Μοντελοποίηση και ανάλυση της λειτουργίας υφιστάμενου υδροηλεκτρικού συστήματος μετά την ένταξη πρόσθετων μονάδων αντλησιοταμίευσης για αποθήκευση απορριπτόμενης παραγωγής από Α.Π.Ε.

Abstract

Η διπλωματική αυτή εργασία διερευνά τη δυνατότητα ανάπτυξης βιώσιμων επενδυτικών σχεδίων που να χρησιμοποιούν το σύστημα της αντλησιοταμίευσης, ως μέθοδο αποταμίευσης ενέργειας σε ένα περιβάλλον όλο και αυξανόμενης εγκατεστημένος ισχύος ανανεώσιμων πηγών ενέργειας. Ως γνωστόν, η αξιοποίηση της αιολικής και φωτοβολταϊκής παραγωγής υπόκειται στο σημαντικό περιορισμό του ανώτατου ορίου διείσδυσής τους, ώστε να επιτυγχάνεται η σταθερότητα και η αξιοπιστία του ηλεκτρικού δικτύου επειδή, χαρακτηρίζονται από διακοπτόμενη, ευμετάβλητη και μη προβλέψιμη λειτουργία. Στόχος της παρούσας εργασίας είναι η διερεύνηση βιώσιμων και εφικτών σχεδίων αντλησιοταμίευσης, με απώτερο σκοπό την αύξηση της διείσδυσης της αιολικής και ηλιακής ενέργειας στο ελληνικό ηλεκτρικό σύστημα. Μελετάται η περίπτωση των ταμιευτήρων του Καστρακίου και του Στράτου στον ποταμό Αχελώο, που ήδη αποτελούν δύο από τα μεγαλύτερα υδροηλεκτρικά έργα της Ελλάδας. Συγκεκριμένα, διερευνάται η δυνατότητα μετατροπής της μονάδας του Καστρακίου σε αντιστρέψιμη, σε συνδυασμό με κατασκευή πρόσθετων τεχνητών ταμιευτήρων στο ευνοϊκό γεωγραφικό περιβάλλον τις περιοχής με έντονες υψομετρικές διαφορές, που θα αυξήσουν τη δυνατότητα αντλησιοταμίευσης του όλου συστήματος. Για τη διερεύνηση χρησιμοποιείται υπολογιστικός αλγόριθμος, ο οποίος υπολογίζει την απορριπτόμενη αιολική παραγωγή από το υφιστάμενο δίκτυο και την αποθηκεύει στους προκαθορισμένους σταθμούς αντλησιοταμίευσης, απ’ όπου επαναδιοχετεύεται στο δίκτυο κατά τις ώρες υψηλής ζήτησης. Ακολουθεί οικονομοτεχνική και ενεργειακή μελέτη, η οποία διερευνά τη βιωσιμότητα της επένδυσης, άλλα και τα ενεργειακά οφέλη για διάφορες πιθανές εξελίξεις της αιολικής ανάπτυξης στις επόμενες δεκαετίες, καθώς και της παράλληλης ανάπτυξης των Φωτοβολταϊκών συστημάτων. Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι από ενεργειακής άποψης το σύστημα εκμεταλλεύεται ένα μέρος της απορριπτόμενης ενέργειας, αλλά όσο αυξάνονται οι απορρίψεις αυτό το ποσοστό ελαττώνεται. Έτσι,από επενδυτικής άποψης σε πρώτο στάδιο μπορεί να κατασκευαστεί η αντιστρέψιμη μονάδα Στράτου – Καστρακίου, αλλά οι υπόλοιπες θα πρέπει να αναμένουν την αύξηση της εγκατεστημένης ισχύος αιολικών και ηλιακών πάρκων κατά τα επόμενα χρόνια και να προχωρήσει σταδιακά η υλοποίησή τους, ώστε να είναι επικερδείς.

This diploma thesis explores the possibility of developing viable investment projects using pumped storage as a method of saving energy in an environment of ever-increasing installed power of Renewable Energy Sources. The exploitation of wind and photovoltaic production is subject to the important restriction of their maximum penetration limit in order to achieve the stability and reliability of the network because they are characterized by intermittent, variable and unpredictable operation. The aim of this study is the enquiry of viable and feasible pumped storage projects, for the purpose of increasing the penetration of wind and solar energy in Greek electric system. The case of the reservoirs of Kastraki and Stratos near river Acheloos are being studied, which are currently two of the largest hydroelectric plants in Greece. In particular, the possibility of converting the unit of Kastraki in reversible pumped storage plant is being investigated combined with the construction of additional artificial reservoirs in the favorable geographical environment with intense elevation differences, which would increase the pumped storage capacity of the whole system. For the present investigation, a computer algorithm is used, that computes the rejected wind production from the existing electricity grid and saves this energy to the defined pumped storage units, from where it is redirected to the grid during the high demand hours. An economic and energy study follows, which investigates the viability of the investment and the energy benefits for various possible development rates of wind power production in the coming decades as also the parallel development of photovoltaic systems. The results show that from the energy point of view the system exploits a portion of the rejected energy, but as long as rejections increase, this portion reduces. Concerning the feasibility of the investment, the reversible unit of Stratos-Kastraki can be constructed at first, but the rest units should wait the increase of wind and solar installations in the next years and be gradually realized in order to be profitable.