Improving water values in a stochastic electricity market model

Säännösteltävän vesivoiman optimaaliseen käyttöön liittyy kysymys tuotannon ajoittamisesta taloudellisesti edullisimpaan hetkeen. Vesiarvo kuvaa säännösteltävän vesialtaan marginaaliarvoa, ja sähköjärjestelmässä, jossa on sekä vesivoimaa että lämpövoimalaitoksia, vastaa vesiarvo sähköntuotannon kokonaiskustannusten muutosta kun käytettävissä on yksi yksikkö enemmän vettä. Vesiarvo on ajan ja altaan täyttöasteen funktio; mitä vähemmän altaissa on vettä, sitä arvokkaampaa se on. Epätasaisesti vuoden aikana jakautunut tulovirtaama vaikuttaa saatavilla olevaan vesimäärään ja siten myös vesiarvoihin. Tuulivoiman osuuden lisääminen sähköntuotannossa aiheuttaa integraatiokustannuksia sähköjärjestelmässä. Kustannukset aiheutuvat muun muassa lisääntyneestä säädön tarpeesta. Säännösteltävää vesivoimaa voidaan käyttää tehokkaasti sähköntuotannon säätelyyn. Vesivoiman käyttö tulee kuitenkin optimoida uudella tavalla. Wilmar Joint Market Model -sähkömarkkinamalli (JMM) on työkalu sähköntuotannon kustannusten arviointiin, kun järjestelmään lisätään paljon tuulivoimaa. Tässä työssä toteutettiin uudenlainen vesiarvolaskenta JMM:iin käyttäen VTT:n Markkinahintamallia (MH-malli), joka on sähköntuotannon kustannusten mallinnukseen Pohjoismaissa kehitetty ohjelmisto. Vertailukohteina uudelle menetelmälle käytettiin Wilmar Long Term Model -mallia, joka on JMM:n alkuperäinen vesiarvokomponenttti, ja historiallisia vesitasoja seuraavaa menetelmää. MH-mallin etuja ovat stokastisella dynaamisella ohjelmoinnilla toteutettu nopea vesialtaiden käytön optimointi sekä sen säätömahdollisuudet verrattuna aikaisempiin toteutuksiin. Vesiarvot saadaan MH-mallin tuottamasta kokonaiskustannusten odotusarvosta derivoimalla allastilan suhteen. JMM:lla simuloitiin vuoden 2001 sähköntuotantoa Pohjoismaissa käyttäen yllä mainittuja kolmea eri vesiarvomenetelmää. Tärkeimmät tulokset ovat sähkön mar ginaalikustannus, vesialtaiden tila sekä sähkön tuotantomäärät tuotantomuodoittain, joita verrattiin myös toteutuneisiin arvoihin. Tulokset uudella menetelmällä ovat lupaavia. MH-mallin kanssa simuloitu allastila vuoden aikana on hyvin lähellä toteutunutta. Kustannustaso on myös tällä toteutuksella lähimpänä toteutunutta markkinahintaa. Tuotantomäärät eivät millään vesiarvototeutuksella ole toteutuneiden tasolla, mutta tuntituotannon aikasarja on MH-mallin kanssa stabiili. Kehitystyötä tarvitaan vielä MH-mallin ja JMM:n yhteensovittamiseksi. Tärkeimmät kohteet ovat erilaisten allastyyppien kuvaaminen sekä JMM:ssa että MH-mallissa, jokivesivoiman osuuden määrittely MH-mallissa, voimalaitosten huoltoseisokkien määrittely ja vesivoiman muuttuvien kustannusten parempi määrittely. Lisäksi MH-mallin tulisi ottaa huomioon tuulivoiman tehovaihtelut. /Kir11