Cascade hydropower capacity increase profitability analysis with optimisation modelling

Abstract

The electricity market and climate are both undergoing a change. The changes impact hydropower and provoke an interest for hydropower capacity increases. In this thesis a new methodology was developed utilising short-term hydropower optimisation and planning software for better capacity increase profitability analysis accuracy. In the methodology income increases are calculated in month long periods while varying average discharge and electricity price volatility. The monthly incomes are used for constructing year scenarios, and from different types of year scenarios a long-term profitability analysis can be made. Average price development is included utilising a multiplier. The method was applied on Oulujoki hydropower plants. It was found that the capacity additions that were analysed for Oulujoki were not profitable. However, the methodology was found versatile and useful. The result showed that short periods of peaking prices play major role in the profitability of capacity increases. Adding more discharge capacity to hydropower plants that initially bypassed water more often showed the best improvements both in income and power generation profile flexibility.

Sähkömarkkinat ja ilmasto ovat muutostilassa. Kumpikin muutos vaikuttaa vesivoimaan ja lisää kiinnostusta vesivoiman kapasiteetinnostoihin. Tässä diplomityössä kehitettiin uusi metodiikka, joka hyödyntää vesivoimantuotannon lyhyen aikavälin optimointiin ja suunnitteluun käytettävää ohjelmistoa saavuttaakseen parempaa kapasiteetinnoston kannattavuuden analysoinnin tarkkuutta. Metodiikassa tuotot lasketaan kuukauden pituisissa jaksoissa muuttaen veden juoksutusta ja sähkön hinnan volatiliteettia. Keskihinnan kehitys sisällytetään tulokseen kertoimella. Kuukausittaisista tuotoista rakennetaan vuosiskenaarioita, ja erilaisten vuosien avulla voidaan tehdä pitkän aikavälin kannattavuusanalyysi. Tätä metodiikkaa käytettiin Oulujoen vesivoimalaitoksiin. Työssä selvisi, että ne Oulujoen kapasiteetinlisäykset, joita työssä analysoitiin, eivät ole kannattavia. Kehitetty metodiikka todettiin kuitenkin monikäyttöiseksi ja hyödylliseksi. Tuloksista ilmeni, että lyhyitä ajanjaksoja kestävät hintapiikit ovat merkittävässä roolissa kapasiteetinnostojen kannattavuuden kannalta. Lisäämällä koneistovirtaamakapasiteettia niihin vesivoimalaitoksiin, jotka alun perin ohijuoksuttivat vettä useimmin, antoi parhaita tuloksia niin tuoton lisääntymisessä kuin sähköntuotantoprofiilin joustavuudessakin.