Προσομοίωση και βελτιστοποίηση σχεδιασμού υβριδικού σταθμού παραγωγής από ανεμογεννήτριες, φωτοβολταϊκά και σύστημα αντλησιοταμίευσης σε μη-διασυνδεδεμένο ηλεκτρικό δίκτυο. Διερεύνηση δυνατοτήτων διοχέτευσης της παραγωγής ΑΠΕ κάτα προτεραιότητα στο ηλεκτρικό δίκτυο της Λέσβου

Abstract

Αντικείμενο της παρούσας διπλωματικής εργασίας αποτελεί η μελέτη ενός Υβριδικού σταθμού παραγωγής σε μη διασυνδεδεμένο νησί, ο οποίος να συνδυάζει σύστημα αντλησιοταμίευσης με αιολικό πάρκο και φωτοβολταϊκό σταθμό. Βασικές συνιστώσες του σταθμού -που συνθέτουν άλλωστε το σύστημα αντλησιοταμίευσης- είναι βεβαίως ο άνω και κάτω ταμιευτήρας που επικοινωνούν μεταξύ τους με δύο διακριτούς αγωγούς καθώς επίσης και το αντλιοστάσιο και οι υδροστρόβιλοι. Αφορμή για την εξέταση της λειτουργίας του εν λόγω συστήματος, αποτέλεσε η ανάγκη για περιορισμό της παραγωγής των θερμικών μονάδων βάσης δια της ευρύτερης εγκατάστασης ΑΠΕ και της καλύτερης απόδοσης των ήδη υπαρχόντων. Συγκεκριμένα η εφαρμογή της παραπάνω μελέτης γίνεται στο νησί της Λέσβου, το δίκτυο της οποίας παρουσιάζει κορεσμό και δε μπορεί να υποδεχτεί νέες μονάδες παραγωγής ενέργειας. Συνεπώς η περαιτέρω διείσδυση των ΑΠΕ στο εν λόγω νησί μπορεί να πραγματοποιηθεί μόνο με την ανάπτυξη συστήματος που θα αποθηκεύει την παραγωγή τους και θα την προωθεί σε διαστήματα που αυτό κρίνεται αναγκαίο. Το στόχο αυτό, χάρη και στην καταλληλότητα της τοπογραφίας, καλείται να επιτελέσει σύστημα αντλησιοταμίευσης, το οποίο θα συνεργάζεται με αιολικό πάρκο και φωτοβολταϊκό σταθμό. Η παραπάνω διάταξη αξιοποιώντας την υδατόπτωση για παραγωγή καθορισμένων ποσοτήτων ενέργειας από τους υδροστροβίλους εγγυάται καταρχήν την κάλυψη της ζήτησης πάνω από ένα συγκεκριμένο όριο ισχύος, ενώ από εκεί και πέρα λειτουργεί βάσει σεναρίου που προωθεί την παραγωγή των ΑΠΕ στο δίκτυο. Εναλλακτικά, στην περίπτωση που αυτό εμποδίζεται λόγω τεχνικών περιορισμών που αφορούν τη δυνατότητα απορρόφησης της ενέργειας των αιολικών πάρκων εκτός ΥΒΣ ,η παραγωγή των ΑΠΕ χρησιμοποιείται για άντληση. Για την προσομοίωση λειτουργίας του παραπάνω συστήματος χρησιμοποιήθηκε και αναπτύχθηκε περαιτέρω ο υπολογιστικός κώδικας HYPSOS του εργαστηρίου Υδροδυναμικών Μηχανών σε περιβάλλον Fortran, που προσομοιώνει τη λειτουργία και την ενεργειακή και οικονομική απόδοση του σταθμού. Παράλληλα διερευνήθηκε η ανταπόκριση και η επίδραση του στο δίκτυο του νησιού, κατά τη μεταβολή βασικών παραμέτρων της εγκατάστασης. Τέλος προσδιορίστηκαν οι συνθέσεις σταθμών με τη βέλτιστη δυνατή οικονομική και ενεργειακή απόδοση, καθώς και η επίδραση του κόστους αγοράς των Φ/Β στο βέλτιστο σχεδιασμό του. Σε γενικές γραμμές από τα συμπεράσματα, προκύπτει ότι η ανάπτυξη ΥΒΣ μπορεί να απαλλάξει σε σημαντικό βαθμό το νησί από την περιβαλλοντική επιβάρυνση που προκαλούν οι συμβατικές θερμικές μονάδες βάσεις, ενώ παράλληλα να οδηγήσει και σε επενδύσεις ικανοποιητικής οικονομικής απόδοσης.

Τhe present diploma thesis is investigating the techno-economic viability of a hybrid station in the non-interconnected Greek island, named Lesvos. The energy production in the non-interconnected Greek islands is mainly based on autonomous oil-fired power stations. The problem related to this energy production system is the enormous cost of the produced energy along with the environmental pollution of the area. At the same time there are obstructions for the further exploitation of renewable energy sources, because of their stochastic nature and the technical limitations inherent with the electrical grid. The solution to these problems is the development of smart hybrid power systems, which combine different but complementary renewable energy generation technologies with an appropriate energy storage module. The hybrid power station studied, combines two different renewable energy generation technologies which are, wind turbines and photovoltaic generators, along with an a hydro-pump storage system. The energy generated from the renewable energy sources can be stored in the upper reservoir and/or fed to the load. Main parameters of the station are the hydro turbines, the pumps and the two reservoirs which are connected with separate pipelines. The up mentioned system guarantees the requested energy amounts for consumption up to a limit, and over this limit, it forwards the energy generated from the renewable energy sources to the electrical grid. In case this is obstructed, because of the sub charging of the conventional units, or because the energy absorption from wind generators outside the hybrid station has priority, the energy generated from the renewable energy sources of the station is injected to the pumping system and stored. In order to evaluate the benefits of the hybrid station, simulations was performed, with a calculation code developed in FORTRAN. Furthermore the affect of the station on the electrical grid was examined. From the available data results about the optimization of the hybrid station, in terms of its energy contribution and economical viability was derived. In this study, also the affection of the existing trend of photovoltaic panels cost reduction was included. The general conclusion is that the injection of the hybrid power system is viable, it can provide energy capacity to the island system, substituting conventional power units and leading to beneficial economical investments.