The Open Source Energy Model Base for the European Union (OSEMBE)

In this thesis, the Open Source Energy Model Base (OSEMBE) for the European Union was developed. Thus far the model covers seven countries around the Baltic sea, though preparatory work was done for adding the other countries of the union soon. OSEMBE, and hence this thesis, aims to provide an open-access, comprehensive and easy to understand long term model for Europe. By doing so, it aims to lower the threshold to join and to contribute to the discussion about the future of European energy supply shall be lowered. This shall widen the circle of researchers dealing with energy systems modelling and make the energy discussion more transparent. OSEMBE is built using the Open Source Energy Modelling System (OSeMOSYS). As such, OSEMBE calculates the lowest net present value for the modelled system and period by using linear optimization. The modelling period covers the years from 2015 till 2050. Existing trans-border transmission capacity between the included countries – Denmark, Sweden, Finland, Estonia, Latvia, Lithuania and Poland – is considered in the model. New trans-border transmission capacities, currently under construction or in the planning phase are considered from the expected starting date of operation. The connections to countries not covered by the model are not modelled as of yet. Ten fuels are used by the technologies defined in the model, namely biomass, coal, geothermal, heavy fuel oil, hydro, natural gas, nuclear, wind and waste. Each fuel can be used by several technologies. In addition to technology parameters like investment cost, fuel cost, and fixed and variable operation and maintenance cost, an increasing emission penalty for carbon dioxide is defined, which represents the cost related to the emission of greenhouse gases (similar to the European emission trading system). Domestically produced fuels are assumed to be cheaper than imported ones, but the domestic production is limited depending on the countries’ resources. The thesis is divided into five chapters. In the first chapter the motivation for the thesis is explained. The second chapter sets the objective of the work, before the creation of the model is described in chapter three. General results and the results of a sensitivity analysis of the influence of the reserve margin are shown and discussed in the fourth chapter. In the last chapter conclusions are drawn and a guideline is laid out on how the development of OSEMBE could be continued, e.g. through improvement of the transmission, implementation of heat, storage and traffic.Inom ramen för denna avhandling har energisystemmodellen Open Source Energy Model Base (OSEMBE) för Europeiska Unionen utvecklats. Den resulterande modellen omfattar sju länder runt Östersjön, även om förberedande arbete också utförts för att fler länder i unionen ska kunna läggas till i framtiden. OSEMBE, och därmed denna avhandling, syftar till att skapa en öppet tillgänglig, omfattande och lättförståelig modell lämpad för långsiktsstudier med avseende på det europeiska energisystemet. Genom att göra detta ska tröskeln för framtida diskussion kring den europeiska energiförsörjningen sänkas. Dessutom ska det bidra till att vidga kretsen av forskare som arbetar med energisystemmodellering och därigenom öppna upp diskussionen kring energifrågor. OSEMBE är byggd med hjälp av Open Source Energy Modelling System (OSeMOSYS), där linjär optimering används för att finna det lägsta nettonuvärdet för den modellerade systemet inom en given tidsperiod. Modelleringsperioden omfattar åren 2015 till 2050. För de inkluderade länderna - Danmark, Sverige, Finland, Estland, Lettland, Litauen och Polen – tas hänsyn till gränsöverskridande överföringskapacitet, där kapaciteten utformats för att motsvara den befintliga så nära som möjligt. Hänsyn tas även till ny överföringskapacitet mellan länderna som för närvarande antingen är planerade eller under uppbyggnad, och dessa fasas i modellen in allt eftersom deras förväntade startdatum infaller. Anslutningar till länder som ännu inte omfattas av modellen har däremot inte inkluderats. Tio bränslen används av de kraftproduktionsteknologier som ingår i modellen: biomassa, kol, jordvärme, tung eldningsolja, vattenkraft, naturgas, kärnkraft, vind och avfall, av vilka teknologierna kan använda en eller flera. Utöver teknologispecifika investeringskostnader, bränslekostnader samt fasta och variabla drift- och underhållskostnader ingår även en straffkostnad för koldioxidutsläpp som representerar kostnader i samband med utsläpp av växthusgaser via exempelvis det europeiska utsläpphandelssystemet. Inhemskt producerade bränslen antas i modellen vara billigare än importerade bränslen, men den inhemska produktionen är begränsad beroende på egenskaperna hos de respektive ländernas energisystem. Avhandlingen är indelad i fem kapitel. I det första kapitlet presenteras motivationen för arbetet. Det andra kapitlet beskriver sedan arbetets målsättning innan själva modellen beskrivs i kapitel tre. De generella resultaten samt resultatet av en känslighetsanalys med avseende på reservkapacitet presenteras och diskuteras i det fjärde kapitlet. I det sista kapitlet dras slutsatser och en riktlinje läggs ut för hur OSEMBE kan vidareutvecklas, exempelvis via förbättring av elöverföring, implementering av värmekapacitet, energilagring samt trafik