Production scheduling and water values : A study of hydropower production scheduling at Skellefteå Kraft AB

Syftet med detta examensarbete var att på uppdrag av Skellefteå Kraft AB studera produktionsplanering för regleringsbar vattenkraft och avgöra hur vatten i ett magasin kan värderas. Vidare skulle även en applikation skapas för att kunna beräkna dessa vattenvärden. Produktionsplanering för vattenkraft visade sig oftast delas upp i tre nivåer, i en lång-, säsong- och korttidsplaneringsdel, där detaljrikedomen i modellbeskrivningarna ökar med minskande tidshorisont. Anledningen till uppdelningen är en följd av att både noggrannhet och långsiktighet önskas, tanken är därmed att låta den högre nivån ge den lägre en långsiktighet den annars saknat. Möjliga kopplingar mellan nivåerna diskuterades, där en priskoppling genom vattenvärden argumenterades för att vara den bästa. Därefter studerades metoder för vattenvärdeberäkningar och matematiska villkor för optimal produktion, varvid ett eget program i Matlab kunde skrivas. Programmet beräknar vattenvärden vid en enmagasinmodell utifrån tillrinnings- och prisprognoser, där prognoserna tillåts att delas upp i ett valfritt antal scenarion. Testkörningar av programmet visar att vattenvärdena går ned inför en prognostiserad vårflod, för att på så vis skapa plats åt det inkommande vattnet. Det visas även att vattenvärdenas ISO-kurvor, som markerar var i tid och magasinsnivå ett visst vattenvärde gäller, blir flackare vid större magasin och djupare vid mindre inför den kommande vårfloden. Men även att ISO-kurvorna påverkas av produktionskapaciteten. Vidare visar testkörningarna att vattenvärdena är starkt kopplade till både tillrinningarnas- och prisprognosernas form och nivå, eftersom att spill vill undvikas samtidigt som produktionen önskas styras till perioder av höga priser. Innan vattenvärdena från programmet används i praktiken bör ytterligare testkörningar göras för att jämföra ekonomiskt utfall i förhållande till nuvarande arbetssätt. Därför är detta också ett förslag på vidare arbete, tillsammans med en eventuell utvidgning av programmet till en flermagasinsmodell.The purpose of this master's thesis was to study hydropower production scheduling on behalf of Skellefteå Kraft AB and to determine how water in a reservoir could be priced. Furthermore an application for calculating these water values was to be made. Hydropower production scheduling was found most often divided into three levels, into a long-, medium- and short-term scheduling part, where the degree of detail increases with decreasing time horizon. The reason for this breakdown into levels are that a high detail in the model descriptions is desired, while still maintaining a good long-term planning. The idea is thus to let the higher level give the lower one an insight for future events it would otherwise lack. Possible couplings between the levels was discussed, where a coupling through price and water values was argued to be the best. Subsequently methods for water value calculations and mathematical conditions for optimal production was studied, in which an own program in Matlab could be written. The program calculates water values at a single reservoir model by the help of forecasts of future inflow and price, where the forecasts are allowed to be divided into any number of scenarios. Test runs of the program shows that water levels are reduced before the spring flood, thus to make room for the incoming water. It is also shown that the ISO-curves for the water values, which indicates where in time and reservoir level a certain water value is located, becomes flatter at larger reservoirs and steeper at smaller reservoirs before the incoming spring flood. But also that the ISO-curves are affected by the production capacity. The test runs further shows that the water values are strongly linked to both the shape and level of the inflow and price forecasts, since it is desired to avoid spill while directing the production to periods of high prices. Additional runs to compare the economic outcomes relative to current practice should be made before using the water values of the program in practice. Therefore this is also a proposal for further work, along with a possible extension of the program into a multi-reservoir model