Energiatasemalli

Kysymys

Mikä on energiatase ja miten se mallinnetaan?

Vastaus

Laskemalla yhteen tietyn ajanjakson sisällä tuotettu energia ja vähentämällä siitä samassa ajassa kulutettu energia saadaan energiatase. Koska sähkö- ja kaukolämpöverkossa ei ole merkittäviä energian varastointimekanismeja, täytyy taseen olla lyhyellä aikavälillä käytännössä nolla. Kun tarkastellaan alueellista energiatasetta, voidaan olettaa että sähköä voidaan viedä ja tuoda kansainvälisillä markkinoilla. Tästä poiketen kaukolämpö täytyy tuottaa paikallisesti. Ongelmaksi muodostuu se, kuinka tuotanto optimoidaan niin että merkittäviä vajeita ei synny ja tappiot minimoidaan sekä voitot maksimoidaan. Reaalimaailmassa sen ratkaisevat pääasiassa markkinavoimat.

Viimeisin energiatasemallimme käyttää lineaariohjelmointityökaluja optimaalisen aktiviteettitason löytämiseen joukolle tuotantoyksiköitä päämallin simuloimissa tilanteissa. Päämalli on vastuussa päätöksentekoon liittyvistä asioista, kun taas energiataseen optimointi ainoastaan mallintaa markkinoiden toimintaa.

Lineaarinen ohjelmointiongelma muodostuu seuraavasti. Jokaiselle tuotantoyksikölle: olkoon x_i voimalan aktiviteetti. Otetaan muuttuja y_j merkitsemään kunkin energiatyypin ali- ja ylijäämiä. Kohdefunktio (se mitä optimoidaan) muodostuu laskemalla ensin kullekin tuotantoyksikölle yksikkötuotot a_i aktiviteettia kohti. Ne määräytyvät polttoaineiden ja niistä saatavien hyödykkeiden suhteista sekä niiden hinnoista. Lisäksi haluamme varmistaa, että kaukolämmön kysyntä täytetään aina kun mahdollista, joten mallissa täyttämättömästä kaukolämmön kysynnästä maksetaan sakkoa (1M€/MW tässä mallissa). Pitää myös huomioida, että ylijäämä kaukolämpö menee hukkaan, joten se lasketaan tappiona. Merkitään vajeesta ja ylijäämästä johtuvia tappioita merkinnällä b_j. Lopullinen kohdefunktio on: sum(x_ia_i) + sum(y_jb_j). Muuttujien x_i ja y_j arvoja rajoittavat erilaiset yhtälöt ja epäyhtälöt: hyödykkeen tuotannon summa on yhtä suuri kuin sen kysyntä - alijäämä + ylijäämä, aktiviteettia rajoittaa yksikön kapasiteetti, kaikki muuttujat ovat myös ei negatiivisia määritelmän mukaan. Tietokoneohjelma ratkaisee tämän ongelman tehokkaasti kullekin simulaatiolle. Yksinkertaisuuden vuoksi tuotannon oletetaan olevan ajasta riippumaton, eli se voidaan ajaa hetkessä ylös tai alas. Tästä seuraa myös että vesivoiman kapasiteettia ei voida mallintaa täysin, koska malli ei tiedä paljonko sitä on tähän mennessä jo käytetty.

Katso myös

Energiatase