Benchmarking study of energy modelling tools in a multi-nodal approach. Case study : Sudan electric power sector

Energy systems models are crucial tools for producing a variety of analyses and insights on the demand and supply for energy. Nowadays, energy models are frequently used to enhance the implementation of various scenarios and policies, and their importance is currently expanding due to worries about strict climate change policies, energy security, and concerns for economic and social development. Many new models and modeling abilities have emerged as a result of increased model development activity in recent years, which was partly driven by the need to depict the integration of variable renewable energy sources more accurately in the electricity sector. This thesis proposes a modeling of Sudan's electrical sector to evaluate the feasibility of adopting energy policies aimed at creating a sustainable energy system and achieving universal access to electricity. Three open-source, bottom-up models are used (OSeMOSYS, Calliope, and Hypatia), which offer the user the ability to refine time and space as suggested by the user with some limitation on time resolution. The fundamental component of this modeling is how the nation is divided into a number of nodes or regions, each of which has its own distinct energy needs and resource availability and is connected to the others via a network of transmission lines. This thesis also provides a benchmark comparison study for the different energy modelling tools and how the different objective functions, balancing equations, and time representation can lead to observable variations in the results.

I modelli dei sistemi energetici sono strumenti fondamentali per produrre una serie di analisi e approfondimenti sulla domanda e sull'offerta di energia. Al giorno d'oggi, i modelli energetici sono spesso utilizzati per migliorare l'implementazione di vari scenari e politiche, e la loro importanza si sta attualmente espandendo a causa delle preoccupazioni per le severe politiche sul cambiamento climatico, la sicurezza energetica e le preoccupazioni per lo sviluppo economico e sociale. Molti nuovi modelli e capacità di modellazione sono emersi come risultato dell'aumento dell'attività di sviluppo di modelli negli ultimi anni, che è stato in parte guidato dalla necessità di rappresentare in modo più accurato l'integrazione di fonti energetiche rinnovabili variabili nel settore elettrico. Questa tesi propone una modellazione del settore elettrico del Sudan per valutare la fattibilità dell'adozione di politiche energetiche volte a creare un sistema energetico sostenibile e a raggiungere l'accesso universale all'elettricità. Vengono utilizzati tre modelli bottom-up open-source (OSeMOSYS, Calliope e Hypatia), che offrono all'utente la possibilità di affinare il tempo e lo spazio come suggerito dall'utente, con qualche limitazione sulla risoluzione temporale. La componente fondamentale di questa modellazione è la suddivisione della nazione in una serie di nodi o regioni, ognuna delle quali ha un proprio fabbisogno energetico e una propria disponibilità di risorse ed è collegata alle altre attraverso una rete di linee di trasmissione. Questa tesi fornisce anche uno studio comparativo dei diversi strumenti di modellazione energetica e di come le diverse funzioni obiettivo, le equazioni di bilanciamento e la rappresentazione temporale possano portare a variazioni osservabili nei risultati.