Cruz-Romero, Pedro LuisGómez Expósito, AntonioArcia Garibaldi, Guadalupe2025-02-172025-02-172024-11-27Arcia Garibaldi, G. (2024). Characterization of AC/DC transmission grids and hourly demand for expansion planning in decarbonized power systems. (Tesis Doctoral Inédita). Universidad de Sevilla, Sevilla.https://hdl.handle.net/11441/168829Power transmission systems are called upon to play a crucial role in the future decarbonizrd, electrified, and digital energy sectors, as they constitute the most effective way of distributing vasta amounts of electricity from renewable energy sources to faraway locations. The first part of this work is motivated by the necessity of identifying the transmission technologies with the most significant potential to survive the energy transition and those novel alternatives that, thanks to their characteristics, represent the best complements to traditional technologies. A review of worldwide regional visions, as well as existing and newer technologies involved in the development and upgrading of bulk transmission systems, is presented. The main emphasis is put on the major challenges and boundary conditions arising during the paradigm change that electric energy systems will undergo over the next half-century. Recent research and pilot projects are revised, embracing effective combinations of AC and DC technologies, such as high-voltage AC transmission systems, phase-shifting transformers, flexible AC transmission systems, and point-to-point and multi-terminal high-voltage DC systems. The challenges faced by the energy transition involve technical, economical, environmental, regulatory, and social factors that will finally determine the preference for one or another technology in particular regions of the world. In this first part, a hybrid AC/DC power transmission network by the addition of superim-posed HVDC lines overlaying existing European transmission corridors is also described and analyzed. The revision is focused on presenting the opportunities, benefits, and chal-lenges found in Europe for the modification of existing overhead AC transmission lines to allow the addition of DC lines in order to minimize the economic and environmental impacts derived from the construction of new power transmission corridors. Some con-siderations to illustrate the feasibility of these modifications are presented, providing a first-approach view of the aspects to be followed and a techno-economic assessment of the proposal. General recommendations and guidelines are proposed to increase the probability of success of future transmission projects, regardless of the type of technology, geographic location, or particular external conditions. Several somewhat competing architectures are envisioned in this more volatile context, altogether offering great possibilities to increase transmission capacity while loop flows are prevented and system stability is preserved or enhanced. The driving force behind our research also lies in the recognition of the need for adaptive and robust demand models in the contemporary landscape, characterized by uncertainties and volatility. By embracing an approach that not only accounts for long-term forecasting but also possesses the flexibility to adapt to unforeseen changes, we aim to pave the way for more resilient and efficient systems. The second part of this work is focused on another of the opportunities for improvement for transmission expansion: the methodologies for planning scenarios for the analysis of system demand in the medium and long term. In order to establish hypotheses and validate the results of demand estimation models and the resulting scenarios, it must be understood that the scenarios are not forecasts. The elaboration of future energy scenarios aims to allow the early identification of obstacles or necessary measures to achieve an effective energy transition. Medium- and long-term electrical load analysis and estimation are crucial foundations for seeking the best investments, foreseeing the difficulties, and preparing the power grid for the future. Despite it is difficult to anticipate the varying and complex factors (environmental, behavioral, cultural, economic, seasonal, and technological) that affect the demand load pattern over long periods, there is also a need for flexible and robust methodologies for mid-and long-term load estimation to explore the effect caused by the increasing integration of grid edge technologies on the load curve pattern. A flexible approach, compatible with traditional and modern modeling techniques such as econometric and artificial neural networks is proposed as a methodology to assess the impact of emerging technologies on the load pattern of future power systemsLos sistemas de transporte de energía están llamados a desempeñar un papel crucial en los futuros sectores de energía descarbonizada, electrificada y digital, ya que constituyen la forma más efectiva de distribuir grandes cantidades de electricidad de fuentes de energía renovables a lugares lejanos. La primera parte de este trabajo está motivada por la necesidad de identificar las tecnologías de transporte con mayor potencial de permanecer vigentes durante la transición energética y aquellas alternativas novedosas que, por sus características, representan los mejores complementos a las tecnologías tradicionales. Se revisan las investigaciones recientes y los proyectos piloto, centrados en la adopción y desarrollo de combinaciones efectivas de tecnologías de corriente alterna (CA) y corriente continua (CC), como sistemas de transporte de CA de alto voltaje, transformadores de cambio de fase, sistemas flexibles de transporte de CA y sistemas de CC de alto voltaje (HVDC) punto a punto y multiterminal. También se describe y analiza una posible red híbrida de transporte de energía AC / DC mediante la adición de líneas HVDC superpuestas que supondría la habilitación de nuevos corredores de transporte adicionales a los existentes. Se presentan algunas consideraciones para ilustrar la viabilidad de estas modificaciones, proporcionando una visión de primer enfoque de los aspectos a seguir y una evaluación tecnoeconómica de la propuesta. Los desafíos que enfrentan la planificación y la expansión de los sistemas eléctricos de potencia involucran factores técnicos, económicos, ambientales, regulatorios y sociales que finalmente determinarán la preferencia de determinadas estrategias de transición energética que promuevan la implementación de tecnologías en regiones particulares del mundo. Se proponen recomendaciones y directrices generales para aumentar la probabilidad de éxito de futuros proyectos de transporte, independientemente del tipo de tecnología, ubicación geográfica o condiciones externas particulares. Se prevén varias arquitecturas competitivas en este contexto volátil, que en conjunto ofrecen grandes posibilidades para aumentar la capacidad de transporte mientras se evitan los flujos de bucle y se preserva o mejora la estabilidad del sistema. La segunda parte de este trabajo se enfoca en la adaptación de los sistemas eléctricos de potencia para satisfacer futuras necesidades energéticas: las metodologías para la planificación y análisis de la demanda del sistema a medio y largo plazo. Para establecer un abanico diversificado y realista de hipótesis se deben entender los escenarios como posibles situaciones futuras basadas en un análisis prospectivo y no como previsiones. La elaboración de escenarios energéticos a futuro tiene como objetivo permitir la identificación temprana de obstáculos o medidas necesarias para lograr una transición energética efectiva. El análisis y la estimación de la demanda eléctrica a medio y largo plazo son fundamentos cruciales para buscar las mejores inversiones, prever las dificultades y preparar la red eléctrica para el futuro. A pesar de que es difícil anticipar los factores variables y complejos (ambientales, de comportamiento de la población, culturales, económicos, estacionales y tecnológicos) que afectan al patrón de demanda durante largos períodos, también existe la necesidad de metodologías flexibles y sólidas para la estimación de demanda a mediano y largo plazo para explorar el efecto causado por la creciente integración de la generación renovable y de otras tecnologías emergentes en el patrón de la curva de carga de una red. Se propone una metodología de modelado de alta resolución basada en un enfoque flexible y compatible con las técnicas de modelado tradicionales y modernas, como los modelos econométricos y las redes neuronales artificiales, para evaluar el impacto de las tecnologías emergentes en el patrón de demanda de los futuros sistemas de energía.application/pdf198 p.engAttribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 Internationalhttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/info:eu-repo/semantics/doctoralThesisinfo:eu-repo/semantics/openAccess