Utvikling av verktøy for langsiktig produksjonsplanlegging

Transkript

1 Utvikling av verktøy for langsiktig produksjonsplanlegging Verdien av fleksibel vannkraft i et marked med kortsiktig prisvariasjon Kraftverkshydrologi og produksjonsplanlegging Arne Haugstad , Royal Garden Hotel, Trondheim Teknologi for et bedre samfunn 1

2 Verdien av fleksibel vannkraft i et marked med kortsiktig prisvariasjon 4-årig prosjekt ; produksjonsplanlegging på lang- og mellomlang sikt 50 % finansiert av Norges Forskningsråd 50 % finansiert av 7 produsenter i Norge og Sverige Mål Etablere stokastiske planleggingsmodeller tilpasset et marked preget av kortsiktige og til dels lite prediktérbare svingninger i tilgang, etterspørsel og pris Prosjektet skal gi programvare som viser verdien av fleksibel kraft i dette markedet og som gir støtte for optimal disponering, vedlikehold, rehabilitering, utbygging og systemanalyse Programvaren tas i operativ bruk hos deltakerne i løpet av prosjektperioden Kompetanseoppbygging Doktorgradsutdanning Teknologi for et bedre samfunn 2

3 Fokus Prosjekt med fokus på et marked med større prisvariasjoner, større usikkerhet korrekt verdisetting av fleksibilitet produksjons- og magasinkapasitet; robust analyse av oppgraderings- og utbyggingsprosjekt korrekt verdisetting av magasinert vann Noen antatte behov tilstrekkelig fin tidsoppløsning på modeller for langsiktig optimering håndtering av uregulerbar kraft (vind, sol, småskala vannkraft) verktøy designet for utnyttelse av parallell arkitektur tilstrekkelig regnekraft til å løse aktuelle problemstillinger Teknologi for et bedre samfunn 3

4 Bakgrunn Forventninger om større kortsiktig variasjon og usikkerhet i tilgang, etterspørsel og kraftpriser Sterkere tilkobling til kontinentet (nye kabler) gir større flytendringer, større variasjoner spesielt dag/natt Norsk produksjon kan i dag svinge mye mer enn forbruket, og dette kan øke med sterkere tilknytning til kontinentet Større innslag av uregulerbar fornybar kraft (vind, sol, småskala vannkraft) gir større kortsiktig usikkerhet i tilgang og pris Flere små utbygginger forventet, få store Marginal lønnsomhet for mange Behov for større nøyaktighet Mangel på større magasin i mange prosjekt gir behov for finere tidsoppløsning Andre markeder enn spot vil øke i betydning Reservebehovet endrer seg Tilgjengelige reserver er for lite til å stabilisere frekvensen Teknologi for et bedre samfunn 4

5 Hvorfor medfører dette utviklingsbehov? Større variasjon og større usikkerhet forventes å øke verdien av vannkraft med stor fleksibilitet, i forhold til andre anlegg med liten fleksibilitet Verdien av selve anlegget Verdien av lagret vann, og dermed disponeringen Er tradisjonell tidsoppløsning tilstrekkelig? Markedsanalyse Lokal planlegging Teknologi for et bedre samfunn 5

6 To fokusområder i prosjektarbeidet Lokal planlegging - ProdRisk Større fleksibilitet mht tilpasning til aktuelle behov i driften (fleksibel start, tidsoppløsning, straffeverdier/styresignaler) Seriesimulering Forbedringer i algoritme og struktur Redusert regnetid Gjenbruk av tidligere resultat Markedsmodellering Finere tidsoppløsning Døgntemperatur som grunnlag for lastkorreksjon Ny modell ReOpt utviklet, basert på Samkjøringsmodell Sekvensiell tidsoppløsning innenfor uken Teknologi for et bedre samfunn 6

7 Utvikling av lokal planleggingsmodell ProdRisk Modell basert på en kombinasjon av SDDP og SDP Opprinnelig ukentlig tidsoppløsning, med varighetskurve for pris/last innen uken Opprinnelig ukentlige magasinbalanser Modellen utvidet med fleksibel valg av tidsoppløsning Ned til time, kronologisk plassert innenfor uken Døgntilsig Magasinbalanser mellom hvert tidsskritt Tidsoppløsning for den stokastiske modellen er fortsatt uke Eksempel på resultat: Virkning av tidsoppløsning på beregnet inntekt og optimal disponering Teknologi for et bedre samfunn 7

8 Referansesystem Vurder utbygging av hovedstasjon Teknologi for et bedre samfunn 8

9 Eksempel for å illustrere virkning av tidsoppløsning Utgangspunkt: Vannkraftsystem med blanding av små og større magasin Begrenset tappekapasitet Vurdere utbygging: Doble kapasiteten av hovedstasjon fra 30 m 3 /s til 60 m 3 /s Teknologi for et bedre samfunn 9

10 Antagelser om markedet All kraft selges til spotpris Eksternt gitt prisprognose med usikkerhet (prisrekke) Utgangspunkt for prisprognose basert på simulering med Samkjøringsmodell 70 vær- og prisscenarioer Anta et framtidig marked med betydelige prissvingninger innenfor døgnet Utvidet kabelkapasitet til Kontinentet og Storbritannia Økende vindkraftproduksjon Opprinnelig prisprognose modifisert for å ta hensyn til antagelsene Teknologi for et bedre samfunn 10

11 Typisk prisvariasjon innefor uken Teknologi for et bedre samfunn 11

12 Tidsoppløsning brukt i beregningene i. Uke ii. 5 akkumulerte prisavsnitt pr uke; ukentlige magasinbalanser iii. 5 akkumulerte prisavsnitt pr uke; magasinbalanser pr prisavsnitt iv. 29 kronologisk plassert prisavsnitt pr uke; magasinbalanser pr prisavsnitt, døgntilsig Teknologi for et bedre samfunn 12

13 Simulert forventet inntekt av utbygging Case/Resolution i Week ii 5 periods, weekly res.bal. iii 5 periods, 5 res. balances iv 29 chronological periods, 29 res. bal., daily inflow Referanse Med utbygging Teknologi for et bedre samfunn 13

14 Virkning av tidsoppløsing på strategi Magasin R2 Teknologi for et bedre samfunn 14

15 Større kortsiktige prisvariasjoner kan endre magasindisponering Magasinfylling (GWh) Store prisvariasjoner Små prisvariasjoner Uke Teknologi for et bedre samfunn

16 Varighetskurve for produksjon i ved høypris hver uke fra elvekraftverket Teknologi for et bedre samfunn 16

17 Noen konklusjoner Det er viktig å representere prisvariasjoner, også de kortsiktige Kan endre langsiktig disponering av magasin Fin tidsoppløsning på simulerte beslutninger og tilsig kan være viktig i noen tilfeller, men avhenger mye av system, tilstand og pris- eller lastvariasjoner Typisk viktigst for mindre magasin Så langt kan det ser ut som kortsiktige prisvariasjoner er viktigere å representere enn kortsiktige variasjoner i tilsig Bruk av døgntilsig har gitt relativt små utslag på resultat, men dette vil variere fra system til system Konklusjonen er knyttet til antagelse om større prisvariasjoner enn vi hittil har sett i Norge Teknologi for et bedre samfunn 17

18 Markedsmodell Utvikling generelt preges av fokus på finere tidsoppløsning Bedre representasjon av den kortsiktige variasjonen Mange prisavsnitt innenfor uken Vindkraft basert på timeserier Temperaturkorreksjon av last basert på døgnserier Utviklingen går i retning av at mer og mer data som tidligere har hatt tidsoppløsning uke eller et fåtall prisavsnitt innenfor uken skal ned mot timesoppløsning For vannkraft: Man ønsker fin tidsoppløsning, med korrekt representasjon av vannkraftens mulighet til å følge variasjoner i last og pris Teknologi for et bedre samfunn 18

19 Markedsmodell ReOpt Modellkonsept: La tradisjonell Samkjøringsmodell (områdemodell sammen med tappefordelingsmodell) styre volumuttaket fra alle magasin for uken La en lineær optimaliseringsmodell tilpasse volumuttaket best mulig innenfor uken mht priser, virkningsgrader, kapasiteter osv. Mål Sekvensiell tidsoppløsning innenfor uken Få bedre disponering av pumpekraftverk Få bedre utnyttelse av stasjoner mht. virkningsgrad Få en bedre tilpasning til etterspørselsvariasjon innenfor uken (magasinbalanser mellom prisavsnittene) Teknologi for et bedre samfunn 19

20 Markedsmodellen ReOpt En prototyp er utviklet og under testing Noen egenskaper Sekvensiell tidsoppløsning innenfor uken med få timer pr prisavsnitt Økonomibasert optimalisering av disponering innenfor uken Sum uttak av magasinvann for uken styres av kombinasjon av Tappestrategi fra tradisjonell Samkjøringsmodell (sluttverdi) Simulert uttak fra tradisjonell modell (volumbegrensninger) Ramping på HVDC kabler Resultat så lang Gir bedre utnyttelse av pumpekraftverk (døgnpumping) enn tradisjonell modell Gir bedre utnyttelse av stasjonsvirkningsgrad Dermed litt mer produksjon Gir lavere priser, og lavere variasjon i prisene Kvalitetskontroll av modellen pågår. Teknologi for et bedre samfunn 20

21 Eksempel: Lite system med 4 områder Vannkraft i område1-3 Område 4: termisk og vindkraft P max,1-2 = 200MW 1 2 System karakteristika. Type Area 1 Area 2 Area 3 Area 4 Hydro Thermal Wind Pump - - ( ) - Load P max,3-1 = 100MW 3 P max,2-3 = 200MW P max,3-4 = 250MW Type Area 1 Area 2 Area 3 Area 4 Reservoir Inflow Wind Teknologi for et bedre samfunn 21

22 Case: Pumpekraftverk i område 3 Pumped storage unit PST1 Pump: Q1 Pump: PST1 Teknologi for et bedre samfunn 22

23 Døgnpumping: ReOpt vs. vanlig Samtap Peak load Off-peak load Night Weekend Vanlig Samtap MW MW 0 MW 18.0 MW Reopt MW MW MW 93.2 MW Eksempel fra første uke i første scenario Døgnpumping i tradisjonell tappefordelingsmodell kun i et fåtall uker Teknologi for et bedre samfunn 23