Electric mobility and energy system planning in Colombia: a multidimensional assessment through an integreted scenario-based simulation approach

Transport electrification constitutes a fundamental pillar of global decarbonisation strate- gies and represents a major opportunity to mitigate greenhouse gas (GHG) emissions in developing economies. In Colombia, where motorcycles and other light two- and three- wheeled vehicles dominate mobility, electric motorcycles emerge as a strategic lever for sustainable transport and for meeting the country’s long-term energy transition objectives. However, the systemic implications of large-scale electrification remain insufficiently un- derstood, particularly regarding its impacts on electricity demand, generation adequacy, and environmental performance. This thesis develops an integrated methodological framework coupling a modified Gom- pertz diffusion model for vehicle adoption with the Calliope energy system optimisation platform. The framework enables a coherent evaluation of the technical, economic, and environmental consequences of transport electrification on the Colombian power system up to 2052. The adoption model projects the diffusion of electric vehicles (2&3-wheelers, light, and heavy) under three policy and socioeconomic scenarios Base, Intermediate, and Idealistic whose electricity demand projections feed the long-term expansion simulations of Calliope. Results show that higher electrification levels substantially increase investments in charg- ing infrastructure by up to +400% in the most ambitious expansion scenario while specific generation costs remain relatively stable within ±10% of the baseline. Environmentally, total CO2 emissions from generation fall by up to 40%, and the grid emission factor de- clines by 73%, yielding proportional reductions in electric mobility’s carbon footprint. The proposed framework provides a replicable approach for analysing the interdependen- cies between transport electrification and energy system evolution in emerging economies, demonstrating that deep electrification of light mobility, combined with renewable ex- pansion, can be achieved without compromising system cost-efficiency and advancing Colombia’s path toward a just and sustainable energy transition

L’elettrificazione dei trasporti è uno dei pilastri fondamentali delle strategie globali di decarbonizzazione e rappresenta un’importante opportunità per ridurre le emissioni di gas a effetto serra (GHG) nelle economie emergenti. In Colombia, dove la mobilità è dominata da motocicli e veicoli leggeri a due e tre ruote, le motociclette elettriche costitu- iscono una leva strategica per promuovere un trasporto urbano sostenibile e raggiungere gli obiettivi nazionali di transizione energetica. Tuttavia, le implicazioni sistemiche di un’elettrificazione su larga scala rimangono poco comprese, specialmente riguardo alla domanda elettrica, alla capacità di generazione e alle prestazioni ambientali. La tesi presenta un quadro metodologico integrato che combina un modello di diffusione Gompertz modificato per l’adozione dei veicoli elettrici con la piattaforma di ottimiz- zazione energetica Calliope. Il modello proietta la diffusione regionale e per categoria dei veicoli elettrici (2&3 ruote, leggeri e pesanti) in tre scenari Base, Intermedio e Idealista le cui proiezioni di domanda alimentano le simulazioni di espansione del sistema elettrico colombiano fino al 2052. I risultati mostrano che un’elevata elettrificazione aumenta gli investimenti nelle infras- trutture di ricarica fino a +400% nello scenario di espansione più ambizioso, mentre i costi specifici di generazione restano stabili entro ±10%. Dal punto di vista ambientale, le emissioni di CO2 dalla generazione si riducono fino al 40% e il fattore di emissione della rete cala del 73%, con riduzioni proporzionali dell’impronta di carbonio per tutte le cate- gorie di veicoli. L’approccio proposto risulta replicabile per analizzare le interdipendenze tra elettrificazione dei trasporti e sistemi energetici, dimostrando che la profonda elet- trificazione della mobilità leggera, congiunta all’espansione delle rinnovabili, può essere raggiunta senza compromettere l’efficienza economica del sistema. Parole chiave: Mobilità elettrica; Modellazione dei sistemi energetici; Calliope; Modello di Gompertz; Transizione a basse emissioni di carbonio; Colombia; Elettrificazione dei trasporti; Integrazione delle rinnovabili.