Doctorandus/a PhD student
Partners
Promotor / Supervisor
Promotor: Prof. dr. ir. William D'haeseleer
Copromotor: Prof. dr. ir. Erik Delarue
Samenvatting van het onderzoek / Summary of Research
Dit proefschrift handelt over energiesysteemoptimalisatiemodellen (ESOM's). Dit zijn wiskundige modellen die worden gebruikt om mogelijke transitiepaden voor het energiesysteem van één of meerdere landen over een tijdshorizon van tientallen jaren te genereren. Door meerdere van deze transitiepaden te gaan analyseren kunnen inzichten verworven worden en kan er een lange-termijn visie over een kosteneffectieve transitie naar een duurzaam energiesysteem ontwikkeld worden. Deze modellen vormen dan ook een waardevol gereedschap om energiebeleid te vormen en te ondersteunen.
Het oplossen en uitrekenen van deze ESOM's vereist veel rekenkracht. Om de computationele kosten voldoende laag te houden worden bepaalde operationele aspecten van het uitbaten van het elektriciteitssysteem sterk vereenvoudigd gemodelleerd: intra jaarlijkse variaties in de vraag naar elektriciteit en de hernieuwbare productie worden typisch voorgesteld door middel van slechts 4-48 tijdssegmenten, en de technische beperkingen die thermische elektriciteitscentrales ondervinden bij het opstarten, afsluiten of het veranderen van de productie worden typisch verwaarloosd. In het licht van een steeds toenemende hoeveelheid intermitterende hernieuwbare energiebronnen (IHEB's) zoals wind turbines en fotovoltaïsche zonnepanelen, waarvan de ogenblikkelijke elektriciteitsproductie weersafhankelijk is en daardoor zeer variabel en slechts beperkt voorspelbaar, zouden deze vereenvoudigingen te sterk kunnen zijn om accuraat de economische en technische uitdagingen die gepaard gaan aan het op grote schaal integreren van zulke IHEB’s in het elektriciteitssysteem te reflecteren.
In deze context is het doel van dit proefschrift de impact van deze vereenvoudigingen op de door ESOM's bekomen resultaten in te schatten en het verbeteren van de modellering van de operationele aspecten van de uitbating van het elektriciteitssysteem. Dit proefschrift toont aan dat, als gevolg van de lage tijdsresolutie en de verwaarlozing van technische beperkingen van elektriciteitscentrales, de door het model optimaal geachte transitiepaden neigen naar een te groot aandeel van basislastcentrales (bv. nucleaire centrales en steenkoolcentrales) en IHEB’s (bv. wind turbines en zonnepanelen), terwijl de waarde van meer flexibele technologieën (bv. gascentrales en opslagtechnologieën) onderschat wordt. Bovendien wordt er aangetoond dat de modelvereenvoudigingen leiden tot een onderschatting van de kost die gepaard gaat aan het bereiken van bepaalde duurzaamheidsdoelstellingen (bv. het reduceren van de uitstoot van broeikasgassen). Voor systemen met een groot aandeel aan IHEB’s blijkt voornamelijk de lage tijdsresolutie de resultaten sterk te vertekenen. Om de resultaten te verbeteren wordt er allereerst een nieuwe methode voorgesteld die gebruikt maakt van de data van een klein aantal representatieve historische dagen om de variaties in de vraag en hernieuwbare elektriciteitsproductie binnen een jaar te karakteriseren. Er wordt aangetoond dat de ontwikkelde methode de nauwkeurigheid van ESOM’s sterk kan verhogen zonder de rekentijd te vergroten. Ten tweede zijn er gereduceerde formuleringen van de wiskundige uitdrukkingen die de technische beperkingen van centrales voorstellen ontwikkeld. Er wordt aangetoond dat deze gereduceerde formuleringen voldoende accuraat zijn voor de beoogde toepassing en de rekentijd met een factor 5-600 kunnen verkleinen ten opzichte van een model dat gedetailleerde technische beperkingen beschouwt.
Volledige tekst van het doctoraat / full text
Examencommissie / Board of examiners
Prof. dr. ir. William D'haeseleer (promotor)
Prof. dr. ir. Erik Delarue (copromotor)
Prof. dr. Carlo Vandecasteele (voorzitter/chairman)
De heer Dirk Van Hertem (secretaris/secretary) , ESAT
Prof. dr. Stefaan Proost
Prof. dr. Goran Strbac , Imperial College
Dr. Vera Silva , General Electric (GE)