Development of functionalities for improved storage modelling in OSeMOSYS

Climate change and provision of food, energy and water are amongst the most important development challenges we face today and call for a radical change of the energy system we rely on. In this context, energy modelling act as a support for providing policy makers the right inputs and insights for formulating efficient and sustainable policies that can drive this energy transition. In this scenario, storage technologies could play the double key role of bringing access to electricity to everyone and to enhance variable renewable energies penetration. This study proposes an improved storage formulation for storage technologies in OSeMOSYS (Open Source Energy Modelling System). In particular, the main focus of this work is the storage losses introduction for both dams for hydropower generation and batteries for electricity storage. The model is tested through the OSeMOSYS case study used for training, Atlantis, that features characteristics of both developing and developed countries which has been modified in order to feature storage technologies. The modified model now describes thoroughly storage technologies. Batteries, thanks to the losses introduction, tend to be empty when unused. Dams now account for water evaporation that is crucial since water availability is already a major concern that will be exasperated by climate changes. Despite losses introduction, renewable energies tend to have a high penetration in the future energy mix thanks to storage technologies that remedy their unpredictability and seasonality.

I cambiamenti climatici e la fornitura di cibo, energia ed acqua rappresentano le sfide più importanti da affrontare e richiedono un immediato cambiamento del sistema energetico dal quale dipendiamo. In questo contesto, l’energy modelling costituisce un supporto adatto a fornire degli input adeguati ai policy maker al fine di progettare politiche sostenibili ed efficienti che possano guidare la transizione energetica in atto. In questo scenario, le tecnologie di accumulo possono svolgere il duplice ruolo di rendere accessibile l’elettricità a tutti e di incrementare la penetrazione elettrica delle energie rinnovabili. Questo studio propone lo sviluppo di funzionalità avanzate per la formulazione dello storage in OSeMOSYS (Open Source Energy Modelling System). In particolare, il centro dell’attenzione di questo lavoro è l’introduzione delle perdite di accumulo nel caso di dighe per la produzione di potenza da idroelettrico e di batterie per l’accumulo di elettricità. Il modello viene testato con il caso studio di OSeMOSYS utilizzato per i training, Atlantis, il quale presenta caratteristiche proprie sia dei paesi in via di sviluppo che dei paesi sviluppati. È stato modificato, rispetto alla sua originale formulazione, per poter contemplare le tecnologie di accumulo. I risultati del caso studio evidenziano come l’introduzione delle perdite per le batterie causi il loro svuotamento quando non vengono utilizzate, coerentemente con quanto avviene nella realtà. Il modello adesso tiene conto delle perdite di evaporazione delle dighe, caratteristica che risulta cruciale in quanto la disponibilità di acqua è una delle maggiori preoccupazioni, specialmente nei paesi in via di sviluppo, e potrebbe essere esasperata dagli effetti dei cambiamenti climatici. Nonostante l’introduzione delle perdite, le energie rinnovabili tendono ad avere un’alta penetrazione nel sistema energetico del futuro grazie alle tecnologie di accumulo che permettono di ovviare alla loro imprevedibilità e stagionalità.