Evaluating Modeling Approaches for State-Dependent Environmental Constraints in Medium-Term Hydropower Scheduling

Abstract

Ettersom frykten for klimaendringer stadig blir mer utbredt i samfunnet i dag, har kraftprodusenter et stort ansvar for å produsere på en mest mulig bærekraftig måte. Mange av de store vannkraftmagasinene i Norge brukes også til formål som friluftsliv og rekreasjon, og derfor er det i noen tilfeller svært strenge reguleringer knyttet til magasinfylling. Disse lovene og reglene er tilstandsavhengige, noe som gjør de vanskelig å inkludere i modelleringsrammeverkene som brukes til vannkraftplanlegging i dag.

Denne masteroppgaven tar for seg inkluderingen av tilstandsavhengige restriksjoner i vannkraftplanlegging. En eksakt formulering av restriksjonen sammenlignes gjennom en case-studie med to lineære approksimasjoner; en fullstendig relaksering og en strammere relaksering som har en kunstig nedre magasingrense. Disse tre formuleringsmetodene er sett opp mot et base case.

Resultater fra case-studien viste at det er tilnærmet lik forbedring ved bruk av den eksakte formuleringen som med den strammere lineære relakseringen. De økonomiske resultatene indikerer at det er et inntjeningspotensial, men vannmengden i magasinet økte ikke. Modellen er svært prissensitiv, og en annen prisprofil vil kunne føre til en større innvirkning. Det var ingen signifikant forskjell mellom den fullstendige relakseringen og base caset, som indikerer at det er lite hensiktsmessig å bruke denne metoden. Den strammere relakseringsmetoden kan brukes i dagens vannkraftplanleggingsverktøy og er en god metode for å inkludere tilstandsavhengige miljørestriksjoner.

As concerns of climate change and environmental degradation are becoming ever more prevalent in society today, power producers have a great responsibility to operate in an environmentally sustainable way. Many of the large reservoirs in Norway also are used for recreational activities and there are strict regulations on some reservoirs to ensure high enough water levels and avoid drought in popular recreational areas. These regulations are state-dependent, making them challenging to implement in the modeling framework used in medium-term hydropower scheduling today.

This master's thesis addresses the inclusion of state-dependent environmental constraints in medium-term scheduling of hydropower plants with reservoirs. An exact restriction formulation is compared, through a case study, to linear approximations; one complete relaxation and one tighter relaxation with a lower auxiliary reservoir bound. The three approaches are benchmarked against a base case method.

Results from the case study showed similar improvement for the exact formulation and the tighter linear approximation of the state-dependent constraints. The financial results indicate an earning potential, but the overall reservoir level did not increase substantially. Still, the model is very price sensitive, and a different price profile could lead to a more significant impact. There was no significant difference between the complete relaxation and the base case method, indicating poor performance. The tighter linear approximation method can be used in today's industry approaches and is a good alternative for including state-dependent environmental constraints in medium-term hydropower scheduling.