Προσομοίωση και αξιολόγηση υβριδικών συστημάτων ηλεκτρικής ενέργειας μικρής κλίμακας που εμπεριέχουν τεχνολογίες ανανεώσιμων πηγών ενέργειας

Abstract

Η παρούσα μεταπτυχιακή διατριβή πραγματεύεται τη μελέτη υβριδικών συστημάτων ηλεκτρικής ενέργειας μικρής κλίμακας, τα οποία μπορούν να περιλαμβάνουν συνδυασμό συμβατικών μονάδων παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας και τεχνολογιών ανανεώσιμων πηγών ενέργειας (ΑΠΕ), προτείνοντας μεθοδολογίες που σχετίζονται με την οικονομική αξιολόγηση και τη βέλτιστη σχεδίαση της δομής τους. Επιπλέον, το υβριδικό σύστημα μπορεί να εμπεριέχει μονάδες αποθήκευσης της ηλεκτρικής ενέργειας.

Κατά την ανάλυση των παραπάνω συστημάτων, αποσαφηνίζεται ο όρος διεσπαρμένη παραγωγή (distributed generation) που αφορά την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας από μονάδες μικρής ισχύος, και περιγράφονται οι μονάδες που μπορούν να χρησιμοποιηθούν στη διεσπαρμένη παραγωγή, δίνοντας έμφαση στις τεχνολογίες ΑΠΕ. Παρουσιάζονται επίσης τα χαρακτηριστικά των αποθηκευτικών διατάξεων και αναλύεται η αξιοποίησή τους στα δίκτυα διανομής ηλεκτρικής ενέργειας. Επιπλέον, γίνεται εισαγωγή στην έννοια του μικροδικτύου (microgrid), το οποίο αποτελεί μια ειδικότερη μορφή δικτύου διανομής με μονάδες διεσπαρμένης παραγωγής, που περιλαμβάνει δικό του αποκεντρωμένο σύστημα ελέγχου και μπορεί να λειτουργήσει τόσο σε διασυνδεδεμένη λειτουργία με το ανάντη δίκτυο διανομής, όσο και απομονωμένο.

Επίσης, παρουσιάζεται η μεθοδολογία ανάλυσης και αξιολόγησης των υβριδικών συστημάτων ηλεκτρικής ενέργειας μικρής κλίμακας, που βασίζεται στην ετήσια προσομοίωση της λειτουργίας τους ανά καθορισμένα χρονικά βήματα. Η διαδικασία της ανάλυσης περιλαμβάνει τη μοντελοποίηση των εξαρτημάτων που περιέχονται στο σύστημα, καθώς και του τρόπου συνεργασίας τους. Για την αξιολόγηση των συστημάτων αυτών χρησιμοποιούνται συνήθως οικονομικά και περιβαλλοντικά κριτήρια.

Η μοντελοποίηση, η προσομοίωση καθώς και ο βέλτιστος σχεδιασμός των υβριδικών συστημάτων γίνεται με χρήση των λογισμικών HOMER και RETScreen 4. Κατόπιν, πραγματοποιείται συγκριτική αξιολόγηση των παραπάνω λογισμικών.

ABSTRACT

This thesis deals with the study of small scale hybrid power systems, which may include a combination of conventional power plant technologies and technologies based on renewable energy sources (RES), by suggesting methodologies related to economic evaluation and optimal sizing. Moreover, the hybrid power system can include electricity storage units.

During the analysis of these systems, the term of distributed generation is clarified, which is related to the production of electricity from small power plants. Moreover, the units which can be used in distributed generation are described, focusing on renewable energy technologies. The characteristics of electricity storage devices are also presented, and their utilization in electricity distribution networks is analyzed. In addition, the concept of microgrid is introduced, which is a particular form of distribution network with dispersed production units, that includes its own decentralized control system and can operate both isolated and interconnected with upstream distribution network.

In this thesis, the methodology of analysis and evaluation of small scale hybrid power systems is also presented, based on annual simulation of their operation at defined time steps. The analysis process involves modelling the components contained in the system, as well as their cooperation. For the evaluation of these systems, the criteria that are commonly used are environmental and financial.

Modelling, simulation and optimal sizing of hybrid systems is implemented using the HOMER and RETScreen 4 software. Following, a comparative evaluation of these softwares is performed.