Analysis of future energy scenarios for Mozambique based on an integrated energy-economy system optimization model

Mozambique, counting 19 GW of hydropower potential, 23 TW of solar potential, around 130 Tcf of Natural gas and 20 billion tonnes of Coal reserves, is one of the richest countries in the South-African region in terms of natural resources. However, despite the amount of available primary energy, the country does not look on track for the achievement of the SDG7 within 2030. The challenge is to translate this resource availability into energy access, able to support the economic activities and the sustainable development of the nation. The MIREME in 2018 has implemented a power generation development plan whose solution is provided by an optimization model that minimizes the costs of generation, however there are some critical issues in the plan that might lead to an incorrect exploitation of the technologies. Firstly, the capacity to be installed each year is chosen between a set of candidate power plants, therefore this crucial parameter is chosen a priori, and is not a simulation output. Secondly, the minimization of costs considers only the generation costs of the power sector, therefore not involving the costs of the other sectors of the economy that might influence the power sector. Third, the solution does not consider the transition from traditional to modern technologies by the population such as the use of electricity for cooking (e-cooking), which may influence the final demand of electricity. The objective of the research is to implement an energy model for Mozambique that tries to tackle these issues and provide results that can inform the MIREME regarding the future trends of the Mozambican power sector. The model is an optimization model that provides a year-by-year to-install capacity selecting between different types of technology. It considers 2 scenarios, in one it minimises the costs, in the other the emissions. To take in consideration the transition to modern cooking technologies and fuels, for each scenario two types of cooking shift have been considered. One considers a cooking shift that is LPG driven, while the second is electricity driven (use of e-cooking). From the results it seems that ignoring the transition to e-cooking may lead to a significant underestimation of the electricity that needs to be produced to cope with the national demand, while for the total developed capacity, the solution of the MIREME seems to be oversized. Regarding the technologies for power production, the coal fired plants envisioned by the MIREME can represent a viable option to diversify the energy mix. The results show also that a power system based on renewables in case of a transition to e-cooking may be economically highly disadvantaged.

Il Mozambico, con i suoi 19 GW di potenziale idroelettrico, 23 TW di potenziale solare, 130 Tcf di Natural Gas e 20 miliardi di tonnellate di riserve di carbone, in termini di risorse naturali, risulta essere uno dei paesi più ricchi della regione sudafricana. Tuttavia, nonostante la disponibilità di potenziale energetico, il paese non è sulla strada giusta per raggiungere il SDG7 entro il 2030. La sfida sta nel tradurre la disponibilità di risorse primarie in accesso energetico capace di supportare le attività economiche e lo sviluppo sostenibile della nazione. Nel 2018 il MIREME ha implementato un power generation development plan, la cui soluzione è basata su un modello di ottimizzazione che mira a minimizzare i costi di generazione, tuttavia con alcune criticità che potrebbero portare ad una errato utilizzo delle tecnologie di produzione elettrica. In primo luogo, la capacità da installare anno per anno, è scelta partendo da una lista di impianti candidati; perciò, questo parametro cruciale non viene in realtà fornito come output dal modello. In secondo luogo, la minimizzazione dei costi tiene conto solo dei costi di generazione del settore elettrico, quindi non considera la minimizzazione dei costi di altri settori economici che potrebbero però influenzare quello elettrico. Terzo, la soluzione non tiene conto della transizione da tecnologie energetiche tradizionali a tecnologie moderne da parte della popolazione, come l’utilizzo di elettricità per cucinare (e-cooking). L’obiettivo di questa tesi è quello di implementare un modello energetico per il Mozambico che si concentri sul trovare una soluzione a queste criticità, fornendo risultati informino il MIREME riguardo ai possibili futuri sviluppi del settore elettrico. Il modello è un modello ottimizzazione che fornisce una capacità da installare anno per anno permettendo di scegliere tra varie tecnologie di produzione di energia, e che considera 2 scenari, uno in cui minimizza i costi e uno in cui minimizza le emissioni. Per tener conto della transizione verso tecnologie energetiche più moderne, che potrebbe influenzare la domanda finale di energia elettrica, per ciascuno scenario sono stati implementati 2 casi, il primo considera un cooking shift orientato verso l’uso di LPG, mentre il secondo verso l’uso di elettricità (e-cooking). Dai risultati sembra che trascurare una possibile transizione verso e-cooking possa portare ad una significativa sottostima dell’elettricità richiesta per far fronte alla domanda, mentre riguardo alla capacità da installare, la soluzione del MIREME sembra essere sovradimensionata. Per quanto concerne le tecnologie utilizzate nella produzione di energia, l’impiego di impianti a carbone pensato dal MIREME può rappresentare una opzione interessante per la diversificazione del mix energetico. Dai risultati si deriva anche che una opzione basata su tecnologie rinnovabili, specialmente nel caso di una transizione verso e-cooking, potrebbe essere significativamente svantaggiosa sul lato economico.