The Impact of Offshore Wind Power Variations on Continuous-time Scheduling of a Hydrothermal System

Som en del av klimapolitikken, forventes et betydelig omfang av offshore vindkraft å bli integrert i det nordeuropeiske kraftsystemet de kommende årene. Den varierende og i stor grad uforutsigbare kraftproduksjonen fra offshore vindkraft utfordrer kraftsystemets sikkerhet ettersom egenskapene til de konvensjonelle kraftverkene ikke er tilstrekkelig for å sikre balanse og fleksibilitet i kraftsystemet. Større andeler av offshore vindkraft resulterer i hyppigere endringer i kraftflyten mellom tilkoblede områder i kraftsystemet, og vil forsterker de strukturelle ubalansene i systemet. Dermed vil storskala offshore vindkraft øke de strukturelle ubalansene og behovet for balanserende reserver. Kaskadekoblede vannkraftverk er en eksisterende energilagringsteknologi som kan sørge for energi og fleksibilitet på systemskala. Det nordiske kraftsystemet domineres av fleksibel, regulerbar og relativt billig vannkraftproduksjon. I Sentral-Europa består imidlertid en stor del av kraftproduksjonen fremdeles av produksjon fra konvensjonelle termiske generatorer med begrenset justerbarhet og relativt dyr kraftproduksjon. Den økende overføringskapasiteten mellom Norge og Kontinental-Europa gjør at vannkraft i større grad kan bidra til å balansere det sammenkoblede systemet i møte med raske variasjoner i etterspørsel og produksjon som følge av integrering av variabel og usikker vindkraft i det nordeuropeiske kraftsystemet. Den diskrete strukturen i de europeiske elektrisitetsmarkedene er designet for kraftsystemer med relativt liten variasjon i etterspørsel og produksjon i løpet av timen. Markedsoppløsningen tar i liten grad hensyn til variasjoner innenfor timen, noe som fører til større strukturelle ubalanser når variable og mer uforutsigbare kraftkilder integreres i kraftsystemet. Den kontinuerlige optimeringsmodellen modellerer direkte slike variasjoner innenfor timen ved å representere alle tidsvarierende variabler og data som kontinuerlige kurver, med det resulterende optimaliseringsproblemet definert i form av koeffisientene til de valgte basispolynomene. Dette gjør at reguleringen og andre intertemporale begrensninger kan håndheves kontinuerlig, noe som resulterer i en mer realistisk representasjon av systemdriften. I denne oppgaven vurderes et stilisert system bestående av tre områder som representerer deler av Nord-Europa. Systemet inneholder et vannkraftdominert norsk område, et termisk dominert tysk og nederlandsk område og et offshore vindområde i Nordsjøen, sammenkoblet med HVDC kabler. En kontinuerlig unit commitment (UC) formulering brukes til å modellere den nordeuropeiske systemdriften. Kostnaden for å dekke strukturelle ubalanser i systemet blir kvantifisert ved en kostnadssammenligning med en analog diskret UC modell for forskjellige tilfeller. Hvis forpliktelsene fra den diskret UC modellen blir implementert for systemdriften, må belastningsfrakobling innføres ettersom etterspørselen i perioder med store netto lastvariasjoner ikke kan oppfylles. Simuleringsresultatene viser at det foreslåtte kontinuerlige rammeverket reduserer systembalanseringskostnadene og perioder med stor knapphet i balanseringen av kraftsystemet