aalto1 untyped-item.component.html
Optimal capacity mix for a decarbonised South West Interconnected System
Loading...
URL
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
School of Science |
Master's thesis
Unless otherwise stated, all rights belong to the author. You may download, display and print this publication for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Authors
Date
Department
Major/Subject
Mcode
Degree programme
Language
en
Pages
82
Series
Abstract
In compliance with the Paris agreement, Australia has pledged to achieve net-zero emissions by 2050. Electricity represents a significant contribution to global greenhouse gas emissions. In order to achieve net zero, the Australian electricity sector needs to decarbonise quickly. The South West Interconnected System (SWIS) in Western Australia has historically been very dependent on coal and gas, but its renewable energy capacity has been increasing steadily in recent years. The increasing share of renewable energy in the generation mix makes the SWIS an especially attractive market for energy storage systems. Liquid air energy storage (LAES) is a long duration energy storage technology that has the potential to be deployed at large scale in the SWIS.
In this study, a capacity expansion model of the SWIS was developed using SAInt. The objective of the model was to find the least-cost mix of power system resources for every year in the 25-year modelling horizon prior to 2050 when the net-zero target is set to take effect. An optimal mix of nuclear energy, solar photovoltaics, wind, energy storage and gas-based generation with carbon capture and storage was identified for each scenario. Under all modelling scenarios, a significant amount of new-build renewable energy was added to the SWIS in the first year. These renewable energy capacity additions replaced incumbent fossil fuel-based generation, resulting in a drastic reduction in emissions prior to 2030. This indicates that reducing emissions in the short term is cost-effective in the SWIS.
One of the main objectives of this study was to establish the role of LAES in the decarbonisation of the SWIS. LAES was present in the optimal capacity mix under two scenarios, when lithium-ion battery performance was suboptimal. In addition to energy arbitrage, LAES has the potential to offer grid balancing services to the SWIS on its path to decarbonisation. The capacity expansion model formulated in this study had multiple limitations in terms of operational constraints and grid stability requirements. Further modelling is required to confirm that the various renewable energy-based optimal capacity mixes obtained in this study support the safe and reliable operation of the SWIS.
Pariisin ilmastosopimuksen mukaisesti Australia on sitoutunut saavuttamaan hiilineutraaliuden vuoteen 2050 mennessä. Sähköntuotanto on merkittävä globaali päästöjen lähde, joten Australian sähköntuotantosektorin on vähennettävä päästöjään nopeasti. Länsi-Australian South West Interconnected System (SWIS) on perinteisesti ollut erittäin riippuvainen hiilestä ja maakaasusta, mutta sen uusiutuvan energian kapasiteetti on noussut tasaisesti viime vuosina. Kasvava uusiutuvan energian osuus tekee SWIS-järjestelmästä erityisen houkuttelevan markkinan energiavarastoille. Nesteilmaenergiavarasto (LAES) on pitkäkestoisen energian varastoinnin teknologia, jolla on potentiaalia laajamittaiseen käyttöönottoon SWIS-järjestelmässä.
Tässä diplomityössä kehitettiin SAInt-mallinnustyökalulla SWIS-järjestelmän kapasiteetin suunnittelumalli. Mallin tavoitteena oli määrittää kustannustehokkain yhdistelmä energiantuotantoresursseja jokaiselle 25 mallinnetulle vuodelle ennen vuotta 2050, jolloin hiilineutraaliustavoite astuu voimaan. Optimaalinen yhdistelmä ydinenergiaa, aurinko- ja tuulivoimaa, energiavarastoja ja hiilidioksidin talteenotolla varustettuja kaasuturbiineja määritettiin jokaiselle skenaariolle. Merkittävä määrä uusiutuvaa energiaa lisättiin SWIS-järjestelmään kaikissa skenaarioissa jo ensimmäisenä vuonna. Nämä investoinnit korvasivat olemassa olevia fossiilisiin polttoaineisiin perustuvia tuotantolaitoksia, mikä johti huomattavaan päästöjen vähentämiseen jo ennen vuotta 2030. Tämä osoittaa, että päästöjen vähentäminen lyhyellä aikavälillä on kustannustehokasta SWIS-järjestelmässä.
Yksi työn päätavoitteista oli määrittää LAES:n rooli SWIS-järjestelmän hiilineutraaliuden saavuttamisessa. LAES oli osa optimaalista energiajärjestelmää kahdessa skenaariossa, joissa litiumioniakkujen suorituskyky oli heikentynyt. Energian arbitraasin lisäksi LAES:llä on potentiaalia tarjota oheispalveluita, kuten inertiaa, SWIS-järjestelmässä. Tässä työssä kehitetty kapasiteetin suunnittelumalli sisälsi useita rajoitteita liittyen eri energiateknologioiden ominaisuuksiin ja sähköverkon tasapainoon. Lisämallinnusta tarvitaan varmistamaan, että tässä työssä määritetyt uusiutuvaan energiaan perustuvat optimaaliset energiajärjestelmät tukevat SWIS-järjestelmän turvallista ja luotettavaa toimintaa.