The Norwegian hydropower heirloom: Developments and consequences towards 2030

Abstract

Denne masteroppgaven forsøker å belyse hvordan forvaltning av magasinerbar vannkraft utvikler seg og hvordan generelle utviklingstrekk i det norske og europeiske elektrisitetssystemer påvirker det norske elektrisitetsmarkedet mot 2030. De europeiske elektrisitetsmarkedene er i voldsom forandring. Energisystemer avkarboniseres og utviklingen er drevet av klimapolitikk en i EU.

Gjennom scenario-baserte numeriske simuleringer av en partiell likevektsmodell blir optimal forvaltning av eksisterende infrastruktur i et elektrisitetssystem koblet til omkringliggende elektrisitetsmarkeder analysert. Modellen baserer seg på velferdsøkonomi og tar perspektivet til en social planner. Gjennom Lagrange og Kuhn-Tucker betingelser, blir et ikke-lineært optimaliseringsproblem satt opp og løst 51 ganger. Løsningen maksimerer velferd oppnådd av elektrisitetskonsum ved å identifisere optimal allokering av elektrisitetsproduksjon fra magasinerbar vannkraft og utenlandshandel med strøm. Data fra et bredt spekter av kilder har blitt innsamlet, behandlet og analysert for å estimere modellens parametere.

Modellen forutser at økt etterspørsel etter elektrisitet og den nylig økte overføringskapasiteten til utlandet vil føre til en høyere markedspris for elektrisitet og at pris-gapet mellom norske og europeiske strømpriser vil bli redusert. En svekket energibalanse for elektrisitet og økt overføringskapasitet til utlandet medfører at vannmagasinene blir enda viktigere.

This thesis attempts to examine how management of Norwegian reservoir hydropower capacities will develop and how key trends in the Norwegian and European electricity systems will affect the Norwegian electricity market towards 2030. European electricity markets are changing fast towards decarbonization of energy systems, and the developments are driven by EU climate policy.

Through scenario-based numerical simulations a partial equilibrium model is used to analyse optimal management of existing capacities in an electricity system with foreign trade in electricity. The model is based on welfare economics and takes a social planner perspective. Through Lagrange and Kuhn-Tucker conditions, a non-linear optimization problem is set up and solved 51 times. The solution maximizes social surplus gained from electricity consumption by identifying the optimal allocation of reservoir hydropower and levels of foreign trade. Data form a wide range of data sources was gathered and analysed to estimate the model parameters.

Increased demand for electricity and the recently increased foreign transmission capacity is predicted to causes the Norwegian market price for electricity to increase and the price gap between Norwegian and European electricity prices to be reduced. With a decreased energy balance for electricity and increased foreign transmission capacity the hydropower reservoirs become even more important.