Energy generation expansion planning model considering emissions constraints

Abstract

RESUMEN: El problema de expansión de la generación consiste en determinar el tipo de tecnología, dimensionamiento, ubicación y momento en el cual nuevas plantas de generación deben ser integradas al sistema, en un horizonte de planeamiento dado, para satisfacer la demanda de energía pronosticada. En los últimos años, debido a un creciente interés en asuntos medioambientales, varias metodologías para resolver el problema de expansión de la generación han incluido algún tipo de política medioambiental, típicamente basada en restricciones de emisiones. Este artículo presenta un modelo lineal en una versión dinámica para resolver el problema de planeamiento de expansión de la generación. La principal diferencia entre el modelo propuesto y la mayoría de los trabajos presentados en la literatura especializada es la forma en que la política medioambiental ha sido contemplada. Tal política incluye: i) impuestos sobre las emisiones de CO2, ii) una reducción anual de emisiones en todo el sistema y iii) el retiro gradual de plantas de generación ineficientes. El modelo propuesto ha sido aplicado al caso de expansión de los Estados Unidos para encontrar el portafolio de energía más rentable y sostenible en los próximos 20 años, considerando 11 regiones y 10 tipos diferentes de tecnología.

ABSTARCT: The generation expansion planning (GEP) problem consists in determining the type of technology, size, location and time at which new generation units must be integrated to the system, over a given planning horizon, to satisfy the forecasted energy demand. Over the past few years, due to an increasing awareness of environmental issues, different approaches to solve the GEP problem have included some sort of environmental policy, typically based on emission constraints. This paper presents a linear model in a dynamic version to solve the GEP problem. The main difference between the proposed model and most of the works presented in the specialized literature is the way the environmental policy is envisaged. Such policy includes: i) the taxation of CO2 emissions, ii) an annual Emissions Reduction Rate (ERR) in the overall system, and iii) the gradual retirement of old inefficient generation plants. The proposed model is applied in an 11region to design the most costeffective and sustainable 10 technology US energy portfolio for the next 20 years.