Οικονομικά και περιβαλλοντικά οφέλη των Μικροδικτύων με αυξημένη διείσδυση Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας

Abstract

Σκοπός της παρούσας εργασίας είναι η μελέτη των οικονομικών και περιβαλλοντικών επιπτώσεων της διείσδυσης των Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας στα Μικροδίκτυα. Συγκεκριμένα, μελετώνται διαφορετικά σενάρια λειτουργίας (ανεξάρτητη λειτουργία, μικροδίκτυο, demand side bidding, απουσία/ παρουσία μονάδων συμπαραγωγής ηλεκτρισμού και θερμότητας σε όλα τα παραπάνω, βέλτιστοι ενεργειακοί διανομείς) για ένα δίκτυο 17 ζυγών στην χαμηλή τάση με διάφορες τεχνολογίες διεσπαρμένης παραγωγής (κυψέλη καυσίμου, μικροτουρμπίνα, φωτοβολταϊκά, ανεμογεννήτριες, συμπαραγωγή ηλεκτρισμού και θερμότητας). Οι προσομοιώσεις γίνονται με την βοήθεια προγραμμάτων υλοποιημένων σε περιβάλλον Matlab. Τα προγράμματα αφορούν σε βελτιστοποίηση ανά ώρα διαφορετικών κάθε φορά παραμέτρων. Τα προγράμματα αυτά επαναλαμβάνονται για όλες τις ώρες ενός έτους για κάθε σενάριο, ώστε τα προκύπτοντα μεγέθη αφορούν σε ένα έτος λειτουργίας. Εξετάζονται διάφοροι συνδυασμοί οριακής τιμής συστήματος (υψηλή, χαμηλή) και επιπέδου διείσδυσης ανανεώσιμων πηγών ενέργειας (στην περίπτωση του εν λόγω δικτύου φωτοβολταϊκά και ανεμογεννήτριες). Πέραν του κόστους λειτουργίας των διαφόρων σεναρίων, υπολογίστηκαν και οι εκπομπές διοξειδίου του άνθρακα των διαφόρων σεναρίων. Δεδομένου ότι οι εγκαταστάσεις ηλεκτροπαραγωγής θα πρέπει να αγοράζουν το σύνολο των δικαιωμάτων των εκπομπών τους, υπολογίζεται το συνολικό κόστος των σεναρίων, ως άθροισμα του λειτουργικού κόστους και του κόστους αγοράς των δικαιωμάτων εκπομπών. Οι συγκρίσεις μεταξύ των διαφόρων σεναρίων λειτουργίας γίνονται βάση των εκπομπών, του κόστους λειτουργίας, του συνολικού κόστους, της καθαράς παρούσας αξίας σε περίοδο δεκαετίας και της έντοκης περιόδου αποπληρωμής. Τα αποτελέσματα παρουσιάζονται με αναλυτικά και συγκριτικά διαγράμματα στο τελευταίο κεφάλαιο του τελευταίου μέρους της παρούσας εργασίας και αναδεικνύονται τα πιο συμφέροντα σενάρια ανάλογα με το βαρύνον κριτήριο.

The purpose of this diploma thesis is the evaluation of the economic and environmental effect of the penetration of Renewable Energy Sources in Microgrids. The study refers to several operation scenarios (microgrid operation, independent operation of distributed generation units, demand side bidding, with and without cogeneration of heat and power for all the previously mentioned scenarios, optimal hubs) on a typical 17-bus low-voltage network with several distributed generation technologies (microturbine, fuel cell, photovoltaics, windturbine). The simulations were run using the Matlab programming environment and they consist of hourly optimizations of several parameters. These programs are repeated every hour of the year so that all the final output parameters are on a yearly basis. Several combinations of the system marginal price (low or high) and the penetration level of the installed Renewable Energy Sources (in this case photovoltaics and windturbines) are examined. Apart from the operational cost of the different scenarios, the carbon dioxide emissions have also been calculated. Since all electricity production units will have to buy all of their emissions allowances, the total cost of each scenario can be calculated as the sum of the operational cost and the emissions allowances cost of the scenario. The scenarios have been compared to each other based on the emissions, the operational cost, the total cost, the net present value after ten years of operation and the discounted payback period. The results are presented in the last chapter of the last part of this diploma thesis through analytical and comparative diagrams and the most profitable scenario, depending on the criterion used, is exhibited.