• Energy Research

Le changement climatique entraîne la nécessité de nouvelles approches de la production et de l'utilisation de l'énergie à l'échelle mondiale, contribuant ainsi à l'atténuation des émissions de gaz à effet de serre (GES). L'hydrogène à faibles émissions est reconnu comme un vecteur énergétique clé pour la décarbonisation, et de nombreux pays évaluent actuellement des stratégies et des feuilles de route pour son intégration. La Colombie, avec ses abondantes ressources renouvelables, est en passe de devenir un acteur potentiel de la production d'hydrogène. Cette étude présente une évaluation technico-économique des voies de l'hydrogène et de leurs interactions intersectorielles au sein du système énergétique colombien. En utilisant un cadre d'optimisation des systèmes énergétiques ouverts (OSeMOSYS), nous avons modélisé une chaîne hydrogène détaillée offre-demande et analysé une série de scénarios de 2021 à 2050, y compris une analyse de sensibilité. Nos résultats montrent que les filières hydrogène nécessiteront 2 à 6,4 Mt/an de production d'hydrogène, 8 à 27 GW de nouvelles capacités installées et 50 à 80 milliards de dollars d'investissements, avec des impacts favorables sur l'atténuation des GES, les importations d'énergie et les avantages socio-économiques. Nous utilisons ces résultats pour suggérer une mise à jour des objectifs de l'actuelle feuille de route nationale sur l'hydrogène axée sur une ambition plus élevée de déployer une économie de l'hydrogène à part entière. Notre méthodologie ouverte constitue un outil précieux pour mener d'autres évaluations dans les pays en développement intéressés par la définition de feuilles de route pour l'hydrogène à faibles émissions. El cambio climático está impulsando la necesidad de nuevos enfoques para la producción y utilización de energía a nivel mundial, contribuyendo a la mitigación de las emisiones de gases de efecto invernadero (GEI). El hidrógeno de bajas emisiones es reconocido como un vector energético clave para la descarbonización, y numerosos países están evaluando estrategias y hojas de ruta para su integración. Colombia, con sus abundantes recursos renovables, está posicionada como un jugador potencial en la producción de hidrógeno. Este estudio presenta una evaluación tecnoeconómica de las vías de hidrógeno y sus interacciones intersectoriales dentro del sistema energético colombiano. Mediante el empleo de un marco de optimización de sistemas de energía abierta (OSeMOSYS), modelamos una cadena de suministro y demanda de hidrógeno detallada y analizamos una serie de escenarios de 2021 a 2050, incluido un análisis de sensibilidad. Nuestros resultados muestran que las vías de hidrógeno requerirán 2-6,4 Mt/año en la producción de hidrógeno, 8–27 GW en nueva capacidad instalada y US$ 50–80 mil millones en inversiones, con impactos favorables en la mitigación de GEI, las importaciones de energía y los beneficios socioeconómicos. Utilizamos estos hallazgos para sugerir una actualización de los objetivos de la actual Hoja de Ruta Nacional del Hidrógeno centrada en una mayor ambición para desplegar una economía de hidrógeno completa. Nuestra metodología abierta proporciona una herramienta valiosa para realizar evaluaciones adicionales en países en desarrollo interesados en definir hojas de ruta de hidrógeno con bajas emisiones. Climate change is driving the need for new approaches to energy production and utilization globally, contributing to the mitigation of greenhouse gas (GHG) emissions. Low-emission hydrogen is recognized as a key energy vector for decarbonization, and numerous countries are currently evaluating strategies and roadmaps for its integration. Colombia, with its abundant renewable resources, is poised as a potential player in hydrogen production. This study presents a techno-economic assessment of hydrogen pathways and their cross-sectoral interactions within the Colombian energy system. By employing an open energy system optimization framework (OSeMOSYS), we modelled a detailed supply-demand hydrogen chain and analysed a series of scenarios from 2021 to 2050, including a sensitivity analysis. Our results show that hydrogen pathways will require 2–6.4 Mt/year in hydrogen production, 8–27 GW in new installed capacity, and US$50–80 billion in investments, with favourable impacts in GHG mitigation, energy imports, and socioeconomic benefits. We use these findings to suggest an update to the targets of the current National Hydrogen Roadmap focused on a higher ambition to deploy a full hydrogen economy. Our open methodology provides a valuable tool for conducting further assessments in developing countries interested in defining low-emission hydrogen roadmaps. يؤدي تغير المناخ إلى الحاجة إلى مناهج جديدة لإنتاج الطاقة واستخدامها على مستوى العالم، مما يساهم في التخفيف من انبعاثات غازات الدفيئة. من المسلم به أن الهيدروجين منخفض الانبعاثات هو ناقل رئيسي للطاقة لإزالة الكربون، وتقوم العديد من البلدان حاليًا بتقييم الاستراتيجيات وخرائط الطريق لتكاملها. تستعد كولومبيا، بمواردها المتجددة الوفيرة، كلاعب محتمل في إنتاج الهيدروجين. تقدم هذه الدراسة تقييمًا تقنيًا اقتصاديًا لمسارات الهيدروجين وتفاعلاتها عبر القطاعات داخل نظام الطاقة الكولومبي. من خلال استخدام إطار تحسين نظام الطاقة المفتوح (OSeMOSYS)، قمنا بنمذجة سلسلة هيدروجين مفصلة للعرض والطلب وتحليل سلسلة من السيناريوهات من 2021 إلى 2050، بما في ذلك تحليل الحساسية. تظهر نتائجنا أن مسارات الهيدروجين ستتطلب 2-6.4 مليون طن سنويًا في إنتاج الهيدروجين، و 8–27 جيجاوات في السعة المركبة الجديدة، و 50–80 مليار دولار أمريكي في الاستثمارات، مع تأثيرات إيجابية في التخفيف من غازات الدفيئة، وواردات الطاقة، والفوائد الاجتماعية والاقتصادية. نستخدم هذه النتائج لاقتراح تحديث لأهداف خارطة طريق الهيدروجين الوطنية الحالية التي تركز على طموح أعلى لنشر اقتصاد هيدروجين كامل. توفر منهجيتنا المفتوحة أداة قيمة لإجراء المزيد من التقييمات في البلدان النامية المهتمة بتحديد خرائط طريق الهيدروجين منخفض الانبعاثات.

Power systems are prone to cascading outages leading to large-area blackouts, and intentional controlled islanding (ICI) can mitigate these catastrophic events by splitting the system into sustainable islands. ICI schemes are used as the last resort to prevent cascading events; thus, it is critical to evaluate the corresponding system risks to ensure their correct operation. This paper proposes a unified framework to assess the risk of ICI schemes. First, a novel ICI method to create islands with minimum power imbalance is presented. Further, a risk assessment methodology is used to assess the probability and impact of the main operational modes of the ICI scheme. The unified framework provides insights on the benefits of implementing ICI, considering the uncertainties related to its reliability. The ICI scheme is demonstrated using the IEEE 9-bus system. The proposed unified framework is then fully deployed on the actual power system of Cyprus. Multiple case studies on the real network are created to demonstrate the adaptability and robustness of the proposed scheme to different system conditions. The adoption of the unified framework highlights that the system risk significantly reduces with the ICI in service, even when the reliability uncertainties associated with the scheme are considered.

This paper presents a steady state approach to prevent voltage collapse in a power system. The power system operation close to stability boundaries is an important factor which may lead to voltage instability conditions. There are different ways to prevent voltage collapse in the power system; one of this is the correct coordination of the protection devices to avoid undesirable equipment disconnections.This paper proposes a new method to coordinate the back-up zone in the distance protection scheme. The methodology uses both Optimal Power Flow (OPF) and Continuation Power Flow (CPF) solutions to determine the impedance seen by the relay. These impedances are later compared to conclude which is the best option to set the parameter for the back-up zone in the relay. The methodology also considers the distance to Maximum Loading Point (MLP) and the corresponding Voltage Collapse Point (VCP). Therefore, undesirable disconnections can be avoided when the power system operates close to the stability boundaries. In order to demonstrate and validate the methodology, simulations are carried out on the IEEE 14-bus test system using MATLAB.

High penetrations of domestic electric vehicles (EVs) in UK low voltage (LV) networks may result in significant technical problems. This paper proposes an implementable, centralized control algorithm, currently being trialed in 9 UK residential LV networks, that uses limited information to manage EV charging points to mitigate these technical problems. Two real UK LV networks are used to quantify the potential impacts of different EV penetration levels and to demonstrate the effectiveness of the control algorithm (using different control cycles) for simultaneous thermal and voltage management. Monte Carlo simulations (adopting 1-min resolution data) are undertaken to cater for domestic and EV demand uncertainties. Results for these LV networks show that problems may occur for EV penetrations higher than 20%. More importantly, they highlight that even for a 100% penetration and control cycles of up to 10 min, the control algorithm successfully mitigates problems on the examined LV networks. Crucially, to determine effects on the comfort of EV users, a metric is introduced and discussed. The results of different control settings are presented to analyze potential adaptations of the control strategy. Finally, a comparison with an optimization framework highlights that the proposed algorithm is as effective whilst using limited information.

This paper proposes a methodology to split the power system across the weak areas of the network affected by a large disturbance, which might lead to a total system blackout. The final splitting strategy is carried out by opening the transmission lines with minimum power exchanged, i.e. by minimising the power exchange between areas. Since one or more of the created islands might reach an unstable operating point, and therefore, cause a power system blackout, the proposed methodology includes at least one blackstart unit within each island and assures sufficient generation capability to match the load consumption within each island. By assuring blackstart availability and sufficient generation capability, parallel power system restoration is planned in case of any eventuality. For validation purposes, the methodology is implemented and tested on the IEEE 9-bus and 118-bus test systems.

L'hydrogène est mondialement reconnu comme un vecteur d'énergie polyvalent crucial pour la décarbonisation dans de multiples secteurs. De nombreux pays ont lancé l'élaboration de feuilles de route et de stratégies nationales sur l'hydrogène, reconnaissant l'hydrogène comme une ressource stratégique pour réaliser des transitions énergétiques durables. La formulation de ces lignes directrices pour les actions futures exige une base technique solide pour faciliter une prise de décision éclairée. La modélisation du système énergétique est apparue comme un outil scientifique important pour aider les gouvernements et les ministères à concevoir des évaluations des voies de l'hydrogène basées sur les résultats scientifiques. La première étape du processus de modélisation implique la collecte, la conservation et la gestion des données technico-économiques, un processus qui prend souvent beaucoup de temps et qui est entravé par l'indisponibilité et l'inaccessibilité des sources de données. Cet article présente un ensemble de données technico-économiques ouvertes englobant les technologies clés de la chaîne d'approvisionnement en hydrogène, allant de la production aux applications d'utilisation finale. Les modélisateurs de l'énergie, les chercheurs, les décideurs et les parties prenantes peuvent tirer parti de cet ensemble de données pour les modèles de planification énergétique, en mettant l'accent sur les voies de l'hydrogène. Les données présentées sont conçues pour promouvoir des études de modélisation récupérables, réutilisables, reproductibles, reconstructibles, interopérables et vérifiables (U4RIA1). Cette transparence accrue vise à favoriser une plus grande confiance du public, la reproductibilité scientifique et une collaboration accrue entre les universités, l'industrie et le gouvernement dans la production de rapports techniques qui sous-tendent les feuilles de route et les stratégies nationales en matière d'hydrogène. El hidrógeno es reconocido mundialmente como un portador de energía versátil crucial para la descarbonización en múltiples sectores. Muchos países han iniciado el desarrollo de hojas de ruta y estrategias nacionales sobre el hidrógeno, reconociendo al hidrógeno como un recurso estratégico para lograr transiciones energéticas sostenibles. La formulación de estas directrices para la acción futura exige una base técnica sólida para facilitar la toma de decisiones bien informada. La modelización de sistemas energéticos se ha convertido en una herramienta científica importante para ayudar a los gobiernos y ministerios a diseñar evaluaciones de vías de hidrógeno basadas en resultados científicos. El primer paso en el proceso de modelado implica recopilar, seleccionar y gestionar datos tecnoeconómicos, un proceso que a menudo requiere mucho tiempo y se ve obstaculizado por la falta de disponibilidad e inaccesibilidad de las fuentes de datos. Este documento presenta un conjunto de datos tecnoeconómicos abiertos que abarcan tecnologías clave dentro de la cadena de suministro de hidrógeno, que abarcan desde la producción hasta las aplicaciones de uso final. Los modeladores de energía, los investigadores, los responsables políticos y las partes interesadas pueden aprovechar este conjunto de datos para los modelos de planificación energética, con un enfoque específico en las vías del hidrógeno. Los datos presentados están diseñados para promover estudios de modelado que sean recuperables, reutilizables, repetibles, reconstruibles, interoperables y auditables (U4RIA1). Esta mayor transparencia tiene como objetivo fomentar una mayor confianza pública, reproducibilidad científica y una mayor colaboración entre la academia, la industria y el gobierno en la producción de informes técnicos que sustentan las hojas de ruta y estrategias nacionales del hidrógeno. Hydrogen is globally acknowledged as a versatile energy carrier crucial for decarbonization in multiple sectors. Many countries have initiated the development of national hydrogen roadmaps and strategies, recognizing hydrogen as a strategic resource for achieving sustainable energy transitions. Formulating these guidelines for future action demands a solid technical foundation to facilitate well-informed decision-making. Energy system modelling has emerged as a significant scientific tool to assist governments and ministries in designing hydrogen pathways assessments based on scientific outcomes. The first step in the modelling process involves gathering, curating, and managing techno-economic data, a process that is often time-consuming and hindered by the unavailability and inaccessibility of data sources. This paper introduces an open techno-economic dataset encompassing key technologies within the hydrogen supply chain, spanning from production to end-use applications. Energy modelers, researchers, policymakers, and stakeholders can leverage this dataset for energy planning models, with a specific focus on hydrogen pathways. The presented data is designed to promote modelling studies that are retrievable, reusable, repeatable, reconstructable, interoperable, and auditable (U4RIA1). This enhanced transparency aims to foster greater public trust, scientific reproducibility, and increased collaboration among academia, industry, and government in producing technical reports that underpin national hydrogen roadmaps and strategies. يُعرف الهيدروجين عالميًا بأنه ناقل طاقة متعدد الاستخدامات حاسم لإزالة الكربون في قطاعات متعددة. شرعت العديد من البلدان في وضع خرائط طريق واستراتيجيات وطنية للهيدروجين، مع الاعتراف بالهيدروجين كمورد استراتيجي لتحقيق التحولات في مجال الطاقة المستدامة. تتطلب صياغة هذه المبادئ التوجيهية للعمل في المستقبل أساسًا تقنيًا متينًا لتسهيل اتخاذ قرارات مستنيرة. برزت نمذجة نظام الطاقة كأداة علمية مهمة لمساعدة الحكومات والوزارات في تصميم تقييمات مسارات الهيدروجين بناءً على النتائج العلمية. تتضمن الخطوة الأولى في عملية النمذجة جمع البيانات التقنية والاقتصادية وتنظيمها وإدارتها، وهي عملية غالبًا ما تستغرق وقتًا طويلاً ويعيقها عدم توفر مصادر البيانات وعدم إمكانية الوصول إليها. تقدم هذه الورقة مجموعة بيانات تقنية اقتصادية مفتوحة تشمل التقنيات الرئيسية داخل سلسلة توريد الهيدروجين، والتي تمتد من الإنتاج إلى تطبيقات الاستخدام النهائي. يمكن لواضعي نماذج الطاقة والباحثين وصانعي السياسات وأصحاب المصلحة الاستفادة من مجموعة البيانات هذه لنماذج تخطيط الطاقة، مع التركيز بشكل خاص على مسارات الهيدروجين. تم تصميم البيانات المقدمة لتعزيز دراسات النمذجة القابلة للاسترجاع، والقابلة لإعادة الاستخدام، والقابلة للتكرار، والقابلة لإعادة البناء، والقابلة للتشغيل البيني، والقابلة للتدقيق (U4RIA1). تهدف هذه الشفافية المعززة إلى تعزيز ثقة الجمهور بشكل أكبر، والتكرار العلمي، وزيادة التعاون بين الأوساط الأكاديمية والصناعة والحكومة في إنتاج التقارير الفنية التي تدعم خرائط الطريق والاستراتيجيات الوطنية للهيدروجين.

End-use demand data availability is a catalyst for improving energy efficiency measures and upgrading electricity demand studies. Nevertheless, residential end-use public datasets are limited, and end-use monitoring is costly. The lack of electricity end-use data is even more profound in Latin America, where there are no public end-use datasets as far as the authors are concerned. Hence, we present the Residential Electricity End-use Demand Dataset of Costa Rica (REEDD-CR), containing the results of monitoring 51 Costa Rican households. The data set includes the aggregated and branch circuit measurements for every home with a sample time of 1 min for at least an entire week. The measurements were distributed all around the country. In addition, based on these sub-measurements, REEDD-CR includes a dataset of 197 load signatures composed of seven consumption and demand features for eight high-consuming appliances: refrigerator, stove, dryer, lighting, water heating, air conditioning, microwave, and washing machine. The features included on each load signature are average power, peak power, average daily events, average daily energy, day-use factor, night-use factor, and time of use. The single-appliance measurements used to calculate these load signatures are also part of the dataset. The release of REEDD-CR can serve as a tool for appliance modeling, demand disaggregation testing, feedback for energy demand models, and the overall upgrade of electricity supply and demand simulation studies with realistic and disaggregated data.

Abstract Energy system modelling can be used to assess the implications of different scenarios and support improved policymaking. However, access to data is often a barrier to energy system modelling, causing delays. Therefore, this article provides data that can be used to create a simple zero order energy system model for Paraguay, which can act as a starting point for further model development and scenario analysis. The data are collected entirely from publicly available and accessible sources, including the websites and databases of international organizations, journal articles, and existing modelling studies. This means that the dataset can be easily updated based on the latest available information or more detailed and accurate local data. These data were also used to calibrate a simple energy system model using the Open Source Energy Modelling System (OSeMOSYS) and three stylized scenarios (Fossil Future, Least Cost and Net Zero by 2050) for 2020–2050. The assumptions used and results of these scenarios are presented in the appendix as an illustrative example of what can be done with these data. This simple model can be adapted and further developed by in-country analysts and academics, providing a platform for future work.