Μελέτη και Διαστασιολόγηση Υβριδικού Συστήματος στην Κάρπαθο

Abstract

Αντικείμενο αυτής της εργασίας είναι η μελέτη και η διαστασιολόγηση του Υβριδικού Συστήματος ενός Μη Διασυνδεδεμένου Νησιού,συγκεκριμένα της Καρπάθου. Το Υβριδικό Σύστημα που προτείνουμε απαρτίζεται από ένα Αιολικό Πάρκο, ένα Φ/Β Πάρκο, έναν Υδροηλεκτρικό Σταθμό αναστρέψιμης λειτουργίας, τις συμβατικές μονάδες και την Κυβερνητική Μονάδα. Για να προσομοιώσουμε τη λειτουργία του Υβριδικού Συστήματος χρησιμοποιήσαμε κώδικα προσομοίωσης γραμμένο σε προγραμματιστικό περιβάλλον Matlab (R2010b), που προσομοιώνει την ετήσια λειτουργία ενός νησιωτικού συστήματος με ωριαίο βήμα προσομοίωσης, στηριζόμενο στο ισοζύγιο ισχύος και ενέργειας του συστήματος. Αρχικά επιχειρήσαμε να κάνουμε μια αρχική διαστασιολόγηση των υποσυστημάτων που απαρτίζουν το προτεινόμενο υβριδικό σύστημα χωρίς τη βοήθεια του κώδικα προσομοίωσης. Στη συνέχεια καταρτίσαμε την οικονομοτεχνική μελέτη, ώστε να μπορέσουμε να δούμε το μέγεθος που μας συμφέρει να έχουν τα υποσυστήματα ώστε να μεγιστοποιείται η διείσδυση των ΑΠΕ αλλά και να επιτυγχάνεται το μέγιστο κέρδος από τη λειτουργία του Υβριδικού Συστήματος. Με βάση τις επικρατούσες αυτή τη στιγμή οικονομικές συνθήκες και το επιτόκιο δανεισμού καταλήξαμε στην βέλτιστη διαστασιολόγηση. Σύμφωνα με τη βέλτιστη διαστασιολόγηση και θεωρώντας ότι η λειτουργία του Υβριδικού Συστήματος θα ήταν δυνατόν να αρχίσει στα τέλη του 2012, κάναμε κάποιες εκτιμήσεις σχετικά με τα κέρδη που θα μπορούσαμε να έχουμε από τη λειτουργία του Υβριδικού Συστήματος. Παραθέτουμε και μια μελέτη ευαισθησίας που μας δείχνει ποιοι παράγοντες και κατά ποιον τρόπο επηρεάζουν το κόστος παραγωγής 1kWh και συνεπώς και τα κέρδη από τη λειτουργία του Υβριδικού Συστήματος. Τέλος παρουσιάζουμε τα ετήσια διαγράμματα σύνθεσης φορτίου για τα δεδομένα του έτους 2011, τις καμπύλες διάρκειας του κάθε υποσυστήματος και τα ποσοστά συμμετοχής του κάθε υποσυστήματος στην κάλυψη του φορτίου. Δεν εξετάσαμε ζητήματα που αφορούν στην ευστάθεια και τη μεταβατική συμπεριφορά των συστημάτων.

The purpose of this thesis is the study and size optimization of the hybrid system of a non-interconnected island, namely Karpathos. The proposed hybrid system consists of a wind farm, a PV park, a reversible hydroelectric power station, the conventional units (diesel) and the control unit. In order to simulate the operation of the hybrid system, we used a simulation code developed on the language of technical computing Matlab (R2010b),which simulates the annual operation of an island system using hourly simulation step, based on the energy and power balance of the system. At first we tried to find an initial size of the subsystems that make up the proposed hybrid system, without using the simulation code. After that we prepared the techno-economical study to find out the optimal size of the subsystems which would maximize the RES penetration and the profits from the operating hybrid system. According to the currently prevailing economic conditions and lending interest rates we estimated the optimal size of each subsystem. Based on the optimal sizing and considering that the operation of the hybrid system could begin in late 2012, we estimated the profits we could have from the operation of the hybrid system. We present a sensitivity analysis that shows us which factors and how they affect the cost of producing 1kWh and thus the profits of the operating hybrid system. Finally we present the annual load composition diagrams for the data of 2011, the duration curves for each subsystem and the participation rates for each subsystem to cover the load. Technical issues related on stability and transient behavior of the systems are not examined.