Ανάλυση της διείσδυσης αιολικής ενέργειας σε μη διασυνδεδεμένα Ελληνικά νησιά με χρήση μετεωρολογικών δεδομένων τυπικού ανεμολογικού έτους

Κόντζηλας, Αλέξανδρος; Kontzilas, Alexandros

dc.contributor.author	Κόντζηλας, Αλέξανδρος	el
dc.contributor.author	Kontzilas, Alexandros	en
dc.date.accessioned	2017-10-30T10:00:37Z
dc.date.available	2017-10-30T10:00:37Z
dc.date.issued	2017-10-30
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/45841
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.14698
dc.rights	Default License
dc.subject	Περικοπές	en
dc.subject	Μεσοκλιματικό ατμοσφαιρικό μοντέλο	el
dc.subject	Μη διασυνδεδεμένα νησιά	el
dc.subject	Περιορισμοί αιολικής διείσδυσης	el
dc.subject	Πιθανοτική ανάλυση ΡΑΕ	el
dc.subject	Περιθώρια διείσδυσης ΑΠΕ	el
dc.subject	Φωτοβολταϊκά	el
dc.subject	Αιολική ενέργεια	el
dc.subject	Mesoscale atmospheric model	en
dc.subject	Non-interconnected power system	en
dc.subject	RES penetration	en
dc.subject	Photovoltaics	en
dc.subject	Wind energy	en
dc.title	Ανάλυση της διείσδυσης αιολικής ενέργειας σε μη διασυνδεδεμένα Ελληνικά νησιά με χρήση μετεωρολογικών δεδομένων τυπικού ανεμολογικού έτους	el
dc.title	Analysis of wind energy penetration in non-interconnected Greek islands based on wind data of the typical meteorological year	en
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Ανανεώσιμες πηγές ενέργειας	el
heal.classification	Renewable energy sources	en
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2017-06-28
heal.abstract	Η διείσδυση των Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας (ΑΠΕ) και κυρίως της αιολικής και φωτοβολταϊκής (ΦΒ) ισχύος στα Μη Διασυνδεδεμένα Νησιά (ΜΔΝ) της Ελλάδος περιορίζεται λόγω των τεχνικών περιορισμών που επιβάλλονται στα αυτόνομα ηλεκτρικά δίκτυα των νησιών για λόγους ασφάλειας και αξιοπιστίας του δικτύου. Οι τεχνικοί περιορισμοί που οδηγούν σε περικοπές αιολικής ισχύος επιβάλλονται από τον διαχειριστή του αυτόνομου ηλεκτρικού συστήματος των ΜΔΝ και σχετίζονται με τα τεχνικά ελάχιστα των συμβατικών μονάδων ηλεκτροπαραγωγής και την μέγιστη στιγμιαία επιτρεπόμενη διείσδυση της αιολικής ενέργειας στην κάλυψη της ζήτησης. Η αύξηση της διείσδυσης της αιολικής ενέργειας στα ΜΔΝ, αν και επιβεβλημένη, έχει ως αποτέλεσμα αυξημένες περικοπές εν δυνάμει παραγόμενης αιολικής ισχύος από τον διαχειριστή του συστήματος και μείωση στο συντελεστή χρησιμοποίησης των αιολικών σταθμών, με συνέπεια την απώλεια ‘πράσινης’ ενέργειας για τα ΜΔΝ και εσόδων για τους ιδιώτες παραγωγούς αιολικής ενέργειας. Ως εκ τούτου, από κάποιο σημείο και μετά οι εν λόγω επενδύσεις κρίνονται οικονομικά μη βιώσιμες. Η Ρυθμιστική Αρχή Ενέργειας (ΡΑΕ) έχει προτείνει από το 2003 την εφαρμογή μιας μεθοδολογίας υπολογισμού των περικοπών και του ορίου διείσδυσης αιολικής ισχύος στα ΜΔΝ της Ελλάδος, που βασίζεται σε πιθανοτική ανάλυση λαμβάνοντας υπόψη όλα τα απαραίτητα δεδομένα που απαιτούνται για τον σκοπό αυτό. Τα δεδομένα αυτά είναι διαθέσιμα από τον διαχειριστή του αυτόνομου ηλεκτρικού συστήματος των ΜΔΝ και αποτελούνται από τα ιδιαίτερα χαρακτηριστικά της ζήτησης του νησιού, τη σύνθεση και τη λειτουργία των τοπικών συμβατικών σταθμών παραγωγής, τους τεχνικούς περιορισμούς για την ομαλή και ασφαλή λειτουργία του συστήματος, καθώς και τα ανεμολογικά δεδομένα του νησιού, που προκύπτουν από το υψηλής ανάλυσης μεσοκλιματικό μοντέλο προσομοίωσης του Εθνικού Αστεροσκοπείου Αθηνών για ένα τυπικό μετεωρολογικό έτος. Η εφαρμογή της μεθοδολογίας έχει ως σκοπό: α) την εκτίμηση της αιολικής ενέργειας που μπορεί να απορροφήσει ετησίως ένα δεδομένο αυτόνομο ηλεκτρικό σύστημα που αποτελείται από συμβατικούς, αιολικούς και ΦΒ σταθμούς συγκεκριμένης εγκατεστημένης ισχύος και β) τον προσδιορισμό της μέγιστης επιτρεπόμενης αιολικής και φωτοβολταϊκής ισχύος που επιτρέπεται να συνδεθεί στο σύστημα (μέγιστη «διείσδυση»), χωρίς να μειώνεται η ασφάλεια λειτουργίας του ή να προκαλούνται ανεπίτρεπτες διαταραχές κατά τη λειτουργία του. Για το σκοπό αυτό η εν λόγω μεθοδολογία εφαρμόζεται στα 22 μεγαλύτερα αυτόνομα ηλεκτρικά συστήματα των μη διασυνδεδεμένων ελληνικών νησιών και παράλληλα πραγματοποιείται παραμετρική διερεύνηση και ανάλυση ευαισθησίας των σημαντικότερων παραμέτρων που επιδρούν στην απορρόφηση αιολικής ισχύος με σκοπό να φανεί ο τρόπος επίδρασης τους σε αυτή. Το ενδιαφέρον είναι στραμμένο κυρίως προς το μέγεθος της απορροφούμενης αιολικής ισχύος. Οι παράμετροι που εξετάζονται είναι οι ακόλουθες: α) η εγκατεστημένη αιολική και ΦΒ ισχύς, β) η γεωγραφική διασπορά των αιολικών σταθμών, γ) η μέγιστη στιγμιαία επιτρεπόμενη διείσδυση των αιολικών, δ) τα τεχνικά ελάχιστα των συμβατικών μονάδων, ε) η σύνθεση των συμβατικών σταθμών, και στ) η ζήτηση ηλεκτρικής ενέργειας. Για κάθε παράμετρο που διερευνάται προσδιορίζεται το ποσοστό της απορροφούμενης αιολικής ισχύος σε συνάρτηση με την αδιάστατη (ως προς τη μέση ετήσια ζήτηση του νησιού) εγκατεστημένη αιολική ισχύ. Παράλληλα με την πιθανοτική ανάλυση εφαρμόζεται και η μέθοδος των χρονοσειρών από την οποία προκύπτουν τα ανάλογα αποτελέσματα υπό την μορφή χρονοδιαγραμμάτων για την καλύτερη επεξήγηση και πληρέστερη απεικόνιση των αποτελεσμάτων. Από τα αποτελέσματα της παραμετρικής διερεύνησης γίνεται φανερός ο τρόπος επίδρασης των διαφόρων παραμέτρων και των τεχνικών περιορισμών στην απορροφούμενη αιολική ισχύ και η εξάρτηση αυτής από τα ιδιαίτερα χαρακτηριστικά των ΜΔΝ, όπως είναι το προφίλ της ζήτησης, η σύνθεση και τα χαρακτηριστικά των τοπικών συμβατικών μονάδων, το αιολικό δυναμικό κλπ. Η αξιοπιστία των αποτελεσμάτων ελέγχεται από την σύγκριση τους με τα διαθέσιμα πραγματικά δεδομένα της ενεργειακής συνεισφοράς των αιολικών και ΦΒ σταθμών στα ΜΔΝ. Από την σύγκριση των αποτελεσμάτων της πιθανοτικής ανάλυσης με τα αντίστοιχα πραγματικά στοιχεία της υφιστάμενης αιολικής και ΦΒ διείσδυσης στα ΜΔΝ προκύπτουν αξιοσημείωτες διαφορές και υπερεκτίμηση της απορροφούμενης αιολικής ισχύος στα περισσότερα από αυτά. Οι διαφορές αυτές μπορούν εν μέρει να δικαιολογηθούν από την χρήση απλοποιητικών παραδοχών που γίνονται κατά την εφαρμογή της προτεινόμενης από την ΡΑΕ μεθοδολογίας, και δεν ισχύουν στην πράξη, και εν μέρει από τις διαφορετικές και απρόβλεπτες καταστάσεις και συνθήκες λειτουργιάς μεταξύ του πραγματικού αυτόνομου ηλεκτρικού συστήματος και του αντίστοιχου θεωρητικού μοντέλου προσομοίωσης. Τέλος, γίνεται μια περιγραφή και παρουσίαση των σημαντικότερων στοιχείων και συμπερασμάτων που αναφέρονται στις αποφάσεις της ΡΑΕ σχετικά με τα περιθώρια διείσδυσης των ΑΠΕ και τον τρόπο προσδιορισμού τους στα ΜΔΝ, και στην συνέχεια με βάση αυτές τις αποφάσεις επιχειρείται ο καθορισμός των περιθωρίων διείσδυσης αιολικής και ΦΒ ισχύος στα ΜΔΝ, μέσω της εφαρμογής της προτεινόμενης μεθοδολογίας. Έτσι, προκύπτουν τα εκτιμώμενα περιθώρια αιολικής και ΦΒ διείσδυσης στα ΜΔΝ, που εν γένει είναι αρκετά μικρότερα από τα αντίστοιχα προτεινόμενα από την ΡΑΕ περιθώρια με βάση την τελευταία σχετικής της απόφαση.	el
heal.abstract	The penetration of Renewable Energy Sources (RES), and in particular the wind and photovoltaic (PV) power in non-interconnected Greek islands, is limited due to the technical constraints imposed on the autonomous electricity networks of the islands for reasons of network security and reliability. The technical constraints leading to wind power curtailments are imposed by the operator of the autonomous power system of the non-interconnected islands and are related to the technical minimums of conventional power plants and the maximum instantaneous wind penetration in electricity supply. Although more wind capacity is necessary in non-interconnected Greek islands to substitute expensive fuel oil, higher wind curtailment and lower capacity factor of wind farm occur. This has as a result losses of green energy for non-interconnected islands and loss of income for private wind energy producers. The Greek Regulatory Authority for Energy (RAE) has proposed since 2003 the application of a methodology for calculating the wind curtailment and wind penetration limit in non-interconnected Greek islands, based on a probabilistic approach taking into account all the necessary data required for this purpose. These data are available from the operator of the autonomous electrical system and consist of the specific characteristics of the island's load demand, the composition and operation of the local conventional power stations, the technical limits for the smooth and safe operation of the system, and the wind data of the island. In this connection wind data are introduced, using high resolution wind data resulted from meso-scale model applied by the National Observatory of Athens for a typical meteorological year. The purpose of the methodology is to: (a) estimate the wind energy that can be absorbed annually by a given autonomous electrical system consisting of conventional plants, wind and PV installed capacity; and (b) determining the maximum wind and PV capacity which is permitted to be connected in the system (maximum penetration) without compromising its operational safety or causing unacceptable disturbances during operation. For this purpose, this methodology is applied to the 22 largest autonomous power systems of the non-interconnected Greek islands and at the same time parametric exploration and sensitivity analysis of the most important parameters affecting the absorption of wind power is carried out in order to show the way of their influence on it. Interest is mainly focused on the size of the wind power absorbed. The parameters considered are as follows: a) the installed wind and PV power, b) the geographic dispersion of wind farms, c) the limit of maximum instantaneous permissible wind penetration, d) the technical minima of conventional units, e) the composition of conventional stations, and f) the load demand. For each parameter investigated, the percentage of wind power absorbed is determined in relation to the levelized wind installed capacity (levelized by the average annual demand of the island). From the results of the parametric investigation it becomes clear how the various parameters and technical constraints affect to the absorbed wind power and its dependence on the specific characteristics of the non-interconnected Greek islands, such as the demand profile, the composition and characteristics of the local conventional units, the wind potential, etc. In addition, the maximum permissible wind and PV penetration that can be installed in the non-interconnected Greek islands is determined on the basis of the penetration criteria set by RAE. The reliability of the results is verified by the actual data of the wind and PV energy contribution.	en
heal.advisorName	Ζερβός, Αρθούρος	el
heal.committeeMemberName	Ζερβός, Αρθούρος	el
heal.committeeMemberName	Βουτσινάς, Σπυρίδων	el
heal.committeeMemberName	Ριζιώτης, Βασίλειος	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Μηχανολόγων Μηχανικών. Τομέας.Ρευστών	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	156 σ.	el
heal.fullTextAvailability	true