Συμβολή στην ανάλυση της λειτουργίας και σχεδίασης σύγχρονων αγορών ηλεκτρικής ενέργειας με εφαρμογές σε πραγματικό σύστημα
Authors: Δικαιάκος Χρίστος 
Published: September 2021

Η παρούσα Διατριβή πραγματεύεται προβλήματα που εντοπίζονται στον ευρύτερο χώρο των Χονδρεμπορικών Αγορών Ηλεκτρικής Ενέργειας και ειδικότερα της Ελληνικής Χονδρεμπορικής Αγοράς Ηλεκτρικής Ενέργειας με έμφαση στη Δυναμική Ανάλυση της συμπεριφοράς των τιμών της σε εξωγενείς παράγοντες που την επηρεάζουν και εν γένει την καθορίζουν. Πιο συγκεκριμένα αρχικά εξετάζονται δύο από τους βασικότερους παράγοντες που επηρεάζουν την τιμή της Οριακής Τιμής Συστήματος (ΟΤΣ) και αυτοί είναι η πρόβλεψη του φορτίου και η εξάρτησή της από εκείνα τα καύσιμα (συμπεριλαμβάνοντας και τα δικαιώματα εκπομπής ρύπων CO2) που συνθέτουν το ενεργειακό μείγμα της Ελληνικής Αγοράς Ηλεκτρικής Ενέργειας. Αναλυτικότερα, η μέθοδος του Johansen χρησιμοποιήθηκε προκειμένου να ανιχνευθούν σχέσεις συνολοκλήρωσης μεταξύ των μεταβλητών της Ελληνικής Χονδρεμπορικής Αγοράς Ηλεκτρισμού. Στη συνέχεια, αναλύθηκαν οι μακροπρόθεσμες και βραχυπρόθεσμες σχέσεις μεταξύ των τιμών ηλεκτρικής ενέργειας στην Ελλάδα και των τιμών των διαφόρων καυσίμων, και πιο συγκεκριμένα των τιμών πετρελαίου Brent oil, φυσικού αερίου, δικαιωμάτων εκπομπής ρύπων, καθώς και της τιμής κόστους καυσίμου ενός τυπικού λιγνιτικού σταθμού παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας. Επιπλέον μελετήθηκε η απόκριση μίας μεταβλητής στη διέγερση μίας άλλης μεταβλητής και πιο συγκεκριμένα η απόκριση της ΟΤΣ στις απότομες μεταβολές των τιμών καυσίμου. Στην περίπτωση αυτή εφαρμόσθηκε η ανάλυση της κρουστικής απόκρισης καθώς και η ανάλυση της διάσπασης διακύμανσης. Όσον αφορά στην πρόβλεψη φορτίου πριν από την ανάπτυξη των μοντέλων πρόβλεψης, εφαρμόσθηκε η μέθοδος της Ανάλυσης σε Κύριες Συνιστώσες (Principal Component Analysis, PCA) μία γραμμική μέθοδος του πεδίου της πολυδιάστατης εκμάθησης (manifold learning), στην χρονοσειρά του φορτίου. Επιπλέον συγκρίθηκε ένα εποχικό (seasonal) Αυτοαναγωγικό μοντέλο ολοκλήρωσης Κινητού Μέσου Όρου ARIMA, με εξωγενείς παραμέτρους (SARIMAX), ένα μοντέλο που στηρίχθηκε στη μέθοδο της εκθετικής απόσβεσης των Holt & Winter (ETS), ένα Υβριδικό Αναγωγικό μοντέλο με τη Μέθοδο της Ανάλυσης σε Κύριες Συνιστώσες, ένα Τεχνητό Νευρωνικό Δίκτυο, ANN καθώς και ένα μοντέλο Μηχανής υποστήριξης λήψης αποφάσεων (SVM). Ιδιαίτερη βαρύτητα δόθηκε επίσης στις διασυνδέσεις Υψηλής Τάσης Συνεχούς Ρεύματος (HVDC), οι οποίες μελετώνται συνολικά ως προς τις επιπτώσεις τους στην ΟΤΣ μέσω του Διασυνοριακού εμπορίου, και στη βελτίωση της ευστάθειας του συστήματος με σκοπό την μείωση των αναγκών για επικουρικές υπηρεσίες. Πιο συγκεκριμένα εξετάσθηκε ένα HVDC σύστημα με Μετατροπείς Πηγής Τάσης (Voltage Source Converters) στο οποίο συνδέεται Αιολικό Πάρκο (μοντελοποιημένο ως πηγή ρεύματος) στην μία πλευρά ενώ στην άλλη πλευρά συνδέεται κατά περίπτωση ασθενές ή ισχυρό ac δίκτυο. Ταυτόχρονα, αναπτύχθηκεμια γενική μέθοδος ανάλυσης που αποδεικνύει ότι η προτεινόμενη διάταξη ελέγχου εξασφαλίζει ευστάθεια κλειστού βρόχου για τα συστήματα αυτά, σθεναρότητα και αποτελεσματική λειτουργία στη μεταβατική κατάσταση λειτουργίας.Μεγαλύτερη ωστόσο έμφαση δόθηκε στην ανάλυση του διασυνοριακού εμπορίου ηλεκτρικής ενέργειας μεταξύ Ελλάδας και Ιταλίας, κατά την περίοδο 2005-2013, χρησιμοποιώντας τρεις διαφορετικές μεθόδους στην ανίχνευση της δυναμικής συσχέτισης ή συνεξέλιξης μεταξύ δύο χρονοσειρών, στην περίπτωσή μας μεταξύ των χονδρεμπορικών τιμών ηλεκτρικής ενέργειας της Ιταλίας και της Ελλάδας. Αρχικά χρησιμοποιήθηκε η παραδοσιακή μεθοδολογία της δυναμικής συσχέτισης και συνοχής που παρέχουν πληροφορίες σε σχέση με την συμπεριφορά των δύο χρονοσειρών στο πεδίο του χρόνου. Στη συνέχεια εφαρμόσθηκε η μέθοδος του wavelet στις χρονοσειρές των τιμών αγορών ηλεκτρικής ενέργειας της Ιταλίας (PUN και GREC) και της Ελλάδας (SMP) αντίστοιχα, στις διαφορές τους (PUN-SMP ή GREC-SMP) καθώς και στη διαφορά Εξαγωγές-Εισαγωγές ώστε να παραχθεί ένας αριθμός πάρα πολύ χρήσιμων γραφημάτων όπως ο Συνεχής Μετασχηματισμός Wavelet (Continuous Wavelet Transform, CWT), η Συνοχή Wavelet (Wavelet Coherence,WC) προκειμένου να μετρηθεί η ένταση της δυναμικής τοπικής συσχέτισης μεταξύ των δύο ηλεκτρικών αγορών, καθώς και η κατεύθυνση των ροών ενέργειας (“ορθές” και “ψευδείς” ροές) στη διασύνδεση.