Resilient planning of the New Zealand power system in light of hydrogen integration through the Remix-Nz energy optimization framework

Abstract

Numerous studies have emphasized the importance of resilience planning for sustainable energy transitions during extreme weather events. It is crucial to evaluate the technical flexibility and potential stress of integrating new energy carriers, such as hydrogen, due to the increased electricity demand. This study utilizes a resilience framework that draws on historical data and forward-looking projections to evaluate the power system components’ hazard and vulnerability states through fragility curves and recovery-based restoration curves. The information is then used as input for the REMix-NZ energy system optimization tool to calculate the resiliency metrics. The case study employed a comparative approach to examine the impact of different spatial distributions of hydrogen resources on the resilience of the New Zealand electricity system in 2050 during seismic events. The distribution scenarios considered were concentrated, intermediate and distributed. Results showed that the distributed hydrogen demand scenario exhibited enhanced resilience to seismic events, with reduced load and hydrogen not served compared to large-scale concentrated production. Moreover, the total system cost was found to be the lowest. Therefore, it is advised that the distributed spatial distribution of hydrogen energy hubs be established nationwide. This study’s work on resilient planning in REMIx-NZ can be used to analyze other natural hazards and create a responsive energy system for any contingencies.

Numerosos estudios han destacado la importancia de la planificación resiliente para las transiciones energéticas sostenibles durante fenómenos meteorológicos extremos. Es crucial evaluar la flexibilidad técnica y el posible estrés de integrar nuevos vectores energéticos, como el hidrógeno, debido al aumento de la demanda de electricidad. Este estudio utiliza un marco de resiliencia que se basa en datos históricos y proyecciones de futuro para evaluar los estados de daño y vulnerabilidad de los componentes del sistema eléctrico mediante curvas de fragilidad y curvas de recuperación. A continuación, la información se utiliza como entrada para la herramienta de optimización del sistemas energéticos REMix-NZ para calcular las métricas de resiliencia. El estudio de caso comparó la resiliencia de distintas distribuciones espciales de recursos de hidrógeno en el sistema eléctrico de Nueva Zelanda en 2050 durante eventos sísmicos. Los escenarios de distirbucioón considerados fueron distribuido, intermedio y concentrado. Los resultados mostraron que la topología de demanda de hidrógeno distribuida presentaba una mayor resiliencia ante los eventos, con una menor carga e hidrógeno no servido en comparación con la producción centralizada a gran escala. Además, el coste total del sistema resultó ser el más bajo. Basándose en estos resultados, se recomienda el establecimiento de centros de energía de hidrógeno distirbudios en todo el país. El trabajo de este estudio sobre planificación resiliente en REMIx-NZ puede utilizarse para analizar otros riesgos naturales para crear un sistema energético con capacidad de respuesta ante cualquier contingencia