Matfyzáci v elektrárňach: Diplomové práce sme overili v praxi

06/07/2020
Matfyzáci v elektrárňach: Diplomové práce sme overili v praxi
Energetici vypísali 3 témy na diplomové práce na odbore Ekonomicko-finančná matematika a modelovanie na MATFYZ. Ako dopadli?

Aj čerství diplomanti môžu byť pre firmu sviežim prínosom. Presvedčili sa o tom kolegovia z obchodného oddelenia Slovenských elektrární. Vďaka svojim vzdelávacím aktivitám získali okrem šikovných spolupracovníkov aj nový pohľad na to, ako môžeme obohatiť zaužívané postupy v oblasti prípravy prevádzky, predpovedania cien elektriny a krátkodobého a dlhodobého obchodovania.

Traja študenti dostali možnosť písať záverečné diplomové práce externe – v Slovenských elektrárňach. Dvaja pod vedením Jakuba Šišku, vedúceho stratégie obchodovania a plánovania, a jeden pod vedením Tomáša Šimoviča, tím lídra pre kvantitatívnu podporu optimalizácie zdrojov.

Ich výstupy boli skutočne na vysokej úrovni, všetky tri využívajú pokročilé matematické optimalizačné modely či metódy strojového učenia. So šikovnými žiakmi máme množstvo pozitívnych skúseností, minulý rok sme na našej pôde napríklad zorganizovali súťaž, ktorej cieľom bolo vytvoriť predikčný model na predpovedanie cien elektriny v Nemecku. Čomu sa budúci analytici venovali tento rok?

Špecialisti zo Slovenských elektrární dlhodobo poskytujú svoje vedomosti a skúsenosti na individuálnej báze študentom stredných a vysokých škôl, ktorí v rámci svojej odbornej prípravy zostavujú záverečné práce, referáty či iné formy vedeckých publikácií.

Počas vypracovávania záverečnej práce na nami stanovenú tému býva žiakom umožnená aj stáž na odbornom útvare, ktorého sa daná téma obsahovo dotýka.

Optimalizácia prevádzky vodnej prečerpávacej elektrárne

(Adam Fajkus)

Prečerpávacie elektrárne sú skvostom Slovenských elektrární nielen pre ich schopnosť poskytovať veľký rozsah podporných služieb. Naši kolegovia z prípravy prevádzky a dispečingu využívajú ich fexibilitu a volatilné ceny na krátkodobom trhu s elektrinou na generovanie ďalších príjmov. S pribúdajúcimi obnoviteľnými zdrojmi a častejším fenoménom záporných cien bude ich úloha ešte dôležitejšia.

Prečerpávacia vodná elektráreň ako flexibilný výrobný zdroj predstavuje aj zaujímavý matematický optimalizačný problém. Základný princíp je založený na variabilite hodinových cien elektriny počas dňa, ktorá vplýva na nastavenie modulácie čerpania a výroby s ohľadom na efektivitu konkrétnej prečerpávacej elektrárne. Tento problém predstavuje po matematickej stránke veľkú výzvu a odpoveď naň vychádza z teórie optimálneho riadenia a modelu zmiešaného celočíselného programovania. Umožňujú nám zohľadniť viacero vstupov – stav hladín, predikcie slovenskej, českej a maďarskej ceny elektriny na najbližšie dni, údaje o výrobe, spotrebe, importe a exporte elektriny na Slovensku a iné – a pretaviť ich do čo možno najefektívnejších návrhov pre prípravu prevádzky prečerpávacej vodnej elektrárne.

Modely navrhnuté v diplomovej práci si zároveň dokázali poradiť s neistotou cenovej predpovede či efektom tzv. „previsu ponuky nad spotrebou“. Finálne modely dosiahli výbornú úspešnosť a v spolupráci s oddelením prípravy prevádzky sa postupne budú verifikovať a následne dokonca aj implementovať.

Prečerpávacia vodná elektráreň Čierny Váh

Prečerpávacia vodná elektráreň Čireny Váh – horná nádrž.

Modelovanie krátkodobých cien elektriny

(Mário Igaz)

Diplomová práca ďalšieho študenta sa zaoberá predpovedaním cien elektriny v krátkodobom horizonte v Nemecku. Nemecký trh poskytuje základ pre viaceré trhy v Európe vrátane Slovenska. Preto je pochopenie nemeckej cenotvorby kľúčové aj pre Slovenské elektrárne. Nepredvídateľná výroba z čoraz väčšieho portfólia obnoviteľných zdrojov v Európe spôsobuje veľké hodinové i denné výkyvy v cene elektriny. Dôsledkom je čoraz väčšia dôležitosť krátkodobého trhu, kde prevádzkovatelia elektrární dopredávajú vyrobenú elektrinu alebo ju môžu dokúpiť, ak sa im pri danej cene neoplatí prevádzkovať vlastné energetické zdroje.

Ceny na krátkodobom trhu, kde sa nakúpená elektrina odoberá v horizonte hodín až týždňov, ovplyvňuje najmä počasie. Má vplyv na spotrebu elektriny, výrobu zo solárnych, veterných a vodných zdrojov. Tiež na ňu vplývajú dostupné prenosové kapacity a ceny  uhlia, plynu a CO2 povoleniek, ktoré definujú výrobné náklady tepelných elektrární. Pretavenie týchto faktorov do finálnej ceny často nebýva úplne priamočiare a na jej predikciu sa bežne používajú štatistické modely. Vyžadujú si spracovanie veľkého množstva dát a ich rozdelenie na tzv. trénovaciu vzorku, na ktorej sa model „naučí“ ako predpovedať cenu, a na testovaciu, ktorá slúži na overenie presnosti. Postupne boli použité rozličné klasifikačné modely a ich výsledky boli medzi sebou porovnávané bežnými štatistickými ukazovateľmi, ako aj Indexom nasadenia elektrárne. Ten skúma mieru presnosti tvaru cenovej krivky v rámci dňa.

Na obrázku vidíme výsledky najlepšieho a najhoršieho dňa z pohľadu Indexu predikčného modelu OPERA:

Generovanie obchodných signálov pomocou strojového učenia pre komoditné trhy

(Lukáš Sýkora)

Obchodné oddelenie má za úlohu obchodovať na medzinárodnom trhu s elektrinou, analyzovať vývoj na komoditných trhoch pomocou fundamentálnych a technických indikátorov, aktívne riadiť portfólio aktív a vyhľadávať príležitosti na trhu s cieľom generovať pre Slovenské elektrárne zisk. Zároveň predáva budúcu výrobu Slovenských elektrární. Hlavná výzva obchodovania spočíva v rýchlom a efektívnom vyhodnotení dostupných dát a správnom odhadnutí možného cenového vývoja určitého kontraktu.

Diplomová práca kombinuje prístup technickej analýzy a metódy strojového učenia. Cieľom bola tvorba automatizovaného modelu schopného predvídať pohyby na trhu a generovať signály na nákup a predaj vedúce k maximalizácii zisku. Stratégie použité v diplomovej práci plánujeme na oddelení ďalej testovať a nadväzovať na ne pri tvorbe analýz a cenových predikcií.

Na obrázku je krivka ziskovosti po aplikácií výslednej stratégie (od januára 2017) a cena elektriny nemeckého kontraktu na dodávku elektriny na nasledujúci rok:

Kolegom držíme palce pri aplikovaní získaných vedomostí a poznatkov do praxe v Slovenských elektrárňach!

Ak poznáte študentov, ktorí majú záujem o konzultáciu diplomových či iných prác s odborníkmi zo Slovenských elektrární, odporučte im obrátiť sa na nás cez online formulár zverejnený na našej stránke.