Μέθοδοι παροχής υπηρεσιών αποσυμφόρησης δικτύων, εναρμονισμένες με τις ευρωπαϊκές αγορές ηλεκτρισμού

Μαριόλης, Κωνσταντίνος; Mariolis, Konstantinos

dc.contributor.author	Μαριόλης, Κωνσταντίνος	el
dc.contributor.author	Mariolis, Konstantinos	en
dc.date.accessioned	2023-01-09T12:12:23Z
dc.date.available	2023-01-09T12:12:23Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/56571
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.24269
dc.description	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο--Μεταπτυχιακή Εργασία. Διεπιστημονικό-Διατμηματικό Πρόγραμμα Μεταπτυχιακών Σπουδών (Δ.Π.Μ.Σ.) “Παραγωγή και Διαχείριση Ενέργειας”	el
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού-Μη Εμπορική Χρήση-Όχι Παράγωγα Έργα 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού-Μη Εμπορική Χρήση-Όχι Παράγωγα Έργα 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/gr/	*
dc.subject	Διαχείριση συμφόρησης	el
dc.subject	Κορεσμένα δίκτυα	el
dc.subject	Αγορές ηλεκτρισμού	el
dc.subject	Ευρωπαϊκές οδηγίες	el
dc.subject	Διαχειριστής συστήματος μεταφοράς	el
dc.subject	Congestion management	en
dc.subject	Saturated grids	en
dc.subject	Electricity markets	en
dc.subject	European guidelines	en
dc.subject	Transmission system operator	en
dc.title	Μέθοδοι παροχής υπηρεσιών αποσυμφόρησης δικτύων, εναρμονισμένες με τις ευρωπαϊκές αγορές ηλεκτρισμού	el
dc.title	Provision of congestion management services, harmonised with the European electricity markets	en
heal.type	masterThesis
heal.classification	Ενέργεια	el
heal.language	el
heal.access	campus
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2022-10-26
heal.abstract	Σε πολλές ευρωπαϊκές χώρες, παρατηρείται τελευταία το φαινόμενο μεγάλης αύξησης υποβολής αιτήσεων για όρους σύνδεσης σταθμών ΑΠΕ, γεγονός που δημιουργεί συνθήκες κορεσμού στα περιθώρια υποδοχής νέων σταθμών ΑΠΕ στο σύστημα, αλλά και συμφόρησης στη λειτουργία των συστημάτων, ειδικά σε περιοχές όπου ο διαθέσιμος ηλεκτρικός χώρος είναι περιορισμένος. Ζητήματα συμφόρησης και σύνδεσης νέων σταθμών ΑΠΕ σε περιοχές με αυξημένη δυναμικότητα ΑΠΕ υπήρχαν σε κάποιο βαθμό εδώ και πολλά έτη. Η αποθήκευση ενέργειας αποτελεί μία από τις πιο πολλά υποσχόμενες λύσεις, ιδιαίτερα λόγω της αντικειμενικής δυσκολίας άμεσης επέκτασης και ενίσχυσης των δικτύων ηλεκτρικής ενέργειας σε τέτοιο βαθμό ώστε να μπορούν να υποστηρίξουν το υψηλό δυναμικό σταθμών ΑΠΕ που επιζητείται τα τελευταία έτη σε Ευρωπαϊκό επίπεδο. Τα τελευταία χρόνια όμως, ειδικότερα σε επίπεδο συστήματος μεταφοράς, με τους στόχους της Ευρωπαϊκής Ένωσης για μείωση των εκπομπών διοξειδίου του άνθρακα, την αυξανόμενη συμμετοχή των ΑΠΕ στα ενεργειακά μίγματα και την ενοποίηση των ευρωπαϊκών αγορών ηλεκτρισμού, η ανάγκη ύπαρξης λύσεων αποσυμφόρησης εντείνεται. Συγχρόνως, η εφαρμογή του «κανόνα του 70%» σχετικά με το διαθέσιμο περιθώριο για το διαζωνικό εμπόριο που προέρχεται από το Πακέτο για την Καθαρή Ενέργεια, θα διευκολύνει μεν τον στόχο προς μία ενοποιημένη πανευρωπαϊκή αγορά ηλεκτρισμού, όμως χωρίς την κατάλληλη λήψη μέτρων από τους Διαχειριστές μπορεί να αποτελέσει αίτιο επιδείνωσης φαινομένων συμφόρησης εντός των συστημάτων ηλεκτρικής ενέργειας. Κύριος σκοπός, όπως μεθοδεύεται και αναφέρεται και ως υποχρέωση πλέον από τις Ευρωπαϊκές Οδηγίες, όποτε είναι τεχνικά εφικτό και οικονομικά αποδοτικό, είναι η αντιμετώπιση της συμφόρησης να προσφέρεται ως υπηρεσία, η οποία θα προμηθεύεται από τους Διαχειριστές των συστημάτων μεταφοράς και των δικτύων διανομής με όρους αγοράς, όπως για παράδειγμα με τη διεξαγωγή δημοπρασιών όπου χρήστες του συστήματος θα ανταγωνίζονται με προσφορές. Αποτέλεσμα αυτού θα είναι η διασφάλιση του υγιούς ανταγωνισμού μεταξύ των συμμετεχόντων και η μείωση του συνολικού συνεπαγόμενου κόστους. Τα ζητήματα που εγείρονται για τις υπηρεσίες αποσυμφόρησης, πέραν των τεχνικών λεπτομερειών εφαρμογής, αφορούν κυρίως στην υλοποίησή τους στην πράξη σε συσχέτιση με τον τρόπο λειτουργίας των αγορών. Η λειτουργία ενός πλαισίου διαχείρισης συμφόρησης πρέπει να συνδυάζεται αποτελεσματικά με τις υφιστάμενες αγορές ηλεκτρισμού, χωρίς να παρεμποδίζει τη λειτουργία των τελευταίων, διευκολύνοντας την ένταξη πόρων παροχής υπηρεσιών αποσυμφόρησης, όπου υπάρχει ανάγκη, όπως π.χ. αποθηκευτικοί σταθμοί. Συνεπώς, η διαχείριση συμφόρησης και η πρόσβαση μονάδων ΑΠΕ και σταθμών αποθήκευσης σε κορεσμένα δίκτυα αποτελεί σημαντικό κεφάλαιο της παρούσας ενεργειακής κατάστασης διεθνώς, πράγμα που επιβεβαιώνεται και από τις προσαρμογές που παρατηρούνται τελευταία στους κώδικες και στις δομές αγοράς πολλών ενεργειακών συστημάτων της Ευρώπης. Στόχος, λοιπόν, και αντικείμενο της παρούσας μεταπτυχιακής εργασίας είναι η μελέτη των μεθόδων διαχείρισης συμφόρησης, όπως αναφέρονται στη διεθνή βιβλιογραφία και η καταγραφή των διαφορετικών τρόπων με τους οποίους ευρωπαϊκές χώρες προσαρμόζουν και εφαρμόζουν αυτές τις μεθόδους στα συστήματά τους. Στο κεφάλαιο 1 σημειώνονται οι στόχοι απανθρακοποίησης που έχει θέσει η Ευρωπαϊκή Ένωση, ο πρωταγωνιστικός ρόλος που διαδραματίζουν οι μονάδες ΑΠΕ σε αυτό, καθώς επίσης η σημασία της ύπαρξης πλαισίων διαχείρισης συμφόρησης και της συνεργασίας μεταξύ των χωρών προς την επίτευξη των παραπάνω. Στο κεφάλαιο 2 παρουσιάζεται μία γενικότερη εικόνα της διάρθρωσης των ευρωπαϊκών αγορών ηλεκτρισμού, καθώς αποτελούν τον πυρήνα γύρω από τον οποίο σχηματίζεται το όποιο πλαίσιο υπηρεσιών διαχείρισης συμφόρησης επιχειρηθεί να δομηθεί. Πιο συγκεκριμένα, περιγράφονται τα γενικά χαρακτηριστικά της Αγοράς Επόμενης Ημέρας, της Ενδοημερήσιας Αγοράς και της Αγοράς Εξισορρόπησης, με ιδιαίτερες αναφορές στον τρόπο εφαρμογής τους στο ελληνικό Σύστημα. Επίσης, γίνεται αναφορά στους βασικότερους κανονισμούς και οδηγίες, η τήρηση των οποίων αποτελεί προϋπόθεση για την εύρυθμη λειτουργία των αγορών ηλεκτρισμού γενικότερα. Στο κεφάλαιο 3 εξετάζεται η έννοια της συμφόρησης και αναλύονται οι βασικότερες μέθοδοι που εφαρμόζουν Διαχειριστές συστημάτων ηλεκτρικής ενέργειας ανά τον κόσμο, με ταυτόχρονη συσχέτιση αυτών με τα οριζόμενα στις ευρωπαϊκές οδηγίες και κανονισμούς. Οι μέθοδοι περιλαμβάνουν τοπολογικές τροποποιήσεις στην διάταξη του δικτύου, αναπροσαρμογή των ζωνών προσφορών, ζωνική και κομβική αναπαράσταση του δικτύου, τη χρήση ανακατανομής (redispatching) και αντίθετης συναλλαγής (countertrading), καθώς επίσης και την αλληλεπίδραση με τις νέες ευρωπαϊκές πλατφόρμες εξισορρόπησης (MARI, PICASSO και TERRE). Επιπλέον, εξετάζεται και η έννοια της ευελιξίας μεταβολής παραγωγής και ζήτησης των μονάδων και του τρόπου με τον οποίο διάφοροι ενεργειακοί πόροι μπορούν να την παρέχουν ως υπηρεσία στο πλαίσιο αποσυμφόρησης. Στο κεφάλαιο αυτό περιγράφεται και η λειτουργία ειδικών πλατφορμών ευελιξίας που αναπτύσσονται με ταχύ ρυθμό και τίθενται σε εφαρμογή για αυτό, όπως οι GOPACS, PICLO FLEX και NODES, μεταξύ άλλων. Στο κεφάλαιο 4 μελετώνται αναλυτικά τα πλαίσια σχετικών υπηρεσιών διαχείρισης συμφόρησης και οι μέθοδοι που εφαρμόζουν χώρες τις Ευρώπης όπως το Βέλγιο, η Γερμανία, το Ηνωμένο Βασίλειο, η Ισπανία, η Ολλανδία, η Ελλάδα, καθώς και άλλες και πραγματοποιείται μία σύγκριση εφαρμογής των επικρατέστερων εξ’ αυτών (ανακατανομή και ευέλικτες συνδέσεις στο δίκτυο). Προς επίτευξη πλήρους κατανόησης της εφαρμογής τους, πραγματοποιείται σε βάθος ανάλυση της λειτουργίας των εν λόγω συστημάτων ηλεκτρικής ενέργειας και των ιδιαιτεροτήτων τους. Στο κεφάλαιο 5 συνοψίζονται τα κυριότερα συμπεράσματα της εργασίας σχετικά με τους τρόπους αντιμετώπισης συμφορήσεων που επιλέγουν οι Διαχειριστές συστημάτων μεταφοράς των ευρωπαϊκών χωρών και τα σημαντικότερα χαρακτηριστικά ενός αποδοτικού πλαισίου διαχείρισης συμφόρησης. Το κεφάλαιο αυτό περιλαμβάνει και τη συμβολή της εργασίας στο συγκεκριμένο πεδίο, καθώς και δυνατότητες μελλοντικών προεκτάσεών της. Μέσω της παρουσίασης της κατάστασης και των αναγκών αποσυμφόρησης των σύγχρονων συστημάτων ηλεκτρικής ενέργειας, της πληθώρας των διαθέσιμων μεθόδων, της σύγκρισης των ποικίλλων μεθόδων, όπως παρατηρούνται στην πράξη σε ευρωπαϊκές χώρες, επιχειρείται η κατάδειξη ότι η δημιουργία ενός αποδοτικού πλαισίου διαχείρισης συμφόρησης το οποίο θα είναι συνυφασμένο με τις ευρωπαϊκές αγορές ηλεκτρισμού και σύμφωνο με τις θεσπισμένες οδηγίες και κανονισμούς, όχι μόνο είναι εφικτή, αλλά και αναγκαία για να επιτευχθεί η επιδιωκόμενη απανθρακοποίηση σε παγκόσμιο επίπεδο.	el
heal.abstract	In many European countries, an increasing trend of requests for connection offers of Renewable Energy Sources (RES) is evident, leading to congestion issues, which limit the RES hosting capacity, in addition to congestion issues during the operation of the systems, especially in areas with limited hosting capacity. Issues concerning grid congestion and connection of RES in high-RES areas were always present. Energy storage is considered as one of the most promising solutions, due to the difficulties in expanding and reinforcing electricity grids to an extent that can support the high RES capacity sought at European level. In recent years, however, particularly at the transmission system level, with the European Union's targets for reducing carbon dioxide emissions, the increasing participation of RES in energy mixes, and the coupling of European electricity markets, the need for decarbonization solutions has become more acute. At the same time, the application of the '70% rule' on the available margin for cross-zonal trading resulting from the Clean Energy Package will facilitate the objective of a unified pan-European electricity market, but without appropriate action by operators, it could lead to a worsening of congestion situations within electricity systems. The main purpose being envisaged and mentioned as an obligation under the European Directives, whenever it is technically feasible and cost-effective, is that congestion management should be offered as a service, which will be procured by transmission and distribution system operators on market terms, for example, via auctions in which system users compete with bids. This process will support efficient competition between participants, thus reducing the relevant total costs. The issues raised for decongestion services, beyond the technical details of implementation, relate mainly to their practical implementation concerning the way the markets operate. The congestion management framework should be in line with existing electricity markets, without any substantial negative effects on the latter, facilitating the integration of resources providing congestion relief services, where needed, such as storage facilities. Consequently, congestion management and access for RES and storage plants to saturated networks is an important chapter in the current international energy situation, as confirmed by the recent reforms to the codes and market structures of many European energy systems. Therefore, the aim and scope of this Master's thesis are to study congestion management methods as reported in the international literature and to document the different ways in which European countries adapt and implement these methods to their systems. Chapter 1 notes the decarbonization objectives set by the European Union, the leading role of RES plants in this, and the importance of having in place a congestion management framework, as well as the cooperation between countries to achieve this. Chapter 2 presents a general picture of the structure of European electricity markets, as they form the core around which any congestion management services framework is built upon. More specifically, the general characteristics of the Day-Ahead Market, the Intraday Market and the Balancing Market are analyzed, with details concerning their application in the Greek Electricity System. In addition, attention is paid to the most fundamental regulations and guidelines that have to be respected and followed for the proper functioning of the European electricity markets in general. Chapter 3 examines the concept of congestion and analyses the main methods applied by power system operators around the world, correlating them with the European directives and regulations. These methods include topological modifications to the grid, bidding zone reconfigurations, zonal and nodal representation of the grid, redispatching and countertrading, as well as the interaction with the newly developed European balancing platforms (MARI, PICASSO and TERRE). Moreover, flexibility of generation and demand units is introduced, noting also how energy resources can provide it as a service in the context of congestion management. This chapter includes also the operation of specific flexibility platforms that are rapidly being developed and implemented for this purpose, such as GOPACS, PICLO FLEX and NODES, among others. Chapter 4 studies in detail the relevant congestion management service frameworks and methods implemented by European countries such as Belgium, Germany, the United Kingdom, Spain, the Netherlands, Greece, and others, and provides a comparison of the implementation of the most prevalent of them (i.e. redispatch and flexible connections to the grid). In order to achieve a high level of understanding of their application, an in-depth operation analysis of these electricity systems and their specificities is presented, concerning their present electricity market structure as well as their special characteristics. Chapter 5 summarizes the main conclusions of the thesis on the congestion management techniques chosen by the Transmission System Operators of European countries, and the most important characteristics of an efficient congestion management framework. Also included is the contribution of the present study to the topic of congestion management, as well as relevant recommendations for future research. Through the presentation of the current situation, the need for congestion management services in modern power systems, the multitude of different methods available for implementation and the comparison of the various methods as observed in practice in European countries, it is demonstrated that the formation of an efficient congestion management framework, intertwined with the European electricity markets and in line with the established directives and regulations, is not only feasible but also a necessity, in order to achieve the de-carbonization targets being set globally.	en
heal.advisorName	Παπαθανασίου, Σταύρος	el
heal.advisorName	Papathanassiou, Stavros	en
heal.committeeMemberName	Ριζιώτης, Βασίλειος	el
heal.committeeMemberName	Παπαβασιλείου, Αντώνιος	el
heal.committeeMemberName	Riziotis, Vasilis	en
heal.committeeMemberName	Papavasiliou, Anthony	en
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	146 σ.	el
heal.fullTextAvailability	false