Produksjonssimuleringar av Tjørhom pumpekraftverk

Abstract

Tjørhom og Tonstad kraftverk er to kraftverk eigd av Sira-Kvina. %Tjørhom kraftverk er leverer vatn til Tonstad. Låg installert effekt i Tjørhom, gjer at kraftverket produserar samanhengande vinterstid for å levere nok vatn til Tonstad. Låg magasinkapasitet, kombinert med stort lokaltilsig, gjer at Tonstad tvangskøyrast mykje på lokaltilsiget. Ved å utvide Tjørhom kraftverk med eit reversibelt aggregat, kan Tjørhom produsere meir prisoptimalt, og delar av tvangskøyringa i Tonstad kan fjernast. Målet for oppgåva er å utvikle ein metodikk for å modellere drifta av Tonstad og Tjørhom kraftverk. Modelleringa skal kunne sjå på endringa ei utviding av Tjørhom kraftverk til eit pumpekraftverk på 240 MW, gjer med drifta av begge kraftverka.

Det vart utvikla ein produksjonsimuleringsmodell for produksjonen i Tjørhom og Tonstad kraftverk. % vart simulert i ein eigenutvikla modell. Både eksisterande Tjørhom kraftverk og tre alternative utbyggingar av Tjørhom pumpekraftverk, vart modellert på historiske data, for tiårsperioden 2010-2019. Den teoretiske maksimale inntektsauka i dei to kraftverka, er rundt 190 millionar kroner årleg, basert på historiske prisar og produksjon.

Utvidinga av Tjørhom kraftverk ga auka inntekt og redusert produksjon. Modellen kunne berre optimalisere innanfor ei veke, som avgrensa inntekta i modellen. Manglande langsiktig planlegging gjorde, saman med inndata som ikkje var nøyaktige nok, at den modellerte produksjonen og inntekta i Tonstad vart lågare enn historisk.

Den største potensielle inntektsauka frå bygging av Tjørhom pumpekraftverk, er optimalisert drift i Tonstad. Etter ei utbygging vil enkelte av avgrensingane til kraftverka betrast, særleg knytt til tvangskøyring av Tonstad. Andre avgrensingar, særleg kor mykje vatn som kjem til Tonstad frå Sira-strengen, vil framleis kunne hindre optimal drift i både Tjørhom og Tonstad. Forenklingar av avgrensingane i systemet kan overvurdere inntektspotensialet til ei utbygging. Manglande vurdering av dei eksisterande avgrensingane, kan òg overvurdere fleksibiliteten i dagens system. Auka i fleksibilitet som Tjørhom pumpekraftverk gir, vert då undervurdert, som kan gi for låg inntektsauke. På bakgrunn av modelleringa, tilråast det at avløpstunnelen til det nye aggregatet i Tjørhom, drivast heilt til Ousdalsvatn. Det gir størst fleksibilitet, både i produksjon og pumping.

Tjørhom and Tonstad are two hydropower plants owned by Sira-Kvina. Low installed capacity in Tjørhom forces the power plant to produce almost constantly during winter, in order to supply Tonstad with water. In Tonstad, low reservoir capacity, combined with large local discharge, forces the power plant to produce on low prices to prevent loss of water. By expanding Tjørhom with a reversible turbine, Tjørhom can produce more energy on the highest prices. It will also allow for pumping of the local discharge in Tonstad, thus reducing the forced production on low prizes. The assignment is to develop a methodology for modelling production in Tjørhom and Tonstad power plants. The modelling should be able to assess how an expansion of Tjørhom hydropower plant to a 240 MW pumped storage plant will change the production in both power plants.

A production simulation model was developed for Tjørhom and Tonstad power plants. Both the existing 120 MW Tjørhom hydropower plant, and three alternatives for the 240 MW expanded Tjørhom pumped storage plant, was modelled. The model was based on historical data for the period 2010-2019. The maximal theoretical increase in income, was approximately 190 MNOK per year, based historical prices and production.

The expansion of Tjørhom increased the income in Tjørhom, but reduced the production. The model could only optimise week by week, which limited the modelled income. Together with inadequate input data, the lack of long term planning in the model lead to lower production and income in Tonstad than historically.

The largest potential increase in income from expanding Tjørhom, is more optimized production i Tonstad. Some of the limitations in the existing system, especially in regards of forced production in Tonstad, will be reduced by an expansion. Other limitations, especially how much water Tonstad gets from each of its two reservoirs, can still limit the production in both power plants. Simplifications of the systems limitations can overestimate the potential income. On one hand, the increased flexibility from expanding Tjørhom can be exaggerated, giving to high potential income from an expansion. On the other, underestimating the limitations in the existing system will exaggerate the flexibility and modelled income of the existing system.

Based on the modelling, it is recommended that the tailrace tunnel of Tjørhom pumped storage plant should be built directly to Ousdalsvatn. This gives the largest flexibility, both during production and pumping.