Power capacity expansion in the Southern African power pool : synergies between hydropower and floating solar development

As decarbonization pushes energy and power systems towards renewable energy sources, massive infrastructural projects and investments in clean energy are under consideration. This also holds true for sub-Saharan Africa, a fast developing region still affected by low energy access and energy security issues. In particular, within the Southern African Power Pool, an important renewable energy source is represented by hydropower in the Zambezi river basin where new reservoirs are under scrutiny to further exploit the generation potential of its waters. In parallel, solar energy, and the more recent floating solar, represent fast-developing and competing technologies for capacity expansion projects. Given the multisectoral nature of these projects, they need to be evaluated not only adopting financial metrics but integrating models and performance indicators representing the different sectors involved. For this reason, we develop a novel methodology integrating water, energy and economic models to evaluate infrastructural alternatives for power capacity expansion in the Southern African Power Pool under hydroclimatic variability over a set of energy, environmental and economic metrics. According to our results, a strategic siting of floating solar panels and hydropower reservoirs yields reduced electricity demand deficit, network stability and greenhouse emissions reductions. Furthermore, these improvements are also associated with reduced net present cost of infrastructure, proving that diversifying the renewable capacity expansion portfolio fosters the energy, economic and environmental sustainability of the power system examined.

Poichè la decarbonizzazione spinge l'energia e i sistemi energetici verso le fonti di energia rinnovabile, sono al vaglio imponenti progetti infrastrutturali e investimenti in energia pulita. Questo vale anche per l'Africa sub-sahariana, una regione in rapido sviluppo ancora afflitta da un basso accesso all'energia e da problemi di sicurezza energetica. In particolare, all'interno del Southern African Power Pool, un'importante fonte di energia rinnovabile è rappresentata dall'energia idroelettrica nel bacino del fiume Zambesi, dove si stanno esaminando nuovi bacini per sfruttare ulteriormente il potenziale di generazione delle sue acque. In parallelo, l'energia solare, e il più recente solare galleggiante, rappresentano tecnologie in rapido sviluppo e in competizione per progetti di espansione della capacità. Data la natura multisettoriale di questi progetti, essi devono essere valutati non solo adottando metriche finanziarie ma integrando modelli e indicatori di performance che rappresentino i diversi settori coinvolti. Per questo motivo, sviluppiamo una nuova metodologia che integra modelli idrologici, energetici ed economici per valutare le alternative infrastrutturali per l'espansione della capacità energetica nel Southern African Power Pool sotto la variabilità idroclimatica considerando una serie di differenti metriche energetiche, ambientali ed economiche. Secondo i nostri risultati, una collocazione strategica dei pannelli solari galleggianti e dei bacini idroelettrici produce una riduzione del deficit della domanda di elettricità, una maggiore stabilità della rete e una riduzione delle emissioni di a gas serra. Inoltre, questi miglioramenti sono anche associati a una riduzione del costo attuale netto delle infrastrutture, dimostrando che la diversificazione del portafoglio di espansione della capacità rinnovabile favorisce la sostenibilità energetica, economica e ambientale del sistema energetico esaminato.