Impact of storage and transmission capacity expansion on generation expansion planning for a 100% renewable electricity system in Portugal by 2040

Abstract

Diese Arbeit untersucht den optimalen Investitionsansatz in Wind- und Potovoltaik (PV)-Kapazitäten für das elektrische Energiesystem Portugals mit dem Ziel, bis 2040 eine 100% erneuerbare Stromerzeugung zu erreichen. Dabei wird der Einfluss geplanter Erweiterungen von Übertragungsleitungen und Speicherkapazitäten analysiert. Die integrierte Optimierung der Einsatzplanung und Erweiterungsentscheidungen wird als gemischt-ganzzahliges lineares Programmierungsmodell (MILP) formuliert. Die Szenarioanalyse untersucht den Einfluss geplanter Pumpspeicher- und Übertragungsleitungswege auf die Planung der Erzeugungserweiterung. Für das resultierende Kraftwerksportfolio wird auch die Auswirkung der Optimierung von Batteriespeichern auf die Nutzung des Stromsystems analysiert. Die Ergebnisse dieser Studie zeigen signifikante Auswirkungen der Flexibilitätserweiterung auf die Optimierung der Erzeugungserweiterung. Pumpspeicher- und Übertragungsleitungserweiterungen innerhalb Portugals führen zu einem erhöhten PV-Ausbau, was wiederum die thermische Produktion und die CO2-Emissionen reduziert. Die Erweiterung der Übertragungsleitungen verbessert insbesondere die Nutzung geografischer Potenziale durch eine Förderung des PV-Ausbaus in diesen Gebieten. Diese Arbeit bietet somit kostenoptimierte Investitionsansätze in Wind- und PV-Kraftwerke für verschiedene Szenarien des Übertragungsleitungs- und Pumpspeicherkapazitätenausbaus zur Unterstütztung bei der Entscheidungsfindung in der langfristigen Erzeugungserweiterungsplanung.

This thesis examines the optimal investment approach in wind and photovoltaic (PV) capacity for Portugal's electric energy system, targeting 100% renewable generation by 2040, and analyzing the influence of planned transmission line and storage expansions. The integrated unit commitment and expansion decision optimization is formulated as a Mixed-Integer Linear Programming (MILP) model. Scenario analysis examines the impact of planned pump storage and transmission line pathways on generation expansion planning. For the resulting power plant park, the impact of battery storage optimization on the utilization of the electricity system is also analyzed. The results of this study show significant impacts of flexibility expansion pathways on generation expansion optimization. Pump storage and transmission line expansion within Portugal lead to increased PV expansion, which in turn reduces thermal production and CO2 emissions. Transmission line expansion specifically enhances the utilization of geographical potentials by boosting PV expansion in these areas. Thus, this thesis provides cost-optimized investment approaches in wind and PV power plants for different scenarios of transmission line and pump storage expansion, facilitating a deeper comprehension of the influence of storage and transmission capacity on long-term generation expansion planning decisions.