Programming Energy Models in Python for the Decarbonization of the Spanish Energy System

Abstract

La urgente necesidad de una transición hacia un sistema energético sostenible y bajo en carbono para mitigar el cambio climático y alcanzar los Objetivos de Desarrollo Sostenible (ODS) ha propiciado la aparición de diversas herramientas de planificación energética. El presente trabajo introduce openMASTER, un innovador modelo de planificación energética de código abierto desarrollado con Python y Pyomo. El modelo tiene como objetivo maximizar el bienestar social mediante la optimización de la inversión y los costes operativos del sistema energético dentro de las limitaciones ambientales. Ofrece una interfaz fácil de usar con características como control de versiones, módulos de datos intuitivos, capacidades de gestión de escenarios y potentes herramientas de visualización.

Con el modelo openMASTER, las partes interesadas, incluidos responsables políticos, investigadores y expertos de la industria, pueden cargar y procesar datos fácilmente, simular diferentes escenarios y obtener información valiosa a través de representaciones visualmente atractivas. El modelo se ha aplicado con éxito en un escenario real, concretamente en el contexto del Plan Nacional Integrado de Energía y Clima (PNIEC) de España, demostrando su eficacia a la hora de respaldar la toma de decisiones basadas en pruebas para las estrategias de descarbonización.

Este documento destaca el potencial transformador de los modelos de planificación energética de código abierto para impulsar la transición energética. Al adoptar soluciones de código abierto, el modelo openMASTER allana el camino para un proceso de planificación energética más dinámico e inclusivo. Permite a las partes interesadas de diversos ámbitos contribuir activamente al desarrollo de soluciones energéticas sostenibles. El modelo openMASTER representa un paso significativo hacia un enfoque más transparente, accesible y colaborativo de la planificación energética, facilitando la consecución de un futuro energético sostenible y bajo en carbono.

The urgent need for a transition to a sustainable and low-carbon energy system in order to mitigate climate change and achieve the Sustainable Development Goals (SDGs) has led to the emergence of various energy planning tools. This paper introduces openMASTER, an innovative open-source energy planning model developed using Python and Pyomo. The model aims to maximize social welfare by optimizing investment and operational costs of the energy system within environmental constraints. It offers a user-friendly interface with features such as version control, intuitive data modules, scenario management capabilities, and powerful visualization tools.

Using the openMASTER model, stakeholders, including policymakers, researchers, and industry experts, can easily load and process data, simulate different scenarios, and gain valuable insights through visually compelling representations. The model has been successfully applied in a real-world scenario, specifically within the context of Spain's National Integrated Energy and Climate Plan (PNIEC), demonstrating its effectiveness in supporting evidence-based decision-making for decarbonization strategies.

This paper highlights the transformative potential of open-source energy planning models in driving the energy transition. By embracing open-source solutions, the openMASTER model paves the way for a more dynamic and inclusive energy planning process. It empowers stakeholders from diverse backgrounds to contribute to the development of sustainable energy solutions actively. The openMASTER model represents a significant step towards a more transparent, accessible, and collaborative approach to energy planning, facilitating the achievement of a sustainable and low-carbon energy future.