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Impacts of power sector model features on optimal capacity expansion: a comparative study

van Ouwerkerk, Jonas und Gils, Hans Christian und Gardian, Hedda und Kittel, Martin und Schill, Wolf-Peter und Zerrahn, Alexander und Murmann, Alexander und Launer, Jann und Torralba-Díaz, Laura und Bußar, Christian (2022) Impacts of power sector model features on optimal capacity expansion: a comparative study. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 157 (112004). Elsevier. doi: 10.1016/j.rser.2021.112004. ISSN 1364-0321.

[img] PDF - Verlagsversion (veröffentlichte Fassung)
5MB

Kurzfassung

The transition towards decarbonized energy systems requires the expansion of renewable and flexibility technologies in power sectors. Many powerful tools exist to find optimal capacity expansion. In a stylized comparison of six models, we evaluate the capacity expansion results of basic power sector technologies. The technologies under investigation include base- and peak-load power plants, electricity storage, and transmission. We define four highly simplified and harmonized test cases that focus on the expansion of only one or two specific technologies to isolate their effects on model results. We find that deviating assumptions on limited availability factors of technologies cause technology-specific deviations between optimal capacity expansion in models in almost all test cases. Fixed energy-to-power-ratios of storage can entirely change model optimal expansion outcomes, especially shifting the ratio between short- and long-duration storage. Fixed initial and end storage levels can impact the seasonal use of long-duration storage. Models with a pre-ordered dispatch structure substantially deviate from linear optimization models, as missing foresight and limited flexibility can lead to higher capacity investments. A simplified net transfer capacity approach underestimates the need for grid infrastructure compared to a more detailed direct current load flow approach. We further find deviations in model results of optimal storage and transmission capacity expansion between regions and link them to variable renewable energy generation and demand characteristics. We expect that the general effects identified in our stylized setting also hold in more detailed model applications, although they may be less visible there.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/185372/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Impacts of power sector model features on optimal capacity expansion: a comparative study
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
van Ouwerkerk, JonasRWTH AachenNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Gils, Hans Christianhans-christian.gils (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0001-6745-6609NICHT SPEZIFIZIERT
Gardian, Heddahedda.gardian (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0003-1113-0225NICHT SPEZIFIZIERT
Kittel, MartinGerman Institute for Economic Research (DIW Berlin)NICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Schill, Wolf-PeterGerman Institute for Economic Research (DIW Berlin)NICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Zerrahn, AlexanderGerman Institute for Economic Research (DIW Berlin)NICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Murmann, AlexanderResearch Center for Energy Economics (FfE)NICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Launer, JannReiner Lemoine InstituteNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Torralba-Díaz, LauraInstitute of Energy Economics and Rational Energy Use, Universität StuttgartNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Bußar, ChristianRWTH AachenNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:Januar 2022
Erschienen in:Renewable and Sustainable Energy Reviews
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:157
DOI:10.1016/j.rser.2021.112004
Verlag:Elsevier
ISSN:1364-0321
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Power sector modeling, Model comparison, Capacity expansion, Optimization, Scenario analysis
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: Gils, Hans Christian
Hinterlegt am:23 Feb 2022 10:37
Letzte Änderung:23 Feb 2022 10:37

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