A multi-nodes based approach for modelling the Kenyan energy sector

This thesis suggests a modeling of Kenya’s energy system in order to assess the potentials in implementing energy policies aimed at developing a sustainable energy system, both low in carbon content and safe for the country. This thesis illustrates the key elements to be considered during the modeling of the entire energy sector. A literature review highlights what the used models are nowadays, stressing their strong and weak points. This work, in particular, focuses on geo-spatial details of the country’s natural resources and energy demand, in order to grasp the specific features of the system as accurately as possible, and to provide specific suggestions to policy-makers. This thesis was carried out thanks to a data collection in Kenya, towards the end of 2018. The local institutions operating in the energy sector gave a considerable contribution to the success of such research by providing the local data that were needed. The key of such modeling is represented by the division of the country in several areas called nodes, and characterized by the availability of different resources, different energy demands, and interconnected with each other through several transmission lines. Through Calliope, a modeling tool, different future scenarios are analyzed: first of all, the existing energy system and its functioning through the new four-nodes approach; consequently, different scenarios for 2035 were analyzed, by simulating a configuration suggested by the national plan and suggesting a configuration that is optimized by the software. It emerges from this analysis that Kenya has a huge potential in terms of renewable energy; however, in order to face the growing energy demand in the future, a considerable investment capacity is needed. In the light of the results obtained by this thesis, it is evident that the use of a multi-nodes approach provides several, very significant details to be considered in order to optimize the energy mix of a country, when compared to a single-node approach. Therefore, such great potentiality stands as a supporting tool for energy policies suggested by the system, if compared to the more conventional structures considering the whole country as a system based on a single node.

Questo lavoro di tesi propone una modellizzazione del sistema energetico Kenyota, per valutare le potenzialità dell’implementazione di una politica energetica diretta allo sviluppo di un sistema energetico sostenibile, a basso contenuto di carbonio e sicuro per il paese. In questo lavoro vengono mostrati gli elementi cardine da tenere in considerazione durante la modellazione dell’intero settore energetico. Una revisione della letteratura evidenzia quali siano i modelli utilizzati oggigiorno evidenziandone punti di forza e criticità note. In particolare, questo lavoro si concentra sul dettaglio geo spaziale delle risorse naturali del paese e della domanda energetica, per cogliere in maniera più precisa le sfumature del sistema e dare indizi più mirati alla politica. Lo sviluppo di questa tesi, è stata resa possibile da una ricerca dati svoltasi in Kenya, verso la fine del 2018. Le istituzioni locali operanti nel settore energetico hanno ampiamente contribuito al successo di questo lavoro fornendo i dati locali necessari. La chiave della modellizzazione è stata la divisione del paese in più aree, definite nodi, caratterizzate da diverse disponibilità di risorse, domande energetiche e interconnesse tra loro da diverse linee di trasmissione. Tramite lo strumento di modellizzazione Calliope sono stati analizzati diversi scenari, in primo luogo il funzionamento del sistema energetico attualmente esistente con il nuovo approccio a quattro nodi, e susseguentemente sono stati analizzati diversi scenari al 2035, simulando la configurazione proposta dal piano nazionale e proponendo una configurazione lasciata ottimizzare al software. Emerge dall’analisi dei risultati che il Kenya ha un enorme potenziale rinnovabile che però, per far fronte alla crescita della domanda energetica futura, richiede un’ampia capacità di investimento. Alla luce dei risultati raggiunti grazie a questo lavoro di tesi, risulta evidente quanto l’utilizzo di un approccio multinodo fornisca numerosi dettagli di grande rilevanza da considerare per l’ottimizzazione del mix energetico di un paese, rispetto ad un modello basato su un singolo nodo. Emerge quindi la grande potenzialità come strumento di supporto alle politiche energetiche del sistema proposto rispetto alle più convenzionali strutture che considerano il sistema paese come un singolo nodo.