Μελέτη χωροθέτησης, βέλτιστου σχεδιασμού και λειτουργίας υβριδικού σταθμού παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας από αιολικά και αντλησιοταμίευση στο μη-διασυνδεδεμένο ηλεκτρικό δίκτυο του συμπλέγματος περιοχής Κω

Abstract

Αντικείμενο της παρούσας διπλωματικής αποτελεί η χωροθέτηση, ο βέλτιστος σχεδιασμός και η λειτουργία ενός υβριδικού σταθμού αποτελούμενου από αιολικό σταθμό με σύστημα αντλησιοταμίευσης στο αυτόνομο, μη-διασυνδεδεμένο με το ηπειρωτικό ηλεκτρικό δίκτυο σύμπλεγμα της περιοχής Κω. Ο βέλτιστος σχεδιασμός οδηγεί στη βελτιστοποίηση κόστους μιας τέτοιας επένδυσης η οποία μπορεί να είναι ταυτόχρονα “ελκυστική” αλλά και να προσφέρει μια πιο καθαρή και αυτόνομη ενεργειακή παραγωγή, ελαχιστοποιώντας τη χρήση ορυκτών καυσίμων. Η ελαχιστοποίηση της χρήσης ορυκτών καυσίμων για την παραγωγή ενέργειας προς κατανάλωση μπορεί να προσφέρει σημαντικά οφέλη στις τοπικές κοινωνίες των νησιών. Η παρούσα διπλωματική βασίζεται σε πραγματικά δεδομένα αιολικού δυναμικού από ανεμολογικό ιστό εγκατεστημένο στην περιοχή μελέτης, πραγματικά δεδομένα χροσειράς φορτίου κατανάλωσης, καθώς και ενεργειακής παραγωγής από εγκατεστημένα έργα ΑΠΕ του αυτόνομου μη-διασυνδεμένου συμπλέγματος της περιοχής Κω. Ένας άλλος σημαντικός παράγοντας ο οποίος έχει στηριχθεί σε πραγματικά δεδομένα είναι αυτός της ψηφιοποιημένης ορογραφίας της περιοχής μελέτης. Η ψηφιοποιημένη ορογραφία ή ψηφιοποιημένο τεραίν χρησιμοποιήθηκε για την ανάλυση της εκτιμώμενης ενεργειακής παραγωγής του αιολικού σταθμού με τη χρήση και του εμπορικού προγράμματος Wasp της Risoe σε περιοχές διαφορετικές της θέσης του ιστού. Eπίσης η ψηφιοποιημένη ορογραφία ήταν ουσιαστική στην εξεύρεση κατάλληλων τοποθεσιών λιμνοδεξαμενής για την αποθήκευση και χρήση της υδραυλικής ενέργειας σε περιόδους μη αιολικής παραγωγής, καθώς και σε περιόδους χαμηλής ζήτησης φορτίου από τους καταναλωτές του συμπλέγματος. Η ψηφιοποιημένη ορογραφία επίσης προέκυψε από τη συστηματική χρήση και ανάλυση ψηφιακών μοντέλων εδάφους (dem) με τη χρήση του εμπορικού προγράμματος ARCGIS. Ουσιαστική για τα αποτελέσματα διαστασιολόγησης και βελτιστοποίησης είναι τέλος και η χρήση του προγράμματος HYPSOS του Εργαστηρίου Υδροδυναμικών Μηχανών. Το HYPSOS είναι πρόγραμμα σχεδιασμένο σε γλώσσα προγραμματισμού Fortran το οποίο κάνοντας χρήση των πραγματικών δεδομένων δικτύων μπορεί να εξάγει πληθώρα ενεργειακών αλλά και οικονομικών αποτελεσμάτων, καθιστώντας έτσι δυνατή την εύρεση βέλτιστου σχεδιασμού και λειτουργίας ενός υβριδικού σταθμού στα μη-διασυνδεδεμένα αυτόνομα δίκτυα. Τα αποτελέσματα δείχνουν από πλευράς μεθοδολογίας μια γρήγορη, εύκολη, οικονομική και ακριβής διαδικασία χωροθέτησης, διαστασιολόγησης και βελτιστοποίησης του συστήματος ενός ΥΒΣ, ενώ από πλευράς μελέτης δείχνουν την ύπαρξης μιας βέλτιστης λύσης η οποία να είναι ικανή να προσελκύσει το ενδιαφέρον επένδυσης χωρίς αυτό να σημαίνει υψηλό κόστος από τη πλευρά του καταναλωτή του μη-διασυνδεδεμένου συμπλέγματος.

The present diploma thesis is the “micro-sitting” and the optimization in design and operation of an energy production hybrid power plant consisting of a windhydro station in the non-interconnected to the mainland grid cluster region of Kos. Optimizing energy penetration leads to optimizing cost of such an investment, which can be both "attractive" and also provide a clearer and autonomous energy production by minimizing the use of fossil fuels. Minimizing the use of fossil fuels for energy production can offer significant benefits to local communities of the noninterconnected islands. This thesis is based on real data from meteorological mast installed in the study area, load consumption and energy production time series data from res units installed in the non-interconnected cluster region of Kos. Another important factor which is based on real data is that of the digitized orography of the study area. The digital orography or the digitized terrain model is used to analyze the estimated energy production of the wind farm by using the commercial program “Wasp” from Risoe in sites other than the site of the installed met mast. Also digitized orography was essential for determining suitable locations for reservoir storage and use of hydraulic power during periods of non-wind production and in periods of low load demand by consumers in the cluster. Finally essential for the dimensioning and optimization was the use of the software “HYPSOS” . HYPSOS was created and developed from the Laboratory of Hydraulic Turbo machines with Fortran programming language. HYPSOS uses real data from an electric grid and is capable of extracting economic and energy results, that are necessary for the optimal design and integration of a hybrid power plant in non-interconnected autonomous electrical networks. The results show in terms of methodology a fast, easy, economic and precise procedure for siting, sizing and system optimization of a Hybrid Power Plant, whereas in terms of study the results show the existence of an optimal solution that is able to create an investment without being expensive for the consumer of the noninterconnected electrical grid.