Βελτιστοποίηση συστημάτων ανανεώσιμων πηγών ενέργειας

Abstract

Σε ένα αυτόνομο υβριδικό σύστημα το οποίο αποτελείται από φωτοβολταϊκά πάνελ, ανεμογεννήτριες και αντλησοταμίευση για την κάλυψη αναγκών 100 000 κατοίκων, επιχειρείται να βρεθεί ο οικονομικότερος συνδυασμός πηγών ενέργειας και μεγέθους ταμιευτήρα για δεδομένο επίπεδο υπηρεσίας. Για να επιτευχθεί αυτό δημιουργείται ένα αριθμητικό μοντέλο το οποίο υλοποιείται σε γλώσσα Pascal παρέχοντας ένα λογισμικό υπολογισμού που υποστηρίζει πολύ μεγαλύτερο αριθμό βημάτων από ένα λογιστικό φύλλο καθώς και μαζική επεξεργασία σεναρίων. Από χρονοσειρές μετεωρολογικών σταθμών υπολογίζονται για κάθε ημέρα του έτους στατιστικά μεγέθη (μέση τιμή, τυπική απόκλιση) για την μέση ένταση της ηλιακής ακτινοβολίας, της μέσης ταχύτητας του ανέμου και της μέσης ζήτησης ηλεκτρικής ενέργειας. Τμήματα του μοντέλου που αφορούν τον υπολογισμό ενέργειας σε κάθε βήμα καθώς και τα στατιστικά των μετεωρολογικών δεδομένων επαληθεύονται υπολογίζοντας ετήσιους βαθμούς απόδοσης οι οποίοι συγκρίνονται με τιμές της βιβλιογραφίας. Με δεδομένα τα μετεωρολογικά χαρακτηριστικά και τα χαρακτηριστικά της ζήτηση ενέργειας, εκτελούνται σενάρια με όλους τους συνδυασμούς μεγεθών ταμιευτήρα, συντελεστή ασφαλείας της παραγωγής και ποσοστού ανεμογεννητριών επί του συνόλου της παραγωγής. Προκύπτει ότι η χρήση των φωτοβολταϊκών πάνελ ενώ μπορεί να έχει θετική επιρροή στο επίπεδο υπηρεσίας, είναι οικονομικά ασύμφορη για κάθε σενάριο, αν συνυπολογιστεί το κόστος τους και ο μειωμένος ετήσιος βαθμός απόδοσης. Στη συνέχεια εξετάζοντας το πρόβλημα δύο παραμέτρων πλέον, εξάγονται συμπεράσματα για το πως μεταβάλλεται το επίπεδο υπηρεσίας σε σχέση με τον συντελεστή ασφαλείας της παραγωγής ενέργειας και το μέγεθος του ταμιευτήρα, χωρίς όμως να δίνεται βέλτιστη οικονομικά λύση λόγω τις ιδιαιτερότητας της κοστολόγησης του ταμιευτήρα.

In an autonomous hybrid system comprised of photovoltaic panels, wind generators and pumped storage to cover the needs of 100 000 households, the optimal combination of energy sources and reservoir is investigated for a given service level. To achieve this, a numerical model was created on Pascal. The resulting computational software supports is capable of handling a much larger number of steps than a spread sheet, as well as multiple scenario processing. Using weather station timelines, statistical data (mean and standard deviation) on average intensity of solar radiation, average wind speed and average electricity requirements are processed for every day of the year. Parts of the model regarding energy calculations for each iteration, as well as the statistical values of the meteorological data are verified by calculating capacity factors, the values of which are compared to literature. Using weather data and energy requirements, scenarios capturing all combinations of reservoir size, production safety factor and percentage of wind generators in the total production are performed. It is observed that the use of photovoltaic panels, although having a positive effect on service levels, is financially inadvisable in every scenario as a result of their high cost and low capacity factors. As a system with two variables is consequently examined, conclusions are extracted on the variations of service levels with respect to the safety factor of energy production and the reservoir size; however, an optimal economic solution is not provided due to inconsistencies in reservoir expenditures.