Abstract
I denne afhandling søger vi at karakterisere et fremtidigt europæisk elsystem med en høj andel af vind- og solkapacitet, sidstnævnte i form af solceller. Udbyttet af disse midler til variabel energiproduktion (VRES) er stærkt afhængigt af vejrmønstre. P ̊a baggrund af otte ̊ars data med høj rumlig og tidslig opløsning estimerer vi den potentielle produktion i 30 europæiske lande. Vi konkluderer, at selv med en VRES- andel p ̊a 100% ville et gennemsnitligt land miste omkring 24% af dets energi, som følge af at produktionen foreg ̊ar p ̊a tidspunkter, hvor energien ikke kan benyttes, hvilket leder til et behov for kontrollerbar reserveenergi til at dække underskuddet.
Ved at muliggøre deling af overskydende produktion mellem lande kan den tabte mængde nedsættes til 15%, selvom dette dog forudsætter en meget stor eltransmis- sionskapacitet. Vi anvender en model for begrænset eltransmission til at undersøge, hvor meget en indskrænket transmission kan reducere behovet for reserveenergi. Transmission i sig selv sænker ikke den maksimale reservekraft, hvilket betyder, at lande ikke kan nedjustere eller afskaffe deres nuværende reservekapacitet for kon- trollerbar produktion. Vi designer scenarier for eksport, der tillader lande at dele deres reserveevne, s ̊adan at den samlede reservekapacitet kan reduceres.
Deling af VRES og reservekraft indebærer en stor mængde strømbevægelser i systemet. Ved brug af graf-teori og en algoritme for bevægelsessporing er det muligt for os at udlede, hvor stor en andel af et lands importerede strøm, der kommer fra et givent andet land. Herigennem kan vi identificere landes handelspartnere ud fra korrelationen mellem deres ressourcer og deres placering i netværket samt afdække den rute, disse eksporter gennemløber for at n ̊a deres destination. Et lands andel i netværket kan derefter kvantificeres.
Et omfattende transmissionssystem kan ikke retfærdiggøres alene ud fra dets evne til at reducere reservekapacitet; det er tillige nødvendigt at afgøre, om reduktionen i omkostninger ved nedskalering af reservekapaciteten er større end de øgede omkost- ninger som følge af transmissionsnetværket. Med udgangspunkt i omkostningsbereg- ninger fra litteraturen udleder vi, at kooperation mellem lande (forst ̊aet som del- ing af reservekapacitet) giver de laveste samlede levetidsomkostninger for elektricitet (LCOE) ved en VRES-andel mellem 50% og 130%. Det konkluderes, at det omkost- ningsoptimale system findes ved en VRES-andel p ̊a 50%, best ̊aende overvejende af vindenergi. En sensitivitetsanalyse bliver endvidere brugt til at afdække effekten af variationer i antagelserne. Vi konkluderer, at omkostninger vedrørende vindkapacitet og reserveenergi udgør de definerende egenskaber af det optimale system.
I et forsøg p ̊a at reducere LCOE for et system baseret udelukkende p ̊a vedvarende energi udforsker vi heterogene distributioner af VRES-kapacitet. En distribution pro- portionel til landenes kapacitetsfaktorer udnytter Europas ressourcer bedre, hvilket betyder, at antallet af vindmøller og solceller, det vil være nødvendigt at opstille, kan reduceres. Vi anvender optimal portfolio teori til at vurdere risici og afkast for en række forskellige VRES-kapaciteter og konstaterer, at meget heterogene spredninger medfører langt højere transmissionskapaciteter. En genetisk algoritme fremkommer med andre spredninger, der har signifikant lavere LCOE.
Ved at muliggøre deling af overskydende produktion mellem lande kan den tabte mængde nedsættes til 15%, selvom dette dog forudsætter en meget stor eltransmis- sionskapacitet. Vi anvender en model for begrænset eltransmission til at undersøge, hvor meget en indskrænket transmission kan reducere behovet for reserveenergi. Transmission i sig selv sænker ikke den maksimale reservekraft, hvilket betyder, at lande ikke kan nedjustere eller afskaffe deres nuværende reservekapacitet for kon- trollerbar produktion. Vi designer scenarier for eksport, der tillader lande at dele deres reserveevne, s ̊adan at den samlede reservekapacitet kan reduceres.
Deling af VRES og reservekraft indebærer en stor mængde strømbevægelser i systemet. Ved brug af graf-teori og en algoritme for bevægelsessporing er det muligt for os at udlede, hvor stor en andel af et lands importerede strøm, der kommer fra et givent andet land. Herigennem kan vi identificere landes handelspartnere ud fra korrelationen mellem deres ressourcer og deres placering i netværket samt afdække den rute, disse eksporter gennemløber for at n ̊a deres destination. Et lands andel i netværket kan derefter kvantificeres.
Et omfattende transmissionssystem kan ikke retfærdiggøres alene ud fra dets evne til at reducere reservekapacitet; det er tillige nødvendigt at afgøre, om reduktionen i omkostninger ved nedskalering af reservekapaciteten er større end de øgede omkost- ninger som følge af transmissionsnetværket. Med udgangspunkt i omkostningsbereg- ninger fra litteraturen udleder vi, at kooperation mellem lande (forst ̊aet som del- ing af reservekapacitet) giver de laveste samlede levetidsomkostninger for elektricitet (LCOE) ved en VRES-andel mellem 50% og 130%. Det konkluderes, at det omkost- ningsoptimale system findes ved en VRES-andel p ̊a 50%, best ̊aende overvejende af vindenergi. En sensitivitetsanalyse bliver endvidere brugt til at afdække effekten af variationer i antagelserne. Vi konkluderer, at omkostninger vedrørende vindkapacitet og reserveenergi udgør de definerende egenskaber af det optimale system.
I et forsøg p ̊a at reducere LCOE for et system baseret udelukkende p ̊a vedvarende energi udforsker vi heterogene distributioner af VRES-kapacitet. En distribution pro- portionel til landenes kapacitetsfaktorer udnytter Europas ressourcer bedre, hvilket betyder, at antallet af vindmøller og solceller, det vil være nødvendigt at opstille, kan reduceres. Vi anvender optimal portfolio teori til at vurdere risici og afkast for en række forskellige VRES-kapaciteter og konstaterer, at meget heterogene spredninger medfører langt højere transmissionskapaciteter. En genetisk algoritme fremkommer med andre spredninger, der har signifikant lavere LCOE.
| Originalsprog | Engelsk |
|---|---|
| Udgiver | |
| Status | Udgivet - 2014 |