Energy management of a hybrid energy storage system in a single-family house including e-car mobility
Authors: Δημοπούλου Σταματία 
Published: January 2022

Η μετάβαση σε μια νέα εποχή στον τομέα των μεταφορών μετά την εισαγωγή της ηλεκτροκίνησης και η ήδη καθιερωμένη τακτική εγκατάστασης μονάδων ανανεώσιμων πηγών ενέργειας μικρής κλίμακας στον οικιακό τομέα ωθούν στην εξερεύνηση μιας άγνωστης πτυχής της κατανομής ενέργειας εάν τα επιμέρους στοιχεία δημιουρούν ένα δίκτυο που υποστηρίζεται από συσκευές αποθήκευσης. Η ύπαρξη ενός μοναδικού συστήματος μπαταριών αποτελεί ήδη μια ευρέως διαδεδομένη πολιτική αποθήκευσης στις νέες εγκαταστάσεις ανανεώσιμων πηγών ενέργειας. Ωστόσο είναι επίσης γνωστό ότι κανένα από τα υπάρχοντα συστήματα αποθήκευσης δεν είναι σταθερά αποδοτικό υπό κάθε συνθήκη λειτουργίας, ενώ εξακολουθεί να μην έχει διερευνηθεί πλήρως η σύζευξη δύο συστημάτων αποθήκευσης, τα οποία από είναι συμπληρωματικά στον τομέας της αποδοτικότητας. Αφορμώμενη από το προαναφερθές σχέδιο επιχειρείται στο πλαίσιο αυτής της έρευνας να οριοθετηθεί η ικανότητα ενός υβριδικού συστήματος αποθήκευσης ενέργειας να υποστηρίξει τη ζήτηση οικιακού φορτίου μιας μονοκατοικίας σε μια κεντρική βόρεια περιοχή στη Γερμανία, το οποίο προκύπτει από τη ζήτηση φορτίου ενός ηλεκτρικού οχήματος που χρησιμοποιείται για λόγους μετακίνησης της οικογένειας και φορτίζει πάντα στο σπίτι. Το σχεδιασμένο υβριδικό σύστημα αποθήκευσης ενέργειας αποτελείται από μια εγκατάσταση φωτοβολταΐκών, δύο συσκευές αποθήκευσης, συγκεκριμένα ένα σύστημα μπαταρίας μολύβδου και μιας μπαταρίας οξειδοαναγωγής βαναδίου, καθώς και την αντίστοιχη ζήτηση φορτίου της κατοικίας που αναφέρθηκε προηγουμένως. Το σύστημα θα πρέπει να καταναλώνει τη μέγιστη δυνατή παραγωγή ενέργειας από τα φωτοβολταΐκα και να ελαχιστοποιεί την αλληλεπίδραση μεταξύ του δικτύου και του συστήματος. Για να επιτευχθεί μια βελτιστοποιημένη χρήση του συστήματος διπλής αποθήκευσης, αναπτύσσεται ένας νέος αλγόριθμος με βάση τη Μαρκοβιανή Διαδικασία Απόφασης, σύμφωνα με την οποία προτεραιότητα για τη διαδικασία φόρτισης και εκφόρτισης δίδεται στην εγκατάσταση αποθήκευσης που διαθέτει την βέλτιστη απόδοση υπό τις δεδομένες συνθήκες. Αυτό επιτυγχάνεται μέσω μιας πολιτικής επιβράβευσης/ποινής, η οποία είναι εξ ορισμού ενσωματωμένη στη Μαρκοβιανή Διαδικασία Απόφασης και προσαρμόζεται αντίστοιχα ενώ εξαρτάται από τις καμπύλες απόδοσης των συσκευών αποθήκευσης και την ποσότητα της απαιτούμενης ή πλεονάζουσας ισχύος. Ο κύριος στόχος είναι να μειωθούν οι μεγάλες διακυμάνσεις στην ανταλλαγή ενέργειας μεταξύ του κτιρίου και του δικτύου και να επιτευχθεί υψηλότερος βαθμός αυτονομίας. Η σχεδιασμένη μέθοδος αντιμετωπίζει το πρόβλημα του ελέγχου μιας εγκατάστασης διπλής αποθήκευσης στον οικιακό τομέα, όταν λαμβάνονται υπόψη οι απαιτήσεις φόρτισης ηλεκτρικών οχημάτων και συμβάλλει στη διαχείριση της ροής ενέργειας σε μια νέα τοπολογία συστήματος με την εισαγωγή ενισχυτικών εργαλείων εκμάθησης. Τα αποτελέσματα αξιολογούνται μετά από σύγκριση της σχεδιασμένης τεχνικής με μια μέθοδο αναφοράς που προέρχεται από τα φυσικά χαρακτηριστικά των συστημάτων μπαταριών και οι δείκτες αξιολόγησης είναι δύο παράγοντες που υπολογίζονται αντίστοιχα με πραγματικά καταχωρημένα δεδομένα εισόδου που προέρχονται από ετήσιες προσομοιώσεις καθώς και από μια ενδεικτικά επιλεγμένη ηλιόλουστη περίοδο, η οποία επιλέχθηκε για τη μελέτη της συμπεριφοράς ολόκληρου του συστήματος σε υψηλούς ρυθμούς παραγωγής Φ/Β. Αποδεικνύεται έτσι ότι ένας αλγόριθμος ελέγχου είναι απαραίτητος για την πλήρη αξιοποίηση των βασικών πόρων.