Modeling african power systems: storage and transmission for renewable energy integration

Addressing climate change is an urgent global imperative, necessitating substantial transformations in existing energy systems. In the context of Africa, where electricity access challenges persist, energy transition may not seem a priority. However, recent research suggests that integrating renewable sources is not only the most sustainable pathway but also potentially the most economically favorable for the African power system development. This study, employing the energy modeling tool Calliope, systematically evaluates the advantages of incorporating pumped hydro energy storage (PHES) and expanding the transmission network to integrate wind and solar technologies in four African countries: Nigeria, Egypt, South Africa, and Kenya. The results demonstrate that rather than a one-size-fits-all solution there is a need for tailored integration strategies in each country, as the diversity in starting power system conditions and demand distribution across regions for each country significantly influences the outcomes. Considering economic feasibility, the results reveal high but manageable investment costs. In the cases of Kenya and Egypt, these costs align with the budget for power system development. Meanwhile, in South Africa and Nigeria, the investments lead to substantial improvements in power generation, generating ample savings to cover the initial costs. Overall, the study could offer valuable insights for policymakers and energy planners regarding renewable integration in Africa, providing feasible solutions suited to the unique conditions of each country.

Affrontare il cambiamento climatico è un imperativo globale urgente, che richiede significativi cambiamenti nei sistemi energetici esistenti. Nel contesto dell'Africa, dove persistono problemi di accesso all'elettricità, la transizione energetica potrebbe non sembrare una priorità. Tuttavia, recenti ricerche suggeriscono che l'integrazione delle fonti rinnovabili non solo è il percorso più sostenibile, ma anche il più favorevole, dal punto di vista economico, per lo sviluppo del sistema energetico africano. Questo studio, utilizzando lo strumento di modellazione energetica Calliope, valuta sistematicamente i vantaggi dell'incorporazione dell'accumulo di energia idroelettrica con pompaggio (PHES) e dell'espansione della rete di trasmissione per integrare le tecnologie eoliche e solari in quattro Paesi africani: Nigeria, Egitto, Sudafrica e Kenya. I risultati dimostrano che, piuttosto che una soluzione unica, è necessaria una strategia di integrazione su misura per ciascun Paese, poiché la diversità delle condizioni di partenza del sistema elettrico e la distribuzione della domanda nelle varie regioni di ciascun Paese influenzano in modo significativo i risultati. Per quanto riguarda la fattibilità economica, i risultati rivelano costi di investimento elevati ma gestibili. Nel caso del Kenya e dell'Egitto, questi costi sono in linea con il budget previsto per lo sviluppo del sistema elettrico. In Sudafrica e Nigeria, invece, gli investimenti portano a importanti miglioramenti nella produzione di energia, generando ampi risparmi che permettono di coprire costi iniziali. Nel complesso, lo studio potrebbe offrire utili indicazioni ai responsabili politici e ai pianificatori energetici per quanto riguarda l'integrazione delle fonti rinnovabili.