Propuesta de una metodología para analizar la evolución temporal del diseño de la red de aprovisionamiento del sistema de suministro energético

Abstract

[ES] El objetivo de este trabajo es desarrollar una metodología para analizar el desarrollo del diseño de la red de aprovisionamiento del sistema de suministro energético alemán. El análisis de desarrollo temporal de las infraestructuras energéticas incluye las redes de electricidad, hidrógeno y metano, desde el año 2025 hasta 2045.

La metodología consiste en la vinculación de dos modelos de optimización previos, que minimizan los costes anuales considerando límites de emisiones de gases invernadero. El primero, FINE.NESTOR, calcula en base a demandas de por ejemplo la producción de bienes industriales y demandas de movilidad, un perfil óptimo de tecnologías del sistema de energía. Además, es un modelo de nodo único, que calcula las demandas de electricidad, hidrógeno y metano teniendo en cuenta incertidumbres de costes. El segundo, FINE.Infrastructure, con lo que se trabaja dentro de este trabajo, es un modelo multirregional, tiene como entrada las demandas calculadas por FINE.NESTOR y da como resultado la asignación espacial de los componentes de las redes de aprovisionamiento energéticas. Sin embargo, la vinculación de los dos modelos de optimización no permite la consideración de las infraestructuras de los años anteriores en el diseño de la red de suministro de los años siguientes.

La ampliación de esta metodología, desarrollada en este trabajo, tiene en cuenta la instalación de los componentes de infraestructura en los años anteriores. Además, vigila la vida útil restante de componentes individuales. Así, el modelo garantiza el diseño óptimo de la red de suministro en costes y permite el análisis constante a lo largo del marco temporal. Se observan diferencias en el diseño de la red de suministro tanto a corto plazo para 2030 como a largo plazo para 2045. Las diferencias consisten por ejemplo en las potencias instaladas para la distribución de electricidad e hidrógeno.

[EN] The aim of this work is to develop a methodology for analyzing the development of the supply network design of the German energy supply system. The temporal development analysis of energy infrastructures includes electricity, hydrogen, and methane networks, from 2025 to 2045.

The methodology consists of linking two previous optimization models, which minimize annual costs considering greenhouse gas emission limits. The first, FINE.NESTOR, calculates based on demands such as industrial goods production and mobility demands, an optimal profile of energy system technologies. It is also a single-node model that calculates electricity, hydrogen, and methane demands considering cost uncertainties. The second, FINE.Infrastructure, which is the focus of this work, is a multiregional model, takes the demands calculated by FINE.NESTOR as input, and results in the spatial assignment of the components of the energy supply networks. However, linking the two optimization models does not allow for the consideration of the infrastructures of previous years in the supply network design of the following years.

The extension of this methodology, developed in this work, takes into account the installation of infrastructure components in previous years. In addition, it monitors the remaining lifespan of individual components. Thus, the model guarantees the optimal design of the supply network in costs and allows for constant analysis over the temporal framework. Differences in the design of the supply network are observed both in the short term for 2030 and in the long term for 2045. The differences consist for example of installed capacities for the distribution of electricity and hydrogen.

[CAT] L’objectiud’aquesttreballésdesenvoluparunametodologiaperaanalitzareldesenvolupamentdeldissenydelaxarxadeproveïmentdelsistemadesubministramentenergètic alemany.L’anàlisidedesenvolupamenttemporaldelesinfraestructuresenergètiquesinclou lesxarxesd’electricitat,hidrogenimetà,desdel’any2025finsa2045. Lametodologiaconsisteixenl’enllaçdedosmodelsd’optimitzacióprevis,queminimitzenels costosanualsconsiderantlímitsd’emissionsdegasoshivernacle.Elprimer,FINE.NESTOR, calculaenbaseademandesd’perexemplelaproducciódebénsindustrialsidemandesde mobilitat,unperfilòptimdetecnologiesdelsistemad’energia.Amés,ésunmodeldenode únic,quecalculalesdemandesd’electricitat,hidrogenimetàtenintencompteincerteses decostos.Elsegon,FINE.Infrastructure,ambelqualestreballadinsd’aquesttreball,ésun modelmultiregional,técomaentradalesdemandescalculadesperFINE.NESTORidóna comaresultatl’assignacióespacialdelscomponentsdelesxarxesdeproveïmentenergètiques. Noobstantaixò,l’enllaçdelsdosmodelsd’optimitzaciónopermetlaconsideraciódeles infraestructuresdelsanysanteriorseneldissenydelaxarxadesubministramentdelsanys següents. L’ampliaciód’aquestametodologia,desenvolupadaenaquesttreball,téencomptelainstal·laciódelscomponentsd’infraestructuraenelsanysanteriors.Amés,vigilalavidaútil restantdecomponentsindividuals.Així,elmodelgaranteixeldissenyòptimdelaxarxade subministramentencostosipermetl’anàlisiconstantalllargdelmarctemporal.S’observen diferèncieseneldissenydelaxarxadesubministramenttantacurtterminipera2030 comallargterminipera2045.Lesdiferènciesconsisteixenperexempleenlespotències instal·ladesperaladistribuciód’electricitatihidrogen.