Post-optimization tool for hydropower : creating an optimization tool for hydropower production

Abstract

The main aim of this thesis was to be a part of ensuring sustainable and dependable electricity supply for energy intensive industries, such as biorefineries, in the future. In order to do so a post-optimization tool was created. The main objective for this post-optimization tool was to optimize the hydropower production based on the electricity demand of a set time period in order to maximize the value of water. Other aim for the tool was to highlight the unutilized market potential. This thesis was done for UPM Energy.

The basic principle of the tool was that it would work with perfect data, provided by UPM Energy, meaning only validated history data. This way, the tool could calculate the optimized result using mixed-integer linear programming in provided software interface. The tool would have to maximize the value of water using past price data of various electricity markets and within set out plant specific restrictions. For the purpose of this work the time period in history to be optimized was set to one week.

As the result of this work the optimized production scenario was compared to a real one. The main result of this thesis was that the tool does reveal the unutilized market potential very well. Based on the results of this thesis it would be extremely difficult to reach the optimized production philosophy because of the various time frames of each market. The main benefit from the tool was that it highlights the unutilized market potential suggesting a direction for future development in trading processes that could optimize the value of water and thus, ensure sustainable and dependable electricity supply long in the future.

Diplomityön tarkoituksena oli olla osana turvaamassa kestävää ja luotettavaa sähköntuotantoa energiaintensiivisille teollisuuksille, kuten biojalostamoille. Tämän mahdollistamiseksi luotiin jälkioptimointityökalu. Työkalun päätarkoitus oli optimoida vesivoimatuotanto sähkön kysynnän mukaan maksimoiden käytetyn veden arvo. Toinen työkalun tarkoitus oli tuoda ilmi hyödyntämätöntä markkinapotentiaalia. Tämä diplomityö on tehty UPM Energialle. Työkalulle annettiin vain validoitua historiadataa, eli työkalu toimi täydellisellä informaatiolla. Tällä tavalla jälkioptimointityökalu pystyisi laskemaan optimaalisen tuloksen käytetyn ohjelmiston käyttöliittymässä. Data oli peräisin UPM Energialta. Työkalun tulisi maksimoida veden käyttöarvo asetettujen laitoskohtaisten rajoitusten mukaisesti hyödyntäen sähkömarkkinoiden mennyttä hintadataa. Jotta tutkimuksen tulokset olisivat helposti tarkasteltavissa, rajattiin jälkioptimointityökalun aikahorisontti viikkoon. Työn tuloksissa jälkioptimoitua tuotantoskenaariota verrattaisiin todelliseen tuotettuun skenaarioon. Työn tärkeimpänä tuloksena voidaan pitää optimointityökalun kykyä esittää hyödyntämätön markkinapotentiaali. Tulosten perusteella optimisuunnitelmaan pääsy on kuitenkin äärimmäisen hankalaa johtuen eri markkinoiden aikaikkunoista. Työkalun päähyöty on kuitenkin markkinapotentiaalin korostus, jonka perusteella voidaan pyrkiä kehittämään veden arvon maksimoivia kaupankäynti menetelmiä.