SHARM – en kortidsmodell for vannkraftplanlegging som tar hensyn til usikkerhet

Vannkraftprodusenter må daglig bestemme hvor mye som skal produseres i hver time av døgnet. Under planleggingen er det to fundamentale usikkerheter som produsentene må ta hensyn til

• fremtidige priser
• tilsig

Produsentene må ta beslutninger som er robuste for flere mulige utfall av disse variablene neste dag.

En utfordring er at dagens verktøy for korttidsplanlegging av vannkraft, SHOP, i prinsippet ikke tar hensyn til usikkerhet innad i døgnet eller uken. Derfor gjør man gjerne flere kjøringer av modellen med ulike scenarioer for priser og tilsig for å kvalitetssikre de resultatene man bruker i den faktiske driften. Det kan allikevel oppstå problemer, fordi man fremdeles antar at man vet nøyaktig hva som vil skje innad i hver modellkjøring. Modellen blir for «skråsikker» og man kan få resultater som tar unødig høy risiko. Derfor har vi utviklet SHARM, en funksjonalitet i SHOP som tar ned «skråsikkerheten» og dermed reduserer den unødige risikoen.

En modell som ikke tar med usikkerhet er mindre robust

Å anta at man vet nøyaktig hva som kommer til å skje, fører til andre beslutninger enn de som tas under usikkerhet. Dette kan vi kjenne igjen i dagligdagse beslutninger også. Hvis vi vet at det kommer til å regne, tar vi med en paraply. Hvis vi vet at det kommer til å være opphold, lar vi paraplyen være igjen hjemme.

I hvert av disse scenarioene er vi altså sikre på hva som kommer til å skje, og vi kan ta optimale beslutninger basert på denne informasjonen. Hvis vi, derimot, ikke vet om det kommer til å regne eller ikke, tar vi med paraplyen «i tilfelle».

Å legge inn denne «sikkerhetsmarginen» er altså noe vi gjør fordi vi er usikre på hva som kommer til å skje. En beregningsmodell som alltid vet hva som kommer til å skje, ser ikke at slike sikkerhets- eller risikohensyn kan være fornuftige og resultatet er dermed en mindre robust strategi.

Hva er gjennomsnittet av å ta med paraply?

Dette er samme type problem som kraftprodusentene står ovenfor. Man kan planlegge optimalt for hvert enkelt scenario i seg selv: hvis det kommer mye tilsig bør man produsere, men heller spare vannet hvis det kommer lite tilsig.

Men å sammenstille resultatene fra flere slike scenariokjøringer for å gi robuste beslutninger under usikkerhet kan være vanskelig. Hva er egentlig gjennomsnittet av å ta med en paraply i et scenario og å ikke ta med paraply i et annet?

En halv paraply er nok ikke så nyttig i noen av tilfellene, og det er helle ikke lurt å produsere på halv kapasitet fordi man da har lavere virkningsgrad på generatorene.

Hvis man ikke er i stand til å ta hensyn til hele usikkerhetsbildet når man tar beslutninger, vil man kunne havne i situasjoner hvor det man har planlagt for i ett scenario blir helt feil hvis et annet skulle inntreffe. Og siden man på forhånd ikke vet hva som kommer til å skje, er det vanskelig å gå fra en rekke resultater som antar perfekt informasjon, til en strategi som er robust når fremtiden er usikker.

SHOP i endring med SHARM

Dagens kortidsplanleggingsverktøy for vannkraftproduksjon, SHOP, tar i utgangspunktet ikke hensyn til usikkerhet, men dette er i endring. Siden 2009 SINTEF Energi ledet en serie av forskningsprosjekter for å utvide SHOP til å ta usikkerheten i fremtidige priser og tilsig med i beregningen. Det betyr at i stedet for å se på flere kjøringer som hver for seg antar perfekt informasjon, kan man nå se på hele usikkerhetsbildet under ett. Den nye funksjonaliteten går under navnet SHARM og har et stort potensiale foran seg – spesielt med tanke på at kraftprodusenter i nær fremtid vil kunne selge sin kapasitet i flere markeder med ulike – og usikre! – priser.

I forskningsprosjektet MulitSHARM som ble avsluttet i 2019 har vi sett på hvordan vannkraftprodusenter kan tilby sin produksjon og andre tjenester i flere ulike markeder. Det europeiske kraftsystemet er i endring, både når det gjelder markedsdesign, tettere koblinger mellom land og økende andel av produksjon fra fornybare energikilder. De forventede konsekvensene av dette er at kraftsystemet vil få mer varierende priser og økt behov for balanse- og systemtjenester. Fleksibel vannkraftproduksjon er godt egnet for å tilby slike tjenester. For den enkelte vannkraftprodusent betyr dette at det å ha en god strategi for handel i flere markeder blir stadig viktigere.

Det eksisterende verktøyet for korttidsplanlegging, SHOP, allokerer ressurser ved å se på priser i det primære energimarkedet, som i den nordiske settingen er døgnmarkedet organisert av NordPool. Eventuell handel i andre markeder blir bestemt etter at døgnmarkedet er klarert, og få produsenter har implementert formelle metoder for å ta beslutninger for andre markeder. En mer konsistent strategi for handel i flere markeder kan oppnås ved å ta utgangspunkt i funksjonaliteten som er utviklet for å ta hensyn til usikkerhet i korttidsmodellen SHOP. Dette gjør det mulig å ta hensyn til usikkerhet i priser i flere markeder, og dermed kan man bestemme robuste handelsstrategier som allokerer ressurser ved å se på priser i flere markeder.

Jeg er en av to PhD-kandidater i MultiSHARM-prosjektet, og forsvarte min avhandling tidlig i februar 2019. Jeg så på verdien av en koordinert handelsstrategi for vannkraftprodusenter som deltar i det døgnmarkedet og markedet for balansekraft. Verdien av en koordinert strategi er anslått til å være mellom 1.1% og 1.7 % sammenlignet ved å delta i de to markedene ved å bruke en mindre formell strategi.