Energy system modellers typically choose a low spatial resolution for their models based on administrative boundaries such as countries, which eases data collection and reduces computation times. However, a low spatial resolution can lead to sub-optimal investment decisions for wind and solar generation. Ignoring power grid bottlenecks within regions tends to underestimate system costs, while combining locations with different wind and solar capacity factors in the same resource class tends to overestimate costs. We investigate these two competing effects in a capacity expansion model for Europe's power system with a high share of renewables, taking advantage of newly-available high-resolution datasets as well as computational advances. We vary the number of nodes, interpolating between a 37-node model based on country and synchronous zone boundaries, and a 1024-node model based on the location of electricity substations. If we focus on the effect of renewable resource resolution and ignore network restrictions, we find that a higher resolution allows the optimal solution to concentrate wind and solar capacity at sites with better capacity factors and thus reduces system costs by up to 10% compared to a low resolution model. This results in a big swing from offshore to onshore wind investment. However, if we introduce grid bottlenecks by raising the network resolution, costs increase by up to 23% as generation has to be sourced more locally at sites with worse capacity factors. These effects are most pronounced in scenarios where grid expansion is limited, for example, by low local acceptance. We show that allowing grid expansion mitigates some of the effects of the low grid resolution, and lowers overall costs by around 16%.


翻译:能源系统建模者通常选择低空间分辨率,以基于行政边界的模型,如国家,这样可以方便数据收集和缩短计算时间。然而,低空间分辨率可能导致对风能和太阳能发电的投资决策低于最佳水平。区域内忽视电网瓶颈往往低估系统成本,同时将同一资源类别中不同风能和太阳能能力因素的地点合并在一起,往往过高估计成本。我们调查了欧洲电力系统能力扩展模式中的这两个竞争效应,可再生能源比例高,利用了新获得的高分辨率数据集和计算进步。我们改变了节点的数目,在基于国家和同步区域边界的37个节点模型和基于电力分站位置的1024个节点模型之间互插。如果我们把重点放在可再生资源解决方案的影响上,忽视网络限制,我们发现更高的分辨率使得风能和太阳能能力集中在能力较强的地点,从而降低系统成本,比低分辨率模型低,降低到10 %。这导致从离岸和同步区域边界的37个模型,而电网位模型的高度波动情况更严重,从离岸至整个电网的电网成本增加。我们从23个电网的电网成本增加。

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