Research for a linear optimised power model of Italy with focus on the hydro power system of Veneto

Abstract

Elektrizität und Energieerzeugug sind heutzutage von großem Interesse. Nichtsdestotrotz müssen neue Aspekte beachtet werden, d.h. Nachhaltigkeit und erneuerbare Energien spielen eine zentrale Rolle. Seit die Europäische Union gegründet wurde, begannen die Mitgliedsstaaten sowie der Rest von Europa ihre Zusammenarbeit zu intensivieren. Daher besteht der Bedarf die Energiepolitik zu koordinieren. Zunächst ist es wichtig, einen Überblick über das europäische Stromnetzwerk zu bekommen. Im Jahr 2010 startete die Technische Universität Wien das 30 Monate dauerende AutRES100 Projekt, welches sich auf das österreichische Stromnetzwerk konzentrierte. Dieses Projekt wird nun auf ganz Europa ausgeweitet. Diese Diplomarbeit beschäftigt sich mit der Region Venetien, welche sich im nördlichen Teil von Italien befindet und ein bedeutender Energieaustauschpartner Österreichs ist. Die Diplomarbeit beginnt mit einer Einführung und einem Überblick über den Energiemarkt. Die gegenwärtigen Energiemärkte der Welt, der Europäischen Union und Italiens werden beschrieben und die Ziele für die Zukunft diskutiert. Das nächste Kapitel beschäftigt sich mit Wasserkraft und betrachtet die unterschiedlichen Kraftwerkstypen, deren Aufbauten und andere grundlegende Aspekte. Dann folgt eine kurze Präsentation der gewählten Region Venetien. Der zeitintensivste Teil dieser Arbeit ist die Eingabedaten für das Modell zu finden. Bedauerlicherweise gibt es keine komplette und vertrauenswürdige Datenbank für Wasserkraftwerke in Italien. Das verwendete Modell ist jenes, welches für das AutRES100 Projekt entwickelt wurde, d.h. die Daten müssen diesem Modell angepasst werden. Schlussendlich wird es mit der Simplex und der Interior Point Methode, die beides Algorithmen zur linearen Optimierung sind, gelöst. Am Ende der Arbeit werden einige Modellsimulationen präsentiert. Berechnet werden unter anderem die Turbinenaktivität, der Energiegehalt und der Erlös der einzelnen Kraftwerke. Zuerst werden Simulationen, welche die existierenden Kraftwerke von Venetien betrachten, diskutiert um zu entscheiden, ob das Model zuverlässige Ergebnisse liefert. Später werden die Eingabedaten modifiziert, indem die Turbinenleistung gesteigert oder eine Pumpe installiert wird. Das Ziel ist es, herauszufinden, ob eine solche Änderung der Kraftwerksparameter wirtschaftlich ratsam ist und wie sie sich auf das Verhalten der Kraftwerke auswirkt. Es stellt sich heraus, dass, weil alle Ergebnisse in guter Übereinstimmung mit den Erwartungen und in sich konsistent sind, das Modell aus dem AutRES100 Projekt für die Region Venetien verwendet werden kann. Weiters kann geschlussfolgert werden, dass die Stromerzeugung durch Wasserkraft in Venetien das Potential hat wirtschaftlich verbessert zu werden, indem man Turbinen mit höherer Leistung oder Pumpen installiert.

Electricity and power generation are of high interest nowadays. Nevertheless new aspects have to be considered, i.e. sustainability and renewable energies are in the centre of attention. Since the European Union was founded the member states as well as the rest of Europe started to increase their collaboration. Hence there is a need of coordinating the energy policy. First of all it is important to have an overview of the European power network. In 2010 the Vienna University of Technology started the 30 months lasting AutRES100 project which concentrated on the power network of Austria. This project is now extended to whole Europe. The focus of this thesis is on the region Veneto which is located in the northern part of Italy and is an important energy exchange partner of Austria. The thesis starts with an introduction and overview of the energy market. The current energy markets of the world, the European Union and Italy are described and the goals for the future are discussed. The next section deals with hydroelectric power considering the different plant types, their set-ups and other basic aspects. Then a short presentation of the chosen region Veneto follows. The most time-consuming part of this thesis is finding the input data for the model. Unfortunately no complete and reliable database of hydroelectric power plants of Italy exists. The model used is the one developed for the AutRES100 project i.e. the data have to be adapted to this model. Finally it is solved using the Simplex and the Interior Point Method which are both algorithms for linear optimisation. At the end of this thesis some model simulations are presented. Outcomes are beside others the turbine activity, the energy content and the revenue of each power plant. First simulations considering the existing power plants of Veneto are discussed to decide whether the model gives reliable results. Later on the input data are modified by increasing the turbine power or by installing a pump in order to find out whether such a change of the power plant parameters would be economically advisable and which effect it has on the behaviour of the power plants. It is found that the model of the AutRES100 project can be used for the region Veneto because all the results are in good agreement with the expectations and are internally consistent. Moreover it can be concluded that the hydroelectric power production of Veneto has the potential to be improved economically just by installing turbines with higher powers or pumps.