Modeleren van elektrische systemen: opwekkingscapaciteit investeringen plannen onder onzekerheid

Veel elektriciteitssystemen ondergaan drastische veranderingen door het snel toenemende aandeel van hernieuwbare energiebronnen zoals wind- en zonne-energie. Men gebruikt vaak modellen om de bijhorende uitdagingen in kaart te brengen. In dit doctoraat, doelen we erop om de link te versterken tussen opwekkingscapaciteit en planning van het elektriciteitsnet. Tijdens het ontwerpen van het elektriciteitsnet moeten investeringskosten en operationele kosten in rekenen genomen worden over een tijdshorizon van enkele tientallen jaren. Dit betekent dat er veel onzekerheden in rekening gebracht horen te worden, wat van de optimisatie van het ontwerp een grootschalig stochastisch probleem maakt. Het doel van dit doctoraat is het ontwerpen van een planningsmethodologie die zich focust op geloofwardige scenario's en zo een brug maakt tussen methodologien die gebruikt worden voor het optimiseren van opwekkingscapaciteit enerzijds en netontwerp anderzijds. n het kader van uitbreidingsplanning worden momenteel twee soorten tools gebruikt. De eerste klasse instrumenten bestaat uit volwassen planningstools voor energiesystemen die de afgelopen decennia voortdurend zijn ontwikkeld. Bij deze instrumenten is het transmissienet traditioneel op een zeer vereenvoudigde manier vertegenwoordigd of zelfs verwaarloosd. Daar zijn twee redenen voor. Ten eerste was de transmissie-uitbreiding in het verleden relatief goedkoop in vergelijking met investeringen in opwekking. Ten tweede is het probleem van transmissie-uitbreiding niet-lineair en niet-convex van aard en dus moeilijk op te lossen. Als zodanig is aangenomen dat er altijd voldoende transportcapaciteit zal worden gebouwd om de investeringen in opwekking te stimuleren, of de optimalisatie van transmissie-uitbreiding is beperkt tot de interconnectiecapaciteit. Deze aanname geldt alleen indien bovengrondse transmissielijnen kunnen worden gebruikt voor uitbreiding van het net. In de afgelopen tien jaar hebben we in Europa gezien dat deze veronderstelling niet langer geldig is, omdat het erg moeilijk is om vergunningen te verkrijgen voor nieuwe bovengrondse lijnen. Verwacht wordt dat de totale lengte van ondergrondse kabels in het Europese hoogspanningsnet de komende tien jaar 5 keer groter zal zijn dan nu. In het geval van offshore transmissie, bijvoorbeeld om windparken aan te sluiten, kunnen geen bovengrondse lijnen worden gebouwd, waardoor de kosten voor transmissie-investeringen vergelijkbaar zijn met de investering in opwekking. De tweede klasse tools wordt veel gebruikt door nutsbedrijven en biedt veel detail bij het modelleren van het transmissienet, rekening houdend met betrouwbaarheidsaspecten. Desalniettemin bieden deze tools alleen de mogelijkheid om verschillende grid-architecturen te vergelijken in plaats van om de optimale grid-layout te bepalen. De netplanner moet de taak dus uitvoeren op basis van ervaring. Als zodanig kan in het planningsproces slechts een klein aantal scenario's en uitbreidingsmogelijkheden worden overwogen. In deze context willen we een tool ontwikkelen die geschikt is voor de meeste functies van beide bovengenoemde toolklassen. Een dergelijke tool zou bruikbaar zijn voor netbeheerders en beleidsmakers, de kloof overbruggen tussen productie- en transmissieplanning en technische beperkingen in detail overwegen. De focus van dit doctoraat zal liggen op het generatieplanningsgedeelte van dit bredere streven. Hierbij zullen modelleerbijdragen worden gedaan in het SPINE-framework (toolbox en model). Dit doctoraat sluit aan bij de projecten NEPTUNE (Noordzee-energieplan voor transitie naar duurzame energie; focus op scenariobouw onder onzekerheid) en SPINE (open source toolbox voor het modelleren van geïntegreerde energiesystemen).