Συμβολή στον προγραμματισμό λειτουργίας δικτύων διανομής ηλεκτρικής ενέργειας με μεγάλη διείσδυση διεσπαρμένης και ανανεώσιμης παραγωγής και συσκευών αποθήκευσης
Authors: Τσικαλάκης Αντώνιος 
Published: August 2021

Τα Συστήματα Ηλεκτρικής Ενέργειας (ΣΗΕ) αναδομούνται και η εγκατάσταση μονάδων παραγωγής ολοένα και πιο κοντά στους καταναλωτές αυξάνεται συνεχώς. Η παρούσα διδακτορική διατριβής αποτελεί συνεισφορά στον προγραμματισμό λειτουργίας δικτύων διανομής με υψηλή διείσδυση διεσπαρμένης και κυρίως ανανεώσιμης παραγωγής συμπεριλαμβάνοντας διατάξεις αποθήκευσης για χρονικό ορίζοντα μερικών ωρών, αναπτύσσοντας κατάλληλα εργαλεία λογισμικού και τεχνικές ανάλυσης. Πιο συγκεκριμένα, αναπτύχθηκε μεθοδολογία για την αποτίμηση των αποφευγόμενων ρύπων στο ανάντη δίκτυο λόγω της εγκατάστασης σε αυτό μονάδων Διεσπαρμένης Παραγωγής (ΔΠ). Η συγκεκριμένη μεθοδολογία στηρίζεται στην παρατήρηση ότι η λειτουργία της ΔΠ επηρεάζει τη λειτουργία των τελευταίων εντασσόμενων μονάδων στο ανάντη δίκτυο. Στη συγκεκριμένη μεθοδολογία βασίζεται το λογισμικό το οποίο αναπτύχθηκε για την αποτίμηση της ποσότητας αποφευγόμενων ρύπων λόγω εγκατάστασης Συμπαραγωγής Ηλεκτρισμού και Ενέργειας. Στη συνέχεια παρουσιάστηκε η δομή του μικροδικτύου, το οποίο ένα δίκτυο διανομής χαμηλής ή μέσης τάσης στο οποίο συνδέονται μονάδες ΔΠ, ελεγχόμενα φορτία και μονάδες αποθήκευσης ώστε αυτό να παρουσιάζεται στο ανάντη δίκτυο ως μία οντότητα. Στη συγκεκριμένη διδακτορική διατριβή παρουσιάζεται η προσέγγιση κεντρικού ελέγχου λειτουργίας και υλοποιήθηκε λογισμικό για την προσομοίωση της. Πιο συγκεκριμένα ο κεντρικός ελεγκτής του μικροδικτύου λαμβάνει υπ’ όψιν τις προσφορές των μονάδων ΔΠ, των καταναλωτών και τους περιορισμούς επάρκειας τροφοδοσίας σε περιπτώσεις σφάλματος στο ανάντη δίκτυο, προκειμένου να βελτιστοποιήσει τη λειτουργία του μικροδικτύου σύμφωνα με τις προτεινόμενες πολιτικές λειτουργίας. Το συγκεκριμένο λογισμικό εφαρμόζεται για διάφορες τιμές της αγοράς, με ρεαλιστικές προσφορές παραγωγών και φορτίων παρέχοντας τη δυνατότητα να συμπεριλαμβάνεται ή όχι ο περιορισμός επάρκειας τροφοδοσίας του μικροδικτύου είτε μόνο στα κρίσιμα φορτία είτε για το σύνολο της ζήτησης. Επιπλέον εξετάζεται η δυνατότητα συμμετοχής του Μικροδικτύου στο εμπόριο ρύπων για περαιτέρω αύξηση των εσόδων του. Η αποτίμηση των αποφευγόμενων ρύπων από αυτήν τη λειτουργία, με τη μεθοδολογία που αναπτύχθηκε σε αυτή τη διατριβή, καταδεικνύει τη σημαντική μείωση των ρύπων που αποφεύγονται αλλά και την ικανοποιητική αύξηση εισοδήματος για τους παραγωγούς-καταναλωτές του μικροδικτύου.. Αναπτύχθηκε επίσης μεθοδολογία για την εκτίμηση της αβεβαιότητας του φορτίου προς κατανομή στις θερμικές μονάδες ενός αυτόνομου ΣΗΕ με υψηλή διείσδυση αιολικής παραγωγής. Η συγκεκριμένη μεθοδολογία βασίζεται σε πιθανοτικές τεχνικές προκειμένου να αξιοποιήσει τα διάφορα επίπεδα γνώσης για την επίδοση των χρησιμοποιούμενων μοντέλων πρόβλεψης φορτίου και ανέμου. Από την εφαρμογή της μεθοδολογίας προκύπτει σημαντική απόκλιση τόσο στο κόστος λειτουργίας όσο και στη δυνατότητα απορρόφησης αιολικής παραγωγής μεταξύ διαφόρων επιπέδων πληροφορίας για το ίδιο μοντέλο πρόβλεψης αιολικής παραγωγής. Για την προσομοίωση κυκλικής λειτουργίας αποθηκευτικής διάταξης, αναπτύχθηκε σχετικό λογισμικό με παραμέτρους λειτουργίας καθοριζόμενες από το χρήστη. Η εφαρμογή του λογισμικού αυτού τόσο σε περιβάλλον αγοράς όσο και για αυτόνομα συστήματα δείχνει τις πλέον κατάλληλες συνθήκες για την εφαρμογή τέτοιου είδους λειτουργίας. Επιπρόσθετα, αποτιμήθηκε η αξία της ενίσχυσης της στρεφόμενης εφεδρείας σε αυτόνομα ΣΗΕ μέσω διατάξεων αποθήκευσης. Ειδικά για την Κύθνο εξετάστηκε η αξιοποίηση του περιεχομένου μίας μπαταρίας για συνεισφορά στη στρεφόμενη εφεδρεία και την αξιοποίηση αποκοπτόμενης αιολικής παραγωγής. Στη συνέχεια παρουσιάζεται το λογισμικό που αναπτύχθηκε για τον προγραμματισμό λειτουργίας απομονωμένων οικισμών με υψηλή διείσδυση ΑΠΕ, που επιτρέπει την εξομάλυνση της λειτουργίας της εφεδρικής μονάδας. Τέλος, εξετάζεται η επίδραση διαφόρων σχημάτων διαχείρισης ελεγχόμενων φορτίων στη λειτουργία αυτόνομων συστημάτων και παρουσιάζονται θέματα για μελλοντική διερεύνηση.