"Optimering av multimarknadsdeltagande för vattenkraft i frekvensregleringsmarknaderna: Ur två perspektiv"
Detta arbete undersöker och analyserar hur vattenkraftelproducenter kan optimera sin portfölj genom att delta på fler marknader än idag. Arbetet tittar såväl på hur deltagandet ska gå till som på hur bud konstrueras, men även på hur man mer effektivt kan utbilda de som arbetar med att operativt sälja elenergi. Projektet inkluderar utveckling av budstrategier som kan användas för att delta i elenergimarknaden såväl som kapacitetsmarknaderna, och tittar på hur dessa strategier påverkar budet och framtida marknadsdeltaganden. Den pedagogiska delen tittar på vilka delar av ämnet som uppfattas som mest väsentliga för problemlösning, helhetsförståelse och hur svåra dessa är med syfte att ge inriktning för hur lärandet inom området bör organiseras. Resultaten bidrar både till en djupare förståelse av den ekonomiska dynamiken bakom budgivning i ett affärsklimat med flera marknader och ger insikt i hur utbildningen kan struktureras för att stödja lärandet för handel på elenergimarknaden. Examensarbetet har utförts av Anna-Natalia Moustakas, som studerat vid Kungliga Tekniska Högskolan i Stockholm.
”Day-ahead marknaden är för närvarande mer volatil än någonsin tidigare, vilket skapar incitament för våra Spot Traders att utforska alternativa marknader eller till och med kombinera dem. Vårt mål är att närma oss en optimal handelsstrategi som säkerställer effektiv resursallokering för Fortums vattenkraftverksamhet. Utöver den tekniska aspekten av arbetet är den pedagogiska komponenten av stor nytta genom att förbättra utbildningen och främja en djupare förståelse för optimeringen av främst vattenkraften. Genom att nyttja resultatet av detta arbete hoppas vi kunna förbättra våra optimeringsmodeller och optimera vår portfölj ytterligare”, säger Karar Al-Obeid, Spot Trader & Business Developer.
"Dagen före-modellering av balansmarknaden: En studie av linjära maskininlärningsmodeller som används för att modellera prediktioner av mFRR-volymer"
De senaste åren har frekvensmarknaden fått alltmer medial uppmärksamhet. Många nya aktörer har kommit in på denna marknad, framför allt aktörer som erbjuder dessa stödtjänster via batteriparker. Dessutom består en större andel av elproduktionen idag av intermittenta energislag, vilket skapar högre volatilitet i elproduktionen och större efterfrågan på frekvensreglering. Frekvensmarknaden är uppdelad i olika produkter som aktiveras i olika skeenden när frekvensen på elnätet avviker från 50 Hz. Produkten mFRR (Manuell frekvensåterställningsreserv) är den sista frekvenstjänsten som aktiveras och som ser till att frekvensen återställs, när större avvikelser förekommit. Denna produkt prissätter även avvikelser som de balansansvariga eventuellt har mot vad de bjöd ut på dagen före-marknaden och är därför tätt kopplad till intradagsmarknaden. Projektet har undersökt möjligheterna kring att förutspå morgondagens mFRR-volymer med hjälp av statistisk modellering, relevanta parametrar som förväntas påverka mFRR-volymer samt historiska data för mFRR-volymer. Arbetet har utförts av John Bankefors, som studerat vid Uppsala Universitet.
”Marknadsaktörer på elmarknaden strävar alltid efter att ligga i balans. Obalanser kan uppstå av olika anledningar; allt från att temperaturen blir varmare eller kallare än förväntat till att ett överskott eller underskott av elektricitet måste säljas eller köpas för att täcka upp obalansen. Skapandet av en modell som kan förutse regleringsvolymer på dagen före-marknaden kan bidra till att Fortum minskar ner sina obalanskostnader genom att man redan dagen innan lägger sig på ”rätt sida” i sin budgivning. Förhoppningen är att modellen kan erbjuda en viss förutsägbarhet i hur man ska buda sina konsumtionsportföljer dagen innan, så att man bättre ligger i balans och minskar ner sina obalanskostnader", säger Andreas Repeta, Spot Trader.
"Potentialen att implementera elektricitet-till-metanol-projekt baserat på biogen koldioxid i Norden"
Ökande koncentrationer av CO2 i atmosfären kräver brådskande åtgärder för att begränsa den globala temperaturökningen. Nya tekniker, såsom Power-to-X (P2X), har stor potential att minska beroendet av fossila bränslen genom att nyttja förnybar el och fånga in biogen CO2 från industrier, för att producera elektrobränslen, såsom e-metanol. I de nordiska länderna, särskilt Sverige och Finland, släpps betydande mängder biogen CO2 ut från pappersmassafabriker och kraftvärmeverk, vilket ger dessa länder en betydande potential för att realisera P2X-projektbaserade på biogen CO2. Syftet med examensarbetet har varit att utvärdera och analysera hur teknoekonomiska aspekter påverkar möjligheten för framställning av e-metanol i de nordiska länderna. Examensarbetet har utförts av Hanna Andersson som studerat civilingenjörsprogrammet inom hållbar energiteknik på Kungliga Tekniska högskolan i Stockholm.
”Kol är inte bara en del av fossila bränslen utan också en grundläggande byggsten för kemikalier och material. De nordiska länderna har traditionellt varit starka inom papper- och massaindustrin samt inom produktion av bioenergi. Potentialen för att använda biogen CO2 för produkter med mervärde via P2X i Norden utvärderas i Hannas arbete. Vi ser fram emot att lära oss mer om de viktigaste kostnadsdrivkrafterna som stöder potentiella framtida affärsmodeller", säger Staffan Sandblom, Director P2X Business and Project Development.
"Övervakning av vattenkraftdammar med maskininlärningsmodeller"
Fortum förvaltar ett stort antal vattenkraftdammar, som kräver ständig övervakning för upprätthållande av hög dammsäkerhet. Bland de olika delarna i ett dammsäkerhetsprogram spelar prediktiva modeller en avgörande roll för att kunna förutse potentiella händelseförlopp. Dessa ger uppskattningar på en damms beteende, som kan jämföras med faktiska data, för att dra slutsatser om dammens tillstånd. I detta examensarbete har förmågan hos maskinlärningsmodeller undersökts, med avsikt att inte bara göra goda förutsägelser om tänkbara händelser utan också att upptäcka avvikelser i ett tidigt skede. Det övergripande målet är att utvärdera den praktiska implementeringen av databaserade prediktionsmodeller i ett övergripande säkerhetsprogram, både för att upptäcka sensoravvikelser och tidiga indikationer på potentiella dammhaverier. Detta innebär att identifiera, användbara miljövariabler och sensorsignaler för att göra förutsägelser, välja relevanta prediktionsmodeller och definiera en praktisk process för att upptäcka avvikelser. Arbetet har genomförts av Romain Perron som studerat vid Kungliga Tekniska Högskolan.
”Med maskinlärningsmodeller tror vi att vi ska kunna upptäcka avvikelser i ett tidigt skede. Eftersom beteendet hos dammar mestadels beror på de belastningar de utsätts för, är skillnaden mellan förändrat normalt beteende och förändrat beteende på grund av avvikelser svår att urskilja. Den tidsmässiga skillnaden mellan att visuellt observera en damm som är på väg att haverera och att upptäcka detta med sensorer är flera månader eller till och med år, vilket ger oss en helt annan möjlighet att förebygga haverier. Olika mätningar kan ha olika samband, men det kan vara svårt att tolka dessa korrelationer eftersom det vanligtvis också finns olika tidsfördröjningar för avvikelser. Med hjälp av maskinlärning hoppas vi kunna upptäcka fel i dammarna i ett mycket tidigt skede, och på så sätt kan vi agera snabbt och om nödvändigt sätta begränsningar på driftförhållandena. Detta kommer att minimera både begränsningarna på driftförhållandena och på följderna av dammförsämringen, vilket möjliggör att vi kan upprätthålla den högsta graden av dammsäkerhet”, säger handledare Peter Risberg, Business Developer.
"Optimering av förnybara hybrida energisystem - för integration av vind- och solkraft med existerande vattenkrafttillgångar i Sverige"
Syftet med detta examensarbete har varit att optimera de huvudsakliga projekterings- och ingenjörsfaktorerna för installationer av olika förnybara energikällor, när de är anslutna till samma nätanslutningspunkt som ett befintligt vattenkraftverk. Optimeringen har fokuserat på att maximera det totala ekonomiska värdet av det samlokaliserade systemet, både när vattenkraftproduktionen körs som vanligt och när den ändras beroende på intermittensen hos den samlokaliserade förnybara energikällan. Som resultat har en lista över avgörande faktorer upprättats, tillsammans med en modell som kan användas vid bedömning av nya installationer av samlokaliserad vind- och solkraftproduktion med befintliga vattenkraftverk. Projektet har genomförts av Anton Lindh som studerat vid Kungliga Tekniska Högskolan i Stockholm, inom Inno-Energy-programmet, ett internationellt samarbete mellan flera europeiska universitet.
"Som en stor aktör på marknaden, har Fortum olika möjligheter att utnyttja vår redan befintliga elenergiproduktionsinfrastruktur när vi utvecklar våra förnybara energikällor. En möjlighet är att ha ett hybrid-elenergisystem där antingen vind- eller solkraftsproduktion samlokaliseras med befintlig vattenkraft. För att möjliggöra systematiska undersökningar av dessa investeringstyper, behöver Fortum verktyg som optimerar och lyfter fram effekterna av hybridinstallationslösningar på både nuvarande och ny produktion. Detta examensarbete har utvecklat ett exempel på ett sådant investeringsverktyg, som genererar optimerade ingenjörsfaktorer för den adderade förnybara produktionskällan tillsammans med de övergripande ekonomiska effekterna för det samlokaliserade systemet. Samlokaliseringen kan väljas för både strömvattenkraftverk och reglerade vattenkraftverk, vilket breddar investeringsmöjligheterna. Därmed möjliggör detta verktyg att ha en systematisk metod när man undersöker nya kreativa tillväxtalternativ för vår framtida elenergiproduktionsportfölj. En process som strävar efter total portföljoptimering med flera produktionsalternativ", säger Elin Luedtke, Business Developer.
"Begränsning av miljöpåverkan av korttidsreglering med hjälp av konstruktionsmässiga åtgärder"
Korttidsreglering av vattenkraftverk spelar en viktig roll i elsystemet och säkerställer elproduktion och nätstabilitet. Korttidsreglering kan dock leda till miljöpåverkan, såsom att fiskar och ryggradslösa djur drivs iväg eller blir strandsatta. Syftet med examensarbetet var att hitta byggnadsmässiga åtgärder för att minimera denna miljöpåverkan. Fokus låg på att undersöka byggnadsåtgärder som tillämpas vid vattenkraftverk i andra delar av Europa (framförallt i Alperna) och utreda om de även kan passa i det svenska landskapet. Som ett exempel beskrivs möjligheten att implementera en dämpningssbassäng vid ett vattenkraftverk i Dalarna. Examensarbetet är utfört av Johannes Eltzsch som studerat Miljöteknik och Hållbar Infrastruktur vid Kungliga Tekniska Högskolan, Stockholm.
“Detta är ett mycket aktuellt ämne, då det både i Sverige och Finland ständigt ställs krav på att ekologiskt anpassa vattenförvaltning och flödesdynamik, vilket kan vara starkt hämmande för flexibiliteten hos vattenkraften. Att mildra effekterna av korttidsreglering utan begränsning av flexibiliteten kräver nytänkande. Om någon av de studerade åtgärderna kan passa i nordiska förhållanden, åtminstone vid några av våra vattenkraftverk, kan det ge oss ett nytt verktyg för att bibehålla vår flexibla produktion och samtidigt uppnå våra ambitiösa mål för biologisk mångfald”, säger Minna Hanski, Senior Expert Hydropower Environment.
"Optimering av komplexa power-to-x-anläggningar i Norden"
Den nordiska elmarknaden har genomgått betydande förändringar de senaste åren, med en stor ökning av förnybara och intermittenta energikällor. I denna föränderliga miljö har integrationen av Power-to-X--teknik (P2X) framträtt som en betydelsefull faktor. P2X syftar till att omvandla elektricitet, ofta genererad från förnybara källor, till olika energibärare eller produkter, till exempel vätgas. Produktionen av förnybar vätgas är ofta dyr på grund av kostnaden för avancerad teknik, energiförluster och outnyttjade intäktsströmmar. Examensarbetet syftade till att optimera de tekno-ekonomiska aspekterna hos en soldriven P2X-anläggning belägen i Norden. Optimeringen fokuserade på att fastställa optimal omfattning och kombination av systemets komponenter, för att minimera Levelized Cost of Hydrogen (LCOH), när man samtidigt producerar vätgas, levererar stödtjänster till elnätet och nyttjar biprodukter såsom värme och syre. Arbetet inkluderade också att optimera anläggningens driftstrategi för när vätgas ska produceras och från vilken energikälla, baserat på lönsamheten av att tillhandahålla stödtjänster för elnätet och att sälja solenergi. Examensarbetet har utförts av Tova Langels och Fanny Sundquist som studerat civilingenjörsprogrammet inom Sustainable Energy Engineering vid Kungliga Tekniska Högskolan, Stockholm.
“P2X är en lovande metod för oss att uppnå koldioxidneutralitet. Även om storskalig implementering av P2X för närvarande lider av bristande lönsamhet utan statligt stöd, utvecklar Fortum mindre hybridanläggningskoncept som erbjuder ett annat perspektiv, där flera lokala intäktsströmmar är tillgängliga. Examensarbetet har undersökt hur dessa hybridanläggningar potentiellt kan optimeras mot produktion av förnybar energi och stödtjänster för elnätet, med fokus på flexibel drift", säger Wenzhong Zhang, handledare och P2X Research and Development Manager.