Μελέτη σκοπιμότητας εγκατάστασης υπεράκτιων αιολικών με ενσωματωμένο σύστημα αποθήκευσης σε κοινό σημείο σύνδεσης με υφιστάμενα φωτοβολταϊκά

Κελέση, Μαρία; Kelesi, Maria

dc.contributor.author	Κελέση, Μαρία	el
dc.contributor.author	Kelesi, Maria	en
dc.date.accessioned	2025-05-12T11:18:32Z
dc.date.available	2025-05-12T11:18:32Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/61889
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.29585
dc.description	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο--Μεταπτυχιακή Εργασία. Διεπιστημονικό-Διατμηματικό Πρόγραμμα Μεταπτυχιακών Σπουδών (Δ.Π.Μ.Σ.) “Παραγωγή και Διαχείριση Ενέργειας”	el
dc.rights	Default License
dc.subject	Ανανεώσιμες πηγές ενέργειας	el
dc.subject	Υπεράκτια αιολικά	el
dc.subject	Περικοπές ισχύος	el
dc.subject	Αγορά ενέργειας	el
dc.subject	Renewable energy sources	en
dc.subject	Offshore wind farms	en
dc.subject	Curtailments	en
dc.subject	Levelized cost of energy	en
dc.subject	Distributed storage system with battery	en
dc.subject	Σύστημα κατανεμημένης αποθήκευσης με μπαταρία	en
dc.title	Μελέτη σκοπιμότητας εγκατάστασης υπεράκτιων αιολικών με ενσωματωμένο σύστημα αποθήκευσης σε κοινό σημείο σύνδεσης με υφιστάμενα φωτοβολταϊκά	el
dc.title	Feasibility study for the installation of offshore wind farms with an integrated storage system at a shared connection point with existing photovoltaic systems	en
heal.type	masterThesis
heal.classification	Αιολική ενέργεια	el
heal.classification	Διεσπαρμένοι ενεργειακοί πόροι	el
heal.classification	Ηλεκτρική ισχύς	el
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2024-10-29
heal.abstract	Οι αυξανόμενες προκλήσεις της κλιματικής αλλαγής, της εξάντλησης των πόρων και της περιβαλλοντικής υποβάθμισης, έχουν καταστήσει την μετάβαση σε ένα πιο βιώσιμο ενεργειακό μέλλον, παγκόσμια προτεραιότητα. Οι Ανανεώσιμες Πηγές Ενέργειας (ΑΠΕ) αποτελούν ακρογωνιαίο λίθο στην αντιμετώπιση του φαινομένου και στην μείωση της εξάρτησης από τα ορυκτά καύσιμα, προσφέροντας μία καθαρή, άφθονη και αξιόπιστη εναλλακτική λύση, με την φωτοβολταϊκή και την αιολική τεχνολογία να κατέχουν καθοριστική θέση στην συνολική παραγωγή ενέργειας ΑΠΕ. Οι θεσμοθετημένοι ενεργειακοί παγκόσμιοι στόχοι έχουν θέσει σαφή ορόσημα για την αύξηση της διείσδυσης των ΑΠΕ στο παγκόσμιο ενεργειακό μείγμα, με τις επενδύσεις του τομέα αυτού διαρκώς να αυξάνονται τόσο από οργανισμούς όσο και από κυβερνήσεις ανά τον κόσμο, προωθώντας ποικίλα προγράμματα ενεργειακής αποδοτικότητας, και πολιτικές για την σταδιακή κατάργηση του άνθρακα και του πετρελαίου. Στο όραμα ενός πράσινου ενεργειακού μέλλοντος, καθοριστικός κρίνεται ο ρόλος και του υπεράκτιου αιολικού δυναμικού. Αποτελώντας μία από τις πιο ισχυρές και ταχέως εξελισσόμενες μορφές ΑΠΕ, η αιολική ενέργεια των υπεράκτιων περιοχών δύναται να παράγει σημαντικές ποσότητες καθαρής ηλεκτρικής ενέργειας υψηλής αποτελεσματικότητας, αξιοποιώντας πλήρως τους ισχυρότερους και πιο σταθερούς ανέμους που παρουσιάζονται στις μεγάλες διαθέσιμες θαλάσσιες εκτάσεις. Η πλέον μεγάλη απαίτηση όλο και περισσότερης διείσδυσης ΑΠΕ, προϋποθέτει διαρκή διατήρηση της ευστάθειας και της εύρυθμης λειτουργίας του δικτύου διανομής και μεταφοράς ηλεκτρικής ενέργειας και ταυτοχρόνως την εξασφάλιση της ισορροπίας του ισοζυγίου προσφοράς – ζήτησης της αγοράς ενέργειας. Αναπόφευκτα η πορεία απανθρακοποίησης του ηλεκτρικού συστήματος θα συνοδεύεται με τις αντίστοιχες περικοπές ηλεκτρικής ενέργειας, τις περιόδους μεγάλης ενεργειακής συμφόρησης του δικτύου. Επομένως, καθίσταται πλέον αναγκαία και απαραίτητη η κατανόηση και επακολούθως η ελάττωση των επιβαλλόμενων περικοπών, οι οποίες θίγουν την ενεργειακή αποδοτικότητα των έργων και την επενδυτική τους ανάπτυξη. Στην παρούσα μεταπτυχιακή εργασία μελετώνται οι πιθανοί τρόπου διαχείρισης της σύνδεσης υπεράκτιων αιολικών εγκαταστάσεων σε κοινό σημείο σύνδεσης με υφιστάμενα φωτοβολταϊκά, διασφαλίζοντας συνεχώς την ορθή και αδιάληπτη λειτουργία του δικτύου διανομής και μεταφοράς ηλεκτρικής ενέργειας, ανάλογα με τα ορισμένα όρια χωρητικότητας, καθώς και την διατήρηση της ισορροπίας του ισοζυγίου προσφοράς – ζήτησης ηλεκτρικής ενέργειας. Ιδιαίτερη σημασία δίνεται στα επίπεδα των επιβαλλόμενων συνολικών περικοπών της παραγόμενης ενέργειας βάσει των εκάστοτε στατικών και δυναμικών περιορισμών σε κάθε περίπτωση, καθώς και στην οικονομικότητα κάθε πιθανής επένδυσης. Πραγματοποιείται ξεχωριστή ανάλυση της εγκατάστασης συστήματος αποθήκευσης με μπαταρία πίσω από τον μετρητή της υπεράκτιας αιολικής εγκατάστασης προς μείωση των συνολικών περικοπών αλλά και εξασφάλιση μέγιστων εσόδων της τεχνολογίας μέσω της ελεγχόμενης έγχυσης ισχύος τις χρονικές στιγμές υψηλών τιμών της αγοράς ενέργειας. Πιο συγκεκριμένα, δεδομένων των ωριαίων τιμών παραγωγής των δύο μελετώμενων τεχνολογιών και της χωρητικότητας του σημείου σύνδεσης, ίση με 1000 MW, εξετάζονται περιπτώσεις διαχείρισης της σύνδεσης και οι αντίστοιχες περικοπές της κάθε τεχνολογίας στο κοινό δικτυακό τους σημείο, για τιμές συνολικής υπεράκτιας αιολικής εγκατεστημένης ισχύος από 100 MW έως και 2000 MW (τιμή διπλάσια της ορισμένης χωρητικότητας του σημείου σύνδεσης) και για τιμές κορεσμού του σημείου σύνδεσης από 10 % έως και 100 %. Έτσι, για κάθε συνδυασμό τιμών συνολικής εγκατεστημένης ισχύος των τεχνολογιών, εξετάζεται η σκοπιμότητα επιβολής στατικού περιορισμού έγχυσης στην υπεράκτια αιολική παραγωγή, σε συνδυασμό με την ύπαρξη ή μη του στατικού περιορισμού έγχυσης της φωτοβολταϊκής παραγωγής, στο 72 % της εγκατεστημένης ισχύος της, όπως ορίζεται από την εθνική νομοθεσία. Ακολουθεί ανάλυση των επιπλέον επιβαλλόμενων δυναμικών περιορισμών προς εξασφάλιση της σταθερότητας του δικτύου διανομής και μεταφοράς ηλεκτρικής ενέργειας. Εξετάζονται οι περιπτώσεις όπου υπάρχει προτεραιοποίηση στην έγχυση μίας εκ των δύο τεχνολογιών και όταν η χωρητικότητα του δικτύου κατανέμεται στις τεχνολογίες, ανάλογα της διαθέσιμης παραγωγής τους. Όσον αφορά τους δυναμικούς περιορισμούς έγχυσης προς διατήρηση της ισορροπίας του ισοζυγίου της αγοράς ενέργειας, για κάθε εξεταζόμενη περίπτωση, η εκάστοτε ανάγκη περικοπών κατανέμεται αναλογικά στις δύο τεχνολογίες. Παράλληλα, διερευνώνται και ποσοτικοποιούνται οι στατικοί και δυναμικοί περιορισμοί που επιβαρύνουν τις τεχνολογίες για διάφορες περιπτώσεις διασύνδεσης, και προσδιορίζεται η οικονομικότητα της εκάστοτε επένδυσης, μέσω του υπολογισμού του δείκτη Σταθμισμένου Κόστους Ενέργειας (Levelized Cost of Energy - LCOE), ως η τιμή που θα πρέπει να αποζημιωθεί η υπεράκτια αιολική παραγόμενη ενέργεια, ώστε να αποπληρωθεί η επένδυση. Οι αυξημένες τιμές των περικοπών και η αυξανόμενη διείσδυση των τεχνολογιών ΑΠΕ, καθώς και η ανάγκη επίτευξης των ενεργειακών στόχων για την παγκόσμια αλλά και εθνική ενεργειακή μετάβαση στην πράσινη ενέργεια, κάνουν όλο και περισσότερο επιτακτική την ανάγκη για ευελιξία στην έγχυση ενέργειας. Η αποθήκευση αποτελεί μία άμεση και αποδοτική λύση. Έτσι, για την περίπτωση όπου προτεραιοποιείται η έγχυση των φωτοβολταϊκών, με αυτά να επιβαρύνονται με στατικό περιορισμό έγχυσης στο 72 % της εγκατεστημένης ισχύος, εξετάζεται η εγκατάστασης συστήματος αποθήκευσης με μπαταρία, πίσω από τον μετρητή της υπεράκτιας αιολικής τεχνολογίας. Επιτυγχάνεται σημαντική μείωση των συνολικών περικοπών που επιβαρύνουν την υπεράκτια αιολική παραγωγή, με αυτές να ελαττώνονται με την αύξηση της χωρητικότητας της μπαταρίας. Συνεπώς, εξασφαλίζεται αύξηση της υπεράκτιας αιολικής έγχυσης και άρα και της συνολικής ενέργειας ΑΠΕ, επιτυγχάνοντας ταυτόχρονη αύξηση των εσόδων, μέσω της κατάλληλης μετάθεσης της έγχυσης της υπεράκτιας αιολικής ισχύος τις ώρες όπου σημειώνονται υψηλές τιμές της αγοράς ενέργειας.	el
heal.abstract	The growing challenges of climate change, resource depletion, and environmental degradation have made the transition to a more sustainable energy future a global priority. Renewable Energy Sources (RES) are a cornerstone in addressing these issues and reducing dependence on fossil fuels, offering a clean, abundant, and reliable alternative. Photovoltaic and wind technologies play a decisive role in the overall RES energy production. Global energy targets have established clear milestones for increasing the penetration of RES in the global energy mix. Investments in this sector are continuously growing, driven by both organizations and governments worldwide, promoting various energy efficiency programs and policies for the gradual phase-out of coal and oil. Offshore wind potential also plays a critical role in the vision for a green energy future. As one of the most powerful and rapidly evolving forms of RES, offshore wind energy can produce significant amounts of clean, highly efficient electricity, fully utilizing the stronger and more stable winds found in vast marine areas. The increasing demand for greater RES penetration necessitates the continuous maintenance of the stability and smooth operation of the electricity distribution and transmission network, while simultaneously ensuring the balance between supply and demand in the energy market. Inevitably, the journey toward decarbonizing the electrical system will involve corresponding power curtailments during periods of significant network congestion. Therefore, it has become necessary and essential to understand and subsequently mitigate these curtailments, which affect the energy efficiency and financial growth of the projects. This master's thesis examines potential ways to manage the connection of offshore wind installations to a common connection point with preexisting photovoltaic systems, ensuring the continuous, correct and uninterrupted operation of the electricity distribution and transmission network according to defined capacity limits, while also maintaining the balance between supply and demand in the electricity market. Particular attention is given to the levels of total imposed curtailments of produced energy, based on static and dynamic constraints in each case, as well as the economic feasibility of each potential investment. A separate analysis is conducted on the installation of a behind the meter battery storage system for the offshore wind technology in order to reduce imposed curtailments and secure revenue maximization through controlled power injection during periods of high energy market prices. Specifically, based on the hourly production values of the two studied technologies and the connection point capacity, which is set at 1000 MW, various scenarios of interconnection and imposed curtailments for each technology at the common grid connection point are examined. These scenarios consider the total offshore wind installed capacity ranging from 100 MW to 2000 MW (double the defined connection point capacity) and connection point saturation levels from 10% to 100%. For each combination of total installed capacity for the technologies, the feasibility of imposing a static power injection limit on offshore wind production is examined, in combination with the presence or absence of a static power injection limit on photovoltaic production, set at 72% of its installed capacity, as defined by national legislation. An analysis of additional dynamic constraints follows. For the dynamic power injection constraints aimed at ensuring the stability of the electricity distribution and transmission network, scenarios are explored where one of the two technologies is prioritized for power injection, and where the network capacity is allocated to the technologies based on their available production. Regarding dynamic power injection constraints to maintain the energy market balance, for each scenario, the necessary curtailment is proportionally allocated to the two technologies. Additionally, the imposed static and dynamic constraints that burden the technologies in various interconnection scenarios are investigated and quantified, the economic feasibility of each investment is determined through the calculation of the Levelized Cost of Energy (LCOE), representing the price at which offshore wind-produced energy must be compensated to repay the investment. The increasing levels of imposed curtailments and the growing penetration of RES technologies, along with the need to achieve energy goals for both global and national transitions to green energy, make the need for flexibility in energy injection even more urgent. Energy storage presents an immediate and efficient solution. Thus, in the case where photovoltaic injection is prioritized, with a static injection limit of 72% of installed capacity, the installation of a behind the meter battery storage system of offshore wind technology is examined. A significant reduction in the total curtailments affecting offshore wind production is achieved, with curtailments decreasing as the battery capacity increases. Consequently, offshore wind injection and total RES energy production increase, simultaneously boosting revenue through the appropriate timing of offshore wind power injection during periods of high energy market prices.	en
heal.advisorName	Παπαθανασίου, Σταύρος	el
heal.advisorName	Papathanasiou, Stavros	en
heal.committeeMemberName	Ριζιώτης, Βασίλειος	el
heal.committeeMemberName	Riziotis, Vasilis	en
heal.committeeMemberName	Γκόνος, Ιωάννης	el
heal.committeeMemberName	Gonos, Ioannis	en
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	120 σ.	el
heal.fullTextAvailability	false