Ανάπτυξη μεθοδολογίας για τον μακροπρόθεσμο προγραμματισμό ανάπτυξης ηλεκτρικών συστημάτων με μεγάλη διείσδυση μεταβαλλόμενων ανανεώσιμων πηγών ενέργειας

• Κύριος συγγραφέας: Τίγκας, Κώστας
• Άλλοι συγγραφείς: Tigas, Kostas
• Γλώσσα: Greek
• Έκδοση: 2022
• Θέματα: Μακροπρόθεσμος σχεδιασμός παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας; Μεταβαλλόμενες ΑΠΕ; Εφεδρείες εξισορρόπησης; Αξιοπιστία; Απορριπτόμενη ενέργεια; Αποθήκευση; Long-term power generation planning; Variable RES; Balancing reserves; Reliability; Flexibility; Energy curtailment; Storage

Βασικός σκοπός της παρούσας διδακτορικής διατριβής είναι η συμβολή στις μεθοδολογίες μεσο-μακροπρόθεσμου σχεδιασμού του συστήματος παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας σε συνθήκες μεγάλης διείσδυσης μεταβαλλόμενων ΑΠΕ. Οι σύγχρονες μεθοδολογίες στοχεύουν στο συνδυασμό των μοντέλων μακροπρόθεσμου προγραμματισμού επενδύσεων ενεργειακών συστημάτων και των μεσοπρόθεσμων και βραχυπρόθεσμων μοντέλων προσομοίωσης της λειτουργίας του συστήματος παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας και μπορούν να κατηγοριοποιηθούν σε δύο μεθοδολογικές κατευθύνσεις : άμεση ενσωμάτωση της μεταβαλλόμενης παραγωγής ενέργειας από ανανεώσιμες πηγές σε μακροπρόθεσμα μοντέλα προγραμματισμού ενεργειακών συστημάτων ή διασύνδεση (soft linking) μοντέλων προγραμματισμού ενεργειακών συστημάτων, με μοντέλα προσομοίωσης της λειτουργίας συστημάτων παραγωγής. Η μαθηματική πολυπλοκότητα αποτελεί το σημαντικότερο εμπόδιο των μεθόδων άμεσης ενσωμάτωσης όλων των παραμέτρων του προβλήματος σε ένα μόνο μοντέλο, γιατί οδηγεί σε υπο-βέλτιστες λύσεις. Η γενικότερη δυσκολία να συμπεριληφθούν όλες οι παράμετροι του προβλήματος προγραμματισμού της παραγωγής σε ένα μόνο μοντέλο, μπορούν να αντιμετωπιστούν με τη διασύνδεση ενός μακροπρόθεσμου οικονομικού μοντέλου για τον προγραμματισμό των επενδύσεων ενός ενεργειακού συστήματος και ενός ή περισσότερων μοντέλων προσομοίωσης της λειτουργίας συστημάτων παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας για υψηλότερη ανάλυση της λειτουργίας της προβλεπόμενης δομής του συστήματος παραγωγής. Η προσέγγιση αυτή βελτιώνει τα αποτελέσματα των οικονομικά υπο-βέλτιστων λύσεων ενός μόνο μοντέλου. Στις σύγχρονες μεθοδολογίες διασύνδεσης μοντέλων, οι πληροφορίες που παρέχονται από τα μοντέλα προσομοίωσης της λειτουργίας του συστήματος ηλεκτρικής ενέργειας χρησιμοποιούνται ως ανατροφοδότηση για τις παραμέτρους και τους περιορισμούς των μοντέλων προγραμματισμού των επενδύσεων του ενεργειακού συστήματος. Σε μια αμφίδρομη επαναληπτική διαδικασία, όλα τα μοντέλα εκτελούνται, έως ότου συγκλίνει η λύση μετά από μερικές επαναλήψεις. Πρώτος στόχος της παρούσας διδακτορικής διατριβής είναι η ανάπτυξη μιας νέας αμφίδρομης μεθόδου διασύνδεσης μοντέλων για τον προγραμματισμό επέκτασης του συστήματος παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας με μεγάλη κλίμακα διείσδυσης μεταβαλλόμενων Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας. Για την επίτευξη αυτού του στόχου η παρούσα εργασία συνδυάζει ένα γραμμικό μακροπρόθεσμο μικροοικονομικό μοντέλο προγραμματισμού των επενδύσεων του ενεργειακού συστήματος που διασυνδέεται αμφίδρομα με ένα σύστημα μοντέλων προγραμματισμού του ηλεκτρικού συστήματος αποτελούμενου από ένα μη γραμμικό μεσο-μακρο-πρόθεσμο μοντέλο προσομοίωσης της λειτουργίας και προγραμματισμού του κατανεμόμενου συστήματος παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας που διασυνδέεται με ένα μοντέλο ανάλυσης αξιοπιστίας του συστήματος παραγωγής με μεγάλη διείσδυση μεταβαλλόμενων ΑΠΕ και με ένα μοντέλο ωριαίας κατανομής των κατανεμόμενων μονάδων. Ο συνδυασμός υφιστάμενων μοντέλων με νέα μοντέλα τα οποία έχουν αναπτυχθεί στο πλαίσιο της παρούσας εργασίας, εξασφαλίζει τη μεταφορά όλων των απαραίτητων παραμέτρων του προβλήματος από το ένα μοντέλο στο άλλο, βελτιώνοντας την ακρίβεια και την προσέγγιση της βέλτιστης λύσης. Δεύτερος στόχος είναι η ανάπτυξη και ενσωμάτωση στην παρούσα μεθοδολογία, ενός νέου μαθηματικού μοντέλου για την ανάλυση αξιοπιστίας κάτω από ευρείας κλίμακας διείσδυση μεταβαλλόμενων ΑΠΕ, με βάση τα στατιστικά στοιχεία της μεταβολής του καθαρού (υπολειπόμενου) φορτίου, και η ενσωμάτωση στο μοντέλο αυτό των υπολογιζόμενων εφεδρειών, της ευελιξίας και της αποθήκευσης. Το μοντέλο περιλαμβάνει επίσης την διαχείριση των καμπυλών διάρκειας του υπολειπόμενου φορτίου. Τρίτος στόχος είναι η ενσωμάτωση του κόστους ενίσχυσης των δικτύων για μεγάλη διείσδυση ΑΠΕ, στην διαδικασία του προγραμματισμού της παραγωγής. Ενσωματώνονται στο πρόβλημα παραγωγής οι κλάσεις δυναμικού των ΑΠΕ που αντιπροσωπεύουν αντίστοιχα κόστη παραγωγής μετά την ενσωμάτωση του κόστους των ρηχών και βαθιών συνδέσεων στο δίκτυο. Τέλος, τέταρτος στόχος είναι η ενσωμάτωση των περιορισμών δυναμικής ευστάθειας στο πρόβλημα προγραμματισμού επέκτασης της παραγωγής. Αυτή περιλαμβάνει τον υπολογισμό της απορριπτόμενης ενέργειας λόγω παραβίασης δυναμικών περιορισμών που είναι σημαντική σε ασθενώς διασυνδεδεμένα δίκτυα.