Nadeem ALKURDI

Daarom is de implementatie van hernieuwbare energie een belangrijke alternatieve oplossing om aan onze elektriciteitsbehoeften te voldoen, de uitstoot van broeikasgassen te verminderen om klimaatverandering tegen te gaan en de afhankelijkheid van fossiele brandstoffen te verminderen. Het plannen van de overgang naar hernieuwbare energie is dus een essentiële doorlopende strategie om aan onze vraag te voldoen, of het elektriciteitsnet nu is aangesloten op het nationale elektriciteitsnet of off-grid in landelijke gebieden. De meeste landen zijn al begonnen met het versterken van hun energie-infrastructuur om deze te voeden met duurzame hernieuwbare energiebronnen, maar beperkte potentiële bronnen zouden deze ontwikkeling kunnen tegenhouden.

Vandaag de dag is de integratie van verschillende hernieuwbare energiebronnen in het elektriciteitsnet een grote uitdaging om de stabiliteit van het net te garanderen. Ten tweede vereist de implementatie van hoogrendabele hernieuwbare energiesystemen aanzienlijke ondersteuning van de besluitvorming om de verschillende partijen aan te moedigen om meer te investeren. De planning van hernieuwbare energie moet worden beoordeeld op basis van technische, economische en sociaal-milieucriteria. Energieplanning kan niet worden uitgevoerd zonder gebruik te maken van energiemodellen. Hernieuwbare-energiesysteemmodellen worden beschouwd als een belangrijke oplossing voor het oplossen van veel complexe energieplanningsproblemen in de wereld in verschillende perioden waarin de intermittentie van sommige bronnen (PV, wind ...) vervangen zou kunnen worden door andere continue bronnen (biomassa, waterkracht ...) om aan de energievraag te voldoen en de stabiliteit van het net te garanderen. Er wordt een grote verscheidenheid aan energiemodellen gebruikt om aan verschillende energiedoelstellingen te voldoen, met name elektriciteit. Bovendien kunnen deze energiemodellen ofwel de deterministische aanpak volgen waarbij robuuste modellen worden gebruikt om met de onzekerheid van gegevens om te gaan, of de stochastische aanpak waarbij waarschijnlijkheden onder onzekerheid worden gebruikt. Beide benaderingen worden veel gebruikt en aanbevolen voor de planning van hernieuwbare energie.

Het hoofddoel van dit proefschrift is het ontwikkelen van een beslissingsondersteunend model op basis van meerdere criteria voor de planning van de overgang naar hernieuwbare energie waarbij verschillende hernieuwbare energiebronnen worden gecombineerd om een maximale productie tegen minimale kosten te garanderen. Deze scriptie zal het belangrijkste concept van de 100 % hernieuwbare energietransitie tegen het einde van 2030 in Frans Guyana benadrukken, omdat het een overzees gebied is waar er een uitdaging is in het ontwikkelen van het energiescenario tegen 2030 en de huidige energieopwekkingsinstallaties de toenemende vraag naar elektriciteit niet kunnen dekken met beperkte bronnen, maar ook omdat er andere hernieuwbare energievoorzieningen nodig zijn om de fossiele brandstofcentrales tegen het einde van 2030 te vervangen. Samengevat zal dit proefschrift de volgende onderzoeksvraag beantwoorden: Wat zijn de energiematrixmodellen (zon-PV en biomassa in ons geval) die gedefinieerd kunnen worden als een initieel basisplan voor de energiesectoren in eender welke regio of in een ander concept, hoe kunnen verschillende energieproductiescenario's geoptimaliseerd worden die verschillende hernieuwbare energiebronnen combineren voor een maximale productie tegen minimale kosten om aan de energiebehoeften te voldoen, rekening houdend met de spatio-temporele dimensies van het probleem en de gegevens?

In het eerste deel van dit proefschrift ontwikkelden we een geïntegreerd raamwerk (GIS-Robust Optimization) als een uitstekende beslissingsondersteunende tool voor het bepalen van de beste optimale locaties voor fotovoltaïsche zonne-energiecentrales en het optimale gebruik van oppervlakken op nutsschaal in Frans Guyana, gemengd met heterogene gegevens over geografie (ruimtelijke beperkingen), bijbehorende kosten en tijdsbeperkingen. Dit raamwerk is een efficiënte IT-benadering voor het beheren van grootschalige spatio-temporele gegevens. Daarnaast is er een bijgewerkte versie van de eerste benadering (parkmodel) ontwikkeld, ringmodelbenadering genaamd, die betere optimale oplossingen biedt voor een PV-ring bestaande uit meerdere zonne-PV-centrales met maximale productie en minimale kosten, evenals minder risico's voor het elektriciteitsnet in het geval van dringende afsluiting of blokkering van grote parken als gevolg van incidenten die niet de hele elektriciteitsproductie beïnvloeden, vergeleken met de parkbenadering.

In het tweede deel zal dit proefschrift zich richten op de toepassing van ons ontwikkelde raamwerk (GIS-RO) voor biomassa, dat een continue hernieuwbare energiebron is, als aanvulling op onze eerdere studies over de intermitterende zonne-energiebron. Dit raamwerk zal ook optimale potentiële biomassalocaties selecteren die een maximale productie en minimale kosten garanderen onder verschillende beperkingen. Verder toekomstig werk en verbeteringen aan ons model voor elke hernieuwbare energiebron worden ook besproken en behandeld in dit hoofdstuk.

Tot slot is de door ons ontwikkelde methodologie een uitstekend beslissingsondersteunend hulpmiddel voor het selecteren van de beste potentiële locaties voor te implementeren installaties voor hernieuwbare energie. De resultaten werden bevestigd voor intermitterende (zonne-energie) en niet-intermitterende (biomassa) hernieuwbare energiebronnen die in het elektriciteitsnet worden geïntegreerd.

Trefwoorden:

Planning van hernieuwbare energie, spatio-temporele schaal, GIS, robuuste optimalisatie, locatieselectie, Frans Guyana

Daarom is de implementatie van hernieuwbare energie een belangrijke alternatieve oplossing om in onze elektriciteitsbehoeften te voorzien, de uitstoot van broeikasgassen te verminderen om klimaatverandering tegen te gaan en de afhankelijkheid van fossiele brandstoffen te verminderen. Planning van de overgang naar hernieuwbare energie is dus een essentiële doorlopende strategie om aan onze vraag te voldoen, of het netwerk nu op het net is aangesloten of niet op het net in landelijke gebieden. De meeste landen zijn al begonnen met het versterken van hun energie-infrastructuur, zodat deze gevoed kan worden met duurzame hernieuwbare energiebronnen, maar de beperkte potentiële bronnen kunnen deze ontwikkeling tegenhouden.

Tegenwoordig is de integratie van verschillende hernieuwbare energiebronnen in het elektriciteitsnet een grote uitdaging om de stabiliteit van het net te waarborgen. Vervolgens vereist de implementatie van zeer efficiënte hernieuwbare energiesystemen een sterke ondersteuning bij de besluitvorming om verschillende partijen aan te moedigen om verder te investeren. De planning van hernieuwbare energie moet namelijk worden geëvalueerd op basis van technisch-economisch-socio-milieucriteria. Energieplanning kan dus niet worden uitgevoerd zonder gebruik te maken van energiemodellen. Modellen voor hernieuwbare energiesystemen worden dus beschouwd als een belangrijke oplossing voor het oplossen van veel complexe energieplanningsproblemen over de hele wereld in verschillende tijdsperioden, waarin de intermitterende werking van sommige bronnen (PV, wind...) vervangen kan worden door andere, continue bronnen (biomassa, waterkracht...) om aan de vraag naar energie te voldoen en de stabiliteit van het net te garanderen. Er wordt een grote verscheidenheid aan energiemodellen gebruikt om aan verschillende energiedoelen te voldoen, met name elektriciteit. Bovendien kunnen deze energiemodellen ofwel een deterministische aanpak volgen waarbij robuuste modellen worden gebruikt om de onzekerheid in de gegevens te verwerken, ofwel een stochastische aanpak waarbij waarschijnlijkheden binnen de onzekerheid worden gebruikt. Beide benaderingen worden veel gebruikt en aanbevolen voor de planning van hernieuwbare energie.

Het hoofddoel van dit proefschrift is het ontwikkelen van een beslissingsondersteunend model op basis van meerdere criteria voor de planning van de overgang naar hernieuwbare energie waarbij verschillende hernieuwbare energiebronnen worden gecombineerd om een maximale productie tegen minimale kosten te garanderen. Deze scriptie belicht het belangrijkste concept van 100 % hernieuwbare energietransitie tegen het einde van 2030 in Frans Guyana, aangezien het een overzees Frans gebied is waar er een uitdaging is in de ontwikkeling van het energiescenario tegen 2030 en de huidige energieproductiefaciliteiten de toename in de vraag naar energie niet kunnen voeden met beperkte middelen, maar ook andere energiefaciliteiten uit hernieuwbare energiebronnen nodig zijn om de fossiele brandstoffencentrales tegen het einde van 2030 te vervangen. Samenvattend zal dit proefschrift de volgende onderzoeksvraag beantwoorden: Wat zijn de energiematrixmodellen (zon-PV en biomassa in ons geval) die als een initieel basisplan voor de energiesectoren in eender welke regio kunnen worden opgesteld, of met een ander concept, hoe kunnen verschillende energieproductiescenario's worden geoptimaliseerd die verschillende hernieuwbare energiebronnen combineren met een maximale productie tegen minimale kosten om aan de energiebehoeften te voldoen, rekening houdend met de ruimtelijk-temporele dimensies van het probleem en de gegevens?

In het eerste deel van dit proefschrift hebben we een geïntegreerd (GIS-Robuuste Optimalisatie) raamwerk ontwikkeld als een uitstekende beslissingsondersteunende tool om de beste optimale locaties van PV-zonnecentrales en hun geoptimaliseerde landgebruik op nutsschaal in Frans Guyana te bepalen door de volgende heterogene gegevens van geografische (ruimtelijke beperkingen), gerelateerde kosten en tijdsbeperkingen te mengen. Dit raamwerk is een efficiënte computationele benadering voor het verwerken van grootschalige ruimtelijk-temporele gegevens. Bovendien is er een bijgewerkte versie van de eerste benadering (parkmodel) ontwikkeld, genaamd ringbenadering, om betere optimale oplossingen te bieden voor een PV-ring die bestaat uit meerdere zonne-PV-centrales met een maximale productie en minimale kosten, evenals minder risico's voor het elektriciteitsnetwerk in het geval van dringende afsluiting of blokkering van grote parken als gevolg van incidenten die geen invloed hebben op de gehele elektriciteitsproductie in vergelijking met de parkbenadering. In het tweede deel richt dit proefschrift zich op de toepassing van het door ons ontwikkelde raamwerk (GIS-RO) voor biomassa, een verhandelbare bron van hernieuwbare energie, als aanvulling op onze eerdere onderzoeken naar intermitterende zonne-energiebronnen. Dit raamwerk zal ook de optimale locaties voor biomassapotentieel selecteren die een maximale productie en minimale kosten garanderen en die onderhevig zijn aan verschillende beperkingen. In dit deel worden ook verdere toekomstige werkzaamheden en verbeteringen van ons ontwikkelde raamwerk voor elke bron voor de planning van hernieuwbare energie besproken en behandeld.

Tot slot is de door ons ontwikkelde methodologie een uitstekende beslissingsondersteunende tool om de beste potentiële locaties voor de implementatie van hernieuwbare energiecentrales te selecteren. De resultaten zijn bevestigd voor zowel intermitterende (Zonne-energie) als niet-intermitterende (Biomassa) hernieuwbare energiebronnen die in het elektriciteitsnetwerk worden geïntegreerd.

Trefwoorden: Planning van hernieuwbare energie, spatio-temporele schaal, GIS, robuuste optimalisatie, locatieselectie, Frans Guyana