Assessing the impact of climate change and price variability on alpine hydropower. A case study in the Swiss Alps

Alpine hydropower systems are operated under changing conditions. On one side, climate change influences the hydrological regime, vary- ing water availability, inflow seasonality, and the frequency of the extreme events. On the other side, the electricity market is experi- encing a phase of change, due to the partial or total liberalization of the market, and to the increasing share of new renewable energy sources in the energetic mix. While climate change impacts on alpine catchments and on hydropower systems are widely treated in litera- ture, the impacts of the changing market conditions on hydropower haven’t been explored in depth so far. The objective of the work is the evaluation of the adaptive capacity of the system under different varying and co-varying climate change and socio-economic scenarios. In this study, we analyze the effects of both water availability and electricity price on the hydropower system of Mattmaksee, situated in the Swiss Alps. We consider the re-optimization of the hydropower reservoir operations as instrument of adaptation to climate and price change. We evaluate the adaptive capacity of the system. Future in- flow series are the results of the simulation with a physically based model fed by statistical downscaled future series of temperature and precipitation, generated downscaling projections from Regional Cir- culation Models. The future price series are generated taking into account the energy demand projections and the future energetic mix. We design the optimal operations under current and future scenarios using Multi Objective optimization techniques and considering dif- ferent purposes, e.g. maximization of energy production and revenue from electricity sale.

Gli impianti idroelettrici situati in ambiente alpino si trovano ad op- erare in un contesto di cambiamento. Da un lato il cambiamento cli- matico influenza il regime idrologico, modificando la disponibilitá d’acqua, la stagionalitá dell’afflusso ai serbatoi idroelettrici e la fre- quenza di eventi estremi. Dall’altro lato anche il mercato dell’energia sta attraversando una fase di cambiamento, dovuta sia alla parziale o totale liberalizzazione del mercato, sia all’aumento della quota di rin- novabili nel mix energetico previsto dalle strategie energetiche nazion- ali. Mentre gli impatti del cambiamento climatico sul regime idro- logico dei bacini alpini e sugli impianti idroelettrici rappresentano un argomento ampiamente trattato in letteratura, gli impatti del cambia- mento del mercato dell’energia sui sitemi idroelettrici rappresentano un argomento che ancora non é stato esplorato a fondo. In questo studio valutiamo sia l’effetto della variazione di disponibilitá d’acqua che del prezzo dell’energia sul sistema idroelettrico del Mattmarksee, situato nelle Alpi svizzere. Consideriamo la riottimizzazione della po- litica di gestione del serbatoio idroelettrico come strumento di adat- tamento ai cambiamenti e valutiamo la capacitá di adattamento del sistema. Disponiamo di serie future di afflusso e di prezzo. Le prime sono il risultato della simulazione con un modello fisicamente basato alimentato con proiezioni future di temperatura e precipitazione gen- erate con modelli di circolazione globale (GCM) e regionale (RCM). Le serie di prezzo sono generate tramite simulazioni che tengono in considerazione le proiezioni future di domanda di energia e il mix en- ergetico che si suppone caratterizzerá i prossimi 50 anni. Calcoliamo la politica ottima sia per lo scenario attuale che quello futuro utiliz- zando tecniche di ottimizzazione multiobiettivo e considerando due obiettivi, la massimizzazione della produzione e del profitto generato dalla vendita di energia elettrica. Il lavoro mira a valutare la capacitá di adattamento del sistema sotto diversi scenari di variazione e co- variazione di afflusso e prezzo.