Optimization of power system operation and development under emission trading scheme : doctoral thesis - Pašičko, Robert; Tomšić, Željko; Wangensteen, Ivar (Zagreb, R. Pašičko ; Fakultet elektrotehnike i računarstva, 2014)
SUMMARY: Power system planning and development face new pressing challenges from climate change including the need to reduce its GHG emissions (climate change mitigation through different mechanisms such as emission trading, transition to low emission power system); and the need to adapt to climate change (climate change adaptation and vulnerability). Also, the development of energy sector should take the responsibility for the sustainable development – delivering positive and measurable impact on society, economy and environment. The main objective of the research was to develop and verify methodology and models for the assessment of emission trading and climate change impacts on sustainable power system development. Two models were designed to fit the proposed methodology. The first model is for the assessment of emission trading and fuel price impacts on long term marginal costs for different power plants. The second designed model enables measuring sustainable development indicators from generation capacity expansion. This developed algorithm enables the power system model to include emission price in power system operation and planning. Data from Croatian power system are used for the verification of proposed methodology, designed models and algorithm,. Verification steps are included: power system modeling, modeling sustainable development indicators and assessment of climate change impacts on power system planning. Finally, the integrative model based on proposed methodology, developed models and algorithm performed a wide set of modeled scenarios. This holistic approach of modeling emission trading and climate change impacts on long-term power system planning is verified by using data for Croatian power system until 2030. Results from verification of the proposed modeling are presented and discussed. Based on these results, a summary of main findings, recommendations for policy makers and energy planners, and area for further research in this field are proposed. - KEY WORDS: emission trading, renewable energy sources, power system planning, climate change, power system modeling, low emission development
SAŽETAK: Planiranje elektroenergetskog sustava suočeno je s novim izazovima koji dolaze od istodobne potrebe smanjenja klimatskih promjena i prilagodbe na njih. Paralelno je potrebno smanjivati emisije stakleničkih plinova i predvoditi tranziciju u niskougljičnu ekonomiju; kao i prilagoditi se na postojeće i buduće utjecaje klimatskih promjena. Pritom, potrebno je mjeriti uspoređivati i pozitivne i negativne učinke na održivi razvoj – društvo, ekonomiju i okoliš. Da bi se mogli analizirati ovi izazovi prilikom planiranja elektroenergetskog sustava, potrebni su novi modeli, nove metodologije i novi algoritmi koji omogućuju planeru da procjeni utjecaj klimatskih promjena i trgovanja emisijama na održivi razvoj kroz povećanje konkurentnosti niskougljičnih tehnologija. U uvodnom poglavlju, predstavljeni su izazovi trgovanja emisijama i klimatskih promjena na planiranje i razvoj elektroenergetskog sustava. Definira se istraživački problem, hipoteze na kojima se temelji istraživanje i sveukupni cilj istraživanja. Diskutira se originalnost rada, očekivani znanstveni doprinosi, ciljana skupina kojoj su rezultati istraživanja namijenjeni te se navode glavna ograničenja rada. U drugom poglavlju („Niskougljični razvoj i klimatske promjene“) fokus je stavljen na važnost utjecaja klimatskih promjena, klimatskih pregovora i niskougljičnog razvoja na elektroenergetski sustav. Treće poglavlje („Trgovanje emisijama – teoretska i praktična pozadina“) analizira se utjecaj trgovanja emisijama na konkurentnost niskougljičnih tehnologija. Dan je pregled tržišta emisija stakleničkih plinova u svijetu, te teoretska pozadina trgovanja emisijama. U četvrtom poglavlju („Dugoročno planiranje elektroenergetskog sustava s trgovanjem emisijama“) analiziraju se utjecaji trgovanja emisijama na dugoročno planiranje elektroenergetskog sustava promatranjem marginalnih troškova proizvodnje električne energije i marginalnih krivulja smanjenja emisija stakleničkih plinova. U petom poglavlju („Modeliranje elektroenergetskog sustava i njegovog utjecaja na održivi razvoj“) istražena je klasifikacija modela za energetsko i elektroenergetsko planiranje, te su propitane njihove značajke važne za mjerenje utjecaja na održivi razvoj. Uvodna poglavlja daju osnove za predstavljanje glavnog predmeta istraživanja - razvoj i verifikacija razvijene metodologije i modela za procjenu utjecaja trgovanja emisijama i klimatskih promjena na održivi razvoj kroz porast konkurentnosti niskougljičnih tehnologija. Metodologija za procjenu utjecaja klimatskih promjena i trgovanja emisijama na planiranje elektroenergetskog sustava prikazana je u šestom poglavlju („Predložena metodologija i modeli“). Opisana je metodologija koja je razvijena u doktorskom radu, a koja će biti iskorištena za provjeru postavljene hipoteze putem shematski opisanih koraka planiranje elektroenergetskog sustava. U ovom poglavlju, opisana su i dva modela koja su predložena i dizajnirana, te razvijeni algoritam. Prvi od tih modela je nazvan „Model za procjenu pokazatelja održivog razvoja“ i omogućuje planeru usporedbu različitih scenarija novih proizvodnih kapaciteta, mjerenjem njihovog utjecaja na održivi razvoj. Drugi model je nazvan „Model za procjenu utjecaja trgovanja emisijama na granične troškove elektrana“ i on procjenjuje utjecaj cijene energenata i emisija na konkurentnost obnovljivih izvora energije. Razvijeni algoritam omogućava da se prilikom modeliranja elektroenergetskog sustava uključi i utjecaj trgovanja emisijama u planiranje i rad samog elektroenergetskog sustava. Sedmo poglavlje („Verifikacija predložene metodologije, modela i algoritma s upotrebom podataka iz Hrvatske“) koristi podatke iz Hrvatske da verificira predloženu metodologiju, modele i algoritam. Verifikacija je napravljena u nekoliko koraka, počevši od planiranja godine unaprijed do dugoročnog modeliranja elektroenergetskog sustava, modeliranja indikatora održivog razvoja i procjene utjecaja klimatskih promjena na elektroenergetski sustav. Cjelovit pristup modeliranju utjecaja klimatskih promjena i trgovanja emisijama na planiranje elektroenergetskog sustava verificiran je koristeći podatke iz Hrvatske za 2030. godinu, a rezultati modeliranja su opisani i prodiskutirani. Zaključak sadrži sažetak glavnih rezultata istraživanja, kritički osvrt na postignute rezultate s obzirom na postavljene hipoteze, daje preporuke donosiocima politika te utvrđuje temeljne smjerove nastavka istraživačkog rada. Glavni predmet istraživanja je razvoj i verifikacija razvijene metodologije i modela za procjenu utjecaja trgovanja emisijama i klimatskih promjena na održivi razvoj kroz porast konkurentnosti niskougljičnih tehnologija. Prilikom istraživanja, ostvaren je sljedeći izvorni znanstveni doprinos: - Predložena je metodologija za procjenu utjecaja trgovanja emisijama i klimatskih promjena na održivi razvoj. Metodologija uključuje holističku procjenu utjecaja klimatskih promjena na elektroenergetski sustav i procjenu utjecaja trgovanja emisijama na porast konkurentnosti obnovljivih izvora energije; - Dva modela su razvijena tijekom rada na disertaciji –Model za procjenu pokazatelja održivog razvoja koji omogućuje planeru usporedbu različitih scenarija novih izgrađenih elektrana u sustavu mjerenjem njihovog utjecaja na održivi razvoj; i Model za procjenu utjecaja trgovanja emisijama na granične troškove elektrana koji procjenjuje utjecaj cijene trgovanja emisijama i energenata na konkurentnost obnovljivih izvora energije. Primjena oba modela osnažuje proces dugoročno planiranja razvoja elektroenergetskog sustava, donošenje novih politika i strategija te pomaže prilikom donošenja odluka prilikom adresiranja izazova utjecaja klimatskih promjena; - Predložen je i razvijen algoritam za modeliranje utjecaja trgovanja emisijama na elektroenergetski sustav, koji je na kraju i implementiran u model PLEXOS. Time je model PLEXOS osposobljen prilikom simuliranja rada i planiranja elektroenergetskog sustava uzeti u obzir i utjecaj cijene emisija, te pratiti njen utjecaj na profitabilnost pojedinih elektrana, visinu cijene električne energije i promjenu u voznom redu elektrana; - Predložena metodologija i razvijeni modeli i algoritam su verificirani podacima iz hrvatskog elektroenergetskog sustava – to predstavlja prvi pokušaj procjene i modeliranja utjecaja klimatskih promjena na planiranje elektroenergetskog sustava; ali također i omogućuje razvoj i sagledavanje širokog raspona opcija i scenarija prilikom adresiranja trgovanja emisijama i procjene konkurentnosti niskougljičnih tehnologija. - KLJUČNE RIJEČI: trgovanje emisijama, obnovljivi izvori energije, planiranje elektroenergetskog sustava, klimatske promjene, modeliranje elektroenergetskog sustava, niskougljični razvoj
Na spor. nasl. str. naslov na hrv. jeziku: Optimizacija rada i razvoja elektroenergetskog sustava u uvjetima trgovanja emisijama : doktorski rad
Bibliografija: 282 - 294 str. - Sažetak na eng. i hrv. jeziku. - Životopis [uključuje i popis objavljenih radova autora]