An integrated spatial optimization model for renewable energy
←
→
Trascrizione del contenuto della pagina
Se il tuo browser non visualizza correttamente la pagina, ti preghiamo di leggere il contenuto della pagina quaggiù
ETH Library An integrated spatial optimization model for renewable energy Doctoral Thesis Author(s): Grassi, Stefano Publication date: 2016 Permanent link: https://doi.org/10.3929/ethz-a-010648264 Rights / license: In Copyright - Non-Commercial Use Permitted This page was generated automatically upon download from the ETH Zurich Research Collection. For more information, please consult the Terms of use.
DISS. ETH NO. 23229
AN INTEGRATED SPATIAL OPTIMIZATION MODEL FOR RENEWABLE ENERGY
A thesis submitted to attain the degree of
DOCTOR OF SCIENCES of ETH ZURICH
(Dr. sc. ETH Zurich)
presented by
STEFANO GRASSI
MSc. Environmental Engineering, University of Brescia, Italy
MSc. Energy Systems and Management, Mines-ParisTech, France
born on 08.01.1977
citizen of Italy
accepted on the recommendation of
Prof. Dr. Martin Raubal
Prof. Dr. Richard Church
Prof. Dr. Pascal-François Neirac
2016Abstract Despite the improvement of the e ciency of fossil fuels technologies and the recent outbreak of shale gas in North America and in some European countries, Renewable Energy (RE) is playing a more and more critical role in supplying the global electricity demand. Nevertheless, its fast-growing development poses some technical and political issues. Among them, the assessment of contribution of the energy potential to the local energy de- mand and its impact to the existing power grid are only a few worthwhile to be mentioned. Addressing these aspects requires interdisciplinary planning and a thorough analysis to support decision making and to enable a quick assessment of likely scenarios. This dissertation develops a GIS-based method for nding the optimal lo- cations of wind and photovoltaic solar power plants to be connected to the existing power grid with optimized new transmission lines. In addition, the optimal energy policy that maximizes the exploitation of these two resources by minimizing the power price will be identi ed. A signi cant issue concerning the exploitation of RE is the lack of the spa- tial distribution of its uncertainties that will be also addressed in this work. Thus, the aim of this research is the development of an integrated process that analyses, optimizes and assesses the technical and economic integra- tion, and impact of RE power plants in respect to the power generation. In addition, regions where the existing power grid has to be enhanced will be identi ed and the investment risk of the installation of RE power plants will be quanti ed. The risk is de ned as the uncertainty of the estimate of the potential electricity generation and the economical attractiveness related to the spatial distribution of the long-term wind and solar resource. The devel- oped approach will be applied to a region of Switzerland that encompasses canton Fribourg and Neuchâtel for which the low-middle-high voltage power
grid is available. This will enable a comparison of the outcome of this work with the available estimates of wind energy for the same region carried out in previous studies. The outcome of the method to assess the solar potential is compared to the solar potential of the city of Neuchâtel, which is the only one available in the studied region. In order to quantify the uncertainties of the developed model, the estimates of the electricity generation from the solar and wind resource are compared to the energy production of existing power plants.
Riassunto Nonostante il progresso dell'e cienza delle tecnologie per l'utilizzo dei com- bustibili fossili nella produzione di energia elettrica e lo sfruttamento in- tensivo dello shale gas in Nord America e in alcuni Paesi europei, le fonti di energie rinnovabili (ER) giocano un ruolo sempre più importante nella copertura del fabbisogno energetico globale. Tuttavia, il suo veloce dispie- gamento e utilizzo pone problemi sia di carattere tecnico che politico. In particolar modo, la valutazione del potenziale contributo al soddisfacimento della domanda energetica locale e il suo impatto sulla reti elettriche sono alcuni tra i principali aspetti critici da tener in considerazione. Per questo motivo, vista la complessità del sistema, sono necessarie accurate analisi e piani cazioni interdisciplinari per poter valutare scenari energetici futuri. Questa tesi mira a sviluppare un modello, per identi care le posizioni ot- time per impianti fotovoltaici ed eolici da connettere alle reti elettriche es- istenti attraverso l'identi cazione di percorsi ottimi. Inoltre verrà analizzato l'eetto delle politiche energetiche e dei parametri economici a sostegno del potenziale energetico sfruttabile delle ER. Uno degli aspetti mancanti nei modelli e processi utilizzati nella stima del potenziale delle ER, è la stima della distribuzione spaziale delle incertezze delle risorse rinnovabili che verrà studiata in questa tesi. Quindi, lo scopo di questa ricerca è lo sviluppo di un processo integrato che analizza e ottimizza sia il potenziale delle ER in base a parametri tecnici ed economici sia rispetto alle distribuzione delle reti elettriche. Inoltre, attraverso questo processo si possono identi care le aree dove la rete elettrica esistente deve essere migliorata e quanti care il rischio economico legato all'installazione di impianti a ER. Il rischio è de nito come l'incertezza della stima del potenziale elettrico legato all'attrattività econom- ica della risorsa eolica e solare e delle corrispettive intervallo di incertezza.
Il modello sviluppato verrà applicato ad una regione della Svizzera che com- prendente il cantone di Friburgo e Neuchâtel nella quale la rete elettrica di medio voltaggio è disponibile. Ciò permetterà di paragonare i risultati di questa tesi con le stime del potenziale eolico nella stessa regione calcolato in studi precedenti. Al ne di quanti care le incertezze del modello svilup- pato, le stime della produzione elettrica dalla risorsa eolica e solare sono comparate con i le produzioni di impianti esistenti.
Puoi anche leggere
