Slik utvikler vi neste generasjons markedsmodeller for energisystemet

I dag gjennomgår det europeiske kraftsystemet en rask og omfattende omstilling, drevet av overgangen til fornybare energikilder og elektrifisering. Forsyningssikkerhet, spesielt energisikkerhet, har derfor blitt en sentral samfunnsutfordring.

På grunn av energikrisen i Europa er det nå økt oppmerksomhet og engasjement blant energiforskere, inkludert meg selv, for å sikre pålitelig og konkurransedyktig tilgang til kraft i fremtidens fornybare energisystem.

For å møte energiutfordringene og best mulig utnytte fornybare energiressurser, er det viktig å tilgjengeliggjøre beslutningsstøtteverktøy. Disse verktøyene skal bistå aktører som kraftprodusenter, systemoperatører og offentlig forvaltning med å navigere i det stadig skiftende energilandskapet.

Denne bloggen gir innsikt hvordan vi i samarbeid med bransjeaktører, leder initiativet «Neste generasjon markedsmodeller». Målet er å utvikle et åpent analyserammeverk, med vår faglig spisskompetanse i kjernen, som er tilpasset brukernes behov for å best mulig utnytte fornybare energiressurser og sikre effektiv energiforsyning i Norge. Historien om vannkraftens rolle i Norge og utviklingen av kraftmarkedsmodeller fra 1970-tallet blir presentert. Bloggen avsluttes med SINTEFs nåværende prosjekt, som inkluderer en fullstendig re-implementasjon av markedssimulering med fokus på fleksibilitet, variabilitet og usikkerhet i kraftmarkedsanalyser.

Moderne Norge er bygd på vannkraft

Moderne Norge ble bygd og industrialisert ved å utnytte elver og fossefall til kraftproduksjon. De norske vannkraftressursene har spilt en viktig rolle i å forme landet vårt, bidra til industriutvikling og skape verdi gjennom belysning og oppvarming i over 100 år. Vannkraften har vært og er fortsatt kjernen i det norske kraftsystemet, og den har bidratt til å gjøre Norge til en av verdens mest pålitelige og bærekraftige kraftleverandører.

Selv om sol- og vindkraft blir stadig viktigere som fornybare energikilder, forblir vannkraften sentral i norsk kraftproduksjon. Den gir unik fleksibilitet, tilpasset variasjoner i kraftbehov og -produksjon. Likevel er tilgangen til vannkraft begrenset, med varierende mengder tilgjengelig vann avhengig av nedbør og snøsmelting. Derfor er god ressursforvaltning viktig for å optimalt utnytte de unike vannressursene.

Vannkraftens betydning for Norge er uvurderlig, og den forblir en nøkkelressurs for vår fremtidige industriutvikling.

Historien om vannkraftdisponering

Vannkraftdisponering har en lang historie i Norge og Norden, helt tilbake til 1950-tallet. For å forvalte ressursene best mulig ble det nødvendig å utvikle et system som kunne simulere ulike måter å bruke vannet på. Dette var et viktig skritt for å maksimere utnyttelsen av vannkraftressursene.

Allerede i 1961 ble deler av Otra-vassdraget simulert ved hjelp av datamaskinen FREDRIC, som var lokalisert på Kjeller. Denne tidlige simuleringen var pionerarbeid innen vannkraftforvaltning og la grunnlaget for fremtidig arbeid. Deretter ble det utviklet langtidsmodeller som ga dypere innsikt i bærekraftig forvaltning av vannressursene. Dette skjedde gjennom samarbeid mellom akademia og industrien, koordinert av det som den gang het Elektrisitetsforsynings Forskningsinstitutt (EFI) og nå heter SINTEF Energi. De nåværende modellene går tilbake til 1970-tallet og ble skapt for kraftsystemer med mye vannkraft.

Slike modeller har vært essensielle verktøy for planlegging og beslutningstaking i vannkraftbransjen. De har gjort det mulig å evaluere ulike scenarier, håndtere betydelig usikkerhet og forutsi virkningen av endringer i kraftproduksjonen. Dette har vært avgjørende for å sikre at vannkraften fortsetter å være en verdifull og bærekraftig energikilde for Norge.

Utvikling av kraftmarkedsmodeller: Fra hullkort til superdatamaskiner

Økende datamengder og bedre datakvalitet har gradvis forbedret resultatene fra modellverktøyene. Utviklingen har vært markant, fra tidligere metoder som hullbånd og hullkort til moderne lagring av vanntilsigsdata og kraftige superdatamaskiner. Denne teknologiske fremgangen har gjort det mulig å samle og analysere data mer nøyaktig og effektivt. Dette styrker vår evne til å planlegge og forvalte vannkraftressurser mer effektivt ved hjelp av avanserte matematiske modeller.

I 1991 opplevde Norges energisektor en viktig milepæl med dereguleringen av kraftmarkedet. Dereguleringen økte konkurransen i energibransjen, noe som førte til mer effektiv ressursallokering og fleksible energipriser. Reformen tilpasset også energiproduksjonen bedre til endringer i forbruksmønstre, og har spilt en nøkkelrolle i å sikre pålitelig og bærekraftig energileveranse til Norges innbyggere.

Modellene som ble brukt for sentral planlegging av vannkraftressurser, forblir svært verdifulle i det deregulerte kraftmarkedet og er nå i bruk hos de fleste aktører i det nordiske kraftmarkedet. De brukes til å analysere og ta beslutninger i dagens kraftmarked.

Teknologiske fremskritt og regulatoriske endringer har vært avgjørende for å forbedre forvaltningen av vannkraftressursene i Norge, og disse faktorene vil fortsette å være viktige i å sikre en bærekraftig og pålitelig energiforsyning for landet.

SINTEF og NTNU samarbeid på optimal vannkraftdisponering fra 70-tallet

SINTEF og NTNU, i samarbeid, har lang erfaring med å utvikle løsninger som skaper stor verdi for kraftsystemer basert på fornybare energikilder. Forskningsmiljøet er ledende globalt og arrangerer derfor den internasjonale konferansen «Hydropower Scheduling in Competitive Electricity Markets» hvert tredje år.

Siden 1970 har forskningen fokusert på å optimalisere vannkraftdisponering. SINTEF og NTNU har bidratt til å utvikle metoder som styrker utnyttelsen av Norges vannkraftressurser.

Gjennom flere tiår er det etablert en felles forskningsplattform som har vært grunnlaget for store forskningsinitiativer. Dette samarbeidet har vært kritisk for kontinuerlig innovasjon og utvikling av løsninger som styrker vannkraftindustrien og fremmer bærekraftige energisystemer.

Verdiskaping og bærekraft

Kraftmarkedsmodellene estimeres å øke verdien av vannkraften med 2-4%, ifølge uavhengige analyser. Med gjeldende kraftpris på 70 øre per kilowattime, utgjør dette en årlig gevinst på over 2 milliarder kroner for energisektoren. Siden den største delen av norsk vannkraft eies av det offentlige, kommer gevinsten det norske samfunnet til gode.

Kilde: Effekter av energiforskningen

Modellene brukes ikke bare til å planlegge vannkraftproduksjonen, men også til investerings- og utbyggingsanalyser for kraftproduksjon og transmisjon. Dette bidrar til å identifisere kostnadseffektive tiltak og effektiv utvikling av fremtidens kraftsystem.

Støtten for minstevannføring i modellene spiller en avgjørende rolle for å ivareta levevilkårene og det biologiske mangfoldet i vassdragene våre. Dette er en viktig del av bærekraftig ressursforvaltning, og kraftmarkedsmodellene bidrar dermed til en mer balansert tilnærming til kraftproduksjon som tar hensyn til både økonomiske og miljømessige konsekvenser.

Kundene nyter godt av de kritiske løsningene som SINTEF har utviklet, og som er essensielle for deres virksomhet. Disse løsningene har også funnet anvendelse utenfor Norge og eksporteres til betydelige nordiske aktører.

Enighet om et taktskifte for utvikling av en ny generasjon av kraftmarkedsmodeller

I 2019 inngikk SINTEF en intensjon sammen med flere partnere om et taktskifte for utvikling av en ny generasjon kraftmarkedsmodeller. Dette taktskiftet innebærer å opprettholde og styrke forskningstyngdepunktet, samt fremme et tett samarbeid mellom industrien og forskningsmiljøene.

Modellutviklingen tar utgangspunkt i kravene for nye markedsmodeller. Det har blitt klart at satsingen er todelt.

1. Den første delen innebærer utvikling og re-implementasjon av modellkjernen basert på en metodikk som er forsket på gjennom det siste tiåret.
2. Den andre delen involverer utvikling og implementasjon av et modell- og analyserammeverk som legger til rette for modellintegrasjon med andre modeller i porteføljen og hos modellbrukerne.

Fremtidens markedsmodeller krever en tilstrekkelig representasjon av fleksibilitet, variabilitet og usikkerhet, både på kort og lang sikt i kraftmarkedsanalyser. Omstillingen til et fornybart energisystem og elektrifisering vil øke betydningen av disse faktorene. Det kreves også detaljert modellering av vannkraftsystemet for å utnytte ressursene best mulig. For å imøtekomme disse kravene tar vi utgangspunkt i FanSi prototype modellen, som baserer seg på scenario-vifte metodikk. Prototypen er brukt i flere analyseprosjekter, blant annet for utredninger som er gjort på oppdrag av Olje- og energidepartementet som underlag for vurdering av kraftsituasjonen 2021/22.

For å håndtere stadig økende mengder data og forenkle bruken av markedsmodellene, har det blitt tydelig at et moderne og fleksibelt modell- og analyserammeverk er like viktig som optimeringskjernen. Rammeverket skal være modulbasert for å tilgjengeliggjøre optimeringskjernen for ulike brukere. Dette vil også åpne for muligheten til å forske på og videreutvikle morgendagens metoder på en mer effektiv måte.

For å lykkes med implementeringen av de beste metodene samt et moderne og fleksibelt rammeverk, er følgende fokusområder definert under utviklingen:

• State-of-the-art implementering
• Høy hastighet for å løse komplekse optimaliseringsproblemer
• Enkel integrasjon i analyseprosesser
• Høy kvalitet både faglig, metodisk og teknisk
• Intuitivt grensesnitt

Felles innsats fra bransjen

Det ble tidlig klart at dette taktskifte må realiseres som en felles innsats av bransjen. For å takle de stadig skiftende utfordringene knyttet til kraftsystemer og kraftproduksjon, var det avgjørende å bryte barrierer og utvikle mer avanserte modeller og løsninger. Samarbeidet mellom industri og forskning er grunnsteinen i denne prosessen, og dette fellesskapet er drivkraften bak nødvendige innovasjoner og endringer.

I SINTEF Energi har vi satt i gang utviklingssatsing gjennom et strategiprosjekt. Et påfølgende forprosjekt med partnere som Statkraft, Statnett og NVE har dannet et diskusjonsforum og lagt grunnleggende føringer for den fremtidige utviklingen. Gjennom et Proof-of-Concept har vi etablert en grunnleggende arkitektur for rammeverket og tilpasset måten vi jobber med utviklingsprosjekter. Dette har skapt et solid fundament for det pågående og fremtidige prosjekter samt hvordan vi driver programvareutvikling fremover.

I løpet av høsten 2023 har vi dannet et konsortium for hovedprosjektet, bestående av Statkraft, Å Energi, Lyse, Hafslund Eco og SINTEF Energi. Vi er nå i full gang med fase 1 av «neste generasjon markedsmodeller». Dette pågående prosjektet representerer en av de største satsingene så langt i SINTEF Energi og vil bidra til å sikre effektiv energi- og kraftforsyning i tiårene som kommer. Vi, sammen med våre prosjektpartnere, påtar oss ansvaret for å utvikle og forvalte eksisterende kompetanse samt framtidige beslutningsstøtteverktøy.

Hovedmål i fase 1 er en fullstendig re-implementasjon av markedssimulering. Dette sikrer vi gjennom engasjement av dedikerte ressurser som jobber tett sammen med våre forskere. Prosjektet gjennomføres etter såkalt «agil» metode, med partnerdemo etter hver sprint. Her presenteres det vi har gjort i hver sprint gjennom live-demonstrasjoner. Dette er til stor nytte for både våre prosjektpartnere og SINTEF; partnerne får anledning til å gi tilbakemeldinger i en tidlig fase, mens SINTEF kan benytte disse tilbakemeldingene til å justere løsningene på et tidlig tidspunkt, slik at sluttproduktet blir mer brukervennlig og gir større nytteverdi.

Proof of Concept ble ferdigstilt i 2022, og vi nærmer oss også ferdigstillelse av v1.0. Samtidig er vi i gang med å definere og planlegge de neste fasene som skal føre frem til en ny markedsmodell etter v2.0 er ferdigstilt. Dette skal sikre at aktørene i det nordiske kraftmarkedet har en ny og fremtidsrette generasjon beslutningsstøtteverktøy tilgjengelig før vi kommer i det neste tiåret, og inn i tidsalderen av fornybar energi.

Vi jobber nå med å forankre satsing hos alle våre kunder og modellbruker. Her er det Stefan Jaehnert og Andreas Ulvøen som presenterer Next generation long-term models (ngLTM) under årets brukermøte 28. og 29. november i Trondheim.

Interessant? Les flere innlegg

Hvorfor vannverdi er viktig for strømpris og forsyningssikkerhet

Hva i all verden skjer med kraftmarkedet?