Search

The increasing share of renewable energy sources (RES) is one of the main goals in the transition towards a carbon-neutral power system. Due to their intermittent nature, RES require an additional level of flexibility to ensure stable and secure power system operation. In the past, the flexibility used to be provided from conventional power plants, such as coal power plants which are less flexible and open cycle gas turbine (OCGT) and natural gas-fired internal combustion engine (ICE) power plants with a high level of flexibility characterized with short minimum uptime and minimum downtime, short start-up time and low start-up cost. However, the enlarged need for flexibility in green energy transitions opens the doors for providing system services from the end-user's side. The role of final customers has been under significant changes. From completely passive entities, final customers are becoming active network participants involved in the real time (RT) power system operation. With the recent price decrease of low carbon technology, more final customers tend to invest in photovoltaic (PV) systems, household battery energy storage (BES), electric vehicles (EV), and household energy management systems (HEMS). To fully exploit their potential, European directives highlight the importance of providing transparent and easy-to-understand pricing mechanisms together with pricing comparison tools in order to ensure fair and the most economic solutions to all final customers. As some final customers, such as households, are too small to independently trade their flexibility on the market, a new market entity called aggregator gathers their flexibility potential and trades with their services on the market. Final customer's flexible behaviour can be remunerated through direct incentives, electricity bill reduction or even a discount for investing in low carbon technology and fixed annual direct payments for flexible management of different household appliances. The thesis investigates the impact of diverse pricing mechanisms on the behaviour of final customers, their consumption profile, and electricity bill in different European countries considering not only energy prices, but also transmission and distribution network charges, tax, VAT, and the pricing policy related to RES installed at final customer's side. Flat prices, two-tariff pricing, and RT dynamic pricing for prosumers are compared resulting in more flexible behaviour and electricity bill reduction under dynamic prices. In general, the current pricing structure encourages final customers with installed RES to shift their flexible consumption in the periods of high production, instead of selling excess to the supplier. Furthermore, the thesis deals with different forms of aggregation resulting not only in financial benefits to all entities involved but also reducing the negative impact of the intermittent nature of RES. The first type of aggregation investigated in the thesis is a formation of an innovative balancing group (BG) composed of the aggregator of flexible prosumers and a wind power plant (WPP) participating in the day ahead (DA) energy market and balancing market. The focus is put on joint market participation which reduces prosumers' electricity cost and increases WPP profit due to decreased balancing cost arising from flexible behaviour of final prosumers which serve as a buffer between balancing market and the intermittent and variable WPP's production. The second type of aggregation in the thesis is focused on an energy community. The energy community will participate in the power system transition by allowing the participation of citizens in the clean energy transition in diverse legal forms, such as associations, cooperatives, partnerships, non-profit organizations, and small/medium enterprises. Community members investigated in the thesis are equipped with PV, flexible electric heating, flexible household appliances, and have an opportunity of smart EV charging. The community is operated by the community manager (CM) who is in control of flexible household devices through HEMS. The CM tackles the issue of the stochastic nature of PV and households' consumption by providing flexibility incentives to community members in order to reduce the deviation from preannounced DA schedule. The energy community participates on the market as a single entity and the cost of community members is calculated ex-post, after energy delivery which makes the optimization algorithm simple to solve. Prices for the internal energy exchange between community members are calculated based on three pricing mechanisms: Bill Sharing Method Net (BSMN), MidMarket Rate Net (MMRN), and Supply Demand Ratio Net (SDRN) taking into account the net load of each community member, DA energy prices and flexibility incentives. Participation in the energy community together with the price calculation developed in the thesis which is conducted in a two-stage process guarantee lower electricity cost to each community member compared to their individual contract with the supplier. Ambiciozni ciljevi Europske unije teže smanjenju stakleničkih plinova za 55% do 2030. godine u usporedbi s emisijama iz devedestih godina prošlog stoljeća kako bi se smanjio globalni porast temperature na 1.5°C uz povećanje energetske učinkovitosti. Kako bi se to ostvarilo, potrebno je povećanje udjela obnovljivih izvora energije (OIE) što je jedan od glavnih ciljeva tranzicije prema niskougljičnom elektroenergetskom sustavu. Upravljanje elektroenergetskim sustavom s visokim udjelom OIE je složenije i zahtjevnije od upravljanja tradicionalnim elektroenergetskim sustavom. Zbog svoje isprekidane prirode, OIE zahtijevaju dodatnu razinu fleksibilnosti kako bi se osigurao stabilan i siguran rad elektroenergetskog sustava. U prošlosti su fleksibilnost pružale konvencionalne elektrane, kao što su manje fleskibilne elektrane na ugljen te plinske turbine otvorenog ciklusa (OCGT) i elektrane s unutarnjim izgaranjem na prirodni plin (ICE) s visokom razinom fleksibilnosti koju karakterizira kratko minimalno vrijeme prije ponovnog gašenja i paljenja, kratko vrijeme pokretanja i niski troškovi pokretanja. Unatoč svim izazovima koji se javljaju u tranziciji prema niskougljičnom elektroenergetskom sustavu, operator sustava dužan je na sigurnan i efikasnan način planirati i upravljati sustavom. Povećana potreba za fleksibilnošću u zelenoj energetskoj tranziciji otvara vrata za pružanje pomoćnih usluga od strane krajnjih korisnika čija se uloga značajno mijenja. Od pasivnih entiteta, krajnji kupci postaju aktivni mrežni sudionici uključeni u rad elektroenergetskog sustava. S nedavnim smanjenjem cijena niskougljičnih tehnologija, sve više krajnjih kupaca ulaže u fotonaponske (PV) sustave, baterijske spremnike, električna vozila (EV) i sustave za upravljanje energijom u kućanstvu (HEMS). Kako bi krajnji kupci u potpunosti iskoristili svoj potencijal, europske direktive ističu njihovu važnost te ih stavljaju u centar niskougljične tranzicije. Posebno je istaknuto da se svim krajnjim kupcima moraju omogućiti poštena i ekonomična rješenja pružajući im na tranparetan i lako razumljiv način različite mogućnosti odabira cijena električne energije, zajedno s alatima za usporedbu cijena, koji će omogućiti brzu i prikladnu promjenu opskrbljivača. Krajnji kupci trebaju imati točne informacije o svojem obračunu koje se temelje na stvarnoj potrošnji električne energije što im omogućuje bolju kontrolu vlastite potrošnje i troška električne energije. Zbog premalih snaga krajnjih kupaca, novi tržišni subjekt agregator okuplja krajnje korisnike i njihovu fleksibilnost te sudjeluje na različitim tržištima. Kako bi se agregatorima omogućilo posrednost između tržišta i krajnjih kupaca te kako bi se osiguralo da krajnji kupac ostvaruje odgovarajuću korist od njihove aktivnosti, svaki krajnji kupac treba biti obaviješten o izabranom modelu koji sadržava transparentna i poštena pravila. Kako bi se na pošten način potaknulo upravljanje potrošnjom, usluge koje nude agregatori trebaju biti definirane na svim tržištima, uključujući tržišta električnom energijom, tržišta pomoćnih usluga i tržišta kapaciteta. Ugovor o agregiranju svaki krajnji kupac može sklopiti neovisno o svom opskrbljivaču. Fleksibilno ponašanje krajnjeg kupca može se nagraditi izravnim poticajima, smanjenjem računa za električnu energiju ili čak smanjenom investicijskom cijenu za brojne niskougljične tehnologije i fiksnim godišnjim izravnim plaćanjima za fleksibilno upravljanje kućanskim uređajima. Postoje dvije grupe odziva potrošnje na temelju kojih krajnji korisnici mogu pružiti fleksibilnost elektroenergetskom sustavu. Prva grupo obuhvaća cjenovno potaknute programe odziva potrošnje, dok druga grupa obuhvaća programe stimulirane različitim poticajima. U cjenovno potaknute programe spadaju različite opcije promijenjivih cijena električne energije: • Višetarifini sustavi - dvije ili više unaprijed određenih tarifa koje se izmijenjuju tijekom dana u unaprijed određenim fiksnim intervalima za vrijeme trajanja ugovora. Svaka tarifa pokriva dulji vremenski interval tijekom dana (npr. niže cijene tijekom noći i više cijene tijekom dana). Visoke cijene tijekom vršnog opterećenja - značajni porast cijena električne energije za vrijeme vršnog opterećenja tijekom nekoliko kritičnih dana u godini koji su unaprijed najavljeni. • Popusti tijekom vršnog opterećenja - popusti krajnjim korisnicima koji pristanu smanjiti svoju potrošnju za vrijeme vršnog opterećenja. • Postupno povećanje tarife ovisno o ukupnoj potrošnji - količina potrošene električne energije podijeljena je u više kategorija. Svaka kategorija odgovara određnoj cijeni koja raste s povećanjem potrošnje i prelaskom u iduću kategoriju. Ukupna mjesečna cijena jednaka je sumi umnoška cijene u pojedinoj kategoriji i količini potrošene električne energije u toj kategoriji. • Dinamičke cijene na satnoj razini - cijene određene dan-unaprijed koje variraju na satnoj razini te prate stanje na tržištu električnom energijom. Programi stimulirani poticajima mogu se podijeliti u četiri kategorije: • Direktno upravljanje potrošnjom - najčešće direktno upravljanje klimatizacijskim uređajima, grijanjem i bojlerima od strane operatora sustava. Operator sustava unaprijed odredi maksimalni broj aktivacija i vrijeme trajanja usluge. S obzirom na to da krajnji korisnici ugovorom pristanu na izravno upravljanje uređajima od strane operatora sustava, najčešće se ne šalje nikakva obavijest krajnjim potrošačima ili se pošalje neposredno prije aktivacije usluge. Krajnji potrošači dobivaju fiksni iznos naknade određene ugovorom te dodatnu nakandu ukoliko je operator sustava uslugu aktivirao. • Programi smanjenja potrošnje - programi u kojima se unaprijed najavi krajnjim korisnicima kada je potrebno smanjiti potrošnju (nekoliko minuta, sati ili čak dan unaprijed). Krajnji korisnik smanjuje svoju potrošnju automatiziranim načinom ili ručno, ovisno o uvjetima dogovorenim u ugovoru. • Programi prekida potrošnje - krajnji korisnici u ovom programu pristaju na djelomični ili potpuni prekid potrošnje za vrijeme vrlo visokih cijena električne energije ili u trenucima kada je ugrožena sigurnost elektroenergetskog sustava. • Tržišno orijentirani programi - obuhvaćaju agregiranje krajnjih korisnika od strane agregtora koji sudjeluje na tržištu pomoćnih usluga. Doktorska disertacija istražuje utjecaj različitih cijenovnih mehanizama na krajnje kupce u europskim zemljama, uzimajući u obzir ne samo cijene električne energije, već i naknade za prijenosnu i distribucijsku mrežu, različite vrste poreza i cjenovnu politiku vezanu uz OIE instalirane na strani krajnjeg kupca. Iako krajnji kupci imaju mogućnost odabira dinamičkih cijena koje reflektiraju tržišne cijene samo u osam zemalja u Europi, energetske politike ističu da države članice moraju omogućiti sklapanje ugovora s dinamičkim cijenama za krajnje kupaca s ugrađenim pametnim brojilima od strane barem jednog opskrbljivača. U disertaciji se uspoređuju troškovi krajnjih korisnika koji imaju mogućnost odabira jednotarifne cijene, dvotarifne cijene i dinamičke cijene pokazujući fleksibilnije ponašanje i smanjenje računa za električnu energiju kod dinamičkih cijena. Trenutna struktura cijena (niže prodajne cijene od kupovnih cijena) potiče krajnje kupce da preusmjere svoju fleksibilnu potrošnju u razdoblje s visokom proizvodnjom iz OIE, umjesto da višak prodaju opskrbljivaču. Nadalje, doktorska disertacija se bavi različitim oblicima agregacije koji rezultiraju ekonomskim povlasticama za sve uključene subjekte, ali i smanjenjem negativnog utjecaja varijabilne proizvodnje iz OIE. Prva vrsta agregiranja razmatrana u disertaciji je formiranje inovativnog oblika bilančne grupe koja se sastoji od agregatora krajnjih kupaca s vlastitiom proizvodnjom i vjetroelektrane (VE) koji sudjeluju na na tržištu dan unaprijed i na tržištu uravnoteženja. Problem je definiran kao stohastički dvorazinski model mješovitog cjelobrojnog programiranja baziran na Stackelbergovoj igri. U gornjoj razini promatra se maksimizacija profita agregatora i VE koji predstavljaju vođe u Stackelbergovoj igri određujući cijene aktivnim kupcima s vlastitiom proizvodnjom. Donja razina minimizira trošak električne energije aktivnih kupaca s vlastitom proizvodnjom koji na temelju cjenovnih signala iz gornje razine optimiziraju svoju potrošnju te sudjeluju u razmjeni energije s VE nastojeći smanjiti njena odstupanja od dan-unaprijed ugovorenog profila proizvodnje upravljajući vlastitim baterijskim spremnicima i fleksibilnim grijanjem. Promatrane su tri različite mogućnosti određivanja cijena krajnjim kupcima: unaprijed dugoročno definirane dvotarifne cijene, dinamičke promijenjive cijene koje određuje agregator optimizacijom te tržišne cijene uvećane za fiksnu naknadu od strane agregatora. Fokus je stavljen na uspredbu individualnog nastupa agregatora i VE na tržištu te njihovo zajedničko sudjelovanje kojim se smanjuju troškovi električne energije krajnjih kupaca i povećava profit VE zbog smanjenih troškova uravnoteženja koji proizlaze iz fleksibilnog ponašanja krajnjih kupaca koji služe kao tzv. amortizer između tržišta uravnoteženja i isprekidane proizvodnje iz VE. Rezultati su pokazali da dinamičke promjenjive cijene koje određuje agregator optimizacijom potiču krajnje korisnike na fleksibilno ponašanje kada je potrebno pomoći VE u smanjenju odstupanja. Tako određene cijene pogoduju i agregatoru i krajnjim korisnicima jer optimizacija uzima u obzir i cijene električne energije na tržištu te potiče krajnje korisnike na smanjenje potrošnje za vrijeme visokih cijena čime se direktno smanjuje trošak krajnjih korisnika i povećava profit agregatora. Model je dodatno istražio kako povećanje broja članova bilančne grupe koji imaju baterijski spremnik utječe na tijek novca unutar grupe. Povećanje broja krajnjih korisnika s baterijskim spremnikom u bilančnoj grupi ne umanjuje značajno trošak bilančne grupe. Međutim, kod tržišnih cijena uvećanih za fiksnu naknadu od strane agregatora povećanjem broja baterija u bilančnoj grupi značajno se smanjuje trošak krajnjih korisnika. Upravo zato što su te cijene više orijentirane na krajnjeg korisnika i smanjenje njegovog troška, ne potiču pružanje usluge fleksibilnosti VE. Druga vrsta agregacije usmjerena je na energetsku zajednicu. Energetska zajednica sudjelovat će u rekonstrukciji elektroenergetskog sustava sudjelovanjem građana u zelenoj tranziciji u različitim pravnim oblicima, poput udruga, zadruga, partnerstava, neprofitnih organizacija i malih / srednjih poduzeća. Metode izračuna troškova u energetskoj zajednici svrstane su u tri kategorije: modeli bazirani na teoriji igara, modeli bazirani na formiranju koalicije i modeli u kojima se cijene računaju ex-post izvan optimizacijskog algoritma. Modeli bazirani na teoriji igara su računski zahtjevni te njihova složenost raste eksponencijalno s brojem članova. Modeli bazirani na formiranju koalicije ponekad su ograničeni s ukupnim brojem članova u koalciji što spriječava formiranje velike koalicije koja omogućuje ostvarivanje najvećih ušteda što potencijalno dovodi do financijskog nezadovoljstva članova zajednice. Modeli u kojima se cijene računaju ex-post jednostavni su za implementaciju i garantiraju konvergenciju, međutim neki od njih ne rezultiraju nižim troškovima članovima zajednice. Model predstavljen u disertaciji riješio je taj problem uvođenjem dvostupanjskog računanja troška električne energije. Članovi zajednice u disertaciji opremljeni su solarnim panelima, fleksibilnim električnim grijanjem, baterijskim spremnikom, fleksibilnim kućanskim aparatima i imaju mogućnost pametnog punjenja EV. Zajednicom upravlja upravitelj zajednice (UZ) koji kontrolira fleksibilne uređaje u kućanstvu putem HEMS-a. UZ uzima u obzir stohastičku prirodu solarnih panela i potrošnje kućanstava pružajući poticaje za fleksibilnost članovima zajednice kako bi se smanjilo odstupanje od dan-unaprijed najavljenog rasporeda. Uštede ostavrene pametnim upravljanjem uređajima u kućanstvu dijele se među članovima energetske zajednice. UZ je entitet drugačiji od tradicionalnog opkrbljivača jer mu cilj nije ostvarivanje profita. To je zapravo platforma koja članovima zajednice pruža različite opcije pri monetiziranju fleksibilnosti, ali ih izlaže i riziku promjenjivosti cijena koji je inače tradicionalno snosio opskrbljivač. Kod tradicionalog ugovora s opskrbljivačem opisanog u disertaciji prema danskom modelu maloprodajnog tržišta (Danska je odabrana u disertaciji zbog javno dostupnih podataka o svim komponentama računa električne energije, međutim model se može primijeniti na bilo kojem maloprodajnom tržištu koje nudi mogućnost odabira dinamičkih cijena) krajnji korisnik snosi trošak električne energije, trošak uravnoteženja po svakom kupljenom ili prodanom kWh električne energije te mrežne trošakove za svaki kupljeni kWh električne energije. Energetska zajednica sudjeluje na tržištu kao jedna cjelina, a troškovi članova zajednice računaju se dan nakon isporuke energije, izvan optimizacijskog algoritma što ga čini jednostavnim za rješavanje. Energetska zajednica kao cjelina snosi trošak električne energije i mrežne trošakove za svaki kupljeni kWh električne energije. Za razliku od individualnog ugovora s opskrbljivačem gdje se plaća određeni trošak uravnoteženja za svaki kupljeni i prodani kWh električne energije, energetska zajednice snosi troškove uravnoteženja kada odstupa od dan-unaprijed predviđenog rasporeda. Smanjenje troškova uravnoteženja ostvareno je fleksibilnim poticajima. Cijene za unutarnju razmjenu energije između članova zajednice računaju se na temelju tri mehanizma određivanja cijena: neto metoda dijeljenja računa (eng. Bill Sharging Method Net), neto srednje-tržišna stopa (eng. Mid-Market Rate Net) i neto omjer opskrbe i potražnje (eng. Supply Demand Ratio Net), uzimajući u obzir neto potrošnju svakog člana zajednice (razliku između ukupne potrošnje i proizvodnje na satnoj razini), dan-unaprijed cijene energije i poticaje za fleksibilnost. Cijene se računaju u dvostupanjskom postupku koji jamči niže troškove električne energije svakom članu zajednice u odnosu na njihov pojedinačni ugovor s opskrbljivačem. U prvom stupnju računaju se cijene za kupnju i prodaju električne energije unutar energetske zajednice za svaki sat i za svaku metodu zasebno. Nakon toga slijedi izračun ukupnog dnevnog ili mjesečnog troška svakog člana zajednice uzimajući u obzir da li je član zajednice u pojedinom satu kupac ili prodavatelj električne energije. U drugom stupnju uspoređuje se trošak svakog člana zajednice s troškom pri individualnim ugovorom s opskrbljivačem. Ukoliko bilo koji član energetske zajednice ima viši trošak električne energije na kraju obračunskog razdoblja (dnevnog ili mjesečnog) radi se preraspodjela troškova. Preraspodjela troškova omogućuje da svaki član zajednice ima manji trošak unutar zajednice u usporedbi s individualnim ugovorom s opskrbljivačem. Izračuna se minimalna vrijednost potrebne preraspodjele troškova na temelju razlike u pojedinačnom trošku i trošku svakog korisnika energetske zajednice te se matematičkim modelom definiranom u disertaciji dolazi do novih troškova koji garantiraju niži trošak električne energije unutar zajednice za sve članove zajednice. Od tri navedene metode izračuna cijena električne energije unutar zajednice, neto srednje-tržišna stopa i neto omjer opskrbe i potražnje garantiraju niže cijene električne energije svakom članu zajednice. Zbog specifičnosti izračuna cijena u neto metodi dijeljenja računa, članovi zajednice s vlastitom proizvodnjom snose viši trošak električne energije jer se višak proizvodnje unutar zajednice dijeli besplatno, čime profitiraju isključivo krajnji kupci bez vlastite proizvodnje.

Ovim radom predstavljena je programska platforma za planiranje i upravljanje razmjenom električne energije između pametnih potrošača i operatora distribucijskog sustava. Programska platforma omogućava direktnu komunikaciju između stranaka, a sami koncept temelji se na dugoročnom i kratkoročnim planiranjima, dan- unaprijed i unutar-dnevnim operacijama. Programska platforma omogućuje sklapanje dugoročnih ugovora između pametnih zgrada i operatora distribucijskog sustava (ODS). Glavne klauzule ugovora su volumen i vrijeme pružanja usluga fleksibilnosti, cijena usluge i kazna za odstupanja, a temelje se na financijskim analizama i proračunu tokova snaga. Za vrijeme trajanja ugovora, programski alat omogućuje aktivaciju rezervirane električne energije kroz kratkoročne operacije. Dan-unaprijed alat računa optimalne tokove snage (AC OPF) prema predviđenom ponašanju pametnih potrošača te optimizacijskim alatom određuje volumen i vrijeme pružanja fleksibilnosti s obzirom na uvjete definirane dugoročnim ugovorom. Unutar- dnevni modul omogućuje ODS-u da poboljša unutar-dnevni raspored aktiviranjem fleksibilnosti prateći stvarna dostupna mjerenja (SCADA).

U radu je opisan model temeljen na mješovitom cjelobrojnom linearnom programiranju (MILP) za definiranje optimalne veličine i operativnih strategija baterijskih spremnika u brzim punionicama električnih vozila (FCS). Kratkotrajna vršna opterećenja uslijed brzog punjenja vozila povećavaju naponska odstupanja u distribucijskim mrežama i uzrokuju zagušenja vodova što zahtijeva investicije u pojačanje mreže od strane operatora sustava. Uz to, operatori sustava uz ova vršna opterećenja moraju uzeti u obzir nesigurnost te osigurati dodatnu fleksibilnost u sustavu. Ugradnjom baterija u FCS koje služe kao međuspremnik između elektroenergetskog sustava i punionica, smanjuje se štetan utjecaj brzog punjenja na sustav. Aspekti nesigurnosti, poput nepoznatog vremena dolaska ili energije potrebne za punjenje razmatrani su za više različitih lokacija FCS.

The transition towards a carbon-neutral powersystem puts the focus on unlocking local flexibility potential.Providing ancillary services (AS) on the local level arises asa new option in power system operation and control due tothe increasing growth of distributed energy sources (DERs). Tofacilitate the possibility of distribution level users to providesystem- wise services, system operators need to coordinate theiractions and operational plans. To avoid the activation of coun-teracting service, the coordination between the TransmissionSystem Operator (TSO) and the Distribution System Operator(DSO) is required in multiple time horizons, from a day orweak ahead to real-time. The paper reviews several approachesin TSO-DSO coordination in different market environmentspointing out the main features, advantages, and drawbacksof each coordination scheme. Unlike previously investigatedcoordination schemes, the paper proposes a novel coordinationmechanism which is being developed in ATTEST project. Thecoordination is divided into day-ahead (DA) and real-time (RT)stages and describes the sequence of each system operator’saction in the AS reservation and activation procedure.

Kao rezulat dekarbonizacije elektroenergetskog sustava sve je više prisutna lokalna proizvodnja električne energije iz obnovljivih izvora. S obzirom na to da većina podataka o sustavu nije dostupna javnosti zbog sigurnosnih razloga, znanstvenici koriste sintetičke mreže za analize integracije distribuiranih izvora. U radu će se opisati platforma DiNeMo koja modelira georeferencirane sintetičke mreže čije lokacije bira sam korisnik putem Open Street Map kartografske podloge. DiNeMo platforma gradi sintetičku mrežu na temelju indikatora prikupljenih od strane operatora distribucijskih sustava u Europi (broj potrošača na NN, SN, VV razini, karakterisitike vodova, kabela i transformatora, itd.) te ulaznih parametara koje mora unijeti sam korisnik (gustoća stanovništva, faktor opterećenja, naponska razina, broj stanovnika po kućanstvu, itd.). Validacija rezultata sintetičke mreže prikazana je usporedbom indikatora modelirane sintetičke mreže sa stvarnim vrijednostima indikatora za grad Varaždin.

va studija ima za cilj definirati točnu lokaciju i dimenzije spremnika te veličinu otočne mreže koja se napaja. Osim statičkih ograničenja, poput povijesnih optrećenja i strujno-naponskih prilika, studija će u obzir uzeti i dinamička ograničenja koja se mogu pojaviti prilikom prelaska u otočni pogon. Kao dodatni benefit kroz studiju će se izračunati i ostale mogućnosti, osim otočnog napajanja, koje spremnik može pružiti distribucijskoj mreži tijekom paralelnog pogona u normalnom pogonu mreže.

Tehnologije distribuiranih knjiga stekle su popularnost zbog mogućnosti definiranja novih vrsta digitalne imovine kojom se može upravljati na decentraliziran i siguran način. Ovaj rad predstavlja koncept platforme temeljene na distribuiranim knjigama koja omogućuje investiranje u resurse energetske zajednice te upravljanje uloženim sredstvima pomoću mehanizama definiranih na temelju pametnih ugovora. Platforma je nadopunjena sustavom upravljanja izvorima fleksibilnosti energetske zajednice s ciljem smanjenja perioda povrata investicije. Koncept je demonstriran za energetske zajednice s različitim izvorima fleksibilnosti i distribuiranim izvorima energije.

One of the key elements of Directive 2019/944 from the latest EU Energy Legislative package was the introduction of dynamic electricity pricing. This incentive for consumers to change their consumption patterns is supposed to be beneficial for many power system entities, from system operators to suppliers and RES owners. On the other hand, there are some indications that such pricing schemes can be detrimental for specific consumer groups, especially vulnerable household types. The aim of this paper is to investigate the benefits for a household to switch between different electricity pricing tariffs and start participating in an implicit demand response program. To answer this question, we use a detailed household model that includes all common appliances, as well as behind-the-meter electricity generation, energy storage and flexible loads, e.g. electric vehicle charger. The household is represented by a mixed-integer linear programming model that take into account load patterns caused by different consumption habits of household members, different sets of appliances that can can be found in a household and different levels of household automation.

Kako bi se liberaliziralo tržište električne energije od strane trgovaca, potrošači se potiču na formiranje energetskih zajednica i lokalnu potrošnju energije. U radu ćemo pokazati mehanizme raspodjele troškova u potpuno fleksibilnoj energetskoj zajednici s ciljem smanjenja računa električne energije u usporedbi s individualnim izravnim trgovanjem s opskrbljivačom. Opisat ćemo tri različita mehanizma izračuna cijena: metodu podjele računa (eng. Bill Sharing Method BSM), omjer opskrbe i potrošnje (eng. Supply Demand Ratio SDR) te srednju tržišna stopu (eng Mid-Market Rate MMR). Cijene električne energije unutar zajednice računaju se dan nakon što je energija isporučena, a bazirane su na neto potrošnji uzimajući u obzir dan unaprijed cijene električne energije i poticaje za fleksibilno ponašanje krajnjih potrošača. Fleksibilnost korisnika zajednice ostvarena je pametnim punjenjem električnih vozila, upotrebom malog spremnikom energije, električnim grijanjem s fleksibilnim temperaturnim zahtjevima te promijenjivim pokretanjem uređaja čiji ciklus jednom pokrenut se ne može prekinuti. Rezultati pokazuju uštede zajednice u usporedbi s individualnom trgovinom s opskrbljivačem.

Integracija obnovljivih izvora energije predstavlja tehnološki i ekonomski izazov za elektroenergetski sustav te zahtijeva veću fleksibilnost u planiranju i upravljanju zbog održavanja pouzdanosti i stabilnosti sustava. Takva fleksibilnost može se postići na razne načine: operativnim strategijama, novim tržišnim modelima te modificiranjem infrastrukture dodavanjem distribuiranih izvora fleksibilnosti. Ovaj rad baviti će se sustavima za pohranu energije, odnosno baterijskim spremnicima. Sudjelovanje na tržištu energije, iskorištavanje mogućnosti arbitraže, poboljšanje kvalitete opskrbe električnom energijom te smanjenje odstupanja obnovljivih izvora od predviđene proizvodnje, samo su neke od upotreba baterijskih spremnika energije. Rad će analizirati baterijske spremnike te njihove uloge u elektroenergetskom sustavu te će praktičnim modeliranjem baterija pokazati njihov pozitivan utjecaj na elektroenergetski sustav.

Spremnici energije sve više zauzimaju značajnu ulogu u okviru fleksibilnih rješenja kroz pružanje energetskih usluga i nadvladavanje postojećih izazova. Glavni uzrok proizlazi iz nestalne proizvodnje obnovljivih izvora energije čiji je ukupni instalirani kapacitet u stalnom porastu. Sukladno tome, velike su razlike u isporuci električne energije iz sata u sat (ograničenja rampa generatora). Definicija vlasništva spremnika energije još uvijek nije jasno definirana upravo zbog njihove dvojne funkcije sudjelovanja na tržištu kao proizvođača (proces pražnjenja) i potrošača (proces punjenja). U tržišnom okruženju spremnik energije može biti dio imovine operatora sustava, kada se smatra pasivnim, ili u vlasništvu neovisnog subjekta. Spremnici energije moraju se promatrati u okviru usluga koje pružaju, ali i lokacija na kojima su instalirani. Važno je napomenuti da bi svaki spremnik trebao biti u mogućnosti pružiti više usluga kako bi se povećala njegova ekonomska isplativost te porezi ili naknade za priključenje na mrežu ne smiju spriječiti ili otežati integraciju spremnika u sustav. Trenutno se u Europi još uvijek ne mogu kapitalizirati sve usluge i povlastice koje spremnik energije može pružiti energetskom sustavu. Sam model tržišta vrlo je važan u integraciji spremnika u sustav, kao i regulatorni okviri koji će zakonski definirati dodatne vrijednosti koje spremnik može pružiti, imajući na umu da je vrlo važno oformiti jedinstvo tržište električne energije za čitavu Europu, pri tome i dalje pružajući slobodu nacionalnim tržištima sve dok ne narušavaju funkcionalnost jedinstvenog europskog tržišta. Pružanje reguliranih ili nereguliranih usluga sustavu trebalo bi se donositi temeljem tržišnih odluka, ali pri tome ne narušavati sigurnost sustava koja ima prioritetnu ulogu. Buduća tržišta i načini plaćanja spremnicima energije za pružanje usluga sustavu moraju biti definirani na nediskriminirajućoj razini dajući svakoj tehnološkoj izvedbi spremnika energije mogućnost ravnopravnog sudjelovanja. U svijetu postoje instalirana postrojenja čiji su regulatorni okviri načelno definirani prema funkcijama koje obavljaju spremnici energije. Ovim člankom dat će pregled tih postojećih projekata kao I njihovih regulatornih okvira.

Napuštanje tradicionalnog vođenja elektroenergetskog sustava te prijelaz na upravljanje sustavom u realnom vremenu, te porast broja baterija, kao i solarnih panela kod krajnjih korisnika mreže te obnovljivih izvora energije općenito, otvara prilike za pojavu novih entiteta na tržištu. Zbog nedovoljno velike snage pojedinih krajnjih korisnika, koji od pasivnih potrošača s neupravljivom potrošnjom postaju aktivni kupci s vlastitom proizvodnjom, formiraju se grupacije zastupane na tržištu od strane agregatora. U radu je prikazan zajednički nastup vjetroelektrane elektrane i agregatora aktivnih kupaca na tržištu električne energije. Agregator zastupa na tržištu korisinike mreže kategorije kupca s vlastitiom proizvodnjom (kućanstva opremljena baterijom i fotonaponskim panelima (PV) ili mikro kogeneracijskim postrojenjem (µCHP-om)). Rezultati pokazuju kako je koordinirani nastup profitabilan za oba sudionika.

Integracijom sve većeg broja upravljivih elektroenergetskih elemenata na lokacijama krajnjih korisnika, distribucijske mreže postaju potencijalni aktivni sudionik u radu elektroenergetskog sustava. S druge strane, takav pristup zahtjeva i nove modele upravljanja i planiranja distribucijskih mreža. Jedan od glavnih izazova je definirati na koji način ti novi distribuirani izvori fleksibilnosti, kao što su upravljivi potrošači, električna vozila i spremnici energije, utječu na distribucijsku mrežu te postoji li način na koji operator sustava može angažirati takve izvore kako bi učinkovitije vodio i planirao distribucijski sustav. U radu će biti opisani i analizirani optimizacijski modeli kojima bi takvo vođenje i planiranje mreže bilo moguće. Modeli će biti temeljeni na konveksnim optimizacijskim principima, što znači da će uvijek garantirati globalno optimalno rješenje za razliku od, primjerice, modela temeljenih na heurističkim metodama. Detaljnom razradom i objašnjenjima biti će pokazano kako se od nekonveksnog modela optimalnih izmjeničnih tokova snaga može relaksacijama matematičkih ograničenja kreirati izravni, konveksni model naprednih distribucijskih mreža.

Aktivno vođenje distribucijskih mreža pomoću naprednih tehnologija zahtjeva precizne optimizacijske modele. Kvaliteta tih optimizacijskih modela definira se kroz računsku traktabilnost, sposobnost pronalaženja globalnog optimuma te kao vrijeme izvođenja algoritma. U radu je definiran optimizacijski model distribucijske mreže temeljen na direktnim metodama cjelobrojnog mješovitog programiranja čime je osigurana traktabilnost. Inicijalni nelinearni i nekonveksni problem nadalje je kroz relaksacije pretvoren u konveksni problem optimalnih tokova snaga čime je osigurano brže izvođenje i globalni optimum rješenja. Na primjeru 35 kV mreže Elektre Koprivnice analizirane su mogućnosti poboljšanja naponskih prilika i smanjenja gubitaka, promjenom topologije mreže te simultanim upravljanjem rada transformatora. Usporedbom rješenja različitih optimizacijskih metoda, njihove preciznosti i vremena izvođenja, jasno su definirane prednosti i primjenjivost pojedinih metoda.

Financijska prava prijenosa se upotrebljavaju kako bi se sudionici na tržištu ogradili od zagušenja u prijenosnoj mreži. Kada postoji zagušenje u mreži, nodalne cijene se razlikuju u sustavu. Financijskim pravima može se trgovati putem aukcija ili bilateralnim ugovorima. Ukoliko sudionici na tržištu pametno trguju, mogu ostvariti i veću zaradu. Spremnici energije zaraĎuju spremajući energiju kada je potrošnja u sustavu mala, a cijena niska te prazneći se kada je potrošnja u sustavu velika, a cijena visoka. Mogu ostvarivati zaradu i kao pasivni elementi za koje su definirana financijska prava pohrane električne energije. Kada doĎe do zagušenja u mreži, operator sustava prikupi višak koji se kasnije dodjeljuje sudionicima na tržištu koji posjeduju financijska prava prijenosa i pohrane električne energije Financial transmission rights are used to hedge the costs associated with transmission congestion. When congestion occurs, locational marginal prices differ. Financial Transmission Rights (FTRs) are the hedging instruments from paying the extra cost for congestion. Market participants can trade with FTRs through auction or via bilateral contracts. Acting strategically they can profit more from auction. Storage can profit through intertemporal arbitrage (load shifting and peak shaving) or as passive elements. Financial storage rights are defined for latter case. When congestion occurs, ISO collects surplus that is later awarded to the market participants who own transmission and storage rights to hedge against price volatility.

Kratki spoj je kvar u mreži koji nastaje uslijed međusobnog spajanja dijelova mreže koji su na različitim potencijalima. Uzroci su brojni: mehanička oštećenja, povećanje napona, pogrješke pri upravljanju sustavom, atmosferske prilike, sniženja razine izolacijske čvrstoće ili slom izolacije. Posljedice su pojave velike struje krakog spoja, velikih pada napona i brojna oštećenja. U trofaznim sustavima postoje četiri vrste kratkih spojeva: trofazni, dvofazni, jednofazni i dvofazni kratki spoj sa zemljom. Struja kratkog spoja sadrži izmjeničnu i istosmjernu komponentu. Postoje tri struje na temelju kojih se izabire oprema za elektroenergetski sustav: udarna struja kratkog spoja, rasklopna struja kratkog spoja i struja mjerodavna za ugrijavanje za vrijeme trajanja kratkog spoja (termička struja). Metode proračuna struja kratkih spojeva je metoda nadomjesnog naponskog izvora te proračun s relativnim jediničnim vrijednostima. Metoda nadomjesnog naponskog izvora je svođenje svih impedancija na isti (bazni) napon. Kod proračuna s relativnim jediničnim vrijednostima struje, naponi, impedancije i snage se izražavaju u odnosu na neke osnovne veličine. Short circuit is a malfunction in the grid which appears when parts of the grid with different potentials are connected to each other. There are many causes of short circuit: mechanical damage, voltage incresse, atmospheric conditions, insolation damage, etc. There are four types of short circuits in three-phase systems: three-phase, two-phase, single-phase and two-phase grounded short circuit. Short circuit current includes AC and DC component. There are three types of electrical current based on which is selected equipment for electrical-energetic system: maximum short circuit, short-circuit breaking current and current responsible for warming up the system during the short-circut (thermal current). Methods for short-circuit current calculations is method of replacement voltage source and the sum with relative unit values. Method of replacing voltage source impedance is reducing all the same (base) voltage. When calculating the relative unit values of current, voltage, impedance and power are expressed in relation to some basic size.