Long-term energy planning with highly-detailed demand modelling for Egypt : an IOA-MAED-OSeMOSYS soft-linking approach

Power supply and energy demand modelling is particularly important for developing countries in assessing mitigation targets and long-term energy planning. This study presents a detailed simulation for electricity demand of Egypt between (2017-2050), to evaluate energy supply strategies and mitigation targets of Egypt's power sector under four different scenarios. Regional cooperation for electricity trading between riparian countries in the Nile east basin has been considered, too. A soft-linking approach was adopted between three modelling frameworks: IOA (Input-Output analysis), MAED (Model for Analysis of Energy demand) and OSeMOSYS (Open-Source energy Modelling System). This helped to model Egypt as a single region with detailed sector-wise demand. Four scenarios were assessed to explore different possible futures and balance the long-term electricity needs and resources: Business as usual (BAU), Renewable generation target 42% by 2035 (REN42), High economic growth (HEG), and Industrial Energy Efficient (IEE). In addition to this, a multi-region model has been built to optimize the future power supplies in Egypt, Sudan and Ethiopia under business-as-usual demands for three possible futures: Egypt as regional hub, Unlimited Trade, and Limited Trade. The demand simulation model (MAED) finds that total demand will double in BAU, reaching a figure of 298.55 GWh. In the HEG scenario, it raises up to 499.7 GWh, while total energy savings are estimated to be about 64.26 TWh thanks to the introduction of efficiency policies in IEE. Egypt’s single region model found that Combined Cycles, Wind, Photovoltaic rooftop, Nuclear power plants, and Concentrated Solar Power are cost-optimal technologies to be included in the future Egypt's power generation mix. In particular, solar and wind technologies help in achieving the REN42 target, with a 2% increase in the total system cost of BAU’s. The quantitative results from the model suggest a need for diversification from predominantly natural gas to a mix of renewable and conventional energy sources in order to improve energy security and reduce dependency on fossil fuels. The multi-region model finds that electricity trading scenarios with Sudan and Ethiopia out-perform the no trade scenario, resulting in lower systems cost by 1-5%, while increasing renewable generation share to 50-60% by 2050. These results evidence that supporting energy trade not only lowers system costs but may also expand the possibilities for regional cooperation.

La modellazione dell'offerta di energia e della domanda energetica è particolarmente importante per i Paesi in via di sviluppo nella valutazione degli obiettivi di mitigazione e nella pianificazione energetica a lungo termine. Questo studio presenta una simulazione dettagliata della domanda di energia elettrica dell'Egitto tra il 2017 e il 2050, per valutare le strategie di approvvigionamento energetico e gli obiettivi di mitigazione del settore energetico egiziano in base a quattro diversi scenari. È stata presa in considerazione anche la cooperazione regionale per lo scambio di energia elettrica tra i Paesi rivieraschi del bacino del Nilo orientale. È stato adottato un approccio soft-linking tra tre frameworks di modellizzazione: IOA (Input-Output analysis), MAED (Model for Analysis of Energy demand) e OSeMOSYS (Open-Source energy Modelling System). Ciò ha permesso di modellare l'Egitto come un'unica regione con una domanda settoriale dettagliata. Sono stati valutati quattro scenari per esplorare diversi futuri possibili e bilanciare il fabbisogno di elettricità e le risorse a lungo termine: Business as usual (BAU), Obiettivo di generazione rinnovabile del 42% entro il 2035 (REN42), Alta crescita economica (HEG) e Efficienza energetica industriale (EIE). Inoltre, è stato costruito un modello multiregionale per ottimizzare le future forniture di energia elettrica in Egitto, Sudan ed Etiopia in base alle richieste di business as usual per tre possibili futuri: Egitto come hub regionale, commercio illimitato e commercio limitato. Il modello di simulazione della domanda (MAED) rileva che la domanda totale sarà doppia nello scenario BAU, raggiungendo una cifra di 298,55 GWh. Nello scenario HEG, aumenta fino a 499,7 GWh, mentre il risparmio energetico totale è stimato in circa 64,26 TWh grazie all’introduzione di politiche di efficienza nell’EIE. Il modello per singola regione dell'Egitto ha rilevato che i cicli combinati, l'eolico, il fotovoltaico su tetto, le centrali nucleari e l'energia solare a concentrazione sono tecnologie ottimali dal punto di vista dei costi da includere nel futuro mix di produzione di energia elettrica dell'Egitto. In particolare, le tecnologie solari ed eoliche contribuiscono a raggiungere l'obiettivo REN42, con un aumento del 2% del costo totale del sistema rispetto al BAU. I risultati quantitativi del modello suggeriscono la necessità di diversificare la produzione di energia elettrica dal gas naturale a un mix di fonti rinnovabili e convenzionali per migliorare la sicurezza energetica e ridurre la dipendenza dai combustibili fossili. Il modello multiregionale rileva che gli scenari di scambio di energia elettrica con il Sudan e l'Etiopia superano lo scenario di assenza di scambi, con una riduzione dei costi di sistema dell'1-5% e un aumento della quota di generazione rinnovabile al 50-60% entro il 2050. Questi risultati dimostrano che sostenere gli scambi energetici non solo riduce i costi di sistema, ma può anche ampliare le possibilità di cooperazione regionale.