ym ˇcerpadlem

Typové diagramy jsou pouˇzitelné v´ yhradnˇe pro vˇetˇs´ı ˇcasov´ y interval a pro vˇetˇs´ı poˇcet koneˇcn´ ych zákazn´ık˚ u v dané skupinˇe, kter´ y by mˇel vˇetˇs´ı neˇz 1000. Velk´ y poˇcet zákazn´ık˚ u je nutn´ y pro dosaˇzen´ı pˇrijatelné chyby, která nepˇrekroˇc´ı 10 %. C´ılem metodiky bylo definovat tzv. Normalizovan´ y typov´ y diagram, kter´ y pˇredstavuje 8 760 relativn´ıch hodnot pr˚ umˇern´ ych hodinov´ ych odbˇer˚ u v roce (8 784 hodnot v roce pˇrestupném), vztaˇzen´ ych k hodnotˇe roˇcn´ıho maxima pr˚ umˇern´ ych hodinov´ ych odbˇer˚ u. Pr˚ umˇerné hodinové odbˇery, pouˇzité ke stanoven´ı T DDn , jsou pˇrepoˇcteny na normáln´ı klimatické podm´ınky (teplota, svit, v´ıtr, sráˇzková ˇcinnost a dalˇs´ı). Hodnoty T DDn se pohybuj´ı v rozmez´ı 0 aˇz 1 a definuj´ı tvar diagramu zat´ıˇzen´ı dané skupiny koneˇcn´ ych zákazn´ık˚ u za normáln´ıch klimatick´ ych podm´ınek. Celkov´ y souˇcet relativn´ıch hodnot pr˚ umˇern´ ych hodinov´ ych odbˇer˚ u T DDn pak vyjadˇruje dobu vyuˇzit´ı maxima [hod/rok]. [29]

Obr. 2.16: Normalizovan´ y typov´ y diagram dodávky [1]

41

´ Í S ELEKTRINOU ˇ ´ PROSTRED ˇ Í 2 OBCHODOVAN V LIBERALIZOVANEM Na obrázku 2.16 je uveden normalizovan´ y typov´ y diagram dodávky, pro kter´ y plat´ı, ˇze jeho hodnoty, vztaˇzené k hodnotˇe maxima, nab´ yvaj´ı hodnot od 0 do 1. Pˇri pˇrevodu T DDskut na T DDn bylo pˇredevˇs´ım nutné respektovat teplotu v jednotliv´ ych regionech. Metodika teplotn´ıho pˇrepoˇctu spoˇc´ıvá v nalezen´ı závislosti mezi namˇeˇrenou teplotou a namˇeˇren´ ymi daty odbˇeru elektˇriny tak, aby v´ ysledná funkce byla co nejjednoduˇsˇs´ı a nejpˇresnˇejˇs´ı. Tˇemto poˇzadavk˚ um vyhovuje exponenciáln´ı kˇrivka znázornˇená na obrázku 2.17.

Obr. 2.17: Vztah skuteˇcné teploty a zat´ıˇzen´ı [1] Závislost jednotliv´ ych kategori´ı T DD na teplotˇe je r˚ uzná. Kaˇzd´ y rok je zpˇresˇ nována pomoc´ı doporuˇcen´ı k metodice T DD. V praxi se pak metodika pouˇz´ıvá takto: OTE na sv´ ych stránkách zveˇrejˇ nuje normalizované T DD spolu s koeficienty nutn´ ymi pro pˇrepoˇcet T DDn na T DDs kut, které zohledˇ nuj´ı v´ yˇse zm´ınˇen´ y vliv teploty. Dále je moˇzné na stránkách nalézt jiˇz pˇrepoˇctené diagramy zohledˇ nuj´ıc´ı skuteˇcnou teplotu pro uplynulé dny. Obchodn´ık má tak k dispozici sadu typov´ ych diagram˚ u spolu s koeficienty. Tuto sadu dat dopln´ı o aktuáln´ı teploty, které vyhlad´ı dle jednoduchého vztahu. Samotnou spotˇrebu daného subjektu pak urˇc´ı dle následuj´ıc´ıho vztahu: h i i T DDt Ok = Oc · (2.4) Tt Kde: Oki - plánovaná roˇcn´ı spotˇreba i-tého zákazn´ıka T DDth – hodnota t-tého druhu TDD v hodinˇe h roku Jelikoˇz jsou T DD pˇrepoˇcteny na normálovou teplotu, je nutno vynásobit pˇr´ısluˇsnou hodnotu diagramu koeficientem, kter´ y zohledˇ nuje aktuáln´ı teplotu. Tento koeficient k pak vyjadˇruje, kolikrát byl pr˚ umˇern´ y hodinov´ y odbˇer pˇri skuteˇcn´ ych klimatick´ ych podm´ınkách v jednotliv´ ych hodinách dne D vˇetˇs´ı nebo menˇs´ı neˇz pr˚ umˇern´ y hodinov´ y odbˇer pˇri normáln´ıch klimatick´ ych podm´ınkách. Jeho v´ ypoˇcet pak spoˇc´ıvá ve vydˇelen´ı denn´ıch pr˚ umˇer˚ u pˇrepoˇcteného a normálového T DD. d T DDpt k= d T DDnt

Kde: 42

(2.5)

´ Í S ELEKTRINOU ˇ ´ PROSTRED ˇ Í 2 OBCHODOVAN V LIBERALIZOVANEM d T DDpt – denn´ı pr˚ umˇer pˇrepoˇcteného T DD d umˇer normálového T DD T DDnt - denn´ı pr˚

V´ ysledn´ y vztah pro urˇcen´ı pˇrepoˇc´ıtávac´ıho koeficientu a postup k jeho z´ıskán´ı je zm´ınˇen v literatuˇre. [29]

43

´ TRHU S ELEKTRINOU ˇ 3 ROZVOJ FOTOVOLTAIKY V LIBERALIZOVANEM ˇ V CR

3

Rozvoj

fotovoltaiky

v

liberalizovan´ em

trhu

ˇ s elektˇ rinou v CR Nejvˇetˇs´ı rozmach na poli obnoviteln´ ych zdroj˚ u v minul´ ych letech tvoˇrily fotovoltaické elektrárny. Tento rozvoj sebou pˇrinesl nˇekolik pozitivn´ıch i negativn´ıch aspekt˚ u. Z tˇech poˇ Bohuˇzel zitivn´ıch lze jmenovat pˇredevˇs´ım zv´ yˇsen´ı v´ yroby ˇcisté energie v podm´ınkách CR. tento rozmach má samozˇrejmˇe svá negativa. Z tˇech lze napˇr´ıklad jmenovat zv´ yˇsen´ı poplatku za OZE, kter´ y poc´ıt´ı kaˇzd´ y spotˇrebitel. Paradoxnˇe rozmach v´ ystavby FVE m˚ uˇze negativnˇe ovlivnit ostatn´ı OZE, jako napˇr´ıklad vodn´ı energetiku, v´ yrobu elektˇriny z biomasy ˇci vˇetru, a to pˇredevˇs´ım proto, ˇze je snaha zákonodárc˚ u pohl´ıˇzet na vˇsechny obnovitelné zdroje jako na celek a pˇrehl´ıˇzet d´ılˇc´ı specifika jednotliv´ ych kategori´ı OZE. Proto je tedy c´ılem této kapitoly popsat souvislosti vedouc´ı k rozmachu v´ ystavby FVE a jej´ı vliv na energetiku.

3.1

Legislativn´ı r´ amec

V rámci kapitoly 2.5.1 této práce je rozebrána problematika v´ yrobc˚ u v liberalizovaném trhu ˇ kterou s elektˇrinou. Je zde také zm´ınka o zp˚ usobech podpory obnoviteln´ ych zdroj˚ u v CR, je vhodné definovat. Tato podpora je zakotvena v nˇekolika zákonech ˇci vyhláˇskách, z nichˇz lze jmenovat základn´ı dva, a to Energetick´ y zákon ˇc. 458/2000 Sb a zákon o podpoˇre obnoviteln´ ych zdroj˚ u ˇc. 180/2005 Sb., kter´ y byl do letoˇsn´ıho roku (2013) jiˇz 6krát novelizován. Tyto dva zákony jsou poté doplnˇeny ˇradou vyhláˇsek jako napˇr´ıklad: • Vyhláˇska ˇc. 150/2007 Sb., o zp˚ usobu regulace cen v energetick´ ych odvˇetv´ıch a postupech pro regulaci cen. • Vyhláˇska ˇc. 51/2006 Sb., stanovuj´ıc´ı podm´ınky pro pˇripojen´ı zaˇr´ızen´ı k elektrizaˇcn´ı soustavˇe. • Vyhláˇska ˇc. 426/2005 Sb., o podrobnostech udˇelován´ı licenc´ı pro podnikán´ı v energetick´ ych odvˇetv´ıch. • Vyhláˇska ˇc. 475/2005 Sb. kterou se provádˇej´ı nˇekterá ustanoven´ı zákona o podpoˇre vyuˇz´ıván´ı obnoviteln´ ych zdroj˚ u. • Vyhláˇska ˇc. 364/2007 Sb. kterou se mˇen´ı vyhláˇska ˇc. 475/2005 Sb., kterou se provádˇej´ı nˇekterá ustanoven´ı zákona o podpoˇre vyuˇz´ıván´ı obnoviteln´ ych zdroj˚ u. Posledn´ı prvek legislativy tvoˇr´ı cenová rozhodnut´ı ERU, pomoc´ı kter´ ych je stanovována v´ ykupn´ı cena a zelen´ y bonus, jakoˇzto druh podpory.

44


3.2

ˇ Rozvoj FVE v CR

ˇ a republika se zavázala na základˇe respektován´ı smˇernice 2009/28/EC, ˇze pod´ıl v´ Cesk´ yroby elektˇriny z obnoviteln´ ych zdroj˚ u ku celkové spotˇrebˇe bude ˇcinit 13,5 % v roce 2020. Tento závazek vedl k nár˚ ustu v´ ykupn´ıch cen elektˇriny z OZE tak, aby byla zaruˇcena návratnost investice do v´ ystavby tˇechto zdroj˚ u 15 let. Nejv´ yznamnˇejˇs´ı nár˚ ust v´ ykupn´ıch cen lze pozorovat u FVE, coˇz je patrné na Obr. 3.1(a). Pokud se zamˇeˇr´ıme na historii v´ ykupn´ıch cen z FVE, tak jiˇz v roce 2002 byla cena stanovena na 6 kˇc/kWh coˇz vzhledem k tehdejˇs´ım cenám panel˚ u nebylo pro investory zaj´ımavé. Teprve od roku 2006, kdy v´ ykupn´ı cena elektˇriny z FVE byla zv´ yˇsena na 13 Kˇc/KWh, zaˇcala masivn´ı v´ ystavba tˇechto zdroj˚ u, coˇz je z Obr. 3.1(b) patrné.

ˇ (a) V´ yvoj v´ ykupn´ıch cen z OZE v CR

ˇ (b) V´ yvoj instalovaného v´ ykonu z OZE v CR

ˇ Obr. 3.1: V´ yvoj v´ ykupn´ıch cen a instalovaného v´ ykonu v OZE v CR Instalovan´ y v´ ykon v roce 2010 byl pˇribliˇznˇe 50krát vˇetˇs´ı neˇz v roce 2008. Z obavy o stabilitu soustavy byl vˇsak tento prudk´ y r˚ ust zastaven provozovatelem pˇrenosové soustavy, kter´ y nedovolil pˇripojen´ı FVE do s´ıtˇe. Dále byl r˚ ust omezen také rapidn´ım sn´ıˇzen´ım v´ ykupn´ıch cen. Pˇr´ınosem tohoto r˚ ustu bylo zv´ yˇsen´ı pod´ılu vyrobené elektˇriny z OZE z 5 % na v´ıce neˇz 8 % v roce 2010 coˇz je znázornˇeno na Obr. 3.2(a). Naopak nár˚ ust pˇr´ıspˇevku na

ˇ (b) V´ yvoj pˇr´ıspˇevku na OZE v CR

(a) N´ ar˚ ust vyrobené elektˇriny z OZE

ˇ Obr. 3.2: D˚ usledky rozvoje FVE v CR OZE, kter´ y je znázornˇen na Obr. 3.2(b), bude zatˇeˇzovat spotˇrebitele po dobu ˇzivota FVE. 45


3.3

ˇ Pˇ r´ırodn´ı podm´ınky pro instalace FVE v CR

Pˇri posuzován´ı moˇznost´ı v´ yroby elektˇriny z FVE je nutné definovat pˇr´ırodn´ı podm´ınky ˇ v CR, které v´ yznamnˇe ovlivˇ nuj´ı v´ yrobu elektˇriny z tˇechto zdroj˚ u. V´ ykon a pˇredevˇs´ım v´ yroba elektˇriny z FVE závis´ı na nˇekolika základn´ıch faktorech, kterou jsou: • hodnota solárn´ıho záˇren´ı • sklon panelu • teplota panelu • doba trván´ı sluneˇcn´ıho svitu Hodnota solárn´ıho záˇren´ı se skládá ze dvou ˇca´st´ı, a to z pˇr´ımého a difuzn´ıho záˇren´ı, kdy difuzn´ı typ, pˇrevaˇzuje pˇri zataˇzené obloze a pˇr´ım´ y pˇri jasné obloze. S hodnotou solárn´ıho záˇren´ı také souvis´ı sklon panelu, oblaˇcnost i teplota panelu. Na Obr. 3.3 je moˇzné pozorovat jak roˇcn´ı u ´hrn globáln´ıho záˇren´ı na zemsk´ y povrch, tak i pr˚ umˇern´ y poˇcet jasn´ ych dn´ı bˇehem 2 roku. Dle webov´ ych stránek [5] dopadne na 1 m vodorovné plochy zhruba 950–1340 kWh ˇ ´ energie. Roˇcn´ı mnoˇzstv´ı sluneˇcn´ıch hodin se pohybuje v rozmez´ı 1331–1844 hod (CHM U), odborná literatura uvád´ı jako pr˚ umˇerné rozmez´ı 1600–2100 hod. Z jedné instalované kW lze z´ıskat 800–1100 kWh za rok.

(a) Pr˚ umˇern´ y poˇcet jasn´ ych dn´ı

(b) Pr˚ umˇern´ y roˇcn´ı u ´hrn glob´ aln´ıho z´ aˇren´ı

ˇ [5] Obr. 3.3: Pˇr´ırodn´ı podm´ınky pro FVE v CR

46

´ ˇ YCH ´ 4 ANALYZA POUZIT DAT

4

Anal´ yza pouˇ zit´ ych dat

Pro tvorbu a definici prediktoru zaloˇzeném na anal´ yze historick´ ych dat je nutné m´ıt k dispozici dostateˇcné mnoˇzstv´ı kvalitn´ıch vstupn´ıch dat. Tato data jsem rozdˇelil do tˇr´ı kategori´ı, a to: • data z referenˇcn´ı fotovoltaické elektrárny ˇ • souhrnná data v´ yroby z oblast´ı v CR • meteorologická data • hodnoty v´ ychodu a západu slunce Poˇzadavek na takto strukturovaná data vyplynul pˇredevˇs´ım z d˚ uvodu nedostateˇcného ˇ mnoˇzstv´ı dat z oblast´ı v CR, coˇz je zp˚ usobeno t´ım, ˇze vˇetˇsina FVE byla vystavˇena aˇz v posledn´ıch nˇekolika letech. Proto pro anal´ yzy a tvorbu prediktoru jsou pouˇzita data z vybrané referenˇcn´ı elektrárny, kde je vzorek dat v´ yraznˇe vˇetˇs´ı. Je zde nutno zm´ınit, ˇze ˇ vˇsechna dále uvádˇená data, jsou ve stˇredoevropském ˇcase (SEC).

4.1

Data z referenˇ cn´ı FVE

Prvn´ım typem dat jsou data z vybrané FVE, pˇriˇcemˇz poˇzadavky na nˇe jsou dobrá dostupnost, co nejniˇzˇs´ı granularita a jejich dostateˇcné mnoˇzstv´ı bez chyb a v´ ypadk˚ u. Na stránce http://fotovoltaika.ekowatt.cz/fotovoltaicke-systemy.php lze naj´ıt pˇrehled FVE, z n´ıˇz nˇekteré byly vybudovány v rámci projektu Slunce do ˇskol. Z tˇechto ˇ zdroj˚ u byla vybrány data ze systému na budovˇe FEL CVUT v Praze, kter´ y je dostupn´ y na: http://andrea.feld.cvut.cz/fvs/. Hlavn´ım d˚ uvodem pro v´ ybˇer této FVE je skuteˇcnost, ˇze data jsou online dostupná, maj´ı minutovou granularitu a jsou dostupná od roku 2003. Cel´ y systém se skládá ze 30 FV panel˚ u, které jsou natoˇcené na jih pod sklonem 45◦ C a zab´ıraj´ı plochu 26 m2 . Instalovan´ y v´ ykon je 3 kW. Vlastn´ı data obsahuj´ı teplotu ˇclánku, dodanou energii, stejnosmˇern´ y v´ ykon pˇred stˇr´ıdaˇcem, v´ ykon za stˇr´ıdaˇcem a solárn´ı záˇren´ı. Ukázka tˇechto dat je pak uvedena v pˇr´ıloze A.1. Celkem byly pouˇzity hodnoty okamˇzitého v´ ykonu, pˇr´ıpadnˇe teplota a osvit z let 20072012. Z´ avislost FVE na teplotˇ e a osvitu Prvn´ım krokem pˇri zevrubné anal´ yze dat z FVE je tvorba grafu namˇeˇren´ ych hodnot. Konkrétnˇe tedy pr˚ ubˇehy v´ ykonu FVE a osvitu, které jsou znázornˇeny na Obr. 4.1 a je z nich patrn´ y m´ırnˇe odliˇsn´ y pr˚ ubˇeh v´ ykonu FVE od pr˚ ubˇehu osvitu. V letn´ıch mˇes´ıc´ıch 47

´ ˇ YCH ´ 4 ANALYZA POUZIT DAT lze sledovat niˇzˇs´ı maximáln´ı v´ ykony, které jsou zp˚ usobené vyˇsˇs´ımi pracovn´ımi teplotami panel˚ u.

(a) Pr˚ ubˇeh osvitu

(b) Pr˚ ubˇeh okamˇzitého v´ ykonu FVE

Obr. 4.1: Pr˚ ubˇehy z analyzované FVE Dalˇs´ı moˇznou anal´ yzou je zjiˇstˇen´ı vztahu mezi osvitem a v´ ykonem, kter´ y je patrn´ y na Obr. 4.2(a).

´ cinnost FVE v z´ (b) Uˇ avislosti na teplotˇe

(a) Z´ avislost okamˇzitého v´ ykonu FVE na osvitu

Obr. 4.2: Anal´ yza dat FVE Korelace mezi obˇema veliˇcinami je z pr˚ ubˇehu zˇrejmá, jedná se pˇribliˇznˇe od osvitu 300 2 W/m o lineárn´ı závislost. Na Obr. 4.2(a) je také moˇzno pozorovat odlehlé hodnoty, které mohou b´ yt zp˚ usobeny napˇr´ıklad vrstvou snˇehu, ˇci námrazy na panelech, kdy ˇcidlo mˇeˇr´ıc´ı osvit m˚ uˇze b´ yt ˇcisté (bez snˇehu) a panely ˇca´steˇcnˇe pod snˇehem. Vzájemnou korelaci mezi osvitem a v´ ykonem lze matematicky vyjádˇrit pomoc´ı napˇr. Pearsonova korelaˇcn´ıho koeficientu, jehoˇz zjednoduˇsen´ y pˇredpis je: r=

Sxy Sx Sy 48

(4.1)


Sxy =

1 X (xi − x)(yi − y) n−1

(4.2)

Kde: Sx - smˇerodatná odchylka promˇenné X Sy - smˇerodatná odchylka promˇenné Y Sxy - kovariance promˇenn´ ych X a Y

Korelaˇcn´ı koeficient m˚ uˇze nab´ yvat hodnot od –1 do +1, pˇriˇcemˇz tyto krajn´ı hodnoty znaˇc´ı lineárn´ı vztah mezi veliˇcinami, kter´ y m˚ uˇze b´ yt kladn´ y ˇci záporn´ y. V pˇr´ıpadˇe kladné korelace hodnoty obou promˇenn´ ych zároveˇ n stoupaj´ı a v pˇr´ıpadˇe záporné korelace hodnota jedné promˇenné stoupá a druhá klesá. Pokud neexistuje lineárn´ı vztah pak r = 0. Pro v´ ypoˇcet korelaˇcn´ıho koeficientu byla pouˇzita funkce corcoef () v MATLABu a jej´ım v´ ysledkem je r = 0, 9863, coˇz znaˇc´ı silnou lineárn´ı závislost mezi osvitem a v´ ykonem. Dále je moˇzné vypoˇc´ıst tento koeficient mezi teplotou panelu a v´ ykonem ˇci osvitem, nicménˇe lepˇs´ı variantou je vyjádˇren´ı u ´ˇcinnosti FVE, neboli kolik procent sluneˇcn´ıho záˇren´ı FVE ´ cinnost elektrárny lze vypoˇc´ıst jako: transformuje na elektrick´ y v´ ykon. Uˇ ηF V E (τ ) =

Eosvit(τ ) PF V E (τ ) 26

(4.3)

Kde: ηF V E (τ ) - u ´ˇcinnost FVE pˇri teplotˇe τ Eosvit(τ ) - osvit FVE pˇri teplotˇe τ PF V E (τ ) - okamˇzit´ y v´ ykon FVE pˇri teplotˇe τ Osvit je udáván ve W/m2 a proto je nutné v´ ykon FVE vydˇelit plochou panelu (26 m2 ). V´ ypoˇcet u ´ˇcinnosti byl poˇc´ıtán jako medián pod´ılu osvitu a okamˇzitého v´ ykonu FVE pro kaˇzdou teplotu panelu, tj. pro teploty v rozmez´ı -10◦ C aˇz 60◦ C. V´ ysledkem je graf u ´ˇcinnosti FVE na teplotˇe, kter´ y je znázornˇen na Obr. 4.2(b). Je zde patrn´ y znaˇcn´ y rozptyl ◦ hodnot pˇred teplotou 20 C, coˇz lze vysvˇetlit stejnˇe jako u Obr. 4.2(a) závislosti osvitu na okamˇzitém v´ ykonu. Na panelu nebo na ˇcidle mˇeˇr´ıc´ı osvit se mohl nacházet sn´ıh, coˇz hodnoty zkresluje. ´ cinnost FVE pˇri teplotˇe panelu 20◦ C je pˇribliˇznˇe 10,7 %, pˇri 54◦ C klesne na 8,6 %. Uˇ Z´ avislost FVE na oblaˇ cnosti Dalˇs´ı veliˇcinou ovlivˇ nuj´ıc´ı osvit, a t´ım pádem v´ ykon FVE, je hodnota oblaˇcnosti, která mˇen´ı pomˇer mezi pˇr´ım´ ym a difuzn´ım typem záˇren´ı na panel. Zp˚ usob jej´ıho mˇeˇren´ı a vyjadˇrován´ı bude uveden v kapitole 4.3, nicménˇe jiˇz ted’ lze ˇr´ıci, ˇze pˇri vyˇsˇs´ıch hodnotách oblaˇcnosti (vyˇsˇs´ı poˇcet osmin) bude hodnota v´ ykonu niˇzˇs´ı, coˇz lze dobˇre pozorovat na Obr. 4.3(b), kde je patrné sn´ıˇzen´ı v´ ykonu pˇri vyˇsˇs´ı oblaˇcnosti. Oproti tomu, pˇri jasném dni kdy se oblaˇcnost pohybuje v rozmez´ı 0/8 aˇz 1/8 (jasno/skoro jasno), jsou hodnoty v´ ykonu vyˇsˇs´ı. 49


(a) Jasno/skoro jasno

(b) Oblaˇcno/skoro zataˇzeno

Obr. 4.3: Závislost v´ ykonu FVE na oblaˇcnosti Problematika oblaˇcnosti je pak dále ˇreˇsena pˇri vlastn´ım návrhu prediktoru v kapitole 6.5. Z´ avislost FVE na kalend´ aˇ ri V´ yroba FVE závis´ı kromˇe jiného na pohybu slunce bˇehem dne i roku, coˇz ovlivˇ nuje hodnotu solárn´ı záˇren´ı dopadaj´ıc´ı na panel. Neboli závis´ı na dvou druz´ıch kalendáˇr˚ u, a to: • Denn´ı kalendáˇr • Roˇcn´ı kalendáˇr Denn´ı kalendáˇr pˇredstavuje typick´ y denn´ı pr˚ ubˇeh v´ ykonu FVE, pˇriˇcemˇz tento denn´ı pr˚ ubˇeh je pro kaˇzd´ y den v roce jin´ y. Roˇcn´ım kalendáˇrem je myˇslena r˚ uzná ˇs´ıˇrka denn´ıho diagramu v pr˚ ubˇehu roku, coˇz je znázornˇeno na Obr. 4.4. V létˇe je denn´ı diagram ˇsirˇs´ı neˇzli na jaˇre ˇci v zimˇe.

Obr. 4.4: Pr˚ ubˇeh v´ ykonu FVE v r˚ uzn´ ych dnech roku 50


4.2

ˇ Souhrnn´ a data v´ yroby z oblast´ı v CR

Dalˇs´ım druhem pouˇzit´ ych dat pro tvorbu prediktoru byly souhrnné hodnoty v´ ykon˚ u pro ˇ které odpov´ıdaj´ı u oblasti v CR, ´zemn´ı p˚ usobnosti jednotliv´ ych distribuˇcn´ıch spoleˇcnost´ı, která je naznaˇcena na Obr. 4.5. Nejvˇetˇs´ı instalovan´ y v´ ykon (dle ERU [2]) je v oblasti

ˇ [2] Obr. 4.5: P˚ usobnost jednotliv´ ych distribuˇcn´ıch spoleˇcnost´ı na u ´zem´ı CR E.ON. v´ ychod, nejmenˇs´ı v´ ykon pak v oblasti PRE (2012). Procentn´ı rozloˇzen´ı instalovaného v´ ykonu FVE v rámci oblast´ı je pak ukázáno na Obr. 4.6, z kterého je také patrné, ˇze rozloˇzen´ı instalovaného v´ ykonu ˇca´steˇcnˇe reflektuje pˇr´ırodn´ı podm´ınky pro instalaci FVE ˇ zm´ınˇené v kapitole 3.3 na Obr. 3.3. v CR

Obr. 4.6: Instalovan´ y v´ ykon v jednotliv´ ych oblastech Pro tvorbu prediktoru byly pouˇzity hodnoty z rozmez´ı let 2011 aˇz 2012.

51


4.3

Data oblaˇ cnosti

Dalˇs´ım druhem dat pouˇzit´ ych pro tvorbu prediktoru jsou data oblaˇcnosti, která pocház´ı z portálu http://www.chmi.cz/. V ideáln´ım pˇr´ıpadˇe by bylo v´ yhodné pouˇz´ıt pˇr´ımo pˇredpov´ıdaná data sluneˇcn´ıho záˇren´ı pro tvorbu prediktoru, protoˇze okamˇzit´ y v´ ykon FVE je funkˇcn´ı závislost´ı osvitu viz Obr. 4.2. Bohuˇzel hodnoty osvitu se v pˇredpovˇed´ıch nevyskytuj´ı, je tedy nutné je nahradit jin´ ymi pˇredpov´ıdan´ ymi hodnotami, coˇz jsou právˇe hodnoty oblaˇcnosti, protoˇze ta v´ yraznˇe ovlivˇ nuje mnoˇzstv´ı dopadaj´ıc´ıho sluneˇcn´ıho záˇren´ı na panel. Oblaˇcnost v podstatˇe znamená m´ıru pokryt´ı oblohy oblaky. V klimatologii je vyjadˇrována v desetinách pokryt´ı oblohy tj. 0/10 aˇz 10/10. V synoptické meteorologii jsou pouˇzity osminy. Pozorovatel, kter´ y mˇeˇr´ı oblaˇcnost, urˇc´ı, kolik osmin oblohy je pokryto oblaky. Je zde vˇsak rozd´ıl ve vyjádˇren´ı oblaˇcnosti pˇri mˇeˇren´ı a pˇri pˇredpovˇedi. • V pˇredpovˇed´ıch se oblaˇcnost nejˇcastˇeji vyjadˇruje slovnˇe, a to napˇr´ıklad: Dnes bude jasno aˇz polojasno. Neboli je vydáván rozsah pˇredpovˇedi. • V mˇeˇren´ıch jsou hodnoty udávány v osminách, kdy 0/8 odpov´ıdá jasné obloze a 8/8 zataˇzené. Porovnán´ı jednotliv´ ych zp˚ usob˚ u vyjádˇren´ı oblaˇcnosti je uvedeno v tabulce 4.1, kde je pro ilustraci zanesena i hodnota astronomického svitu v procentech. Tab. 4.1: Zp˚ usoby vyjádˇren´ı oblaˇcnosti Stupeˇ n pokryt´ı oblohy jasno

4.3.1

Pokryt´ı oblohy oblaˇ cnost´ı v osmin´ ach

Astronomick´ y svit v procentech

0 osmin – obloha bez oblaˇcnosti

61 aˇz 100

skoro jasno

1 aˇz 2 osminy

polojasno

3 aˇz 4 osminy

31 aˇz 60

oblaˇ cno

5 aˇz 6 osminy

11 aˇz 30

skoro zataˇ zeno

7 osmin

zataˇ zeno

8 osmin

Data mˇ eˇ ren´ e oblaˇ cnosti

U mˇeˇrené oblaˇcnosti z portálu http://www.chmi.cz/ je granularita hodnot jedna hodina a rozsah je od 0/8 do 8/8. Toto mˇeˇren´ı je dostupné z 39 profesionáln´ıch meteorologick´ ych ˇ Vˇetˇsina tˇechto stanic um´ı oblaˇcnost pozostanic rovnomˇernˇe rozm´ıstˇen´ ych na u ´zem´ı CR. rovat pouze za denn´ıho svˇetla, a tedy oblaˇcnost nen´ı k dispozici pro noˇcn´ı hodiny, které ale pro predikci v´ yroby FVE nejsou d˚ uleˇzité. Pro návrh a testován´ı prediktoru byla pouˇzita nasb´ıraná data z rozmez´ı let 2011 aˇz 2012. Na Obr. 4.7 jsou pak zm´ınˇené meteostanice vyobrazeny. 52


Obr. 4.7: Seznam meteostanic 4.3.2

Data pˇ redpov´ıdan´ e oblaˇ cnosti

ˇ Pˇredpovˇed’ oblaˇcnosti, z jiˇz zmiˇ novaného portálu, je vydávána pro jednotlivé kraje v CR na den, noc a následuj´ıc´ı den. Poˇcet slovn´ıho hodnocen´ı oblaˇcnosti je 6, pˇriˇcemˇz nˇekteré stupnˇe seskupuj´ı dvˇe osminy oblaˇcnosti, coˇz je uvedeno v tabulce 4.1.

4.4

Alternativn´ı data pˇ redpovˇ edi oblaˇ cnosti

Dalˇs´ı moˇznost´ı z´ıskán´ı dat oblaˇcnosti je vyuˇz´ıt v´ ystup˚ u r˚ uzn´ ych matematick´ ych model˚ u, které prezentuj´ı své v´ ysledky na webov´ ych stránkách. Jedn´ım z tˇechto je napˇr´ıklad numerick´ y model Aladin http://pr-asv.chmi.cz/aladin/, kter´ y poskytuje pˇredpovˇed’ oblaˇcnosti ve formˇe obrázk˚ u s granularitou dat ˇsest hodin. ´ Dalˇs´ı variantou je predikce oblaˇcnosti poskytovaná Ustavem informatiky Akademie ˇ vˇed Ceské republiky http://medard-online.cz/ ve formˇe obrázk˚ u. Jedná se o v´ ystupy numerického modelu atmosféry MM5, kter´ y byl vyvinut na Pennsylvania State University/National Center for Atmospheric Research (PSU/NCAR) v USA a je konfigurován ˇ pro Ceskou republiku. Tato obrázková data maj´ı hodinovou granularitu a vyjadˇruj´ı celkové mnoˇzstv´ı vody ve vˇsech skupenstv´ıch v atmosféˇre mˇeˇren´ ych v mm a jsou dostupná ve formátu png. Jejich barevná ˇskála je volena tak, aby navozovala dojem satelitn´ıch ˇ a barva v obraze reprezentuje minimáln´ı mnoˇzstv´ı vody v atmosféˇre a masn´ımk˚ u. Cern´ lou oblaˇcnost, b´ılá pak velkou oblaˇcnost. Zat´ım model bohuˇzel nerozliˇsuje stˇredn´ı, n´ızkou a vysokou oblaˇcnost. Pˇredpovˇed’ je vydávána kaˇzd´ y den ve 12:00 hodin a je poˇc´ıtána na následuj´ıc´ıch 60 hodin. Tato data byla kaˇzd´ y den automaticky ukládána pomoc´ı scriptu v jazyce php po ˇca´st roku 2012. Pro u ´ˇcely testován´ı vyuˇzit´ı tˇechto dat ve formˇe obrázkové pˇredpovˇedi byl napsán skript v MATLABu, kter´ y umoˇznil ukládat index barvy vybraného pixelu v obrazu, kter´ y byl um´ıstˇen na stejném m´ıstˇe v mapˇe jako demonstraˇcn´ı elektrárna. V podstatˇe script umoˇznil pˇrevod obrazov´ ych dat do ˇc´ıselné podoby, ve které je jiˇz je moˇzno lépe zpracovat.

53

´ ˇ YCH ´ 4 ANALYZA POUZIT DAT Na Obr. 4.8(b) je znázornˇen pr˚ ubˇeh indexu barvy obrazové pˇredpovˇedi bˇehem 10 dn´ı

(a) V´ ystupy modelu MM5

(b) Pr˚ ubˇeh intensity barvy pixelu v ˇcase

Obr. 4.8: Anal´ yza dat FVE vu ńoru 2012 spolu s ukázkou obrazové pˇredpovˇedi na jednu hodinu dopˇredu (Obr. 4.8(a)). Rozsah hodnot pro ˇcernob´ıl´ y obrázek je v rozmez´ı 0 – 255. Z anal´ yzy tˇechto dat vyplynulo, ˇze pˇri jasné obloze je hodnota indexu barvy pˇribliˇznˇe 70 a pˇri zataˇzené pak pˇribliˇznˇe 150. Kaˇzd´ y obrázek má ve spodn´ı ˇca´sti uvedenou ˇskálu barev, podle které je moˇzné se orientovat a v horn´ı ˇca´sti také ˇcas, na kter´ y a ze kterého je pˇredpovˇed’ poˇc´ıtána. S tˇemito daty jsem provedl nˇekolik simulac´ı, kdy m´ ym c´ılem bylo ovˇeˇrit moˇznost vyuˇzit´ı tˇechto dat pro predikci. Vyuˇ zit´ı pˇ redpovˇ edn´ıch dat ve formˇ e obr´ azk˚ u Pro srovnán´ı predikovan´ ych a reáln´ ych dat byly pouˇzity predikce oblaˇcnosti vˇzdy pro následuj´ıc´ıch 24 hodin pro kaˇzd´ y den. Hodnota indexu barvy byla odeˇctena od maximáln´ı moˇzné hodnoty indexu barvy v obrázc´ıch a zkombinována s hodnotami estimovaného solárn´ıho záˇren´ı pˇri bezoblaˇcné obloze z databáze PVGIS. (viz kapitola 5) Na Obr. 4.9 je zachyceno rozmez´ı dat 30. 1. 2012 aˇz 8. 2. 2012. Je zde patrné, ˇze predikované hodnoty tvoˇrené kombinac´ı indexu barvy z obrazové pˇredpovˇedi a predikovan´ ymi hodnotami solárn´ıho záˇren´ı z databáze PVGIS pomˇernˇe vˇernˇe kop´ıruj´ı skuteˇcnˇe zmˇeˇrené hodnoty. Nicménˇe toto plat´ı jen pro tento krátk´ yu ´sek dat. Pro dalˇs´ı anal´ yzy a zpracován´ı je nutné m´ıt k dispozici vˇetˇs´ı mnoˇzstv´ı dat v ideáln´ım pˇr´ıpadˇe rok ˇci dva, která jsem vˇsak pˇri zpracován´ı této práce nemˇel k dispozici. Proto tato data nebyla pouˇzita pro návrh prediktoru, kter´ y je dále uveden v této práci. Tato problematika je pak v´ıce rozepsána v mém ˇclánku z konference OZE 2012 [42]

54


(a) Srovn´ an´ı hodnoty sol´ arn´ıho z´ aˇren´ı z PVGIS

(b) Srovn´ an´ı namˇeˇren´ ych a predikovan´ ych dat

a zmˇeˇrené hodnoty

Obr. 4.9: Srovnán´ı namˇeˇren´ ych a predikovan´ ych dat

4.5

Data ˇ cas˚ u v´ ychodu a z´ apadu slunce

Posledn´ı kategori´ı dat jsou data v´ ychodu a západu slunce pro dané souˇradnice. Pro potˇreby tvorby denn´ıch digram˚ u bylo nutno m´ıt k dispozici data v´ ychod˚ u a západ˚ u slunce pro konkrétn´ı souˇradnice. Tato data nejsou bˇeˇznˇe k dispozici ve vhodné formˇe ke staˇzen´ı, ale je moˇzné je vypoˇc´ıtat. Proto jsem napsal script v jazyce php, kter´ y za vyuˇzit´ı funkce sunset() a sunrise() umoˇznil z´ıskat data pro zadanou zemˇepisnou délku, ˇs´ıˇrku a zenit. Pro praˇzskou referenˇcn´ı elektrárnu byly pouˇzity hodnoty: Zemˇepisná ˇs´ıˇrka: 50,12 ◦ , zemˇepisná délka: 14,32 ◦ a zenit 90,83 ◦ .

Obr. 4.10: Doba mezi v´ ychodem a západem slunce Na Obr. 4.10 je znázornˇen rozd´ıl ˇcas˚ u v´ ychodu a západu slunce pro zm´ınˇené souˇradnice elektrárny. Na pr˚ ubˇehu je patrn´ y den letn´ıho (171 den) a zimn´ıho slunovratu (315 den). Konkrétnˇe pak den zimn´ıho slunovratu je následnˇe patrn´ y i na ostatn´ıch grafech jako napˇr. na Obr. 6.5.

55

ˇ ´ ˇ ´ 5 MOZNOSTI PREDIKCE VYROBY ELEKTRINY Z FV ELEKTRAREN

5

Moˇ znosti predikce v´ yroby elektˇ riny z FV elektr´ aren

Tématika predikce v´ yroby elektˇriny z FVE je v souˇcasnosti ˇreˇsena v mnoha studi´ıch a ˇclánc´ıch. Autoˇri se zamˇeˇruj´ı na predikci solárn´ıho záˇren´ı anebo pˇr´ımo na v´ yrobu elektˇriny potaˇzmo aktuáln´ı v´ ykon z FVE. Nejˇcastˇeji uˇz´ıvané metody pro ˇreˇsen´ı jsou neuronové s´ıtˇe nebo metody zaloˇzené na ARMA procesech . Pokud tyto pˇr´ıstupy budeme hodnotit, tak neuronové s´ıtˇe nemaj´ı zaruˇcenou pˇrijatelnou predikci pro vstupn´ı data, která jsou kvalitativnˇe odliˇsné od trénovac´ıch dat. Autoregresn´ı modely jsou zaloˇzeny na minul´ ych pozorován´ıch a ˇcasto nevyuˇz´ıvaj´ı meteorologická data, coˇz znamená, ˇze jejich vyuˇzit´ı je na velmi krátké horizonty v ˇra´du nˇekolika málo hodin. Pˇri obecném návrhu prediktoru je nutno definovat, na jak dlouh´ y ˇcasov´ y okamˇzik je predikce poˇzadována. Jin´ ym zp˚ usobem se navrhuje prediktor roˇcn´ıho mnoˇzstv´ı vyrobené elektˇriny a jinak prediktor hodnot na následuj´ıc´ı hodinu ˇci nˇekolik dn˚ u. Tato kapitola byla zpracována s vyuˇzit´ım literatury [17],[18],[19],[20],[21] pokud nen´ı uvedeno jinak.

5.1

Moˇ znosti dlouhodob´ e predikce

Pro urˇcen´ı dlouhodobého v´ yhledu vyrobené elektˇriny z fotovoltaick´ ych elektráren existuje ˇrada v´ ypoˇcetn´ıch model˚ u jako jsou napˇr´ıklad Metonorm http://meteonorm.com/ pvPlaner http://solargis.info/pvplanner/ ˇci online dostupná databáze PVGIS, http: //re.jrc.ec.europa.eu/pvgis/, z n´ıˇz jsem vyuˇz´ıval data pro testován´ı modelu ˇclánku, a proto bych ji zde v´ıce popsal. Databáze poskytuje odhad vyrobené elektˇriny pro jednotlivé mˇes´ıce ˇci rok. Tyto v´ ypoˇcty vycházej´ı z dlouhodob´ ych záznam˚ u o poˇcas´ı v dané lokalitˇe a na jejich základˇe je urˇcena oˇcekávaná hodnota. Byla vytvoˇrena v´ yzkumn´ ym centrem Evropské komise a umoˇzn ˇuje kalkulaci v´ yroby elektˇriny v konkrétn´ım m´ıstˇe v Evropˇe a v Africe. Umoˇzn ˇuje také zobrazen´ı a staˇzen´ı pr˚ umˇern´ ych roˇcn´ıch a mˇes´ıˇcn´ıch dat solárn´ıho záˇren´ı pro zadané souˇradnice. Jak je patrné z Obr. 5.1 je moˇzno z této databáze z´ıskat jak hodnoty globáln´ıho záˇren´ı pro jasnou oblohu (global clear-sky), tak i hodnoty reálného globáln´ıho (global real-sky) i dif´ uzn´ıho (diffuse real-sky) záˇren´ı pro dan´ y mˇes´ıc v roce. Konkrétnˇe na Obr. 5.1(a) jsou znázornˇeny pr˚ ubˇehy v´ yˇse zm´ınˇen´ ych záˇren´ı pro pevnˇe ukotven´ y panel, na 5.1(b), pak pro natáˇcec´ı panel. V´ ypoˇcetn´ı model vyuˇz´ıvá jak u ´daje ze satelitn´ıch mˇeˇren´ı, tak i z pozemn´ıch meteostanic. V´ yhodou této databáze je jej´ı bezplatná online dostupnost.

5.2

Moˇ znosti kr´ atkodob´ e predikce

V souˇcasnosti je moˇzno z´ıskat pˇredpovˇed’ klimatick´ ych podm´ınek nejv´ yˇse na nˇekolik dn´ı dopˇredu, kdy se zvyˇsuj´ıc´ı se délkou klesá pˇresnost. Je tedy zˇrejmé, ˇze pˇresnost krátkodobé predikce v´ yroby elektˇriny z fotovoltaick´ ych elektráren zaloˇzená na pˇredpovˇedi oblaˇcnosti bude silnˇe závislá na pˇresnosti pˇredpovˇedn´ıch model˚ u poˇcas´ı.

56


(a) Pr˚ ubˇeh sol´ arn´ıho z´ aˇren´ı z PVGIS [22]

(b) Pr˚ ubˇeh sol´ arn´ıho z´ aˇren´ı z PVGIS [22]

Obr. 5.1: V´ ystupy z databáze PVGIS Pokud se zamˇeˇr´ıme na krátkodobou predikci v ˇra´dech nˇekolika hodin ˇci dn´ı, m˚ uˇzeme vyuˇz´ıt nˇekolik postup˚ u ˇci metod, které lze obecnˇe rozdˇelit na dvˇe skupiny, a to: • metoda bez pouˇzit´ı pˇredpovˇedi meteorologick´ ych dat • metoda s pouˇzit´ım meteorologick´ ych dat V prvn´ım pˇr´ıpadˇe vyuˇz´ıváme posledn´ıch zmˇeˇren´ ych u ´daj˚ u. Chyba predikce je obecnˇe niˇzˇs´ı, ale s rostouc´ı vzdálenost´ı od posledn´ıch namˇeˇren´ ych dat roste. Je tedy zˇrejmé, ˇze pouˇzitelnost tˇechto metod je v ˇra´du hodin. Dalˇs´ı moˇznost´ı je vyuˇz´ıt pˇredpovˇed’ meteorologick´ ych dat, a to pˇredevˇs´ım oblaˇcnosti. T´ımto je moˇzno predikovat aˇz na nˇekolik dn˚ u dopˇredu, nicménˇe pˇresnost predikce pak závis´ı na pˇresnosti pˇredpovˇedi poˇcas´ı. Tato metodika je pak dále vyuˇzita pro návrh prediktoru v rámci této práce.

5.3

ˇ Casov´ eˇ rady v energetice

ˇ Na u ´vod do problematiky ˇcasov´ ych ˇrad je nutno uvést jejich definici. Casov´ a ˇrada je posloupnost vˇecnˇe a prostorovˇe srovnateln´ ych pozorován´ı, která jsou jednoznaˇcnˇe uspoˇrádána z hlediska ˇcasu z minulosti do pˇr´ıtomnosti. Z pohledu energetiky pˇredstavuj´ı ˇcasové ˇrady napˇr´ıklad ˇcasovˇe srovnané hodnoty v´ yroby, spotˇreby elektˇriny mˇeˇrené ve stejn´ ych intervalech, nebo hodnoty v´ yroby elektˇriny z fotovoltaické elektrárny. Formálnˇe lze ˇcasovou ˇradu zapsat jako: yt , kde t je ˇcas pro t = 1, 2. . . t Pokud budeme cht´ıt srovnávat u ´daje z r˚ uzn´ ych dob v rámci jedné ˇrady, je nutné zajistit, aby hodnoty ˇrad informovaly o stejném problému. Dále je nutné zajistit, ˇze u ´daje, které srovnáváme, mus´ı b´ yt z´ıskávány a mˇeˇreny stále stejn´ ym srovnateln´ ym zp˚ usobem. [23] 57


5.4

Modelov´ an´ı a anal´ yza ˇ casov´ ych ˇ rad

Pro modelován´ı ˇcasov´ ych ˇrad existuje nˇekolik základn´ıch metod, které budou zm´ınˇeny n´ıˇze. 5.4.1

Dekompoziˇ cn´ı metoda

Tento model uvaˇzuje, ˇze kaˇzdá ˇcasová ˇrada je sloˇzena ze tˇr´ı základn´ıch komponent, které lze v ˇradˇe nalézt a oddˇelit je. V´ yvoj ˇcasové ˇrady lze pak pojmout jako souˇcet, pˇr´ıpadnˇe souˇcin jednotliv´ ych sloˇzek. V ˇradˇe se nemus´ı vyskytovat nutnˇe vˇsechny ˇca´sti. Jednotlivé základn´ı sloˇzky m˚ uˇzeme pak rozdˇelit na: • trendovou sloˇzku (Tt ) • periodickou sloˇzku – sezonn´ıho charakteru (St ) – cyklického charakteru (Ct ) • náhodnou sloˇzku (ǫt ) Trendov´ a sloˇ zka vyjadˇruje hlavn´ı smˇer v´ yvoje ˇcasové ˇrady. Trend m˚ uˇze m´ıt stoupaj´ıc´ı ˇci klesaj´ıc´ı charakter. Pokud ˇrada neobsahuje trend a jej´ı hodnoty kol´ısaj´ı okolo konstantn´ı hodnoty, jedná se pak o stacionárn´ı ˇradu. Periodick´ a sloˇ zka nebo také periodické kol´ısán´ı (oscilace) pˇredstavuje pravidelné v´ ykyvy kolem hlavn´ıho trendu. Toto kol´ısán´ı se vyznaˇcuje frekvenc´ı a amplitudou, coˇz pˇredstavuje velikost v´ ychylky. Podle délky ji pak m˚ uˇzeme dále dˇelit na sezonn´ı, cyklickou a krátkodobou. Sezonn´ı sloˇ zka je podskupinou periodické sloˇzky, kdy jej´ı perioda je zpravidla jeden rok nebo obecnˇe je menˇs´ı neˇz délka sledovaného obdob´ı. Zahrnuje v´ ykyvy v jednotliv´ ych mˇes´ıc´ıch (napˇr´ıklad niˇzˇs´ı spotˇreba elektˇriny v letn´ıch mˇes´ıc´ıch, vyˇsˇs´ı v zimn´ıch). Cyklick´ a sloˇ zka je charakterizována periodou v´ yraznˇe kratˇs´ı neˇz jeden rok. Zahrnuje v´ ykyvy v mˇes´ıc´ıch, t´ ydnech a dnech (kol´ısán´ı spotˇreby elektˇriny vlivem stˇr´ıdán´ı dne a noci, pˇr´ıpadnˇe pracovn´ıch a nepracovn´ıch dn´ı v t´ ydenn´ım intervalu). N´ ahodn´ a sloˇ zka zbude po odeˇcten´ı trendu, sezonn´ı a cyklické sloˇzky. Nedá se popsat ˇza´dnou funkc´ı ˇcasu. Patˇr´ı sem drobné v´ ykyvy, které vznikaj´ı ˇcasto z nahodil´ ych nebo neznám´ ych d˚ uvod˚ u. Dekompoziˇcn´ı metoda povaˇzuje trendovou a periodickou sloˇzku za systematické, lze pro nˇe naj´ıt vhodné matematické vyjádˇren´ı. Nahodilá sloˇzka je naopak povaˇzována za veliˇcinu náhodného charakteru, u které pˇredpokládáme, ˇze se v dlouhodobém pr˚ umˇeru vyrovná. Jinak ˇreˇceno, pr˚ umˇer odchylek se bl´ıˇz´ı k nule. ˇ Casové ˇrady lze rozdˇelit na stacionárn´ı a nestacionárn´ı. Stacionarita je podm´ınˇena pˇr´ıtomnost´ı pouze náhodné sloˇzky, kterou ˇrady obsahuj´ı vˇzdy. Pokud ˇrada obsahuje náhodnou i periodickou sloˇzku, m˚ uˇzeme hovoˇrit o stacionárn´ı periodické ˇradˇe. 58

ˇ ´ ˇ ´ 5 MOZNOSTI PREDIKCE VYROBY ELEKTRINY Z FV ELEKTRAREN Z´ akladn´ı modely ˇ casov´ ych ˇ rad Klasick´ y matematick´ y model ˇcasové ˇrady pˇredpokládá, ˇze jednotlivé sloˇzky mohou b´ yt sˇc´ıtány nebo násobeny. Kritérium v´ ybˇeru vhodného modelu závis´ı na tom, jak´ ym zp˚ usobem se hodnoty dané ˇcasové ˇrady vyv´ıjej´ı v ˇcase. Aditivn´ı model lze formálnˇe vyjádˇrit takto: y t = T t + St + C t + ǫ t

(5.1)

y t = T t St C t ǫ t

(5.2)

Multiplikativn´ı model pak: Je zˇrejmé, ˇze pˇri pouˇzit´ı aditivn´ıho modelu m˚ uˇzeme sˇc´ıtat sloˇzky pouze se stejn´ ymi jednotkami. Tedy v takov´ ych, ve kter´ ych je udávána pozorovaná hodnota ˇcasové ˇrady. Naproti tomu u multiplikativn´ıho modelu má stejné jednotky pouze sloˇzka trendu, ostatn´ı komponenty jsou bezrozmˇerné a udávaj´ı relativn´ı zmˇenu. Multiplikativn´ı model je moˇzno pˇrevést pomoc´ı logaritmován´ı na souˇctov´ y tvar. log yt = logTt + logSt + logCt + logǫt

(5.3)

Problematika ˇcasov´ ych ˇrad je znaˇcnˇe rozsáhlá a je v´ıce zpracována v moji práci ke Státn´ı doktorské zkouˇsce viz [29]. 5.4.2

Box-Jenkins metodologie

Tato metodologie uvaˇzuje jako základn´ı stavebn´ı prvek konstrukce modelu ˇcasové ˇrady reziduáln´ı sloˇzku, která m˚ uˇze b´ yt tvoˇrena korelovan´ ymi veliˇcinami. Pˇredpokladem je, ˇze souˇcasnou hodnotu sledovaného ukazatele lze popsat lineárn´ı kombinac´ı jeho minul´ ych hodnot (autoregresn´ı proces) a souˇcasn´ ych a minul´ ych hodnot náhodné veliˇciny (proces klouzav´ ych pr˚ umˇer˚ u). Jedná se o adaptivn´ı typ modelu a podm´ınkou pro jeho aplikaci je stacionarita ˇcasové ˇrady, která je moˇzno ovˇeˇrit testy stability: • DF test • ADF test • KPSS test • PP test V´ ysledn´ y komplexn´ı model b´ yvá sloˇzen ze tˇr´ı d´ılˇc´ıch ˇcást´ı, nicménˇe nemus´ı nutnˇe obsahovat vˇsechny. • AR (p) – auregresive – lineárn´ı kombinace vliv˚ u minul´ ych hodnot 59

ˇ ´ ˇ ´ 5 MOZNOSTI PREDIKCE VYROBY ELEKTRINY Z FV ELEKTRAREN • I (d) – integrative – odstranˇen´ı pˇr´ıpadn´ ych nestacionarit pomoc´ı diferenc´ı • MA (q) – moving Average – lineárn´ı kombinace vliv˚ u minul´ ych chyb Jednotlivé procesy tedy mohou fungovat samostatnˇe, pˇr´ıpadnˇe pak jako kombinace základn´ıch (ARMA, ARIMA. . . ). Dále je moˇznost rozˇs´ıˇrit model o sezonn´ı vlivy, a pak m˚ uˇzeme hovoˇrit o SARIMA modelu. Box-Jenkins algoritmus obsahuje 3 kroky, které jsou znázornˇeny na Obr. 5.2. Prvn´ım krokem je identifikace modelu, kdy je tˇreba naj´ıt dan´ y

Obr. 5.2: Box-Jenkins algoritmus ˇra´d p a q pro obecn´ y model ARM A(p, q). Pro tuto ˇcinnost existuje ˇrada nástroj˚ u, nicménˇe ˇcasto pouˇz´ıvan´ ym je postup zaloˇzen´ y na hodnotách funkc´ı ACF a P ACF , kdy základem identifikace je graf tˇechto funkc´ı. Dalˇs´ı ˇca´st´ı algoritmu je nalezen´ı ˇc´ıseln´ ych odhad˚ u pro parametry zvoleného modelu na základˇe r˚ uzn´ ych postup˚ u. Posledn´ı bod spoˇc´ıvá v ovˇeˇren´ı statistick´ ych vlastnost´ı zvoleného modelu a jeho reziduáln´ı sloˇzky. V pˇr´ıpadˇe, ˇze vybran´ y model nevyhovuje nˇekterému ze statistick´ ych poˇzadavk˚ u, je potˇreba zváˇzit pouˇzit´ı jiného modelu. [24] 5.4.3

Line´ arn´ı dynamick´ e modely

Lineárn´ı dynamické modely zobecˇ nuj´ı Box-Jenkins metodologii. Vyuˇz´ıvaj´ı kromˇe analyzované ˇrady i dalˇs´ı s p˚ uvodn´ı souvisej´ıc´ı a ty pak vyuˇz´ıvaj´ı pro konstrukci modelu p˚ uvodn´ı ˇrady. 5.4.4

Spektr´ aln´ı anal´ yza ˇ casov´ ych ˇ rad

Tato metoda uvaˇzuje, ˇze ˇcasová ˇrada je tvoˇrena kombinac´ı sinusov´ ych a kosinusov´ ych kˇrivek s r˚ uzn´ ymi amplitudami a frekvencemi. Vyuˇz´ıvá statistické nástroje jako periodogram a spektráln´ı hustota. V´ ysledek spektráln´ı anal´ yzy m˚ uˇze odhalit v ˇcasové ˇradˇe zastoupen´ı jednotliv´ ych dominantn´ıch frekvenc´ı, které pak pomohou urˇcit odpov´ıdaj´ıc´ı koeficienty periodick´ ych sloˇzek.

5.5

Vyuˇ zit´ı neuronov´ ych s´ıt´ı pro predikci v´ yroby FVE

Problematika neuronov´ ych s´ıt´ı je známa jiˇz v´ıce neˇz 50 let. V souˇcasnosti tyto s´ıtˇe zaˇz´ıvaj´ı rozkvˇet, pˇredevˇs´ım d´ıky v´ ykonné v´ ypoˇcetn´ı technice. V prvopoˇca´tku byly s´ıtˇe vytváˇreny za 60

ˇ ´ ˇ ´ 5 MOZNOSTI PREDIKCE VYROBY ELEKTRINY Z FV ELEKTRAREN u ´ˇcelem modelován´ı nervového systému ˇci pˇr´ıpadnˇe celého mozku. [6]. Pokud se zamˇeˇr´ıme na biologickou podstatu neuronu, tak ten se skládá z tˇela neboli soma, poté z v´ ystupn´ıho axonu a vstupn´ıch dendrit˚ u. Axon je poté zakonˇcen terminály, které jej spojuj´ı s dendrity ostatn´ıch neuron˚ u. Vrstva mezi terminály a dendrity je pak oznaˇcována jako synapse. To, jak jsou synapse propustné, ovlivˇ nuje pˇrenos vzruchu od terminál˚ u k dendrit˚ um. Základn´ı obrázek nebo schéma biologického neuronu je pak moˇzno znázornit pomoc´ı Obr. 5.3

Obr. 5.3: Schéma biologického neuronu [6] ˇıˇren´ı vzruchu v nervové soustavˇe lze poté popsat takto: Dendrity neuronu jsou S´ podráˇzdˇeny a neuron po dosaˇzen´ı urˇcitého stupnˇe podráˇzdˇen´ı sám produkuje vzruch, kter´ y pak pˇredává terminály axonu pˇres synaptickou vrstvu na dendrity dalˇs´ıch neuron˚ u. Schopnost pˇredávat vzruch je v´ yznamná pˇri vytváˇrená pamˇet’ov´ ych stop. T´ımto se vysvˇetluje schopnost uˇcen´ı. [25] 5.5.1

Umˇ el´ y neuron

Na základˇe tˇechto biologick´ ych pˇredpoklad˚ u byl pak definován matematick´ y model neuronu, neboli umˇel´ y neuron. Základn´ım modelem je model neuronu McCulloch-Pitts (MCP), kter´ y má nˇekolik vstup˚ u oznaˇcen´ ych X1 aˇz Xn a jeden v´ ystup. Schématicky je pak znázornˇen na Obr. 5.4 ˇ Cinnost neuronu je pak moˇzno popsat následuj´ıc´ımi vztahy: 1. Zachycen´ı signálu a vznik potenciálu P: P = W1 ∗ X1 + W2 ∗ X2 + ... + Wn ∗ Xn 2. V pˇr´ıpadˇe dostateˇcnˇe velkého potenciálu vyˇsle neuron signál y: 61

(5.4)


Σ

Σ

Obr. 5.4: Model neuronu [6] y = 1, jestliˇze P > W0 , jinak y = 0 Podm´ınku P > W0 je moˇzné pˇrepsat pomoc´ı aktivaˇcn´ı funkce f (P ). Fináln´ı matematick´ y vztah pro ˇcinnost neuronu lze vyjádˇrit: y = f (W0 + W1 ∗ X1 + W2 ∗ X2 ... + Wn ∗ Xn )

(5.5)

Kde: W0 - záporné ˇc´ıslo udávaj´ıc´ı práh, kter´ y mus´ı potenciál pˇrekonat Z tˇechto vztah˚ u je patrné, ˇze v´ ysledek je ovlivnˇen pˇredevˇs´ım váhami W0 aˇz Wn , které pˇredstavuj´ı propustnost signálu, neboli kolik zachyceného signálu se dostane do neuronu, kde zv´ yˇs´ı potenciál. [26] Aktivaˇcn´ı funkce f (P ) m˚ uˇze b´ yt r˚ uzná, ale mˇela by b´ yt nelineárn´ı. Typick´ ym pˇr´ıkladem m˚ uˇze b´ yt napˇr´ıklad funkce Sigmoid nebo hyperbolick´ y tangens. Z Obr. 5.5 (pr˚ ubˇeh funkce

Obr. 5.5: Funkce sigmoid Sigmoid) je patrná odezva neuronu na vstupn´ı signál. Pokud bude potenciál po odeˇcten´ı prahu W0 n´ızk´ y, v´ ystupem bude 0. Naopak pokud bude potenciál dostateˇcnˇe vysok´ y, tak v´ ystupem bude 1. 5.5.2

Feed forward s´ıtˇ e

Samotn´ y neuron umoˇzn´ı ˇreˇsen´ı rozdˇelit pouze na dva poloprostory, coˇz je v bˇeˇzn´ ych u ´lohách nedostateˇcné. Proto b´ yvá sestavena celá s´ıt’ neuron˚ u, jako napˇr´ıklad s´ıt v zapojen´ı feedforward. V této s´ıti je nˇekolik vrstev neuron˚ u, pˇriˇcemˇz v tˇechto vrstvách je propojen kaˇzd´ y 62

ˇ ´ ˇ ´ 5 MOZNOSTI PREDIKCE VYROBY ELEKTRINY Z FV ELEKTRAREN neuron s kaˇzd´ ym, coˇz je naznaˇceno na Obr. 5.6. Kaˇzd´ y neuron v s´ıti ˇreˇs´ı pouze ˇca´st celého

Obr. 5.6: S´ıt’ typu fedd-forward [6] problému. V´ ysledek je tvoˇren vzájemnou kompozic´ı pˇr´ıspˇevk˚ u od vˇsech neuron˚ u v s´ıti a celková nauˇcená informace je tak rozprostˇrena mezi mnoha neurony. Na Obr. 5.6 je znázornˇena vstupn´ı vrstva, která distribuuje signál na vˇsechny neurony, dále pak prvn´ı skrytá vrstva, druhá skrytá vrstva a v´ ystupn´ı vrstva. V ostatn´ıch vrstvách je provádˇen v´ ypoˇcet, kdy se seˇctou váˇzené vstupy pomoc´ı vah, coˇz tvoˇr´ı potenciál, a je-li potenciál dostateˇcnˇe velk´ y, neuron na v´ ystupu vyˇsle signál. [26] 5.5.3

Uˇ cen´ı neuronov´ e s´ıtˇ e

Pro uˇcen´ı neuronové s´ıtˇe existuje ˇrada algoritm˚ u, pˇriˇcemˇz nejˇcastˇeji pouˇz´ıvan´ y je algoritmus Backpropagation. Tento algoritmus funguje na principu porovnán´ı vyhodnoceného ˇreˇsen´ı s oˇcekávan´ ym, a t´ım je moˇzné stanovit chybu. Na základˇe této chyby je pak moˇzno vypoˇc´ıst, jak se maj´ı upravit váhy neuron˚ u, aby se odchylka (chyba) od správného ˇreˇsen´ı co nejv´ıce sn´ıˇzila. V podstatˇe se s´ıt’ pˇrizp˚ usobuje dat˚ um. Detailn´ı matematick´ y popis uˇcen´ı je pak moˇzno naj´ıt napˇr. zde [39] nebo zde [26]. 5.5.4

Simulace modelu FVE s vyuˇ zit´ım neuronov´ ych s´ıt´ı

C´ılem simulace bylo ovˇeˇrit chován´ı neuronov´ ych s´ıt´ı pro dvˇe r˚ uzné varianty pouˇzit´ı teplot ˇclánku podobnˇe jako v kapitole 5.6. V prvn´ım pˇr´ıpadˇe byly pouˇzity zmˇeˇrené hodnoty solárn´ıho záˇren´ı, teploty ˇclánku a v´ ystupn´ıho v´ ykonu. V druhém pˇr´ıpadˇe pak m´ısto zmˇeˇren´ ych hodnot teploty ˇclánku, byly pouˇzity pr˚ umˇerné teploty v daném m´ıstˇe. Pro tvorbu modelu FVE, zaloˇzeném na pouˇzit´ı neuronov´ ych s´ıt´ı, byl pouˇzit neural network toolbox v MATLABu. Konkrétnˇe se jednalo o dvouvrstvou feed-forward s´ıt’ se sigmoidn´ımi skryt´ ymi neurony a s v´ ystupn´ımi neurony s lineárn´ı aktivaˇcn´ı funkc´ı. S´ıt’ mˇela 20 neuron˚ u ve skryté vrstvˇe a 3 vstupy, coˇz je patrné z na obr. 5.7 Pro uˇcen´ı byl pouˇzit Levenberg-Marquardt backpropagation algoritmus. Jako vstupn´ı data byly pouˇzity hodnoty v´ ykonu, osvitu a teplot ˇclánku z http: //andrea.feld.cvut.cz/fvs/, pˇriˇcemˇz byla pouˇzita hodinová data. Pro prvn´ı variantu 63


Obr. 5.7: Pouˇzitá neuronová s´ıt’ [7] simulace byly pouˇzity zmˇeˇrené hodnoty teploty ˇclánku. Pro druhou variantu v´ ypoˇctu byly pak pouˇzity teploty z webov´ ych stránek Operátora trhu s elektˇrinou http://www.ote-cr.cz/ z obdob´ı 26.2.2012 aˇz 16.3.2012. S´ıt’ byla trénována na datech za 13 dn´ı. Celkem tedy bylo pouˇzito 313 vstupn´ıch hodnot jednoho vstupu, pˇriˇcemˇz rozloˇzen´ı dat mezi trénovac´ı, validaˇcn´ı a testovac´ı bylo 70 %, 15 % a 15 % dat.

Obr. 5.8: Srovnán´ı mezi vypoˇcten´ ymi a zmˇeˇren´ ymi hodnotami v´ ykonu pˇri pouˇzit´ı pr˚ umˇern´ ych denn´ıch teplot Na Obr. 5.8 je znázornˇeno srovnán´ı mezi vypoˇcten´ ymi hodnotami v´ ykonu pomoc´ı neuronové s´ıtˇe a zmˇeˇren´ ych hodnot. Hodnoty relativnˇe dobˇre koresponduj´ı se skuteˇcn´ ymi. Nicménˇe neuronová s´ıt’ obˇcas produkuje záporné hodnoty, coˇz je moˇzno snadno oˇsetˇrit. Chyba byla poˇc´ıtána jako rozd´ıl mezi skuteˇcnou a zmˇeˇrenou hodnotou a byla vyjádˇrena v pomˇeru ku maximáln´ımu v´ ykonu podle vztahu: ∆neuron =

PF V E−neuron − PF V E−skut ∗ 100[%] 3000

Kde: PF V E−neuron - predikovan´ y v´ ykon FVE pomoc´ı neuronové s´ıtˇe [W] PF V E−skut - zmˇeˇrená hodnota v´ ykonu [W]

64

(5.6)


Obr. 5.9: Srovnán´ı mezi vypoˇcten´ ymi a zmˇeˇren´ ymi hodnotami v´ ykonu pˇri pouˇzit´ı reáln´ ych teplot ˇclánku V´ ystupy z neuronové s´ıtˇe jsou pro oba druhy dat teploty srovnány pomoc´ı rozd´ılu energie oproti namˇeˇren´ ym dat˚ um (za 18 dn´ı). Jak je tedy z tabulky 5.1 patrné, pˇri pouˇzit´ı reáln´ ych teplot ˇclánku je rozd´ıl mezi skuteˇcnˇe vyrobenou elektˇrinou a predikovanou pomoc´ı neuronov´ ych s´ıt´ı menˇs´ı, neˇz pˇri pouˇzit´ı pr˚ umˇern´ ych teplot. Tab. 5.1: Rozd´ıl skuteˇcnˇe vyrobené elektˇriny oproti modelu Vyroben´ a elektˇ rina Zmˇ eˇ ren´ e teploty ˇ cl´ anku

-1,37 kWh

Pr˚ umˇ ern´ e denn´ı teploty

-3,23 kWh

Pokud bychom mˇeli k dispozici predikovanou teplotu ˇclánku, byla by pˇresnost predikce v´ yroby elektˇriny v´ yraznˇe lepˇs´ı, neˇz pˇri pouˇzit´ı pr˚ umˇerné teploty okol´ı. Nicménˇe urˇcen´ı teploty ˇclánku je pomˇernˇe komplikované. Celá tato problematika byla souˇcást´ı ˇclánku na konferenci EPE 2012 [39].

5.6

Vyuˇ zit´ı matematick´ eho modelu FVE pro predikci

Jedn´ım z moˇzn´ ych pˇr´ıstup˚ u pro predikci budouc´ı hodnoty v´ ykonu ˇci v´ yroby elektˇriny z FVE je moˇznost vytvoˇrit detailn´ı matematick´ y model systému, kter´ y pˇri zadán´ı pˇredpov´ıdan´ ych parametr˚ u bude podávat dobré v´ ysledky. Na základˇe toho byl vytvoˇren model FVE v software MATLAB a byly provedeny jeho testy s reáln´ ymi daty. Moˇzn´ ych model˚ u FV ˇclánku existuje v´ıce druh˚ u, vˇetˇsina vˇsak uvaˇzuje základn´ı zapojen´ı, které je sloˇzeno z ekvivalentn´ıho proudového zdroje, diody a sériového rezistoru RS . (viz Obr. 5.10) Generovan´ y proud proud Iph je pˇr´ımo u ´mˇern´ y solárn´ımu záˇren´ı. Rezistor RS pˇredstavuje odpor ˇclánku a jeho pˇripojen´ı. Rovnice pro v´ ypoˇcet proudu ˇclánkem v závislosti 65


Obr. 5.10: Model fotovoltaického ˇclánku ˇclánku [27] na napˇet´ı U je pak definována takto:

I = ISC 1 − e

U −U0C mUt

(5.7)

Kde: ISC – proud nakrátko, kter´ y v sobˇe zahrnuje solárn´ı záˇren´ı Ga a teplotu ˇclánku tC U0C – napˇet´ı naprázdno, kter´ y v sobˇe zahrnuje solárn´ı záˇren´ı Ga a teplotu ˇclánku tC Ut – tepelné napˇet´ı, které odpov´ıdá teplotˇe ˇclánku m – idealizuj´ıc´ı konstanta korekce V-A charakteristiky ˇclánku Rovnice pro proud ISC je definována takto: ISC = C1 Ga + K1 (T C − T C0 )

(5.8)

Kde: C1 – materiálová konstanta [Am2 /W] K1 – materiálová konstanta [A/K] Ga – hodnota solárn´ıho záˇren´ı [W/m2 ] T C – termodynamická teplota, které odpov´ıdá aktuáln´ı teplotˇe ˇclánku tC [K] T C0 – termodynamická teplota [K] T C0 = 273, 15 + tC0

(5.9)

T C je poˇc´ıtán z okoln´ı teploty ta [◦ C] se zahrnut´ım vlivu osvitu (materiálová konstanta C2 [K/(W/m2 )] T C = ta + 273, 15 + C2 Ga (5.10) Rovnice pro U0C

1 GaK−Ga0 e 3 U0C = U0C0 + C3 T C + T C0 − K4

Kde: U0C referenˇcn´ı napˇet´ı na prázdno [V] C3 materiálová konstanta [V/K]

66

(5.11)

ˇ ´ ˇ ´ 5 MOZNOSTI PREDIKCE VYROBY ELEKTRINY Z FV ELEKTRAREN K3 materiálová konstanta [log(W/m2 V)] K3 materiálová konstanta [W/m2 V] Teplotn´ı napˇet´ı Ut v závislosti na teplotˇe je poˇc´ıtáno následuj´ıc´ı rovnic´ı: Ut =

kT C e

(5.12)

Kde: k Boltzmanova konstanta k = 1, 381 ∗ 10−23 [J/K] e konstanta pro základn´ı elementárn´ı náboj e = 1, 602 ∗ 10−19 [C] V´ ysledn´ y v´ ykon je pak definován:

U −U0C P = (100 − l)pU ISC 1 − e mUt

(5.13)

Kde: p celkov´ y poˇcet solárn´ıch ˇclánk˚ u elektrárny l ztráty fotovoltaické elektrárny Jak je patrno z matematického popisu, komplexn´ı model zahrnuje velké mnoˇzstv´ı promˇenn´ ych a konstant. Z tohoto d˚ uvodu je moˇzné vyuˇz´ıt tento model jako základ pro predikci pouze pro konkrétn´ı fotovoltaickou elektrárnu, kdyˇz známe detailn´ı parametry panel˚ u. Nicménˇe je zde dalˇs´ı problém s urˇcen´ım teploty ˇclánku, která závis´ı nejenom na solárn´ı záˇren´ı dopadaj´ı na panel, ale také na teplotˇe okol´ı, vˇetru, deˇsti a tepelné setrvaˇcnosti panelu. [27] Testov´ an´ı modelu FVE Na základˇe v´ yˇse uveden´ ych rovnic byl v softwaru MATLAB vytvoˇren model, pˇriˇcemˇz jako vstupn´ı data byly pouˇzity hodnoty z http://andrea.feld.cvut.cz/fvs/. Data z FVE maj´ı granularitu jedna minuta, nicménˇe pro u ´ˇcely této simulace byla pouˇzitá hodinová data. (26.2.2012 - 16.3.2012). Byly simulovány dva pˇr´ıpady. V prvn´ım byly pouˇzity zmˇeˇrené hodnoty teploty ˇclánk˚ u a solárn´ı záˇren´ı. V´ ystupem modelu byl pak okamˇzit´ y v´ ykon, potaˇzmo energie. Na Obr. 5.11 je zobrazeno srovnán´ı namˇeˇren´ ych a vypoˇcten´ ych hodnot pomoc´ı matematického modelu ˇclánku. Kˇrivky se pomˇernˇe dobˇre pˇrekr´ yvaj´ı a jak je patrné z pr˚ ubˇehu absolutn´ı chyby, která byla poˇc´ıtána jako rozd´ıl mezi skuteˇcnou a zmˇeˇrenou hodnotou a byla vyjádˇrena v pomˇeru ku maximáln´ımu v´ ykonu podle vztahu: ∆model =

PF V E−model − PF V E−skut ∗ 100[%] 3000

(5.14)

Kde: PF V E−model - predikovan´ y v´ ykon FVE poˇc´ıtan´ y pomoc´ı matematického modelu [W] PF V E−skut - zmˇeˇrená hodnota v´ ykonu [W] Ve druhém pˇr´ıpadˇe byly pouˇzity m´ısto namˇeˇren´ ych teplot ˇclánku pr˚ umˇerné teploty pro dané m´ısto ze stránek http://www.ote-cr.cz/. 67


Obr. 5.11: Srovnán´ı mezi vypoˇcten´ ymi a zmˇeˇren´ ymi hodnotami v´ ykonu pˇri pouˇzit´ı reáln´ ych teplot ˇclánku

Obr. 5.12: Srovnán´ı mezi vypoˇcten´ ymi a zmˇeˇren´ ymi hodnotami v´ ykonu pˇri pouˇzit´ı pr˚ umˇern´ ych teplot pro dané m´ısto Nejvˇetˇs´ı rozd´ıly i chyba je v oblasti maximáln´ıho v´ ykonu, kde docház´ı k nejvˇetˇs´ımu ohˇrevu ˇclánku. (viz 5.12). Pro hodnocen´ı byla pouˇzita stejná metodika jako v kapitole 5.5.4. Pˇri pouˇzit´ı modelu ˇclánku a zmˇeˇren´ ych teplot, vycház´ı rozd´ıl zmˇeˇrené energie v˚ uˇci vypoˇctené 1,01 kWh. V pˇr´ıpadˇe neuronové s´ıtˇe (viz tabulka 5.1) je to 1,37 kWh. Model tedy vycház´ı lépe. Pokud vˇsak pouˇzijeme pr˚ umˇerné okoln´ı teploty, vycház´ı lépe pouˇzit´ı neuronové s´ıtˇe. V pˇr´ıpadˇe modelu FVE vycház´ı rozd´ıl energi´ı 4,56 kWh a v pˇr´ıpadˇe neuronové s´ıtˇe pak 3,23 kWh. 68

´ ˇ EM ´ NA DOSTUPNE ´ PREDPOV ˇ ˇ 6 NAVRH PREDIKTORU ZALOZEN EDI ˇ OBLACNOSTI PRO JEDNU FVE

6

N´ avrh prediktoru zaloˇ zen´ em na dostupn´ e pˇ redpovˇ edi oblaˇ cnosti pro jednu FVE

Jak jiˇz bylo ˇreˇceno v kapitole 5 vˇetˇsina dneˇsn´ıch pˇr´ıstup˚ u k tvorbˇe predikˇcn´ıho modelu je zaloˇzena na vyuˇzit´ı neuronov´ ych s´ıt´ıch. Mnou zvolen´ y pˇr´ıstup naopak vyuˇz´ıvá analytick´ y postup pro stanoven´ı budouc´ı v´ yroby ˇci v´ ykonu. Hlavn´ı v´ yhodou tohoto pˇr´ıstupu je jeho jednoduchost a jednoznaˇcnost ˇreˇsen´ı. Na zaˇcátek je vhodné provést definici prediktoru, stanoven´ı c´ıl˚ u a také pouˇzit´ y matematick´ y aparát.

6.1

Pouˇ zit´ y matematick´ y apar´ at

Mnou navrhovan´ y prediktor je zaloˇzen na statistickém vyhodnocen´ı historick´ ych dat, proto je zde nutno definovat alespoˇ n základn´ı matematick´ y aparát, kter´ y je vyuˇzit pro samotnou tvorbu prediktoru a anal´ yzu namˇeˇren´ ych dat. Neboli základn´ı teorie z oblasti statistiky. [28] Histogram Histogram je grafické znázornˇen´ı ˇcetnosti dat pomoc´ı sloupcového grafu se sloupci stejné ˇs´ıˇrky, vyjadˇruj´ıc´ı ˇs´ıˇrku interval˚ u (tˇr´ıd), pˇriˇcemˇz v´ yˇska sloupc˚ u vyjadˇruje ˇcetnost sledované veliˇciny v daném intervalu. Je d˚ uleˇzité zvolit správnou ˇs´ıˇrku intervalu, nebot’ nesprávná ˇs´ıˇrka intervalu m˚ uˇze sn´ıˇzit informaˇcn´ı hodnotu diagramu. [28] Medi´ an Medián je padesáti procentn´ı kvantil neboli ˇc´ıslo, které leˇz´ı uprostˇred podle velikosti uspoˇra´daného souboru ˇc´ısel. Polovina ˇc´ısel má tedy hodnotu, která je vˇetˇs´ı nebo rovna mediánu a polovina ˇc´ısel má hodnotu, která je menˇs´ı nebo rovna mediánu. V´ yhodou mediánu je jeho necitlivost na extrémn´ı hodnoty ve zkoumaném souboru. Stˇ redn´ı hodnota Stˇredn´ı hodnota náhodné veliˇciny X, oznaˇcované µ nebo E(X), je reálné ˇc´ıslo definované pro diskrétn´ı náhodnou veliˇcinu, která nab´ yvá hodnot x1 , x2 ... s pravdˇepodobnost´ı p1 , p2 ..., tj. [P (X = xi ) = pi ] takto: X µ = E(X) = xi pi = x1 p1 + x2 p2 + ... (6.1) Stˇredn´ı hodnota m˚ uˇze b´ yt limitn´ım pˇr´ıpadem aritmetického pr˚ umˇeru. Pro velk´ y poˇcet hodnot je tedy moˇzné povaˇzovat aritmetick´ y pr˚ umˇer za dobr´ y odhad stˇredn´ı hodnoty.

69

´ ˇ EM ´ NA DOSTUPNE ´ PREDPOV ˇ ˇ 6 NAVRH PREDIKTORU ZALOZEN EDI ˇ OBLACNOSTI PRO JEDNU FVE Ta je poté poˇc´ıtána ze vztahu

Kde: N - poˇcet realizac´ı

µ b=

1 X xi N

(6.2)

Rozptyl Rozptyl je moˇzno znaˇcit jako D(X) nebo také σ 2 a je ho moˇzné definovat: σ 2 = D(X) = (X − E(X))2

(6.3)

Odhad rozptylu je pak moˇzno vypoˇc´ıst: σ b2 =

1 X 2 xi − µ b2 N

(6.4)

Smˇ erodatn´ a odchylka Je oznaˇcována jako σ a je definována jako druhá odmocnina rozptylu. σ=

p D(X)

(6.5)

Kde: X - náhodná veliˇcina Rozptyl spolu se smˇerodatnou odchylkou lze pouˇz´ıt jako kritérium, jak hodnˇe se hodnoty odliˇsuj´ı od pr˚ umˇeru. Malé hodnoty rozptylu zvyˇsuj´ı v´ yznam pr˚ umˇeru, velké pak znamenaj´ı, ˇze hodnot maj´ı vysokou variabilitu. Stacionarita Stacionarita je obvykl´ ym pˇredpokladem vˇetˇsiny zp˚ usob˚ u anal´ yzy ˇcasov´ ych ˇrad. Jedná se o náhodn´ y proces, jehoˇz rozdˇelen´ı pravdˇepodobnosti se v ˇcase nemˇen´ı. V d˚ usledku toho se nemˇen´ı ani parametry jeho pravdˇepodobnostn´ı funkce (napˇr. stˇredn´ı hodnota, rozptyl). [28]

6.2

Definice prediktoru pro jednu fotovoltaickou elektr´ arnu

C´ılem je navrhnout prediktor v´ yroby elektˇriny z fotovoltaick´ ych elektráren na nˇekolik dn´ı ˇ dopˇredu na základˇe znalosti pˇredpovˇedi poˇcas´ı. Cili predikci v´ yroby je moˇzné stanovit na tak dlouhou dobu dopˇredu, na jakou je pˇredpovˇed’ poˇcas´ı dostupná. V´ yroba elektrické energie FVE závis´ı pˇredevˇs´ım na hodnotˇe dopadaj´ıc´ıho solárn´ıho záˇren´ı na panel a na teplotˇe panelu. Vliv teploty je patrn´ y pˇredevˇs´ım v letn´ıch mˇes´ıc´ıch, kdy pˇri stejn´ ych hodnotách sluneˇcn´ıho záˇren´ı jako napˇr´ıklad na jaˇre, vyrob´ı elektrárna ménˇe energie. Tento jev je 70

´ ˇ EM ´ NA DOSTUPNE ´ PREDPOV ˇ ˇ 6 NAVRH PREDIKTORU ZALOZEN EDI ˇ OBLACNOSTI PRO JEDNU FVE zp˚ usoben ohˇrevem panelu, s ˇc´ımˇz souvis´ı sn´ıˇzen´ı napˇet´ı i v´ ykonu jednotliv´ ych ˇclánk˚ u. Neboli obecnˇe, se zvyˇsuj´ıc´ı se teplotou klesá u ´ˇcinnost panelu. Dále je v´ yroba elektrické energie z FVE silnˇe závislá na denn´ı dobˇe a na roˇcn´ım obdob´ı. Vliv roˇcn´ıho obdob´ı se mimo jiné projevuje odliˇsn´ ymi ˇcasy v´ ychod˚ u a západ˚ u slunce. Tyto ˇcasy jsou r˚ uzné pro kaˇzd´ y den v roce, proto je pro predikci d˚ uleˇzité dobˇre zvolit interval stacionarity, v rámci kterého budeme pˇredpokládat, ˇze ˇcasy v´ ychod˚ u a západ˚ u jsou stejné nebo alespoˇ n srovnatelné. V ideáln´ım pˇr´ıpadˇe by bylo vhodné m´ıt pro kaˇzd´ y den v roce vlastn´ı denn´ı diagram pro vˇsechny pˇredpovˇedi oblaˇcnosti. Toto by vˇsak znamenalo m´ıt k dispozici historická data vyrobené elektrické energie z FVE a oblaˇcnost pro danou FVE za spoustu let a ta nejsou v souˇcasné dobˇe v dostateˇcném mnoˇzstv´ı dostupná. Proto byl navrˇzen následuj´ıc´ı pˇr´ıstup, kter´ y umoˇzn´ı z´ıskat 365 denn´ıch diagram˚ u pro jasnou oblohu a sadu korekˇcn´ıch koeficient˚ u, pomoc´ı kter´ ych je moˇzné stanovit denn´ı digramy pro r˚ uzné pˇredpovˇedi oblaˇcnosti.

6.3

Metodika v´ ypoˇ ctu

Metodiku v´ ypoˇctu je moˇzné shrnout do nˇekolika bod˚ u, které budou následnˇe podrobnˇe popsány v dalˇs´ıch kapitolách. • Provést anal´ yzu historick´ ych dat v´ yroby elektˇriny z FVE pro dostateˇcnˇe dlouhé obdob´ı do minulosti • Vypoˇc´ıst z tˇechto dat denn´ı digramy v´ yroby pˇri jasné obloze pro kaˇzd´ y den v roce • Oˇcistit data od vlivu kalendáˇre (normován´ı dat) • Anal´ yza oˇciˇstˇen´ ych/normovan´ ych dat pro jednotlivé tˇr´ıdy oblaˇcnosti • Stanovit koeficienty pro jednotlivé tˇr´ıdy oblaˇcnosti • Urˇcit chybu predikce Navrˇzen´ y prediktor bude vyuˇz´ıvat meteorologická data oblaˇcnosti ke stanoven´ı v´ yroby elektrické energie FVE na budouc´ı obdob´ı. Vstupem prediktoru je pˇredpovˇed’ oblaˇcnosti ve formˇe poˇctu osmin pokryt´ı oblohy, dále pak sada korekˇcn´ıch koeficient˚ u a sada denn´ıch diagram˚ u pro jasn´ y sluneˇcn´ı den. Obˇe poslednˇe uvedené sady dat jsou v´ ysledkem anal´ yzy historick´ ych dat. Pˇredpovˇed’ oblaˇcnosti je meteorologická. Následuj´ıc´ı Obr. 6.1 schematicky znázorˇ nuje predikci vyrobené elektˇriny z FVE.

71


!" #

#

Obr. 6.1: Prediktor FVE V´ ysledn´ y vztah pro prediktor je pak moˇzno definovat takto: PF V E (t + ∆t) = DDREF (t + ∆t)(k1 kOBL (O1 ) + k2 kOBL (O2 ))

(6.6)

Kde: PF V E (t + ∆t) - predikce jako oˇcekávaná hodnota vyrobené elektˇriny z FVE urˇcená v ˇcase t na ˇcas (t + ∆t) ∆t - horizont plánován´ı DDREF (t + ∆t) - hodnota denn´ıho diagram pro jasnou oblohu ˇcase (t + ∆t) viz kapitola 6.4 kOBL - korekˇcn´ı koeficient pro danou oblaˇcnost dle pˇredpovˇedi viz: 6.6 O1 a O2 - je pˇredpovˇed’ oblaˇcnosti na ˇcas (t + ∆t) k1 a k2 - váhy oblaˇcnost´ı pro pˇredpovˇedi O1 a O2 D˚ uvodem pro existenci dvou pˇredpovˇed´ı je skuteˇcnost, ˇze tyto pˇredpovˇedi jsou ˇcasto uvádˇeny jako interval (viz kapitola 4.3.2).

6.4

Stanoven´ı denn´ıch diagram˚ u pro jasnou oblohu

Základem prediktoru je sada denn´ıch diagram˚ u pro jasnou oblohu. Jejich z´ıskán´ı bylo provádˇeno v nˇekolika kroc´ıch. Prvn´ı krokem bylo vyhledán´ı sluneˇcn´ıch dn´ı v datech od roku 2007 do roku 2011. Sluneˇcn´ y den byl na základˇe anal´ yzy dat definován jako den, kdy medián v okol´ı poledne je vˇetˇs´ı neˇz 0,6 a dále, ˇze rozptyl hodnot v rozmez´ı pˇred a po poledni je menˇs´ı neˇz 1e−3 . Tyto pˇredpoklady byly urˇceny experimentálnˇe z mˇeˇren´ ych dat. Jednoduˇsˇs´ı pˇr´ıstup by bylo pod´ıvat se, jaká byla dan´ y den oblaˇcnost a podle toho den vybrat. Nicménˇe data oblaˇcnosti byla dostupná aˇz od roku 2011, tud´ıˇz byla pouˇzita metoda viz v´ yˇse. Jelikoˇz poˇcet sluneˇcn´ıch dn´ı ve vybraném vzorku dat nebyl dostateˇcn´ y, byl pˇrijat pˇredpoklad, ˇze denn´ı diagram ve sluneˇcn´ıch dnech od zimn´ıho do letn´ıho slunovratu jsou stejné jako od letn´ıho do zimn´ıho a také, ˇze denn´ı diagram sluneˇcného dne je symetrick´ y v˚ uˇci poledni. Tento pˇredpoklad byl poté ovˇeˇren na základˇe porovnán´ı hodnot v´ yroby z databáze PVGIS [22] v pr˚ ubˇehu roku. Pr˚ ubˇehy nalezen´ ych sluneˇcn´ıch dn´ı ze vˇsech analyzovan´ ych dat jsou pak znázornˇeny na Obr. 6.2. 72


Obr. 6.2: Sluneˇcn´ı dni ze vˇsech namˇeˇren´ ych dat Jak je z obr 6.2 patrné, nalezené pr˚ ubˇehy nemohly b´ yt pouˇzity pˇr´ımo jako hledané hodnoty denn´ıch digram˚ u pro jasnou oblohu DDREF pro kaˇzd´ y den v roce, protoˇze i pˇres nastavená kritéria jejich v´ ybˇeru, nebyly kˇrivky vˇzdy hladké. Proto byl zvolen postup, kdy z denn´ıho diagramu kaˇzdého sluneˇcn´ıho dne byly vybrán vzorky, které byly proloˇzeny kˇrivkami napˇr´ıˇc rokem. Vybrané vzorky jsou popsány dále a nazvány reprezentativn´ı body. V´ ybˇ er reprezentativn´ıch bod˚ u Reprezentativn´ı body popisuj´ı hladiny v´ ykonu ve stejn´ ych ˇcástech dne bˇehem roku. Prvn´ım krokem tedy bylo urˇcit vhodn´ y poˇcet odeb´ıran´ ych vzork˚ u dat, a také v jaké ˇca´sti kˇrivky budou vypoˇcteny. Je tedy nutno zvolit vhodnˇe interval stacionarity, neboli je nutno vyb´ırat vzorky z dat ve stejn´ ych okamˇzic´ıch v pr˚ ubˇehu roku. Tento poˇzadavek byl splnˇen tak, ˇze vzorky byly odebrány v závislosti na ˇcasu v´ ychodu a západu slunce pro dané souˇradnice elektrárny a den. Poˇcet vzork˚ u byl stanoven na 17, pˇriˇcemˇz pˇri testován´ı jejich poloviˇcn´ı poˇcet po proloˇzen´ı nedostateˇcnˇe vˇernˇe popisoval p˚ uvodn´ı data a vˇetˇs´ı poˇcet jiˇz nevedl ke zlepˇsen´ı. Proto bylo odebráno z hodnot kaˇzdého sluneˇcn´ıho dne sedmnáct vzork˚ u, které po proloˇzen´ı urˇcuj´ı denn´ı pr˚ ubˇeh (viz Obr. 6.3) a to tak, ˇze 0/16 odpov´ıdá hodnotˇe pˇri v´ ychodu slunce a 16/16 pˇri západu. Maximáln´ı hodnota v poledne odpov´ıdá 8/16. Dalˇs´ım krokem bylo urˇcit zp˚ usob odbˇeru vzork˚ u z dat, protoˇze t´ım m˚ uˇzeme ovlivnit dodateˇcné vyhlazen´ı budouc´ı kˇrivky. Je moˇzné pouˇz´ıt pˇr´ımo danou hodnotu v bodˇe, nebo pouˇz´ıt i hodnoty v okol´ı bod˚ u. S t´ımto pak také souvis´ı jejich vhodn´ y poˇcet, tak abychom zachovali p˚ uvodn´ı pr˚ ubˇeh. Experimentálnˇe byl stanoven jako vhodn´ y poˇcet okoln´ıch bod˚ u pˇet a jako vhodn´ y typ v´ ypoˇctu medián jakoˇzto odhad stˇredn´ı hodnoty okolo bodu. Byl testován i jin´ y vˇetˇs´ı poˇcet bod˚ u, coˇz ale nevedlo ke zlepˇsen´ı. Na základˇe v´ yˇse zm´ınˇen´ ych pˇredpoklad˚ u je moˇzné definovat jednotlivé kroky algoritmu, kter´ y umoˇznil z´ıskat denn´ı digramy pro jasn´ y den pro cel´ y rok DDREF . 73


Obr. 6.3: Rozloˇzen´ı reprezentativn´ıch bod˚ u bˇehem dne • nalezen´ı hodnoty okamˇzitého v´ ykonu pˇri ˇcasu v´ ychodu slunce pro dan´ y den • nalezen´ı hodnoty okamˇzitého v´ ykonu pˇri ˇcasu západu slunce pro dan´ y den • v´ ypoˇcet ˇcasu mezi západem a v´ ychodem slunce a jeho rozdˇelen´ı na 16 interval˚ u • V´ ypoˇcet mediánu z okoln´ıch hodnot okolo bodu • proloˇzen´ı jednotliv´ ych bod˚ u hladkou kˇrivkou napˇr´ıˇc rokem • proloˇzen´ı kˇrivkou jednotliv´ ymi body, která tvoˇr´ı denn´ı diagram v závislosti na ˇcasu v´ ychodu a západu slunce pro kaˇzd´ y den v roce Interpolace kˇrivkami byla realizována v programu MATLAB s vyuˇzit´ım nástroje cftool, pˇriˇcemˇz tento nástroj umoˇzn ˇuje v´ ybˇer a testován´ı r˚ uzn´ ych zp˚ usob˚ u a metod proloˇzen´ı s ohledem na chybu. Vzhledem k charakteru prokládan´ ych dat, byla po testován´ı vybrána metoda prokládán´ı pomoc´ı smothing spline, která poskytla nejlepˇs´ı v´ ysledky, tj. nejmenˇs´ı chybu. Kˇrivek bylo prokládáno celkem devˇet, protoˇze pˇredpokládáme symetrii denn´ıho diagramu bˇehem dne. Je zde také nutno zm´ınit samotnou pˇr´ıpravu dat pˇred prokládán´ım. Data byla nejdˇr´ıve zkop´ırována pˇred i za sledovan´ y rok, aby vznikla plynulá návaznost na sousedn´ı roky. Dále pak byly ruˇcnˇe z dat odstranˇeny odlehlé hodnoty, které jsou na Obr. 6.4 oznaˇceny ˇcerven´ ymi kˇr´ıˇzky.

Obr. 6.4: Ukázka prokládán´ı kˇrivky ˇc. 6 74

´ ˇ EM ´ NA DOSTUPNE ´ PREDPOV ˇ ˇ 6 NAVRH PREDIKTORU ZALOZEN EDI ˇ OBLACNOSTI PRO JEDNU FVE Tato situace a ukázka prokládán´ı kˇrivky odpov´ıdaj´ıc´ı 6/16 je znázornˇena na Obr. 6.4, kde jsou patrné v´ yˇse uvedené skuteˇcnosti. Ostatn´ı kˇrivky byly poté prokládány stejn´ ym zp˚ usobem. V´ ysledkem prokládán´ı je pak sada kˇrivek, které definuj´ı jaká bude hodnota ve zm´ınˇen´ ych 16 bodech kaˇzd´ y den v roce viz Obr. 6.5.

Obr. 6.5: Obalové kˇrivky ze sluneˇcn´ıch dn´ı Posledn´ım krokem k tvorbˇe DDREF je naklonován´ı obalov´ ych kˇrivek do druhé p˚ ulky dne a následnˇe jejich proloˇzen´ı v rámci kaˇzdého dne v roce na základˇe ˇcasu v´ ychodu a západu slunce pro dané souˇradnice. Pro proloˇzen´ı jednotliv´ ych bod˚ u ve dni byla pouˇzita funkce interp1() v MATLABu. V´ ysledkem je sada DD pro kaˇzd´ y den v roce pro jasn´ y sluneˇcn´ı

Obr. 6.6: Kˇrivky sluneˇcn´ıch dn´ı den. V´ ysledná sada kˇrivek ve formˇe 3D grafu je poté znázornˇena na Obr. 6.6. Na grafu jsou patrná obˇe maxima v´ ykonu a také propad v´ ykonu v letn´ıch mˇes´ıc´ıch. D´ıky konstrukci denn´ıch diagram˚ u na základˇe ˇcas˚ u v´ ychodu a západu slunce je zde vidˇet také vˇetˇs´ı ˇs´ıˇrka diagramu v letn´ıch mˇes´ıc´ıch. 75


6.5

Stanoven´ı korekˇ cn´ıch koeficient˚ u pro jednotliv´ e tˇ r´ıdy oblaˇ cnosti

Dalˇs´ım krokem pˇri tvorbˇe prediktoru je stanoven´ı korekˇcn´ıch koeficient˚ u pro jednotlivé tˇr´ıdy oblaˇcnosti. Toho je moˇzno doc´ılit pomoc´ı normován´ı, neboli podˇelen´ı dat z referenˇcn´ı elektrárny vypoˇcten´ ymi denn´ımi diagramy pro jasnou oblohu dle následuj´ıc´ıho vztahu: PF V E,normovane =

PF V E (t) DDREF (t)

(6.7)

Kde: PF V E,normovane (t) - normovan´ y okamˇzit´ y v´ ykon FVE v ˇcase t PF V E (t) - okamˇzit´ y v´ ykon FVE v ˇcase t DDREF (t) - hodnota vypoˇcteného denn´ıho diagramu v´ yroby FVE pro jasné dny T´ımto zp˚ usobem dojde k odstranˇen´ı vlivu denn´ıho i roˇcn´ıho kalendáˇre. V´ ysledné pr˚ ubˇehy pod´ıl˚ u jsou pak závislé jen na oblaˇcnosti. Následuj´ıc´ı grafy názornˇe demonstruj´ı v´ yznam a vliv normován´ı.

(a) Denn´ı diagram pro jasn´ y den

(b) Denn´ı diagram a namˇeˇren´ a data pro polojasno/ zataˇzeno

Obr. 6.7: Porovnán´ı skuteˇcnˇe namˇeˇren´ ych dat a vypoˇcten´ ych denn´ıch diagram˚ u Na Obr. 6.7 jsou patrné dva pr˚ ubˇehy v´ ykonu elektrárny a vypoˇcten´ y denn´ı diagram. U levého obrázku je patrná pomˇernˇe dobrá shoda kˇrivek, prav´ y pak znázorˇ nuje pr˚ ubˇeh pˇri stavu oblaˇcnosti polojasno a zataˇzeno. Na Obr. 6.8(a) je patrn´ y vliv oblaˇcnosti na pr˚ ubˇeh pod´ılu obou kˇrivek. Pokud by shoda obou digram˚ u byla stoprocentn´ı, v´ ysledn´ y pod´ıl by byl tvoˇren pˇr´ımkou s hodnotou 1. V tomto grafu nen´ı zakreslena hodnota oblaˇcnosti, která vˇsak byla po cel´ y den rovna 0/8, neboli bylo cel´ y den jasno. Na Obr. 6.8(b) je patrná vazba mezi pr˚ ubˇehem mˇeˇrené oblaˇcnosti a normovaného v´ ykonu. Je zde patrn´ y pokles v´ ykonu FVE pˇri zvˇetˇsené oblaˇcnosti (vyˇsˇs´ı poˇcet osmin). Neboli propad okamˇzitého v´ ykonu pˇribliˇznˇe v polovinˇe dne

76


(a) Normovan´ y v´ ykon – jasn´ y den

(b) Normovan´ y v´ ykon – polojasno/zataˇzeno

Obr. 6.8: Pr˚ ubˇehy normovan´ ych dat koresponduje se zmˇenou oblaˇcnosti. Namˇeˇrená oblaˇcnost má hodinovou granularitu a tedy, jak je z Obr. 6.8(b) patrné, ke zmˇenˇe oblaˇcnosti docház´ı pˇred okamˇzikem mˇeˇren´ı oblaˇcnosti. Dále byla znormovaná data PF V E,normovane dle vztahu (6.7) rozdˇelena podle namˇeˇren´ ych hodnot oblaˇcnosti do jednotliv´ ych tˇr´ıd a byly vypoˇc´ıtány základn´ı statistické ukazatele. Na Obr. 6.9 jsou znázornˇeny histogramy ˇcetnost´ı v´ ykon˚ u v jednotliv´ ych tˇr´ıdách oblaˇcnosti, které slouˇz´ı pro odhad stˇredn´ı hodnoty koeficientu pro danou tˇr´ıdu oblaˇcnosti.

Obr. 6.9: Histogramy ˇcetnost´ı normovan´ ych v´ ykon˚ u Z histogram˚ u je patrné, ˇze nˇekteré hodnoty normovaného v´ ykonu ve tˇr´ıdách oblaˇcnosti jsou vˇetˇs´ı neˇz 1, coˇz znamená, ˇze elektrárna dodává do s´ıtˇe vyˇsˇs´ı v´ ykon, neˇz za sluneˇcného dne. Tento jev je zp˚ usoben rozd´ılnou teplotou panel˚ u pˇri r˚ uzn´ ych oblaˇcnostech, kdy s niˇzˇs´ı teplotou roste u ´ˇcinnost elektrárny.

77


6.6

Korekce denn´ıch diagram˚ u pro jednotliv´ e tˇ r´ıdy oblaˇ cnost´ı

Dále byly urˇceny statistické parametry jako stˇredn´ı hodnota, rozptyl a smˇerodatná odchylka. Jejich hodnoty pro jednotlivé tˇr´ıdy oblaˇcnosti jsou poté vykresleny na Obr. 6.10.

Obr. 6.10: Statistiky normovan´ ych dat v tˇr´ıdách oblaˇcnosti Stˇredn´ı hodnoty znormovan´ ych dat pro jednotlivé tˇr´ıdy oblaˇcnosti jsou pak pouˇzity jako korekˇcn´ı koeficienty oblaˇcnosti k z´ıskán´ı denn´ıch diagram˚ u i pro ostatn´ı tˇr´ıdy oblaˇcnosti. Vynásoben´ım diagram˚ u pro sluneˇcn´ı dny DD na Obr. 6.6 korekˇcn´ımi koeficienty z Obr. 6.10 z´ıskáme denn´ı diagramy pro kaˇzd´ y den v roce a pro kaˇzdou tˇr´ıdu oblaˇcnosti.

6.7

Testov´ an´ı prediktoru a definice chyb

Posledn´ım krokem pˇri tvorbˇe prediktoru je jeho testován´ı a definice chyb. Chyba predikce byla definována jako rozd´ıl predikované hodnoty v ˇcase a skuteˇcnˇe namˇeˇrené dle vztahu:

∆PF V E−M ET EOpredpoved (t + ∆t) = PF V E−namerene (t + ∆t) − PF V E−predikovane (t + ∆t) (6.8) Kde: ∆PF V E−M ET EOpredpoved (t + ∆t) - chyba predikce v ˇcase t PF V E−namerene (t + ∆t) - hodinov´ y pr˚ umˇer vyrobené elektˇriny z FVE PF V E−predikovane (t + ∆t) - oˇcekávaná hodnota vyrobené elektˇriny z FVE z ˇcasu t Prediktor byl naladˇen na namˇeˇren´ ych datech v´ yroby a meteorologické pˇredpovˇedi oblaˇcnosti z roku 2011 a testován na datech z roku 2012. Pˇredpovˇedi na webu http: //www.chmi.cz/ jsou popisovány jako hranice intervalu, ve kterém se bude oblaˇcnost nacházet. Tyto meze jsou, jak jiˇz bylo uvedeno, zohlednˇeny ve vztahu 6.6 pro prediktor. V´ ysledn´ y prediktor vyrobené elektrické energie FVE je brán jako váˇzen´ y pr˚ umˇer tˇechto 78

´ ˇ EM ´ NA DOSTUPNE ´ PREDPOV ˇ ˇ 6 NAVRH PREDIKTORU ZALOZEN EDI ˇ OBLACNOSTI PRO JEDNU FVE oblaˇcnost´ı, kde jednotlivé váhy byly identifikovány na stejn´ ych datech z roku 2011. Na Obr. 6.11 je pak znázornˇeno srovnán´ı namˇeˇrené vyrobené elektˇriny a predikce.

Obr. 6.11: Porovnán´ı skuteˇcné v´ yroby a predikce Poˇzadovanou vlastnost´ı prediktoru je jeho nestrannost, tedy ˇze pr˚ umˇerná chyba predikce se bl´ıˇz´ı nule. Na Obr. 6.12 jsou znázornˇeny denn´ı diagramy stˇredn´ıch hodnot chyb predikc´ı pro oˇcekávané hodnoty, a to jak pro krajn´ı meze interval˚ u oblaˇcnosti a jejich váˇzen´ y pr˚ umˇer. Stˇredn´ı hodnota chyby predikce vyrobené elektrické energie vzniklé z váˇzeného pr˚ umˇeru oblaˇcnost´ı se bl´ıˇz´ı k nule, a tedy je moˇzné tuto predikci povaˇzovat za nestrannou. Pˇresnost prediktoru je moˇzné hodnotit pomoc´ı smˇerodatné odchylky chyby predikce. Ta je

(a) Denn´ı diagram chyby predikce

(b) Smˇerodatn´ a odchylka chyby predikce

Obr. 6.12: Chyby predikce zobrazena na Obr. 6.12. V poledn´ıch hodinách je hodnota smˇerodatné odchylky nejvyˇsˇs´ı a dosahuje cca 18 % instalovaného v´ ykonu, coˇz lze povaˇzovat za pˇrijateln´ y v´ ysledek.

79


6.8

Vyuˇ zit´ı namˇ eˇ ren´ ych dat oblaˇ cnosti jako vstup prediktoru

Dalˇs´ım moˇzn´ ym pˇr´ıstupem ke krátkodobé predikci je uvaˇzován´ı skuteˇcnosti, ˇze oblaˇcnost v ˇcase t m˚ uˇze b´ yt s urˇcitou pravdˇepodobnost´ı stejná jako v následuj´ıc´ı hodinˇe. Neboli prediktor nebude vyuˇz´ıvat hodnoty pˇredpov´ıdané oblaˇcnosti, ale hodnoty posledn´ı mˇeˇrené oblaˇcnosti z dané hodiny. Formálnˇe lze takto pojat´ y prediktor pro jednu FVE ˇci oblast popsat následuj´ıc´ım vztahem: PF V E (t + ∆t) = DDREF (t + ∆t)kOBL (t)

(6.9)

Kde: PF V E (t + ∆t) - predikce jako oˇcekávaná hodnota vyrobené elektˇriny z FVE urˇcená v ˇcase t pro ˇcas (t + ∆t) DDREF (t + ∆t) - vypoˇcten´ y denn´ı diagram pro jasnou oblohu pro ˇcas (t + ∆t) z kapitoly 6.4 kOBL (t) - korekˇcn´ı koeficient pro namˇeˇrenou oblaˇcnost z posledn´ı hodiny ∆t - 1 aˇz 60 minut Uveden´ y prediktor byl opˇet ladˇen na datech z roku 2011. Takto postaven´ y prediktor se liˇs´ı od prediktoru v kapitole 6 vstupem oblaˇcnosti a jeho formáln´ı zápis reflektuje pouˇzit´ı jen koeficientu zahrnuj´ıc´ı vliv oblaˇcnosti. Proto ve vztahu nejsou koeficienty t´ ykaj´ıc´ı se dvou oblaˇcnost´ı. Chybu mˇeˇren´ı je pak moˇzné vyhodnotit dle následuj´ıc´ıho vztahu, kter´ y je stejn´ y jako u prediktoru vyuˇz´ıvaj´ıc´ı data pˇredpov´ıdané oblaˇcnosti: ∆PF V E−M ET EOmerene (t + ∆t) = PF V E−namerene (t + ∆t) − PF V E−predikovane (t + ∆t) (6.10) Kde: ∆PF V E−M ET EOmerene (t + ∆t) - chyba predikce v ˇcase t + ∆t PF V E−namerene (t + ∆t) - hodinov´ y pr˚ umˇer vyrobené elektˇriny z FVE PF V E−predikovane (t + ∆t) - oˇcekávaná hodnota vyrobené elektˇriny z FVE Takto postaven´ y prediktor bude poté testován na datech z roku 2012 v následuj´ıc´ı kapitole. Principiálnˇe m˚ uˇze b´ yt vyuˇzit samozˇrejmˇe vyuˇzit pro predikci v´ yroby elektˇriny z jedné FVE.

80

´ ˇ ˇ 7 PREDIKTOR VYROBY ELEKTRINY Z FVE PRO CELOU CR

7

ˇ Prediktor v´ yroby elektˇ riny z FVE pro celou CR

ˇ Hlavn´ım c´ılem této práce je vytvoˇren´ı prediktoru v´ yroby elektˇriny ze vˇsech FVE v CR. Základem pro tento prediktor je metodika uvedená v pˇredcházej´ıc´ı kapitole s nˇekolika rozd´ıly, které budou dále popsány. Schématické znázornˇen´ı prediktoru je znázornˇeno na ˇ je tvoˇren Obr. 7.1, z kterého je patrné, ˇze v´ ysledná kˇrivka vyrobené elektˇriny za celou CR souˇctem d´ılˇc´ıch kˇrivek za jednotlivé oblasti.

ˇ Obr. 7.1: Prediktor FVE pro celou CR

7.1

Metodika v´ ypoˇ ctu

ˇ je sestaven z nˇekolika ˇca´st´ı. Prediktor je tvoˇren Prediktor v´ yroby elektˇriny pro celou CR souˇcty predikc´ı pro jednotlivé oblasti. Toto lze matematicky zapsat pomoc´ı následuj´ıc´ıch vztah˚ u, které jsou v podstatˇe identické jako pro prediktor pro jednu FVE. Liˇs´ı se jen ve zp˚ usobu v´ ypoˇctu DDoblast . PF V Eoblast (t + ∆t) = DDF V Eoblast (t + ∆)(k1 kOBL (O1 ) + k2 kOBL (O2 ))

(7.1)

ˇ pˇriˇcemˇz jejich seznam je uveden v kapitole 4.2 Tento vztah plat´ı pro kaˇzdou oblast v CR, a v´ ysledn´ y prediktor je pak tvoˇren souˇctem d´ılˇc´ıch predikc´ı pro jednotlivé oblasti. Neboli: PF V E−CR (t + ∆t) = PF V E−CEZ−zapad (t) + ... + PF V E−E.ON.−zapad (t)

(7.2)

Metodika v´ ypoˇctu denn´ıch digram˚ u pro jasnou oblohu a sad koeficient˚ u pro vˇsechny tˇr´ıdy oblaˇcnosti je odliˇsná od v´ ypoˇctu pro jednu elektrárnu. Pokud bychom mˇeli k dispozici namˇeˇrené hodnoty pro d´ılˇc´ı elektrárny v dané oblasti, bylo by moˇzno pouˇz´ıt postup uveden´ y v pˇredchoz´ı kapitole a pro urˇcen´ı v´ yroby elektˇriny v oblasti by staˇcilo seˇc´ıst v´ yroby 81

´ ˇ ˇ 7 PREDIKTOR VYROBY ELEKTRINY Z FVE PRO CELOU CR z jednotliv´ ych elektráren. Nicménˇe hodnoty d´ılˇc´ıch v´ yrob nejsou k dispozici, je vˇsak moˇzno z´ıskat souhrnné hodnoty v´ yroby elektˇriny. Proto byl zvolen následuj´ıc´ı postup, kter´ y vyuˇz´ıvá vypoˇctené denn´ı digramy pro jasnou oblohu z referenˇcn´ı elektrárny DDREF z kapitoly 6 a má za c´ıl naj´ıt takové koeficienty, které pˇrepoˇctou denn´ı diagramy referenˇcn´ı elektrárny na denn´ı diagramy oblast´ı. T´ımto z´ıskáme pro kaˇzdou oblast sadu denn´ıch digram˚ u pro jasnou oblohu a poté jiˇz m˚ uˇzeme stejn´ ym zp˚ usobem jako v kapitole 6.5 urˇcit korekˇcn´ı koeficienty pro vˇsechny tˇr´ıdy oblaˇcnosti. Celou metodiku lze tedy shrnout do následuj´ıc´ıch bod˚ u: • Vyhledán´ı sluneˇcn´ıch dn´ı v datech z kaˇzdé oblasti • Pomoc´ı v´ ypoˇctu koeficient˚ u pˇrepoˇc´ıst DDREF na DDoblast • Oˇcistit data od vlivu kalendáˇre (normován´ı dat) - pod´ıl namˇeˇren´ ych dat v˚ uˇci DDoblast • Stanoven´ı zástupného m´ısta oblasti pro stanoven´ı korekˇcn´ıch koeficient˚ u oblaˇcnosti • Stanovit chybu predikce pro vˇsechny oblasti ˇ • Souˇcet denn´ıch diagram˚ u ze vˇsech oblast´ı a definice chyb predikce pro celou CR

7.2

Pˇ repoˇ cet DDREF na DDoblast

Na Obr. 7.2 je patrné srovnán´ı DDREF s denn´ım diagramem oblasti pro stejn´ y jasn´ y den. Denn´ı diagram referenˇcn´ı elektrárny je posunut ve smˇeru osy x i y, ménˇe je zde také patrné

Obr. 7.2: Porovnán´ı denn´ıho diagramu pro pro referenˇcn´ı elektrárnu a pro oblast rozd´ılná ˇs´ıˇrka tohoto diagramu v˚ uˇci referenˇcn´ımu (na Obr. 7.2 oznaˇcen jako denn´ı diagram pro Prahu). Z tohoto tedy plyne potˇreba urˇcen´ı tˇr´ı koeficient˚ u, které koriguj´ı denn´ı diagram referenˇcn´ı elektrárny v˚ uˇci diagramu oblasti a ty jsou: • Koeficient korekce stˇredu ks • Koeficient korekce maximáln´ıho v´ ykonu kmax 82

´ ˇ ˇ 7 PREDIKTOR VYROBY ELEKTRINY Z FVE PRO CELOU CR • Koeficient v´ ychodu a západu slunce kvz V´ ypoˇcet tˇechto koeficient˚ u je nutno provést postupnˇe. Nejprve je nutno korigovat stˇred diagram˚ u, neboli posunout cel´ y diagram tak, aby oba diagramy byly v˚ uˇci sobˇe symetrické. Dále je moˇzné vypoˇc´ıst korekci maxima, ˇc´ımˇz se digram posune ve smˇeru osy y a posledn´ı korekc´ı je u ´prava ˇs´ıˇrky diagramu. Postup v´ ypoˇctu jednotliv´ ych koeficient˚ u je pak uveden dále. 7.2.1

Stanoven´ı korekce stˇ redu denn´ıho diagramu

Korekce stˇredu spoˇc´ıvá v posunu celého denn´ıho digramu referenˇcn´ı elektrárny ve smˇeru osy x v˚ uˇci denn´ımu diagramu oblasti. Pˇredpokladem pro v´ ypoˇcet tohoto koeficientu je vyhledán´ı sluneˇcn´ıch dn´ı z oblast´ı a jejich porovnán´ı s vypoˇcten´ ymi denn´ımi diagramy referenˇcn´ı elektrárny. Vlastn´ı v´ ypoˇcet pak prob´ıhal tak, ˇze byly spoˇc´ıtány rozd´ıly x souˇradnic bod˚ u pro stejné v´ ykony na obou kˇrivkách v prvn´ı i druhé polovinˇe dne. Neboli pro prvn´ı polovinu dne byly z grafu odeˇcteny souˇradnice xv−REF a xv−oblast pro ˇctyˇri hodnoty instalovaného v´ ykonu, konkrétnˇe pro v´ ykony 10% aˇz 40%. Pro druhou polovinu dne byly odeˇctené hodnoty ve stejn´ ych v´ ykonech a byly oznaˇceny jako xz−REF a xz−oblast . Poˇcet tˇechto hodnot byl zvolen experimentálnˇe tak, aby bylo moˇzno provést v´ ypoˇcet pro vˇsechny sluneˇcné dny pro vˇsechny oblasti Pro nˇekteré sluneˇcn´ı dny v zimn´ıch mˇes´ıc´ıch se mohlo stát, ˇze hodnota v´ ykonu v´ ykonu byla menˇs´ı neˇz 50 % instalovaného v´ ykonu. Vlastn´ı v´ ypoˇcet koeficientu posunut´ı stˇredu je pak moˇzno popsat následuj´ıc´ı rovnic´ı. rozdil vychod = xv−REF (i) − xv−oblast (i)

(7.3)

rozdil zapad = xz−REF (i) − xz−oblast (i) rozdil vychod − rozdil zapad ks = round median [min] 2

(7.4) (7.5)

Kde: i = 10% ÷ 40% instalovaného v´ ykonu Na obrázku 7.3 je patrn´ y pr˚ ubˇeh koeficientu stˇredu pro cel´ y rok pro oblast E.ON.v´ ychod. Je moˇzné pˇredpokládat, ˇze tento koeficient bude v pr˚ ubˇehu roku stejn´ y a bude udávat, o kolik minut je posunut diagram v˚ uˇci referenˇcn´ı elektrárnˇe. Proto byl z jednotliv´ ych koeficient˚ u vypoˇcten medián, kter´ y je pro tuto konkrétn´ı oblast 9 minut. Korekce stˇred˚ u ostatn´ıch oblast´ı jsou pak uvedeny v tabulce A.3 pˇr´ıloze A.3. Záporná hodnota v tabulce udává, ˇze je digram oblasti posunut doleva v˚ uˇci Praze. Podle pˇredpoklad˚ u je posun ˇ diagramu oblasti CEZ - stˇred 0 minut, protoˇze referenˇcn´ı elektrárna leˇz´ı v této oblasti, dále ˇ pak posun diagramu CEZ Západ je na opaˇcnou stranu, a to + 4 minuty v˚ uˇci Praze.

83


Obr. 7.3: Koeficient stˇredu pro E.ON.-v´ ychod 7.2.2

Stanoven´ı koeficientu maxim´ aln´ıho v´ ykonu

Po korekci stˇredu diagramu je moˇzno urˇcit koeficient maxima. Ten byl stanoven jako medián pod´ılu obou diagram˚ u okolo poledne. Neboli: DDREF (t) (7.6) kmax = median DDoblast (t1 − t2 ) Kde: DDREF (t) Hodnoty denn´ıho referenˇcn´ı elektrárny pro hodnoty okolo poledne, kde t odpov´ıdá rozsahu od 660 do 780 minuty.

Obr. 7.4: Koeficient maxima pro E.ON.-v´ ychod Na Obr. 7.4 je patrn´ y pr˚ ubˇeh korekce maxima opˇet pro E.ON.-v´ ychod. Hodnoty koeficientu byly proloˇzeny hladkou kˇrivkou a t´ım vznikla sada korekˇcn´ıch koeficient˚ u pro kaˇzd´ y den v roce.

84

´ ˇ ˇ 7 PREDIKTOR VYROBY ELEKTRINY Z FVE PRO CELOU CR 7.2.3

Stanoven´ı korekce v´ ychodu a z´ apadu

Po aplikaci pˇredcházej´ıc´ıch dvou koeficient˚ u na DDREF je moˇzno stanovit koeficient, kter´ y uprav´ı ˇs´ıˇrku diagramu. Z moˇzn´ ych variant jeho v´ ypoˇctu byla vybrána moˇznost posunu x souˇradnic v´ ychodu a západu slunce jeˇstˇe pˇred tvorbou DDREF . Neboli prodlouˇz´ıme ˇcas mezi v´ ychodem a západem slunce a t´ım se jednotlivé body, které tvoˇr´ı DDREF posunou po kˇrivce a umoˇzn´ı roztaˇzen´ı kˇrivky denn´ıho diagramu. Algoritmus navrˇzen´ y pro tento v´ ypoˇcet hledal takov´ y posun ˇcasu v´ ychodu a západu slunce, aby rozd´ıl mezi obˇema kˇrivkami v nˇekolika v´ ykonov´ ych hladinách byl minimáln´ı. Na Obr. 7.5 jsou znázornˇeny koeficienty pro slunné dny oblasti. Hodnoty koeficientu byly stejnˇe jako koeficient maxima proloˇzeny interpolaˇcn´ı kˇrivkou a t´ım vznikla sada korekˇcn´ıch koeficient˚ u pro kaˇzd´ y den v roce. Je zde také nutno podotknout, ˇze hodnoty na ose y nevyjadˇruj´ı posun v minutách. Závˇerem

Obr. 7.5: Koeficient roztaˇzen´ı kˇrivky k tˇemto korekc´ım je vhodné uvést srovnán´ı p˚ uvodn´ıch a nekorigovan´ ych dat po aplikaci vˇsech tˇr´ı korekc´ı, coˇz znázorˇ nuje Obr. 7.6. V tomto konkrétn´ım pˇr´ıpadˇe se jedná o digram DDF V E−E.ON.−vychod , pˇriˇcemˇz korekce stˇredu byla 10, korekce maximáln´ıho v´ ykonu 1,11 a korekce v´ ychodu a západu 5. Z Obr. 7.6 je patrná dobrá shoda kˇrivek. Je zde vˇsak nutno podotknout, ˇze takto dobrá shoda je v´ ysledkem v´ ypoˇctu vˇsech tˇr´ı koeficient˚ u pro konkrétn´ı jasn´ y den. Abychom z´ıskali korekce pro cel´ y rok, byly hodnoty koeficient˚ u prokládány kˇrivkou, ˇc´ımˇz mohlo doj´ıt k drobn´ ym chybám. Proklán´ı koeficient˚ u bylo nezbytné, protoˇze sluneˇcn´ıch dn´ı, ze kter´ ych byly koeficienty poˇc´ıtány, bylo v datech malé mnoˇzstv´ı.

7.3

Tvorba denn´ıch diagram˚ u pro jednotliv´ e oblasti

Po aplikaci vˇsech tˇr´ı korekc´ı na DDREF je moˇzno vytvoˇrit pro kaˇzdou oblast sadu denn´ıch diagram˚ u pro jasn´ y den DDoblast . Na Obr. 7.7 jsou vyobrazeny DDoblast pro oblast E.ON.V´ ychod a CEZ-Sever. Zámˇernˇe jsem vybral tyto dva vypoˇctené denn´ı diagramy oblast´ı, protoˇze jsou mezi nimi pomˇernˇe dobˇre patrné rozd´ıly. Konkrétnˇe tedy v maximáln´ıch hodnotách v´ ykon˚ u, které jsou pro E.ON.-V´ ychod vyˇsˇs´ı a dále taky ve vˇetˇs´ım poklesu v´ ykonu 85


(a) Srovn´ an´ı namˇeˇren´ ych hodnot s DDREF

(b) Srovn´ an´ı korigovaného DDREF s namˇeˇren´ ymi hodnotami

Obr. 7.6: Srovnán´ı denn´ıch diagram˚ u pˇred a po korekc´ıch v letn´ıch mˇes´ıc´ıch, coˇz je zp˚ usobeno vyˇsˇs´ı teplotou panelu. Ostatn´ı denn´ı digramy jsou poté uvedeny v pˇr´ıloze A.5.

(a) DDE.ON.−V ychod

(b) DDCEZ−Sever

Obr. 7.7: Vypoˇctené DDoblast

7.3.1

Volba z´ astupn´ eho m´ısta oblasti

Pˇri stanoven´ı korekˇcn´ıch koeficient˚ u pro jednotlivé tˇr´ıdy oblaˇcnosti v kapitole 6.6 byly pouˇzity mˇeˇrené hodnoty oblaˇcnosti z bl´ızké meteostanice. Tato metoda nelze vˇsak pouˇz´ıt pro oblast, protoˇze v n´ı je v´ıce meteostanic. Je zde tedy otázkou, z jaké meteostanice je moˇzno pouˇz´ıt data, protoˇze namˇeˇrené hodnoty v´ ykon˚ u jsou brány za celou oblast, ale mˇeˇrená oblaˇcnost je dostupná pouze pro jedno m´ısto, pˇr´ıpadnˇe v´ıce m´ıst v oblasti. Je tedy nutno stanovit metodiku urˇcen´ı vhodné zástupné lokality pro oblast, která potom bude slouˇzit pro urˇcen´ı koeficient˚ u pro jednotlivé tˇr´ıdy oblaˇcnosti. 86

´ ˇ ˇ 7 PREDIKTOR VYROBY ELEKTRINY Z FVE PRO CELOU CR Toto bylo vyˇreˇseno tak, ˇze byly nejdˇr´ıve vybrány meteostanice patˇr´ıc´ı do jednotliv´ ych kraj˚ u a postupnˇe byla poˇc´ıtána chyba predikce pˇri pouˇzit´ı vˇsech meteostanic v oblasti. Jako zástupné m´ısto oblasti byla poté zvolena meteostanice na základˇe chyby predikce. Z tˇechto hodnot byla urˇcena jedna hodnota pro kaˇzdou meteostanici: X |chyba predikce(t)| (7.7) t

Kde: t - ˇcas V´ ysledkem bylo jedno ˇc´ıslo pro kaˇzdou meteostanici, pˇriˇcemˇz z nich byla vybrána ta, kde hodnota byla nejmenˇs´ı. Zastoupen´ı jednotliv´ ych meteostanic spolu s jejich rozdˇelen´ım do kraj˚ u je poté uvedeno v tabulce (viz. Tab: A.2), která je pro svou velikost uvedena v pˇr´ıloze A.4.

7.4

Testov´ an´ı prediktoru a definice chyb

Posledn´ım krokem pˇri tvorbˇe prediktoru je seˇcten´ı vˇsech predikovan´ ych v´ ykon˚ u ze vˇsech oblast´ı a stanoven´ı chyb. Chyba predikce je definována stejn´ ym zp˚ usobem jako u prediktoru pro jednu FVE a je tedy i stejnˇe hodnocena. Neboli, hodnot´ıc´ım kritériem pro kvalitu prediktoru je stˇredn´ı hodnota chyby predikce, jej´ıˇz denn´ı pr˚ ubˇeh je znázornˇen na Obr. 7.8(a). Maximáln´ı hodnota této chyby vycház´ı pˇri pouˇzit´ı váˇzeného pr˚ umˇeru pˇredpovˇed´ı 4 %. Maximáln´ı hodnota smˇerodatné odchylky, která je znázornˇena na Obr. 7.8(b) vycház´ı pˇribliˇznˇe 15 % coˇz je ménˇe neˇz v pˇr´ıpadˇe prediktoru pro jednu fotovoltaickou elektrárnu.

(a) Denn´ı diagram chyby predikce

(b) Smˇerodatn´ a odchylka chyby predikce

ˇ Obr. 7.8: Chyby predikce pro celou CR

87

´ ER ˇ 8 ZAV

8

Z´ avˇ er

ˇ e republice spolu Jedn´ım z c´ıl˚ u této práce bylo popsat stav liberalizované energetiky v Cesk´ se subjekty, které zde p˚ usob´ı. V souˇcasné dobˇe je energetika plnˇe liberalizována. Je umoˇznˇen pˇr´ıstup tˇret´ıch stran k s´ıt´ım za regulované ceny. Obchodovateln´ ymi komoditami je silová elektˇrina a elektˇrina ve formˇe podp˚ urn´ ych sluˇzeb. Na základˇe energetického zákona je povinen provozovatel pˇrenosové soustavy ˇr´ıdit soustavu a zajiˇst’ovat tzv. systémové sluˇzby, pˇriˇcemˇz jejich realizaci zajiˇst’uje právˇe nákupem podp˚ urn´ ych sluˇzeb, ˇci elektˇriny ve formˇe podp˚ urn´ ych sluˇzeb. Silová elektˇrina je obchodovatelnou komoditou na burze a jej´ı cena závis´ı na aktuáln´ı situaci trhu. Koncov´ y spotˇrebitel poté plat´ı vyjma ceny za silovou elektˇrinu i dalˇs´ı poplatky. Jedná se o regulovanou ˇca´st ceny za elektˇrinu, která se skládá z ceny za distribuci, pˇrenos a dalˇs´ı ˇcásti. Podstatnou poloˇzkou ceny je také pˇr´ıspˇevek na podporu v´ yroby elektˇriny z obnoviteln´ ych zdroj˚ u, kter´ y v souˇcasnosti prudce roste. Tento nár˚ ust je zp˚ usoben masivn´ım rozvojem v´ ystavby fotovoltaick´ ych elektráren, které byly formou v´ ykupn´ıch cen a jejich garanc´ı dotovány. Proto je c´ılem tˇret´ı kapitoly propojit problematiku obchodován´ı s elektˇrinou s problematikou rozvoje fotovoltaick´ ych elektráren. Jsou v n´ı uvedeny d˚ uvody a dopady rozˇ voje fotovoltaiky v Ceské republice v posledn´ıch nˇekolika letech spolu s pˇredstaven´ım ˇ e republice. Právˇe d´ıky tomuto pˇr´ırodn´ıch podm´ınek instalace tˇechto elektráren v Cesk´ rozmachu nastává otázka, jak urˇcit budouc´ı vyrábˇené mnoˇzstv´ı elektˇriny z tˇechto zdroj˚ u. V návaznosti na tˇret´ı kapitolu jsou poté v kapitole ˇctyˇri pˇredstavena pouˇzitá data spolu s jejich základn´ı anal´ yzou, které poté budou slouˇzit jako základ pro prediktor. Jsou zde analyzovány závislosti v´ ykonu fotovoltaické elektrárny na osvitu, oblaˇcnosti a teplotˇe. Nápln´ı kapitoly pˇet je pˇrehled metod pouˇz´ıvan´ ych v souˇcasnosti pro predikci, pˇriˇcemˇz vybrané jsou testovány. Je zde uveden matematick´ y model fotovoltaického ˇclánku spolu s jeho softwarovou implementac´ı a ovˇeˇren´ı jeho funkˇcnosti na reáln´ ych datech. V´ ysledky simulac´ı jsou také porovnány s v´ ystupy z neuronové s´ıtˇe, která byla také testována. Kapitola ˇsest se poté zab´ yvá návrhem prediktoru pro jednu fotovoltaickou elektrárnu, kter´ y na základˇe dat oblaˇcnosti dokáˇze urˇcit budouc´ı vyrábˇené mnoˇzstv´ı elektˇriny z tohoto zdroje. Je zaloˇzen na novˇe navrˇzeném zp˚ usobu v´ ypoˇctu sady denn´ıch diagram˚ u pro jasnou oblohu pro kaˇzd´ y den v roce a zp˚ usob˚ u stanoven´ı pˇrepoˇc´ıtávac´ıch koeficient˚ u zohledˇ nuj´ıc´ı vliv oblaˇcnosti. Hodnotit tento prediktor lze na základˇe chyby predikce, která byla stanovena jako rozd´ıl skuteˇcnˇe namˇeˇren´ ych v´ ykon˚ u a predikovan´ ych hodnot. Jej´ı stˇredn´ı hodnota je pak pˇribliˇznˇe 3 % instalovaného v´ ykonu, coˇz je pˇrijatelné hodnota. Smˇerodatná odchylka pak dosahuje v poledn´ıch hodnotách pˇribliˇznˇe 18 % instalovaného v´ ykonu. Nápln´ı sedmé kapitoly je rozˇs´ıˇren´ı prediktoru pro jednu fotovoltaickou elektrárnu na ˇ celou Ceskou republiku, kdy je jako základ vyuˇzita metodika uvedená v kapitole ˇsest. Pˇri vyhodnocen´ı chyby predikce, definované stejnˇe jako pro jednu elektrárnu, vycház´ı stˇredn´ı hodnoty chyby predikce pˇribliˇznˇe 4 % instalovaného v´ ykonu a smˇerodatná odchylka chyby 88

´ ER ˇ 8 ZAV predikce dosahuje v poledn´ıch hodnotách pˇribliˇznˇe 15 % instalovaného v´ ykonu, coˇz je pˇrijatelná hodnota. Hlavn´ı c´ıle práce, tedy pˇrehled princip˚ u fungován´ı liberalizovaného trhu, návrh, softwarová realizace a otestován´ı prediktoru, lze povaˇzovat za splnˇené.

8.1

Dalˇ s´ı smˇ er v´ yzkumu

V souˇcasnosti prob´ıhá pomˇernˇe intenzivn´ı v´ yzkum v oblasti prediktor˚ u v´ yroby elektˇriny z obnoviteln´ ych zdroj˚ u. Tento zájem je zapˇr´ıˇcinˇen celospoleˇcenskou snahou o zvyˇsován´ı vyuˇz´ıván´ı obnoviteln´ ych zdroj˚ u, které spolu nese urˇcité problémy ˇci v´ yzvy k ˇreˇsen´ı. Proto ani navrˇzené prediktory v této práci nelze povaˇzovat za kompletnˇe dokonˇcené. Vˇzdy je moˇzné je dále vylepˇsovat a rozv´ıjet. Pomˇernˇe velk´ y prostor je pˇri vyuˇzit´ı jin´ ych zdroj˚ u dat oblaˇcnosti, coˇz je nápln´ı kapitoly 4.4. Dalˇs´ı moˇznost´ı vylepˇsen´ı je ladˇen´ı prediktoru na datech v´ yroby za delˇs´ı ˇcasové obdob´ı. Navrˇzené prediktory zohledˇ nuj´ı vliv teploty na v´ ykon FVE pomoc´ı vypoˇcten´ ych denn´ıch digram˚ u, kde je na diagramech dobˇre patrn´ y pokles v´ ykonu v letn´ıch mˇes´ıc´ıch. D´ıky vyˇsˇs´ı teplotˇe panel˚ u klesá u ´ˇcinnost FVE. Aby bylo moˇzné zahrnout teplotu panelu jako vstup prediktoru, bylo by nutné vytvoˇrit komplexn´ı teplotn´ı model teploty panelu, kter´ y by vyuˇz´ıval nejenom pˇredpov´ıdané hodnoty teploty, ale také rychlost, smˇer vˇetru a také sráˇzky. Nask´ ytá se zde moˇznost vyuˇz´ıt data z referenˇcn´ı elektrárny, nicménˇe v tomto pˇr´ıpadˇe se jedná o stˇreˇsn´ı instalaci, která je um´ıstˇena ve mˇestˇe. Naproti tomu vˇetˇsina velk´ ych FVE je um´ıstˇena na pol´ıch.

8.2

Vlastn´ı pˇ r´ınos pr´ ace

V u ´vodn´ı ˇca´sti práce je definován a rozebrán souˇcasn´ y stav liberalizované energetiky ˇ v Ceské republice, kde jsou popsány jednotlivé subjekty a vztahy mezi nimi. V této kapitole je také popsána pouˇz´ıvaná metodika predikce spotˇreby. Vlastn´ı pˇr´ınos této ˇcásti spatˇruji v reˇserˇsn´ım zp˚ usobu zpracován´ı této problematiky, která pak slouˇz´ı jako v´ ychoz´ı pro dalˇs´ı práci. Dalˇs´ı ˇcást´ı práce, která navazuje na problematiku v´ yrobc˚ u elektˇriny v liberalizované energetice, je problematika prudkého rozvoje v´ ystavby nov´ ych FVE, která spolu pˇrináˇs´ı urˇcité problémy ˇci otázky. Jedn´ım z problém˚ u, které sebou jejich rozvoj pˇrinesl, je potˇreba urˇcen´ı budouc´ıho vyrábˇeného mnoˇzstv´ı, pˇriˇcemˇz tato informace je d˚ uleˇzitá pro v´ıce subjekt˚ u v energetice. Proto je dalˇs´ı ˇcást´ı disertaˇcn´ı práce anal´ yza fungován´ı fotovoltaick´ ych elektráren spolu s anal´ yzou souˇcasnˇe vyuˇz´ıvan´ ych technik a metod t´ ykaj´ıc´ıch se predikce ˇ spolu s návrhem prediktoru pro jednu FVE a následnˇe pro celou Ceskou republiku. Za vlastn´ı pˇr´ınos práce je moˇzné povaˇzovat anal´ yzu vstupn´ıch dat spolu s reˇserˇsn´ım zp˚ usobem zpracované problematiky predikce a pˇredevˇs´ım softwarovou realizaci prediktor˚ u v´ yroby 89

´ ER ˇ 8 ZAV ˇ elektˇriny z FVE pro jednu FVE i pro celou Ceskou republiku spolu s definic´ı chyb. Dále bych zm´ınil metodiku vypoˇcten´ı sady denn´ıch diagram˚ u pro jasn´ y den, která je unikátn´ı. Je zaloˇzena na v´ ypoˇctu denn´ıch diagram˚ u z namˇeˇren´ ych dat napˇr´ıˇc cel´ ym rokem, pˇri vyuˇzit´ı ˇcas˚ u v´ ychod˚ u a západ˚ u slunce pro konkrétn´ı elektrárnu. V ˇzádné jiné studované práci stejn´ y zp˚ usob uveden nen´ı. Hlavn´ı v´ ystup práce je moˇznost, pomoc´ı navrˇzen´ ych algoritm˚ u na základˇe dostupné pˇredpovˇedi oblaˇcnosti (nebo posledn´ı mˇeˇrené hodnoty), urˇcit budouc´ı vyrábˇené mnoˇzstv´ı ˇ e republice. Konkrétnˇe tedy pro elektˇriny ze vˇsech fotovoltaick´ ych elektráren v celé Cesk´ kaˇzdou hodinu v roce se stˇredn´ı hodnotou chyby predikce okolo 4 % instalovaného v´ ykonu a smˇerodatnou odchylkou nepˇresahuj´ıc´ı v poledn´ıch hodnotách 15 %.

90

9 RESUME

9

Resume

This thesis dealt with the prediction of generated electricity in liberalized environment. At the beginning of this thesis the background of the liberalized electricity market is defined. There is shown the relationship between all participants of electricity market. The most important change in the energy sector was the massive development of new installed photovoltaic power plants. For this reason, the conditions of the massive development were introduced in the third chapter. There is an important question about prediction of generated electricity from this type of sources because this information is important for several market participants and for controlling of the energy sector. Therefore, the fourth chapter deals with the analysis of necessary data which was used for the design of the generated electricity predictor. The fifth chapter presents the possibilities of the generated electricity prediction from photovoltaic power plants and the predictor was designed from this background. The main goal of this work was to design the generated electricity predictor from photovoltaics based on available cloudiness data. For this reason, the sixth chapter contains the complete design and testing of the predictor for one photovoltaic power plant. The seventh chapter presents the update of the designed predictor for the whole Czech Republic. For the predictor validation, the errors were defined as the differences between real and predicted values. The mean value of the predictor for the whole Czech Republic was 4 % of installed power and the maximum value of daily standard deviation progress was 15 % of installed power.

91

REFERENCE

Reference ˇ [1] CHEMISINEC, I. Obchod s elektˇrinou. Conte, 1. vyd. Praha: Conte, c2010, 201 s. ISBN 978-80-254-6695-7. [2] Webové str´ anky Energetického regulaˇcn´ıho u ´ˇradu. [online]. [cit. 2013-06-07]. Dostupné z: http://www.eru.cz/. [3] Webové str´ anky Oper´ atora trhu s elektˇrinou. [online]. [cit. 2013-06-07]. Dostupné z: http://www.ote-cr.cz/. ´ [4] KNARA, J. Ceny a rizika pˇri dod´ avce elektˇriny pro koneˇcné z´ akazn´ıky. Západoˇceská univerzita, 2008. [5] Webové str´ anky Energotherm. [online]. [cit. 2013-06-07]. Dostupné z: http://www. energotherm.cz/. [6] Neuronové s´ıtˇe. [online]. [cit. 2013-06-07]. Dostupné z: www.cs.cas.cz/pklan/CHI7. pdf. [7] Neural Network Toolbox. [online]. [cit. 2013-06-07]. Dostupné z: http://www. mathworks.com/products/neural-network/. [8] Internetové str´ anky spoleˇcnosti Taures. [online]. [cit. 2013-06-07]. Dostupné z: http: //www.taures.cz/. ´ [9] Kolektiv autor˚ u. Trh s elektˇrinou - Uvod do liberalizované energetiky. [10] Pravidla provozov´ an´ı distribuˇcn´ı soustavy. [online]. [cit. 2013-06-07]. Dostupné z: http://www.cezdistribuce.cz/cs/energeticka-legislativa/ pravidla-provozovani-ds/ppds2012.html. ˇ [11] Webové str´ anky CEPS. [online]. [cit. 2013-06-07]. Dostupné z: http://www.ceps.cz/ CZE/Stranky/default.aspx. ´ M. Zhodnocen´ı stavu liberalizace trhu s elektˇrinou v CR ˇ k roku 2006 a [12] BOHATY, ˇ Plzeˇ postaven´ı nez´ avislého obchodn´ıka s elektˇrinou. Diplomová práce, ZCU n, 2011. [13] Vyhláˇska ˇc. 218/2001 Sb. [online]. [cit. 2013-06-07]. Dostupné z: http://www.psp. cz/sqw/sbirka.sqw?cz=218&r=2001. [14] Vyhláˇska ˇc. 82/2011 Sb. [online]. [cit. 2013-06-07]. Dostupné z: http://www.psp.cz/ sqw/sbirka.sqw?cz=82&r=2011. [15] Webové str´ anky PXE. [online]. [cit. 2013-06-07]. Dostupné z: http://www.pxe.cz/.

92

REFERENCE [16] Webové str´ anky TZB-info. [online]. [cit. 2013-0607]. Dostupné z: http://oze.tzb-info.cz/fotovoltaika/ 9698-byly-vykupni-ceny-elektriny-z-fotovoltaiky-stanoveny-primerene. [17] LIN, M., WANG Z., Yang L., CHEN, M., MENG, F. Power prediction model of gridconnected photovoltaic and power flow analysis. In Power and Energy Engineering Conference (APPEEC), 2012 Asia-Pacific, pages 1–4, 2012. [18] HOSODA, Y., NAMERIAKWA, T. Short-term photovoltaic prediction; filtering and clustering. In SICE Annual Conference (SICE), 2012 Proceedings of, pages 119–124, 2012. [19] LORENTZ E., HURKA, J., HEINEMANN, D., BEYER, H.G. Irradiance forecasting for the power prediction of grid-connected photovoltaic systems. volume 2, pages 2 –10, march 2009. [20] WANG, Z., SU, S., ZHANG, S. The application of photovoltaic power prediction technology. In Electronics, Communications and Control (ICECC), 2011 International Conference on, pages 2343 –2346, sept. 2011. [21] ERNST, B., REYER, F., VANZETTA, J. Wind power and photovoltaic prediction tools for balancing and grid operation. In Integration of Wide-Scale Renewable Resources Into the Power Delivery System, 2009 CIGRE/IEEE PES Joint Symposium, pages 1 –9, july 2009. [22] Photovoltaic Geographical Information System (PVGIS). [online]. [cit. 2013-06-07]. Dostupné z: http://re.jrc.ec.europa.eu/pvgis/. [23] Skripta statistika. [online]. [cit. 2013-06-07]. Dostupné z: ~synek/statistika/skripta/CasRad3.doc.

http://fzp.ujep.cz/

[24] WAGNER, P. Analýza ˇcasové ˇrady dle vlastn´ıho výbˇeru. 2009. ´ M., kol. Umˇelé neuronové s´ıtˇe, teorie a aplikace. C. H. Beck, Praha, 1998. [25] NOVAK, [26] CHALUPNÍK, V. Biologické algoritmy line]. [cit. 2013-05-31]. Dostupné z: biologicke-algoritmy-4-neuronove-site/.

(4)

- Neuronové s´ıtˇe. [onhttp://www.root.cz/clanky/

ˇ ızen´ı provozu mikro-s´ıt´ı nap´ ˇ [27] SOUKUP, M. R´ ajených OZE, Diplomov´ a pr´ ace, FEL ZCU ˇ Plzeˇ Plzeˇ n, 2006. ZCU n, 2006. [28] KUPKA, K. Statistické ˇr´ızen´ı jakosti: interaktivn´ı analýza a interpretace dat pro ˇr´ızen´ı jakosti a ekonomiku. Pardubice : TriloByte, 1997.

93

VLASTNÍ PUBLIKACE

Vlastn´ı publikace ˇ 2011. [29] MAJER, V. Predikce spotˇreby pro obchodov´ an´ı s elektˇrinou. ZCU, [30] MAJER, V. Preparing and analysis of electricity consumption data for short term prediction. In Electric Power Engineering and Ecology - Selected Parts I, BEN technická literatura, 2011, s. 63-66. ISBN: 978-80-7300-417-0. [31] MAJER, V. System and ancillary services. Plzeˇ n, 2010., ISBN: 978-80-7043-893-0. [32] MAJER, V. Simulace napˇet’ového kolapsu s vyuˇzit´ım knihovny simpowersystems ˇ ast 3., Elektroenergetika., programu simulink. Elektrotechnika a informatika 2010. C´ Plzeˇ n: Západoˇceská univerzita, 2010. s. 49-52. ISBN: 978-80-7043-915-9. [33] MAJER, V. Preparing and analysis of electricity consumption data for short term prediction. Renewable Energy Sources 2011, Plzeˇ n: Západoˇceská univerzita, 2011. s. 134-137. ISBN: 978-80-261-0010-2. [34] MAJER, V. Predikce spotˇreby pro obchodován´ı s elektˇrinou. Elektrotechnika a inˇ ast tˇret´ı. Elektroenergetika., Plzeˇ formatika 2011. C´ n: Západoˇceská univerzita, 2011. s. 39-42. ISBN: 978-80-261-0017-1. ˇ in. Elektrotechnika a informatika 2008. [35] MAJER, V. Anal´ yza trhu s elektˇrinou v Cr. ˇ ast 3., Elektroenergetika, V Plzni: Západoˇceská univerzita, 2008. s. 55-58. ISBN: C´ 978-80-7043-703-2. [36] MAJER, V. Trh s elektˇrinou v liberalizovaném prostˇred´ı. Elektrotechnika a informaˇ ast 3., Elektroenergetika., V Plzni: Západoˇceská univerzita, 2009. s. 53-56. tika 2009. C´ ISBN: 978-80-7043-811-4. ´ ´ A., JANECEK ˇ [37] MAJER, V., ZAPOTOCK A, P. Predikce v´ yroby elektˇriny z fotovoltaické elektrárny na základˇe dostupné pˇredpovˇedi oblaˇcnosti. In Proceedings of the 14th International Scientific Conference – Electric Power Engineering 2013, Ostrava: Vysoká ˇskola bán ˇská - Technická univerzita Ostrava, 2013. s. 143-148. ISBN 978-80248-2988-3. ´ F., and HEJTMANKOV ´ ´ P. Vliv cen ropy na cenu elektrické [38] MAJER, V., NOVY, A, ˇ e republicev. In Proceedings of Abstracts of the 11th International Scienenergie v Cesk´ tific Conference EEE 2012: Energy - Ecology - Economy, Bratislava: Slovak University of Technology in Bratislava, 2012. s. 1-7. ISBN: 978-80-89402-49-6. [39] MAJER, V., MEZERA, J. Prediction possibilities of electricity production from photovoltaic systems. In Proceedings of the 13th International Scientific Conference – Electric Power Engineering 2012, Brno: Vysoké uˇcen´ı technické v Brnˇe, 2012. s. 481484. ISBN: 978-80-214-4514-7. 94

VLASTNÍ PUBLIKACE ´ ´ V.,MARTÍNEK, Z. The nonlinear model [40] MAJER, V., MEZERA J., KRALOVCOV A, by using neural networks for day-ahead price forecasting. Proceedings of the 13th International Scientific Conference – Electric Power Engineering 2012, Brno: Vysoké uˇcen´ı technické v Brnˇe, 2012. s. 239-242. ISBN: 978-80-214-4514-7. [41] MAJER, V., M¨ uHLBACHER, J. Soil protection in the context of electricity and heat generation. In Tagungsband, Marktredwitz: Stadt Marktredwitz, 2012. s. 49-53., ISSN: 1439-0175. ´ ´ P. Z´ıskán´ı dat pro krátkodobou predikci v´ [42] MAJER, V., HEJTMANKOV A, yroby elektˇriny z fotovoltaick´ ych elektráren. In Proceedings of the 11th International Scientific Conference EEE 2012, Tatranské Maltiare, Slovakia: Slovak University of Technology in Bratislava, 2012. s. 1-4. ISBN: 978-80-89402-49-6. ´ ´ P., JANECEK, ˇ [43] MAJER, V., HEJTMANKOV A, P. Predikce v´ yroby elektˇriny z fotoˇ voltaick´ ych elektráren pro vybranou oblast v CR. In Proceedings of Abstracts of the 11th International Scientific Conference EEE 2013: OZE, 2013. ˇ ÍN, V. Rychlá kompenzace jalového v´ [44] MAJER, V., SANT ykonu. In Elektrotechnika a informatika 2012 - ˇc´ ast tˇret´ı - elektroenergetika. Plzeˇ n, Plzeˇ n: Západoˇceská univerzita v Plzni, 2012. s. 35-38. ISBN: 978-80-261-0121-5. ˇ ÍN, V., HEJTMANKOV ´ ´ P. Simulation of voltage collapse in [45] MAJER, V., SANT A, matlab program with use of simulink tool and simpowersystems library. Proceedings of the 12th International Scientific Conference – Electric Power Engineering 2011, Ostrava: Vysoká ˇskola bán ˇská - Technická univerzita Ostrava, 2011. s. 327-330. ISBN: 978-80-248-2393-5. [46] MAJER, V., SCHUFFT, W. Comparison of german and czech energetic sector in the field of res. In Proceedings of the Intensive Programme Renewable Energy Sources 2012, Plzeˇ n: Západoˇceská univerzita, 2012. s. 5-10. ISBN: 978-80-261-0130-7.

95

ˇ ÍLOHY A PR

A A.1

Pˇ r´ılohy Uk´ azka dat z FEL-CVUT

Datum;ˇ Cas;Energie;Energie A;Energie B;Energie C;UA;UB;UC;IA;IB;IC;Pac;Tep;Ir 2011-07-01;00:00:00;26559,3;10784,;10690,6;6868,13;0,;0,;0,;0,;0,;0,;0,;12,7;0, 2011-07-01;00:01:00;26559,3;10784,;10690,6;6868,13;0,;0,;0,;0,;0,;0,;0,;12,6;0, 2011-07-01;00:02:00;26559,3;10784,;10690,6;6868,13;0,;0,;0,;0,;0,;0,;0,;12,7;0, 2011-07-01;00:03:00;26559,3;10784,;10690,6;6868,13;0,;0,;0,;0,;0,;0,;0,;12,7;0, 2011-07-01;00:04:00;26559,3;10784,;10690,6;6868,13;0,;0,;0,;0,;0,;0,;0,;12,7;0, 2011-07-01;00:05:00;26559,3;10784,;10690,6;6868,13;0,;0,;0,;0,;0,;0,;0,;12,4;0, 2011-07-01;00:06:00;26559,3;10784,;10690,6;6868,13;0,;0,;0,;0,;0,;0,;0,;12,6;0, 2011-07-01;00:07:00;26559,3;10784,;10690,6;6868,13;0,;0,;0,;0,;0,;0,;0,;12,4;0, 2011-07-01;00:08:00;26559,3;10784,;10690,6;6868,13;0,;0,;0,;0,;0,;0,;0,;12,5;0, 2011-07-01;00:09:00;26559,3;10784,;10690,6;6868,13;0,;0,;0,;0,;0,;0,;0,;12,6;0, 2011-07-01;00:10:00;26559,3;10784,;10690,6;6868,13;0,;0,;0,;0,;0,;0,;0,;12,3;0, 2011-07-01;00:11:00;26559,3;10784,;10690,6;6868,13;0,;0,;0,;0,;0,;0,;0,;12,4;0, 2011-07-01;00:12:00;26559,3;10784,;10690,6;6868,13;0,;0,;0,;0,;0,;0,;0,;12,2;0, 2011-07-01;00:13:00;26559,3;10784,;10690,6;6868,13;0,;0,;0,;0,;0,;0,;0,;12,3;0, 2011-07-01;00:14:00;26559,3;10784,;10690,6;6868,13;0,;0,;0,;0,;0,;0,;0,;12,2;0, 2011-07-01;00:15:00;26559,3;10784,;10690,6;6868,13;0,;0,;0,;0,;0,;0,;0,;12,3;0, 2011-07-01;00:16:00;26559,3;10784,;10690,6;6868,13;0,;0,;0,;0,;0,;0,;0,;11,9;0, 2011-07-01;00:17:00;26559,3;10784,;10690,6;6868,13;0,;0,;0,;0,;0,;0,;0,;12,1;0,

A.2

Uk´ azka pˇ redpovˇ edi z webu CHMI

28.04.2013

ˇ Cas vyd´ an´ ı: 05.45

Pˇ REDPOVˇ Eˇ D POˇ CAS´ I PRO PLZEˇ NSK´ Y KRAJ na nedˇ eli 28.04.2013 Aktu´ aln´ ı poˇ cas´ ı v~kraji dnes v~5 hod. r´ ano: Zataˇ zeno, ojedinˇ ele d´ es ˇt’, na hor´ ach mlhy. Teploty 5 aˇ z 7 V okoln´ ıch regionech: Podobn´ e poˇ cas´ ı jako u~n´ as. Pˇ redpovˇ ed’ na nedˇ eli

96

ˇ ÍLOHY A PR

------------------------Situace: Nad stˇ redn´ ı Evropou se bude nad´ ale vlnit studen´ a fronta oddˇ eluj´ ıc´ ı studen´ y vzduch na severoz´ apadˇ e od tepl´ eho na jihov´ ychodˇ e. Poˇ cas´ ı (06-22): R´ ano zataˇ zeno, postupnˇ e oblaˇ cno. Ojedinˇ ele d´ es ˇt’ nebo pˇ reh´ an ˇky. Nejvyˇ ss ˇı ´ teploty 12 aˇ z 15 , na hor´ ach 8 aˇ z 11

C.

M´ ırn´ y severn´ ı aˇ z severov´ ychodn´ ı v´ ıtr 2 aˇ z 5 m/s. Rozptylov´ e podm´ ınky: dobr´ e ˇ CHM´ U - Region´ aln´ ı pˇ redpovˇ edn´ ı pracoviˇ stˇ e Plzeˇ n / Marta Such´ a =============================================================== p-ˇ CHM´ U Plzeˇ n, 28.04.2013 Pˇ REDPOVˇ Eˇ D POˇ CAS´ I PRO PLZEˇ NSK´ Y KRAJ na pondˇ el´ ı 29.04. a~´ uter´ y 30.04.2013 Situace: Nad stˇ redn´ ı Evropou se bude nad´ ale vlnit studen´ a fronta oddˇ eluj´ ıc´ ı studen´ y vzduch na severoz´ apadˇ e od tepl´ eho na jihov´ ychodˇ e. Pˇ redpovˇ ed’ na pondˇ el´ ı (00-24): Oblaˇ cno aˇ z zataˇ zeno, obˇ cas d´ es ˇt’ nebo pˇ reh´ an ˇky. Nejniˇ zs ˇı ´ noˇ cn´ ı teploty 9 aˇ z 6 , nejvyˇ ss ˇı ´ denn´ ı teploty 15 aˇ z 18 . M´ ırn´ y jihoz´ apadn´ ı v´ ıtr 2 aˇ z 5 m/s. Pˇ redpovˇ ed’ na u ´ter´ y (00-24): Zataˇ zeno aˇ z oblaˇ cno, obˇ cas d´ es ˇt’ nebo pˇ reh´ an ˇky. Nejniˇ zs ˇı ´ teploty 10 aˇ z 7, nejvyˇ ss ˇı ´ teploty 13 aˇ z 16. M´ ırn´ y severov´ ychodn´ ı v´ ıtr 2 aˇ z 5 m/s. ˇ CHM´ U - Region´ aln´ ı pˇ redpovˇ edn´ ı pracoviˇ stˇ e Plzeˇ n / Marta Such´ a =============================================================== p-ˇ CHM´ U Plzeˇ n, 27.04.2013

97

ˇ ÍLOHY A PR

A.3

Korekce stˇ red˚ u pro jednotliv´ e oblasti Tab. A.1: Korekce stˇred˚ u pro jednotlivé oblasti Oblast

Korekce stˇ redu [min]

E.ON. V´ ychod

-9

E.ON. Západ

-4

ˇ CEZ Morava

-13

ˇ CEZ Sever

-9

ˇ CEZ Stred

0

ˇ CEZ V´ ychod

-8

ˇ CEZ Západ

3

98

ˇ ÍLOHY A PR

A.4

Zastoupen´ı jednotliv´ ych meteostanic v r´ amci kraj˚ u a oblast´ı

Tab. A.2: Data oblaˇcnosti Oblast

E.ON. V´ ychod

Kraj

Vysoˇcina/Jihomoravsk´ y

E.ON. Z´ apad

Jihoˇcesk´ y

ˇ CEZ Morava

Olomouck´ y/Moravskoslezsk´ y

ˇ CEZ Sever

ˇ CEZ Stred

ˇ CEZ V´ ychod

ˇ CEZ Z´ apad

´ Usteck´ y/Libereck´ y

Stˇredoˇcesk´ y

Meteostanice Brno - Tuˇrany Kosteln´ı Myslová Kuchaˇrovice Holeˇsov Dukovany Temel´ın ˇ e Budˇejovice Cesk´ Kocelovice ˇ ak Ser´ Luká ˇ Cerven´ a u Libavé Ostrava - Moˇsnov Pˇrerov Liberec Mileˇsovka ´ ı nad Labem Ust´ Doksany Tuˇsimice Praha Praha Praha Praha

-

Ruzynˇe Karlov Libuˇs Kbely

Královéhradeck´ y/Pardubick´ y

Pardubice Polom ´ ı nad Orlic´ı Ust´

Karlovarsk´ y/Plzeˇ nsk´ y

Cheb Karlovy Vary Pˇrimda Plzeˇ n - Mikulka

99

ˇ ÍLOHY A PR

A.5

Pˇ r´ıklad vypoˇ cten´ ychch DDoblast

(a) DDE.ON.−Zapad

(b) DDCEZ−Zapad

Obr. A.1: Vypoˇctené DDoblast

(a) DDCEZ−Stred

(b) DDCEZ−M orava

Obr. A.2: Vypoˇctené DDoblast

100

FAKULTA ELEKTROTECHNICKÁ KATEDRA ELEKTROENERGETIKY A EKOLOGIE

Recommend Documents