Συστήματα διεσπαρμένης παραγωγής σε συνδυασμό με τεχνολογίες συμπαραγωγής και τιμολόγια dynamic pricing

Abstract

Στην παρούσα διπλωματική εργασία μελετήθηκαν δύο εφαρμογές σχετικά με την κάλυψη του ηλεκτρικού και θερμικού φορτίου, ενός οικιστικού συγκροτήματος και του αεροδρομίου της Μακεδονίας, χρησιμοποιώντας τεχνολογίες διεσπαρμένης παραγωγής και συμπαραγωγής σε συνδυασμό με ένα dynamic pricing τιμολόγιο. Για το σκοπό αυτό, τα δύο αυτά παραπάνω συστήματα μοντελοποιήθηκαν με την χρήση του λογισμικού GAMS και του DER-CAM. Η μελέτη αφορούσε κυρίως την οικονομική αξιολόγηση των εφαρμογών, και δεν έγινε λεπτομερής τεχνική ανάλυση των συστημάτων. Το πρώτο μέρος της εργασίας απασχολεί η θεωρητική προσέγγιση των τεχνολογιών, των τεχνικών που ακολουθήθηκαν ώστε να καλυφτούν τα φορτία των δύο καταναλωτών καθώς και μία παρουσίαση του λογισμικού που χρησιμοποιήθηκε. Πρώτα γίνεται μία αναφορά στις τεχνολογίες διεσπαρμένης παραγωγής, και το για το πώς αυτές μπορούν να συνδυαστούν στα πλαίσια ενός μικροδικτύου, με σκοπό την βέλτιστη κάλυψη των φορτίων του, τόσο οικονομικά όσο και με βάση την ευστάθειά του. Στην συνέχεια, περιγράφεται η μέθοδος της συμπαραγωγής και διάφορες τεχνολογίες που κάνουν χρήση αυτής. Έπειτα, γίνεται μία περιγραφή του λογισμικού, με το οποίο κατασκευάστηκαν τα δύο μοντέλα. Τέλος, παρουσιάζεται η τεχνική του dynamic pricing, ενός ειδικού τύπου τιμολόγησης της ηλεκτρικής ενέργειας, ο οποίος συνδέει άμεσα την τιμή της, μεταξύ λιανικής και χονδρικής αγοράς, δίνοντας την δυνατότητα στον καταναλωτή να ρυθμίζει το φορτίο του, και να έχει τον απόλυτο έλεγχο του κόστους που πληρώνει για την ηλεκτρική ενέργεια. Στο δεύτερο μέρος, περιγράφονται οι δύο εφαρμογές που προαναφέρθηκαν. Γίνεται η περιγραφή των φορτίων τους, η κατασκευή του μαθηματικού τους μοντέλου, με βάση το οποίο γράφεται ο κώδικας στο λογισμικό GAMS, παρουσιάζονται τα αποτελέσματα τα οποία και αναλύονται εξάγοντας σημαντικά συμπεράσματα. Η αξιολόγηση τους, αφορά, όπως προαναφέρθηκε, μόνο την οικονομική βιωσιμότητα των τεχνολογιών, αν και τα οφέλη των μεθόδων που προτείνονται, επεκτείνονται και στον κρίσιμο τομέα, της προστασίας του περιβάλλοντος. Κάθε εφαρμογή έτρεξε για τρία σενάρια. Στο πρώτο δεν χρησιμοποιείται καμία τεχνολογία, στο δεύτερο γίνεται χρήση μονάδων τοπικής παραγωγής και στο τρίτο, το ίδιο, αλλά σε συνδυασμό με τεχνολογίες συμπαραγωγής. Και για τα τρία αυτά σενάρια, έγινε χρήση δύο τιμολογίων, της ΔΕΗ ως ενός αντιπροσωπευτικού fixed tarrif τιμολογίου, και του CalPX, του συστήματος της California, για να προσομοιαστεί ένα τιμολόγιο τύπου dynamic pricing. Ο τελικός σκοπός αυτής της εργασίας δεν είναι να αποδείξουμε μόνο τα οφέλη, της συμπαραγωγής ή των dynamic pricing προγραμμάτων. Ο σημαντικότερος σκοπός είναι να παρουσιαστεί το όφελος του συνδυασμού τους. Δεν είναι τυχαίο πως τα προγράμματα dynamic pricing απευθύνονται κυρίως σε μεγάλους βιομηχανικούς αλλά και εμπορικούς καταναλωτές. Το γεγονός αυτό οφείλεται στην αδυναμία που έχουν οι μικρότεροι καταναλωτές να ρυθμίζουν κατάλληλα το φορτίο τους, μία δυνατότητα που τους δίνει η χρήση τεχνολογιών συμπαραγωγής.

We are studying the implications of two empirical models concerning the electrical and the heating load, of a block of flats and the Macedonian airport, using CHP technologies and dynamic pricing programs. These systems were simulated using special software, called GAMS and DER-CAM. Our main objective is to conduct economic evaluation in order to prove that those technologies are efficient enough to minimize energy costs. We are not interested on the technical details of the aforementioned problems. In the first section of this study we analyze the theoretical approach of used technics and the corresponding technologies. Distributed generation technologies are presented in addition to the way of how these technologies work inside a microgrid, in order to meet this microgrid’s loads, keeping costs down and stability up. Next, combined heat and power generation technologies are described inside the framework of the existing systems using this method. Software packages that were used to model these two systems are described too. Finally, dynamic pricing schemes are presented. These pricing schemes are offered by some electric utilities and their main characteristic is the connection between wholesale and retail market prices, giving a chance to customers to adjust their loads and achieve higher savings in energy costs. In the second part we describe the structure along with the loads and the mathematical formulas used to model the systems. Each energy model was run under three different scenarios. In the first scenario, consumers have no distributed generation units. In the second scenario distribution generation units are added. Finally, in the third scenario these units operate side by side with chp units. In every scenario, two different price schemes were used in order provide a comparison across different pricing alternatives. More specifically, a static dei’s, representing fixed tariff price scheme, and a dynamic pricing alternative called, CalPX . Our results provide substantive proof that consumers benefit from the combination of dynamic pricing schemes with chp and distributed generation units. Dynamic pricing programs focus on large industrial and commercial customers, as they are the only consumers who can easily adjust their electrical load. Domestic or small commercials sectors, lack the ability of flexible adjustment on changes of the offered price. Hence, chp systems and distributed generation technologies offer more flexible and energy efficient capabilities to low-demand energy load consumers.