Διερεύνηση των πολιτικών λειτουργίας μη διασυνδεδεμένων νησιωτικών συστημάτων με διείσδυση ΑΠΕ

Abstract

Αντικείμενο της παρούσας εργασίας είναι η διερεύνηση των πολιτικών διαχείρισης του συστήματος ηλεκτροπαραγωγής ενός Μη Διασυνδεδεμένου Νησιού (ΜΔΝ) με σημαντική αιολική και φωτοβολταϊκή διείσδυση, λαμβάνοντας υπόψη κατά περίπτωση και τη λειτουργία υβριδικών αιολικών – αντλησιοταμιευτικών σταθμών παραγωγής (ΥΒΣ). Για το σκοπό αυτό, χρησιμοποιείται μοντέλο λογιστικής προσομοίωσης που έχει αναπτυχθεί στην προγραμματιστική γλώσσα του περιβάλλοντος Matlab 7.10, το οποίο προσομοιώνει την ετήσια λειτουργία ενός νησιωτικού συστήματος με ωριαίο βήμα προσομοίωσης, στηριζόμενο στο ισοζύγιο ισχύος και ενέργειας του συστήματος. Παρουσιάζονται τα αποτελέσματα των προσομοιώσεων των συστημάτων της Κρήτης, της Λέσβου και της Σάμου, ως αντιπροσωπευτικά συστήματα μεγάλου και μικρού μεγέθους, με έτη αναφοράς το 2011 και 2015. Καταρχήν, συγκρίνονται οι πολιτικές τήρησης στρεφόμενης εφεδρείας για το σύστημα, καθώς και για την αναμενόμενη παραγωγή των σταθμών ΑΠΕ, βάσει των οποίων καταρτίζεται το πρόγραμμα ένταξης των συμβατικών μονάδων παραγωγής του νησιού. Επιπλέον, εξετάζονται οι επιπτώσεις στην αποδοτικότητα των Α/Π και στη λειτουργία του συστήματος γενικότερα, από τον τρόπο υπολογισμού του δυναμικού περιορισμού διείσδυσης των αιολικών σταθμών. Στην περίπτωση ένταξης ΥΒΣ στο αυτόνομο νησιωτικό σύστημα, αναλύονται οι επιπτώσεις από τους εναλλακτικούς τρόπους αξιοποίησης της αιολικής παραγωγής του, με εστίαση στην εσωτερική λειτουργία και στα έσοδα του ΥΒΣ, καθώς και στα ενεργειακά μεγέθη του συστήματος. Η αξιολόγηση των διάφορων πολιτικών λειτουργίας βασίστηκε σε κριτήρια, όπως η αποδοτικότητα των αιολικών σταθμών, οι μέγιστες στιγμιαίες διεισδύσεις ισχύος ΑΠΕ, η επάρκεια της στρεφόμενης εφεδρείας, οι επιπτώσεις στη φόρτιση των θερμικών μονάδων, τα έσοδα του παραγωγού του ΥΒΣ, καθώς και το μέσο μεταβλητό κόστος παραγωγής των συμβατικών μονάδων και του συστήματος συνολικά. Δεν εξετάζονται ζητήματα που αφορούν στην ευστάθεια και τη μεταβατική συμπεριφορά των συστημάτων.

The scope of this thesis is the investigation of the operating policies of a non-interconnected island system with significant PV and wind penetration, taking into consideration the operation of Hybrid wind-hydro Power Stations (HPSs), at case. Hence, a programming model has been used, developed on the language of technical computing Matlab 7.10, which simulates the annual operation of an island system using hourly simulation step, based on the energy and power balance of the system. The systems of Crete, Lesvos and Samos have been selected as representative systems of large and smaller size, and are examined through annual simulation of their operation in order to present the results in years 2011 and 2015. First of all, the evaluation of different spinning reserve policies concerning the system in overall, as well as the forecasted RES production, takes place, since the conventional unit dispatch schedule for the next 24 hours is based on them. Moreover, the calculation of the wind power restriction due to dynamic system constraints is examined, specifically its impact on wind farm efficiency and on the overall system operation. In case of HPS integration in the autonomous system, the impact of different exploitation modes of its available wind power is analyzed, focusing on HPS’s internal operation and benefit, but also on energy results of the system. The evaluation of different policies is based on criteria, such as the wind farm capacity factor, the instantaneous RES power penetration levels, the sufficiency of spinning reserve, the impact on the operation and loading of conventional units, the HPS’s benefit, as well as economic results such as the generation cost of thermal units and the overall system. Technical issues related on stability and transient behavior of the systems are not examined.