Η Επίδραση των Διαφορετικών Πολιτικών Λειτουργίας στα Μεγέθη ενός Μικροδικτύου με Αυξημένη Διείσδυση Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας

Abstract

Σκοπός της παρούσας εργασίας είναι η μελέτη ενός μικροδικτύου υπό την επίδραση διαφορετικών πολιτικών λειτουργίας και οι επιπτώσεις που αυτές έχουν στα διάφορα μεγέθη λειτουργίας του, όταν αυξάνεται η διείσδυση των Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας. Συγκεκριμένα, μελετάται ένα δίκτυο χαμηλής τάσης 17 ζυγών, το οποίο περιλαμβάνει μια πληθώρα μονάδων διεσπαρμένης παραγωγής (μία μικροτουρμπίνα, μία κυψέλη καυσίμου, δύο σειρές φωτοβολταϊκών, μία ανεμογεννήτρια και δύο ενεργειακούς διανομείς με μία μονάδα συμπαραγωγής ηλεκτρισμού θερμότητας και ένα boiler ο καθένας). Το δίκτυο εξετάζεται ως προς τρία διαφορετικά σενάρια λειτουργίας (απουσία μονάδων διεσπαρμένης παραγωγής, ανεξάρτητη λειτουργία με παρουσία μονάδων συμπαραγωγής ηλεκτρισμού θερμότητας και μικροδίκτυο), έτσι ώστε να υπάρχει μια πιο ξεκάθαρη εικόνα των πλεονεκτημάτων που παρέχει το μικροδίτκυο. Οι προσομοιώσεις πραγματοποιούνται με τη βοήθεια του προγράμματος MATLAB και η βελτιστοποίηση που απαιτείται, από το εκάστοτε σενάριο και πολιτική, γίνεται με τη μέθοδο Lagrange, μέσω της συνάρτησης ‘fmincon’ του αντίστοιχου προγράμματος. Σε κάθε σενάριο εξετάζεται το κόστος λειτουργίας του δικτύου, η έγχυση ισχύος από το ανάντη δίκτυο, η παραγωγή των μονάδων διεσπαρμένης παραγωγής και συμπαραγωγής, οι απώλειες ενέργειας και οι εκπομπές διοξειδίου του άνθρακα. Δεδομένου ότι οι εγκαταστάσεις ηλεκτροπαραγωγής θα πρέπει να αγοράζουν το σύνολο των δικαιωμάτων των εκπομπών τους, μελετάται επίσης το συνολικό κόστος λειτουργίας του δικτύου, ως άθροισμα του λειτουργικού κόστους και του κόστους αγοράς των δικαιωμάτων εκπομπών. Για την Πολιτικής του Ιδανικού Πολίτη, μελετώνται επιπλέον, το κέρδος του διαχειριστή και οι οικονομικοί δείκτες (Καθαρή Παρούσα Αξία και Έντοκη Περίοδος Αποπληρωμής) . Όλα τα μεγέθη εξετάζονται για διάφορα επίπεδα διείσδυσης ΑΠΕ. Τα αποτελέσματα παρουσιάζονται με αναλυτικά και συγκριτικά διαγράμματα στο Κεφάλαιο 7 και αναδεικνύονται οι πιο συμφέρουσες πολιτικές ανάλογα με το βαρύνον κριτήριο. Να αναφέρουμε ότι στην παρούσα εργασία αναπτύχθηκε λογισμικό με γραφικό περιβάλλον (GUI) σε περιβάλλον MATLAB, για πιο φιλική χρήση προς το χρήστη.

The main purpose of this diploma thesis is to study a microgrid under the influence of various operation scenarios and how these scenarios affect its important features, when the penetration of Renewable Energy Sources is increased. More specifically, the study refers to a 17–bus low voltage network with several distributed generation (DG) technologies (one microturbine, one fuel cell, two rows of solar panels, one windturbine, two hubs with a unit of combined heat and power (CHP) and a boiler each). Three different operation scenarios were studied (absence of DG units, independent operation of the DG units with the presence of the CHPs and Microgrid), in order to point out the advantages of microgrid. The simulations were conducted using Matlab and the optimization needed by each operation scenario is done by Lagrange Method, via the ‘fmincon’ function of Matlab. In each scenario, the following features of the grid are studied: its operational cost, the power injection from the upstream grid, the DGs’ and CHPs’ production, losses and carbon dioxide emissions. Since all electricity production units will have to buy all of their emissions allowances, the total cost of each scenario can be calculated as the sum of the operational cost and the emissions allowances cost. As far as the Policy of the Ideal Citizen is concerned, some extra parameters are studied, such as the profit of the microgrid’s manager and the financial variables (Net Present Value and Discounted Payback Period). All the features are examined for different levels Renewable Energy Sources penetration. The results are presented in the seventh (7th) chapter via analytical and comparative diagrams, and the most profitable scenario, depending on the criterion used, is highlighted. Also, it should be mentioned that software with graphical user interface (GUI) in MATLAB was developed, in order to be provide a friendlier environment for the users.