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Considering Life Cycle Greenhouse Gas Emissions in Power System Expansion Planning for Europe and North Africa Using Multi-Objective Optimization

Junne, Tobias und Cao, Karl-Kien und Miskiw, Kim Kira und Hottenroth, Heidi und Naegler, Tobias (2021) Considering Life Cycle Greenhouse Gas Emissions in Power System Expansion Planning for Europe and North Africa Using Multi-Objective Optimization. Energies, 14. Multidisciplinary Digital Publishing Institute (MDPI). doi: 10.3390/en14051301. ISSN 1996-1073.

[img] PDF - Verlagsversion (veröffentlichte Fassung)
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Offizielle URL: https://www.mdpi.com/1996-1073/14/5/1301

Kurzfassung

We integrate life cycle indicators for various technologies of an energy system model with high spatiotemporal detail and a focus on Europe and North Africa. Using multi-objective optimization, we calculate a pareto front that allows us to assess the trade-offs between system costs and life cycle greenhouse gas (GHG) emissions of future power systems. Furthermore, we perform environmental ex-post assessments of selected solutions using a broad set of life cycle impact categories. In a system with the least life cycle GHG emissions, the costs would increase by ~63%, thereby reducing life cycle GHG emissions by ~82% compared to the cost-optimal solution. Power systems mitigating a substantial part of life cycle GHG emissions with small increases in system costs show a trend towards a deployment of wind onshore, electricity grid and a decline in photovoltaic plants and Li-ion storage. Further reductions are achieved by the deployment of concentrated solar power, wind offshore and nuclear power but lead to considerably higher costs compared to the cost-optimal solution. Power systems that mitigate life cycle GHG emissions also perform better for most impact categories but have higher ionizing radiation, water use and increased fossil fuel demand driven by nuclear power. This study shows that it is crucial to consider upstream GHG emissions in future assessments, as they represent an inheritable part of total emissions in ambitious energy scenarios that, so far, mainly aim to reduce direct CO2 emissions.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/141163/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Considering Life Cycle Greenhouse Gas Emissions in Power System Expansion Planning for Europe and North Africa Using Multi-Objective Optimization
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Junne, TobiasTobias.Junne (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Cao, Karl-KienKarl-Kien.Cao (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-9720-0337NICHT SPEZIFIZIERT
Miskiw, Kim KiraKim.Miskiw (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Hottenroth, Heidiheidi.hottenroth (at) hs-pforzheim.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Naegler, TobiasTobias.Naegler (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0003-2390-1672NICHT SPEZIFIZIERT
Datum:Februar 2021
Erschienen in:Energies
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Ja
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:14
DOI:10.3390/en14051301
Verlag:Multidisciplinary Digital Publishing Institute (MDPI)
ISSN:1996-1073
Status:veröffentlicht
Stichwörter:energy system modeling; life cycle assessment; multi-objective optimization
HGF - Forschungsbereich:Energie
HGF - Programm:Energiesystemdesign
HGF - Programmthema:Energiesystemtransformation
DLR - Schwerpunkt:Energie
DLR - Forschungsgebiet:E SY - Energiesystemtechnologie und -analyse
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):E - Systemanalyse und Technologiebewertung
Standort: Stuttgart
Institute & Einrichtungen:Institut für Vernetzte Energiesysteme > Energiesystemanalyse, ST
Hinterlegt von: Naegler, Tobias
Hinterlegt am:30 Mär 2021 15:46
Letzte Änderung:28 Mär 2023 23:58

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