Exempel på användning av klimatscenarier i effektstudier Klimatkorrigerad investeringsstrategi Rossby centre användarforum Norrköping 2010-10-21 Roger Hugosson - Vattenfall AB Vattenkraft Johan Andreasson - SMHI Miljö & Säkerhet Per Larsson - Vattenfall AB Produktionsledning
Vattenfall AB Vattenkraft Förnyelse och tillväxt 1600 Effektutbyggnad (MW) 1400 1200 1000 800 600 Total effektutbyggnad Effektutbyggnad 50-70 Antal aggregat 50-70 ca. 8300 MW ca. 4600 MW ca. 50 st Förnyelseprogrammet startar 2003 Med starka incitament från elcertifikatsystemet. Ekonomisk livslängd i investeringskalkylen är 30-40 år 400 200 0 1900 1910 1920 1930 1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010 2020 2030 2040 2
Produktionsberäkningar Järkvissle G1 2004 Järkvissle G1 Verkningsgrad (%) 96 94 92 90 88 86 84 Ny turbin Befintlig turbin 1. Veckomedeltappningar 50-00 tas fram. 2. Förutsättningarna för korttidsreglering fastställs. 3. Kalkylförutsättningar enligt koncerninstruktion. 4. Intäkten maximeras med en anpassad korttidsreglering. För befintlig och ny turbin. 5. Nettointäkten diskonteras över kalkylperioden 30 år. 82 80 0 100 200 300 400 500 Turbinvattenföring (m3/s) Flödesstatistik för produktionsberäkningar Kalkylperiod 1900 1910 1920 1930 1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010 2020 2030 2040 3
Ett klimatscenario 2021-2050 Resultat från SMHI:s indikatorområde Gimdalsby i Ljungan (uppströms Torpshammar) RCA3-E5:3/A1B Medel, max och min från 30-årsperioder beräknat med HBV-modellen och indata från klimatmodeller Flödesstatistik för produktionsberäkningar Kalkylperiod 1900 1910 1920 1930 1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010 2020 2030 2040 4
Vad vill vi specifikt studera? Tillrinningsförändringar Får vi ökad eller minskad tillrinningsvolym? Temperaturförändringar Dagar med medeltemperatur <0 C Dynamik - När regnar det och när/hur smälter snömagasinet? Intressant är medelvärden och trender. Vi studerar ej extremvärden. 5
Vägen mot en klimatstrategi 2007 vår Borde förväntade klimatförändringar beaktas i våra hydrologiska beräkningsunderlag? 2007 okt Klimat och sårbarhetsutredningen kommer med slutrapport 2008 apr Workshop som leder till beslut att inleda ett arbete med att ta fram en klimatstrategi 2008 höst Två frågor bearbetas: 1. Hur skall en klimatstrategi tas fram? 2. Hur skall den kopplas till verksamheten? 2008 okt CEATI workshop i Montreal. GCM>RCM>HBV. Kontakt med SMHI etablerades. 2008 dec SMHI får uppdraget att genomföra en klimatanalys på Luleälven 2009 feb Leverans av resultat för Luleälven 2009 vår Utvärdering av resultat och utveckling av metod för vidarebearbetning. 2009 okt SMHI får uppdraget att genomföra en klimatanalys för samtliga ävar. 2010 feb Leverans av Klimatanalys för kraftproducerande älvar i Sverige. 2010 vår Arbete med att vidarebearbeta resultatet för en klimatstrategi. 6
Hur har vi gått tillväga? Nation Institut Scenario GCM RCM Upplösning Period SMHI A1B ECHAM5(1) RCA3 50 km 1961-2100 SMHI A1B ECHAM5(3) RCA3 50 km 1961-2100 CNRM A1B ARPEGE Aladin 25 km 1961-2050 KNMI A1B ECHAM5(3) RACMO 25 km 1961-2100 Klimatscenarier från olika kombinationer av globala- och regionala klimatmodeller har tagits fram av forskningsinstitut via Ensembles projektet. MPI A1B ECHAM5(3) REMO 25 km 1961-2100 C4I A2 ECHAM5(3) RCA3 25 km 1961-2050 HC A1B HadCM3(Q0) HadRM3 25 km 1961-2100 C4I A1B HadCM3(Q16) RCA3 25 km 1961-2100 METNO A1B BCM HIRHAM 25 km 1961-2050 Hydrologisk respons modelleras i HBV - modellen Tillrinningsförändringar Temperaturförändringar Dynamik 7
Resultat 1 - Tillrinningsförändringar 8
Resultat 1 - Tillrinningsförändringar Luleälven fjäll - Samtliga modeller 25 Förändrad tillrinningsvolym (%) 20 15 10 5 0-5 1962-2007 2001-2020 2021-2040 2041-2060 KMNI-E5(3)-A1B MPI-E5(3)-A1B C4I-HC-A1B HC-HC(Q0)- A1B RCA3-E5(1)- A1B RCA3-E5(3)- A1B Medel -10 9
Resultat 2 - Temperaturförändringar Medeltemperatur Luleälven fjäll - Samtliga modeller 1,5 1,0 0,5 Medeltemperatur (C) 0,0-0,5-1,0-1,5-2,0 1962-2007 2001-2020 2021-2040 2041-2060 KMNI-E5(3)-A1B MPI-E5(3)-A1B C4I-HC-A1B HC-HC(Q0)- A1B RCA3-E5(1)- A1B RCA3-E5(3)- A1B Medel -2,5-3,0-3,5 10
Resultat 2 - Temperaturförändringar Göta älv -Fjäll Medel av alla modeller (medel) 20 15 1962-2007_obs Medeltemperatur (grader C) 10 5 0-5 -10 0 50 100 150 200 250 300 350 400 2001-2020 2006-2025 2011-2030 2016-2035 2021-2040 2031-2050 2041-2050 2041-2060 2076-2095 -15 Dag 11
Resultat 2 - Temperaturförändringar Antal dagar T<0 - Samtliga modeller 240 220 200 180 Antal dagar T<0 160 140 120 100 80 60 40 20 Göta älv fjäll Indalsälven fjäll Luleälven fjäll 0 1962-2007 2001-2020 2021-2040 2041-2060 12
Resultat 3 Dynamik Luleälven Något större och tidigare medelvårflod Mindre och tidigare medelvårflod Senare höstregn 13
Resultat 3 Dynamik Göta älv 14
Sammanfattning Klimatsimuleringarna visar: Ökad tillrinning i alla fjällområden Minskad tillrinning i Göta älvs skogsområden När antalet dagar med T<0 minskar så minskar snömagasinet Snömagasinet minskar förhållandevis mer i söder Minskat snömagasin gör att vårfloden minskar i alla områden utom Luleälven fjäll, trots ökad nederbörd. 15
Effektstudier hydrologi hur resultaten tagits fram 16
Distributions Baserad Skalering (DBS-metoden) Stenudden 350 300 Snö Q Q_obs Observerad (Q) Q_R3E5A1B3 RCM rådata (Q) Q_adjusted RCM DBS-justerad R3E5A1B3 (Q) 600 500 Q [m 3 /s] 250 200 150 100 Snow_obs Observerad (Snö) Snow_R3E5A1B3 RCM rådata input (Snö) Snow_adjusted RCM DBS-justerad R3E5A1B3 (Snö) 400 300 200 Snow depth [mm] 50 100 0 1 31 61 91 121 151 181 211 241 271 301 331 361 Day no. Klimatscenario: RCA3-ECHAM5:3-A1B Period: 1961-1990 0 17
Beräkningspunkter - 21 st Suorva skog skog och fjäll blandat fjäll 18
Modelljämförelse 1972-2007 Qmax ~ 1150 m 3 /s Vårflodmedel ~ 600 m 3 /s 19
Exempel Suorva 2001-2020 ~1200 1150 600 ~1200 ~600 ~600 Exempel på hur två klimatscenarier representerar historiskt klimat 20
Sammanfattning tillrinningar Den generella trenden är att tillrinningen efterhand ökar i de studerade älvarna För de flesta scenarierna och beräkningspunkterna förekommer även perioder med minskad tillrinning jämfört med 1962-2007 Stor spridning mellan de olika klimatsimuleringarna, och urvalet av nio täcker inte hela det möjliga intervallet 21
Fler klimatscenarier tillkommer kontinuerligt Nation Institut Scenario GCM RCM Upplösning Period SMHI A1B ECHAM5(1) RCA3 50 km 1961-2100 Bearbetade klimatscenarier 2010-10-20 SMHI A1B ECHAM5(2) RCA3 50 km 1961-2100 SMHI A1B ECHAM5(3) RCA3 50 km 1961-2100 SMHI A1B ECHAM5(3) RCA3 25 km 1961-2100 SMHI B1 ECHAM5(1) RCA3 50 km 1961-2100 SMHI A1B CNRM RCA3 50 km 1961-2100 SMHI A1B CCSM3 RCA3 50 km 1961-2100 CNRM A1B ARPEGE Aladin 25 km 1961-2050 KNMI A1B ECHAM5(3) RACMO 25 km 1961-2100 MPI A1B ECHAM5(3) REMO 25 km 1961-2100 C4I A2 ECHAM5(3) RCA3 25 km 1961-2050 HC A1B HadCM3(Q0) HadRM3 25 km 1961-2100 C4I A1B HadCM3(Q16) RCA3 25 km 1961-2100 METNO A1B BCM HIRHAM 25 km 1961-2050 METNO A1B HadCM3(Q0) HIRHAM 25 km 1961-2050 DMI A1B ECHAM5(3) HIRHAM 25 km 1961-2100 22
Klimatkorrigering i Samkörningsmodellen (EFI) Norrköping, 2010-10-22 Per Larsson, Vattenfall Produktionsledning
Agenda Frågeställningar Prisprognoser och produktionsplanering Klimatkorrigerade tillrinningsserier i EFI - metod Fallstudie - ett scenario, en tidsperiod Sammanfattning/diskussion 24
Frågeställningar Operativ produktionsplanering och elprisprognoser Kan vi använda tidsperioden 62-07 för att representera dagens situation eller är vi redan inne i förändrad tillrinningsregim? Nja Investeringskalkyler och långsiktigt strategiarbete Är det lämpligt att använda 62-07 för att representera ett framtida klimat 2020, 2030, 2040? - Antagligen inte! Hur använder vi oss av resultaten från SMHI? 25
EFI modellen (Samkörningsmodellen, EMPS, MPS) Matematisk modell Vindkraftenergi Statistik 50-07 ca 1200 vattenkraftstationer Värmekraft, kapacitet avställningsplaner Bränsleprisprognos Ger rörliga kostnader HydArk Tillrinning Statistik 50-07 Kraftnätet kapacitet Hela elmarknaden simuleras SEK/MWh 400 350 Dynamisk programmering ger vattenvärden dvs. pris på vattenkraften. Elmarknaden simuleras sedan med väderstatistiken som drivare. Elanvändning, produktion, kraftflöden, priser och kostnader erhålls. Resultat: Framtiden som scenarier Scenarier för STOSEK 2002-10-02 Elbehovsprognos Temperatur 50-07 300 250 200 150 Vårflodsprognos HBV 100 50 0 0201 0209 0217 0225 0233 0241 0249 0305 0313 0321 0329 0337 0345 0401 0409 0417 0425 0433 0441 0449 26
Prisprognoser på olika lång sikt, MPP och LPP Medellång PrisPrognos (6 år): EFI Görs varje vecka och ligger till grund för produktionsplan (ProdRisk) och säkringsstrategi på 6 års sikt samt LTA Lång PrisPrognos (2015, 2020, 2025, 2030, 2035, 2040) EFI (Norden) och PowerMarkets (kontinenten) Görs en gång per år Styrgrupp ett antal olika scenarier med olika antaganden om: Kapcitetsutbyggnad, kabelutbyggnad, valutakurser, inflation, bränslepriser, CO2, teknikutveckling (elbilar, solceller, vågkraft ) Market - optimistic (base) Kalkylförutsättningar Market - pessimistic Highly Regulated (mycket förnybart) CO2-focus (mycket kärnkraft) 27
Klimatkorrigering LPP idag Bygger på uppskattning som SMHI gjorde i början av 2000- talet Norge tillrinning +0,2 TWh/år Sverige tillrinning +0,1 TWh/år Finland tillrinning +0,03 TWh/år Temperaturökning +2,6 gc / 100 år Elanvändning 1 TWh/år under 10 år Förutom att korrigeringen bygger på gamla uppskattningar får man med denna approach endast en förändring av volymen och inte profilen. 28
Metod för korrigering i EFI Stort antal unika hydrologiska serier Sverige: 85 unika serier, (> 200 vattenkraftmoduler) Norge: 84 unika serier, (>1000 vattenkraftmoduler) Finland: 1 serie (1 vattenkraftmodul) Att korrigera varje sida vore allt för omfattande EFI områden + uppdelning i fjäll och skog Veckovisa relationstal samt korrigering av årsvolym 29
Fallstudie ett scenario, en tidsperiod Beräkningsförutsättningar KNMI-E5(3)-A1B (2041-2060) Mycket grova gissningar för Norge (+ 2% i syd, + 5% i norr). Inga förändringar i de norska HydArk-serierna Eventuell ökat värme/kylbehov ej beaktat 30
Sverige - tillrinning Tillrinning Sverige 4500 4000 Ref 62-07 2050 3500 3000 GWh 2500 2000 1500 Vårflod startar två veckor tidigare 1000 500 0 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 43 45 47 49 51 Vecka 31
Sverige - produktion Vattenkraftproduktion i Sverige 1600 Ref 62-07 2050 1500 1400 1300 GWh 1200 1100 1000 900 800 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 43 45 47 49 51 Vecka 32
Sverige - magasin Magasin Sverige 90 80 Ref 62-07 2050 70 60 % 50 40 30 20 De ökade höst och vintertillrinningarna gör att magasinen inte sänks av lika mycket under vintern. Minimum inträffar ca en vecka tidigare än idag 10 0 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 43 45 47 49 51 Vecka 33
Sammanfattning/diskussion Återstående arbete Automatisera metoden (Bättre) underlag för Norge och Finland Integrering i LPP-processen Nuvarande klimathantering i LPP slopas Uppdatera klimatanpassad elbehovsprognos utifrån nya klimatdata Ta fram instruktion som beskriver vilka tillrinningar och priser som skall användas för vattenkraftens investeringsprojekt Slutsats Användandet av EFI ger metoden styrka eftersom optimering av vattenresursen görs i förhållande till hela elmarknaden MEN Vi är i behov av ett scenario (best guess) kan inte hantera en ensemble i LPP-processen. 34