Modeling Multi-Sectoral Decarbonization Scenarios for the Norwegian Energy System
Master thesis
![Thumbnail](/ntnu-xmlui/bitstream/handle/11250/2826623/no.ntnu%3ainspera%3a79771761%3a35884365.pdf.jpg?sequence=5&isAllowed=y)
Permanent lenke
https://hdl.handle.net/11250/2826623Utgivelsesdato
2021Metadata
Vis full innførselSamlinger
- Institutt for elkraftteknikk [2474]
Sammendrag
For å unngå de verste konsekvensene av klimaendringene, blir det stadig viktigere å avkarbonisere verdens energisystem. Det er imidlertid utfordrende å utvikle pålitelige energisystemmodeller med resultater som kan brukes i investeringsstrategier for det grønne skiftet. openENTRANCE-prosjektet forsøker å løse utfordringen ved å utvikle og bruke en åpen modelleringsplattform for å analysere avkarboniseringsscenarier for Europa [1]. openENTRANCE-prosjektet har utviklet fire scenarier for å analysere lavkarbonutviklinger som samsvarer med klimamålene i Parisavtalen. Disse scenariene modelleres med energisystemmodellen GENeSYS-MOD for 30 europeiske regioner mot 2050, inkludert Norge.
Følgende forskningsspørsmål undersøkes i denne oppgaven:
• Kan openENTRANCE-implementeringen av GENeSYS-MOD gi nyttig innsikt om det fremtidige norske energisystemet?• Kan innsikten om det norske energisystemet forbedres ved å dele opp i mindre regioner?
Disse spørsmålene besvares ved å verifisere openENTRANCE-implementeringen av GENeSYS-MOD, validere det norske datasettet, og implementere datasettforbedringene i GENeSYS-MOD for å oppnå en forbedret representering av det norske energisystemet. Det norske datasettet blir deretter delt opp etter de fem norske kraftprisregionene for å oppnå en bedre representering av energisystemet på et regionalt nivå.
Nyttig innsikt innebærer at norsk olje- og gasseksport i stor grad vil minke grunnet avviklingen av petroleumssektoren i nær fremtid i den europeiske avkarboniseringen. Sol- og vindkraft blir viktige energiressurser i det norske energiskiftet. Hydrogen kan bli en viktig energibærer for avkarbonisering av transport- og industrisektorene, og enkelte norske regioner vil kunne bli viktige hydrogeneksportører til naboland.
Det ble funnet svakheter i industrisektormodelleringen til GENeSYS-MOD. Viktige norske industrier er olje- og gassutvinning og prosessindustrier slik som aluminiumsproduksjon. Disse industriene kan ikke representeres ved de stålindustribaserte antagelsene som foreløpig brukes i GENeSYS-MOD.
Resultatene indikerer at havvind kan bli et gunstig alternativ dersom det forblir politisk utfordrende å bygge ut landbasert vindkraft, eller dersom kraftbehovet i industrien øker som følge av nye, kraftintensive industrier. Videre arbeid kan innebære å utforske disse indikasjonene ved å introdusere norsk vindkraftpolitikk i modellen, og ved å forbedre industrisektormodelleringen for Norge ved å legge til industribehov for kraft og hydrogen. There is a pressing need to decarbonize the world’s energy system to avoid the worst effects of climate change. However, developing reliable energy system models with results that can be used for decision-making in the energy transition is challenging. The H2020 openENTRANCE project aims to respond to this challenge by developing and using a transparent modeling platform to assess decarbonization scenarios for Europe [1]. The openENTRANCE project has developed four scenarios to assess low-carbon developments complying with the Paris Agreement climate goals. These scenarios are modeled using the Global Energy System Model (GENeSYS-MOD) with 30 European regions until 2050, including Norway.
The following research questions are studied in this thesis:• Can the openENTRANCE implementation of GENeSYS-MOD be used to get useful insights about the future Norwegian energy system?• Can the insights for the Norwegian energy system be improved by disaggregation?
These questions are answered by verifying the openENTRANCE implementation of GENeSYS-MOD, validating the Norwegian dataset, and implementing the dataset improvements in GENeSYS-MOD to gain a better representation of the Norwegian energy system. The Norwegian dataset is disaggregated into the five Norwegian bidding zones to gain better regional insight of the Norwegian energy system.
Useful insights include the rapid decline of Norwegian oil and gas exports due to decommissioning of the petroleum sector within the near future in the European decarbonization. Photovoltaic and wind power show to become important low-cost energy sources in the Norwegian energy transition. Hydrogen shows to become an important energy carrier to decarbonize the transportation and industrial sectors, and certain Norwegian regions have the potential to become important hydrogen exporters to neighboring countries.
Shortcomings include the industrial sector modeling. Major Norwegian industries include oil and gas extraction and process industries such as aluminum production. These cannot be represented using the steel industry-based assumptions currently in the model.
Findings indicate that offshore wind may be an alternative if the strict onshore wind policies remain in Norway, or if the industrial power demand increases due to the commissioning of new power-intensive industries. Further work can include exploring these indications by introducing onshore wind policies in the model, and by improving the modeling of the industrial sector for Norway by introducing additional industrial demands for power and hydrogen.