A Spatially Integrated Techno-Economic Framework for Italy’s Carbon-Neutral Power Mix by 2050

Unofficial AI-generated summary based on the public title and abstract. Not an official translation.

🔬研究者:This work offers a replicable framework integrating spatial and temporal analysis for renewable deployment and flexibility optimization.

🏢実務担当者:Insights into optimal renewable mix and flexibility configurations can inform system planning and investment decisions.

🏛政策担当者:The comparison of renewable-only and nuclear-inclusive pathways highlights trade-offs for long-term energy policy.

本論文は、2050年までにイタリアが深い脱炭素化を遂げた電力システムへ移行することを評価するための統合的解析フレームワークを開発する。本アプローチは、GISに基づく空間スクリーニング、PV/風力シェアスイープ分析、詳細な時間別全国エネルギーシステムシミュレーションという3つの補完的な解析層に依存する。GIS分析は、土地利用制約、保護地域、標高制限、集落パターンをマッピングすることで、太陽光および風力発電施設の地域的実現可能性に関する高解像度の理解を提供する。重要なことに、この空間層は全国的なPVまたは風力ポテンシャルを計算するためではなく、文脈上のスクリーニングにのみ使用される。シェアスイープのための年間発電量入力は、代わりに代表的なTRNSYSベースの時間別プロファイルから導出される。これらのプロファイルを用いて、パラメトリックなPV/風力シェアスイープが1000の再生可能エネルギー構成を評価し、異なる構成が長期貯蔵要件にどのように影響するかを示す。分析は、風力優位の比率（約83%風力、17%太陽光PV）を、2つの資源の補完的な季節的および日周パターンによって駆動される、残差負荷の不均衡が最も低い構成として特定する。第I部の最適化は2022年の電力需要に基づいているため、その結果は2050年シナリオに直接移行されず、代わりに実現可能性を確保するためにPNIECに整合した再生可能エネルギー容量に従う。2つの全国シナリオ、Decor-2050（再生可能エネルギーのみ）とWNuclear-2050（原子力含む）は、EnergyPLANモデルを用いてシミュレーションされ、システム運用、出力抑制、バランシング挙動、および技術経済的パフォーマンスが評価される。分析には、調整されたセクターカップリングフレームワーク内で、水素変換および貯蔵と制御されたEV充電を組み合わせた、統合された柔軟性構成の構造的評価が含まれる。結果は、水素再変換が余剰および不足の不均衡の主要な構造的削減を提供し、管理されたEV充電が再生可能エネルギーの利用可能性との短期的な需要整合を補完的に提供することを示す。組み合わせた柔軟性構成は、個別に実装されたメカニズムと比較して、強化されたバランシングパフォーマンスを示す。評価されたすべての側面において、Decor-2050とWNuclear-2050は異なる運用挙動を示す。Decor-2050は非常に高い再生可能エネルギー普及率を達成するが、PV重視の構造により強い季節的不均衡を経験する。WNuclear-2050は、確固たる低炭素発電を通じて極端な余剰を緩和するが、わずかに高い出力抑制圧力を示す。経済指標は、システムコストと収益性がそれぞれの容量構成に応じて異なるものの、両経路が様々な電力価格仮定の下で財務的に実行可能であることを確認する。Decor-2050は約545 TWhのRES電力を供給し、国のCO2排出量を約20〜25 Mtに削減する一方、WNuclear-2050は64 TWhの確固たる原子力発電を追加することで排出量をさらに低減する。両経路は同等の年間不均衡量（約250 TWhの余剰および不足エネルギー）を経験し、水素貯蔵とEV柔軟性の重要性を確認する。全体として、本論文は、イタリアが技術的に実現可能で、地域に根ざし、適切な柔軟性戦略によって支えられた、高い再生可能エネルギー比率の電力システムへ移行できることを示す。GISスクリーニング、シェアスイープ評価、時間別全国シミュレーションを統一的解析フレームワーク内で統合することにより、本作業はイタリアの長期的脱炭素化戦略を形成する政策立案者、地域計画者、投資家に実践可能な洞察を提供する。

AI 翻訳（deepseek-v4-flash）。 正確を期す場合は下の原文を参照してください。

This thesis develops an integrated analytical framework to assess Italy’s transition toward a deeply decarbonized electricity system by 2050. The approach relies on three complementary analytical layers: GIS-based spatial screening, a PV/wind share-sweep analysis, and detailed hourly national energy-system simulations. The GIS analysis provides a high-resolution understanding of regional feasibility for solar and wind installations by mapping land-use constraints, protected areas, elevation limits, and settlement patterns. Importantly, this spatial layer is used exclusively for contextual screening rather than for computing national PV or wind potentials. Annual generation inputs for the share-sweep are instead derived from representative TRNSYS-based hourly profiles. Using these profiles, a parametric PV/wind share-sweep evaluates one thousand renewable configurations to illustrate how different mixes influence long-duration storage requirements. The analysis identifies a wind-dominant ratio (around 83% wind and 17% solar PV) as the configuration with the lowest residual-load imbalance, driven by the complementary seasonal and diurnal patterns of the two resources. Because Part I optimization is based on 2022 electricity demand, its results are not directly transferred to the 2050 scenarios, which instead follow PNIEC-aligned renewable capacities to ensure feasibility. Two national scenarios, Decor-2050 (renewable-only) and WNuclear-2050 (nuclear-inclusive), are simulated using the EnergyPLAN model to assess system operation, curtailment, balancing behaviour, and techno-economic performance. The analysis includes a structured evaluation of integrated flexibility configurations, combining hydrogen conversion and storage with controlled EV charging within a coordinated sector-coupling framework. Results show that hydrogen reconversion provides the primary structural reduction in surplus and deficit imbalances, while managed EV charging offers complementary short-term demand alignment with renewable availability. The combined flexibility configurations demonstrate enhanced balancing performance compared to individual mechanisms implemented in isolation. Across all evaluated dimensions, Decor-2050 and WNuclear-2050 exhibit distinct operational behaviours. Decor-2050 achieves very high renewable penetration but experiences stronger seasonal imbalances due to its PV-heavy structure. WNuclear-2050 moderates extreme surpluses through firm low-carbon generation but shows slightly higher curtailment pressure. Economic indicators confirm that both pathways are financially viable under a range of electricity-price assumptions, although system costs and profitability differ with their respective capacity mixes. Decor-2050 delivers around 545 TWh of RES electricity and reduces national CO2 emissions to approximately 20-25 Mt, while WNuclear-2050 brings emissions even lower by adding 64 TWh of firm nuclear production. Both pathways experience comparable annual mismatch volumes (nearly 250 TWh of surplus and deficit energy), confirming the importance of hydrogen storage and EV flexibility. Overall, this thesis shows that Italy can transition to a highly renewable electricity system that is technically feasible, regionally grounded, and supported by appropriate flexibility strategies. By integrating GIS screening, a share-sweep assessment, and hourly national simulation within a unified analytical framework, the work provides actionable insights for policymakers, regional planners, and investors shaping Italy’s long-term decarbonization strategy.

• openalex https://hdl.handle.net/11367/160199first seen 2026-05-15 16:41:26 · last seen 2026-06-03 04:42:35