Analysis and criteria of economic and energy feasibility of upcoming technological solutions in the Croatian power system

Elektroenergetski sustavi razvijaju se s mrežama s većom ulogom obnovljivih izvora energije kako bi iskoristili svoje okolišne i ekonomske prednosti. Međutim, od presudne je važnosti upravljanje brzo rastućom i velikom varijabilnošću u planiranju i radu elektroenergetskog sustava zbog stohastičke prirode obnovljivih izvora energije. Ovaj rad predstavlja sveobuhvatan pregled fleksibilnosti elektroenergetskog sustava kao učinkovit način održavanja ravnoteže snage u svakom trenutku. Definicije fleksibilnosti elektroenergetskog sustava objašnjene su iz različitih aspekata kako bi se dostiglo pouzdano i ekonomsko planiranje i rad elektroenergetskog sustava. Proučavaju se učinci visokog prodiranja varijabilnih izvora energije na elektroenergetske sustave i na razvoj fleksibilnosti u odgovoru na obnovljive izvore energije. Raspravlja se i o različitim resursima tijekom evolucijske fleksibilne tranzicije. Kao utjecajno rješenje fleksibilnosti u sadašnjim elektroenergetskim sustavima integriranim s obnovljivim izvorima, široko se razmatra poboljšanje dizajna tržišta, a istražuju se potrebne izmjene mehanizama tržišnog oblikovanja koji se odnose na različita vremenska razdoblja. Ovaj rad također analizira trenutačno stanje obnovljivih izvora energije u Hrvatskoj i predlaže što se može učiniti za ubrzavanje procesa tranzicije prema povećanju potrošnje obnovljivih izvora energije u Hrvatskoj. Proces tranzicije analizira se iz perspektive tri glavna sudionika koja su relevantna za proces: akademska istraživanja, vlada kao kreatori politike i investitori. U radu se otkriva da je akademsko istraživanje postiglo značajan napredak u smjeru obnovljivih izvora energije i temeljito je istražilo mnoge mogućnosti za obnovljive izvore energije u Hrvatskoj, ali nedostatak jasno definirane vladine politike ometao je investitore i nove projekte. U nekoliko su slučajeva pravila zastarjela ili nedefinirana. Potrebne su brze i usredotočene vladine akcije. Zbog kratkog vremenskog razdoblja potrebno je izbjegavati strategije velikih razmjera i provoditi politike usmjerene na projekte. Ovaj rad predlaže nekoliko aktivnosti koje bi se mogle provesti u kratkom roku kako bi se ubrzao hrvatski prijelaz na obnovljive izvore energije. Ovdje smo predstavili jedan scenarij za stopostotni sustav obnovljivih izvora energije do 2050. godine. Korz niz koraka analizira se tranzicija iz sadašnje situacije u stopostotnu obnovljivu energiju u 2050. godini. Svaki korak odražava jednu veliku tehnološku promjenu. Za svaki je korak učinak predstavljen u smislu energije (primarna opskrba energijom), okoliša (emisija ugljičnog dioksida) i ekonomičnosti (ukupni godišnji društveno-ekonomski troškovi). Koraci su poredani u smislu njihove znanstvene i političke sigurnosti, kako slijedi: razgradnja nuklearne energije (odnosno neovisnost u odnosu na nuklearne elektrane), provedba velike količine toplinske uštede, pretvaranje voznog parka u električnu energiju, opskrba toplinskim pumpama u ruralnim područjima, opskrba toplinom u urbanim područjima s daljinskim grijanjem, pretvaranje goriva u teškim vozilima u obnovljivo elektro gorivo i zamjena prirodnog plina metanom. Rezultati će pokazati je li, korištenjem pristupa Smart Energy System sustava, tehnički moguć 100% obnovljivi energetski sustav bez trošenja neodržive količine bioenergije. Zbog dodatne fleksibilnosti koja se stvara povezivanjem sektora električne energije, grijanja, hlađenja i prometa zajedno omogućava se prodor povremenih obnovljivih izvora od preko 80% u elektroenergetskom sektoru. Trošak scenarija Smart Energy je za otprilike 10-15% viši od uobičajenog scenarija poslovanja, ali budući da se konačni scenarij temelji na lokalnim ulaganjima umjesto uvezenim gorivima, stvorit će dodatnih izravnih radnih mjesta.Electricity systems are being developed with grids with a greater role of renewable energy sources to reap their environmental and economic benefits. However, it is crucial to manage the rapidly growing and large variability in the planning and operation of the power system due to the stochastic nature of renewable energy. This paper presents a comprehensive overview of power system flexibility as an effective way to maintain power balance at any moment. The definitions of power system flexibility have been explained from various aspects in order to achieve reliable and economical planning and operation of the power system. The effects of high penetration of variable energy sources on power systems and on the development of flexibility in responding to renewable energy sources are studied. Various resources are also discussed during the evolutionary flexible transition. As an influential solution to flexibility in current electricity systems integrated with renewable energy sources, improvements in market design are widely considered, and the necessary changes to market design mechanisms related to different time periods are explored. This paper also analyzes the current state of renewable energy in Croatia and proposes what can be done to accelerate the transition process towards increasing the consumption of renewable energy in Croatia. The transition process is analyzed from the perspective of three major stakeholders relevant to the process: academic research, government as policy makers and investors. The paper reveals that academic research has made significant progress towards renewable energy and has thoroughly explored many options for renewable energy in Croatia, but the lack of a clearly defined government policy has hampered investors and new projects. In a few cases, the rules are outdated or undefined. Rapid and focused government action is needed. Due to the short timeframe, large-scale strategies and project-oriented policies need to be avoided. This paper proposes several activities that could be implemented in the short term to accelerate Croatia's transition to renewable energy. Here we also present one scenario for a 100% renewable energy system by 2050. A series of steps analyzes the transition from the current situation to 100% renewable energy in 2050. Each step reflects one major technological change. For each step, the impact is presented in terms of energy (primary energy supply), environment (carbon dioxide emissions) and cost-effectiveness (total annual socio-economic costs). The steps are arranged in terms of their scientific and political security, as follows: decommissioning of nuclear energy (ie independence from nuclear power plants), implementation of a large amount of thermal savings, conversion of rolling stock into electricity, supply of heat pumps in rural areas, heat supply in urban districts with district heating, converting heavy vehicle fuel into renewable electricity, and replacing natural gas with methane. The results will show whether, using the Smart Energy System approach, a 100% renewable energy system is technically possible without consuming unsustainable amounts of bioenergy. The additional flexibility created by linking the electricity, heating, cooling and transport sectors together enables the penetration of occasional renewable sources of more than 80% in the electricity sector. The cost of the Smart Energy scenario is about 10-15% higher than the usual business scenario, but since the final scenario is based on local investments instead of imported fuels, it will create additional direct jobs