Διπλωματική Εργασία. του φοιτητή του Τμήματος Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών της Πολυτεχνικής Σχολής του Πανεπιστημίου Πατρών

Transcript

1 ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΠΑΤΡΩΝ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΚΑΙ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ ΤΟΜΕΑΣ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ, ΜΕΤΑΦΟΡΑΣ, ΔΙΑΝΟΜΗΣ ΚΑΙ ΧΡΗΣΙΜΟΠΟΙΗΣΕΩΣ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ Διπλωματική Εργασία του φοιτητή του Τμήματος Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών της Πολυτεχνικής Σχολής του Πανεπιστημίου Πατρών Γεώργιου Κατσαρού του Δημητρίου Αριθμός Μητρώου: 6274 Θέμα Μοντελοποίηση και δυναμική ανάλυση μικροδικτύου Επιβλέπων Αντώνιος Θ. Αλεξανδρίδης Αριθμός Διπλωματικής Εργασίας: Πάτρα, Οκτώβριος 2012

2 2

3 ΠΙΣΤΟΠΟΙΗΣΗ Πιστοποιείται ότι η Διπλωματική Εργασία με θέμα: Μοντελοποίηση και δυναμική ανάλυση μικροδικτύου του φοιτητή του Τμήματος Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών Γεώργιου Κατσαρού του Δημητρίου Αριθμός Μητρώου: 6274 Παρουσιάστηκε δημόσια και εξετάστηκε στο Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών στις././... Ο Επιβλέπων Καθηγητής Αντώνιος Θ. Αλεξανδρίδης Ο Διευθυντής του Τομέα Καθηγητής Αντώνιος Θ. Αλεξανδρίδης 3

4 4

5 Αριθμός Διπλωματικής Εργασίας: Θέμα: Μοντελοποίηση και δυναμική ανάλυση μικροδικτύου Φοιτητής: Κατσαρός Γεώργιος Επιβλέπων: Αντώνιος Θ. Αλεξανδρίδης Περίληψη Η παρούσα διπλωματική αφορά την δυναμική ανάλυση ενός μικροδικτύου και των στοιχείων που το αποτελούν. Παρουσιάζεται η μοντελοποίηση ενός υβριδικού μικροδικτύου, με φωτοβολταϊκή μονάδα και συσσωρευτή, καθώς και ηλεκτρονικούς μετατροπείς. Η μοντελοποίηση μεταφέρεται στον ηλεκτρονικό υπολογιστή με την βοήθεια του λογισμικού Simulink, για την εξαγωγή και μελέτη των αποτελεσμάτων και των γραφικών παραστάσεων. Στο πρώτο κεφάλαιο γίνεται μια εισαγωγή στη κατανεμημένη παραγωγή. Αναφέρεται ο ορισμός της, μερικά ιστορικά στοιχεία και οι λόγοι που οδηγούν στην ραγδαία ανάπτυξή της. Στο δεύτερο κεφάλαιο αναλύονται τα χαρακτηριστικά του μικροδικτύου. Η θέση εγκατάστασης, η διασύνδεση με το κεντρικό δίκτυο και οι επιπτώσεις του σε αυτό. Επίσης, αναφέρονται τα πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα των μικροδικτύων. Στο τρίτο κεφάλαιο αναφέρονται οι διάφορες τεχνολογίες παραγωγής ενέργειας σε ένα μικροδίκτυο, δίνοντας περισσότερη έμφαση στα φωτοβολταϊκά, που θα χρησιμοποιηθούν και στο μικροδίκτυο που θα μοντελοποιηθεί. Στο τέταρτο κεφάλαιο αναφέρονται οι μονάδες αποθήκευσης που χρησιμοποιούνται σε ένα μικροδίκτυο, δίνοντας περισσότερη έμφαση στους συσσωρευτές(μπαταρίες). Στο πέμπτο κεφάλαιο παρουσιάζονται οι ηλεκτρονικοί μετατροπείς ενός μικροδικτύου και μερικά χαρακτηριστικά της λειτουργίας τους. Περισσότερη έμφαση δίνεται στους DC/DC μετατροπείς. Στο έκτο κεφάλαιο γίνεται η μοντελοποίηση ενός υβριδικού μικροδικτύου με κύρια πηγή μια φωτοβολταϊκή διάταξη και δευτερεύουσα μια μπαταρία ιόντων λιθίου. Χρησιμοποιούνται ακόμα δύο ηλεκτρονικοί μετατροπείς συνεχούς. Η 5

6 μαθηματική ανάλυση έγινε με τις εξισώσεις Euler-Lagrange. Για τον έλεγχο χρησιμοποιήθηκαν δύο PI ελεγκτές. Τέλος στο έβδομο κεφάλαιο γίνεται η προσομοίωση του μικροδικτύου με το λογισμικό Simulink και παρουσιάζονται τα αποτελέσματα της λειτουργίας μαζί με τον σχολιασμό τους. Λέξεις Κλειδιά: κατανεμημένη παραγωγή, μικροδίκτυο, υβριδικό, αυτόνομο, φωτοβολταϊκό, συσσωρευτής, ηλεκτρονικοί μετατροπείς συνεχούς, μοντελοποίηση, προσομοίωση, Simulink, γραμμικός έλεγχος, PI ελεγκτές, μεταβαλλόμενο φορτίο. Abstract This thesis concerns the dynamic analysis of a microgrid and its constituent elements. It presents the modeling of a hybrid microgrid with battery and PV module, as well as electronic converters. The modeling is transferred to PC with the help of 'Simulink' software, to extract and study the results and the graphs of the different variables. The first chapter is an introduction to distributed generation. It presents the definition, some historical facts and the reasons leading to its rapid development. The second chapter analyzes the characteristics of the microgrid, such as the installation, the connection to the main grid and the impact on it. They are, also, presented the advantages and disadvantages of microgrids. In the third chapter are presented the various energy generation technologies in a microgrid, with an extended reference on photovoltaics, which will be used in the microgrid modeled in this thesis. In the fourth chapter are presented the storage units used in a microgrid, emphasizing on the batteries. The fifth chapter concerns the electronic converters used in a microgrid and some features of their operation. The DC/DC converters are studied in depth. The sixth chapter consists of the modeling of a hybrid microgrid using a photovoltaic array as primary source and a lithium-ion battery as a secondary one. In addition, two DC/DC converters are used. The mathematical analysis was done with the equations Euler-Lagrange. Also, two PI controllers are used. 6

7 Finally, in the seventh chapter, the simulation of the microgrid is performed with the software 'Simulink' and the results are presented alongside with commentary. Key words: distributed generation, microgrid, hybrid, islanded operation, photovoltaic, battery, DC/DC converters, modeling, simulation, Simulink, linear control, PI controllers, variable load resistor 7

8 8

9 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ Κεφάλαιο 1 Κατανεμημένη Παραγωγή 1.1 Ορισμός Σκοπός Πως ξεκίνησε Ανανεώσιμες Πηγές Ενέργειας Λόγοι ανάπτυξης Θέση κατανεμημένης παραγωγής Περιοχή που τροφοδοτεί Ιδιοκτησιακό καθεστώς Τεχνολογίες παραγωγής ενέργειας Κατηγοριοποίηση μονάδων παραγωγής Κατανεμημένη παραγωγή και περιβαλλοντικές επιπτώσεις Πλεονεκτήματα Μειονεκτήματα Μετάβαση από το σήμερα στο αύριο..25 Κεφάλαιο 2 Μικροδίκτυα 2.1 Εισαγωγή, ορισμός Θέση εγκατάστασης Διασύνδεση με το δίκτυο Δίκτυα διανομής και μεταφοράς Προδιαγραφές σύνδεσης εξοπλισμός 31 9

10 2.3.3 Επιδράσεις στο κεντρικό δίκτυο Μεταβολή τάσης Ποιότητα ισχύος Επιπτώσεις γεννητριών στο δίκτυο Διαχείριση μεταβατικών φαινομένων Διαφοροποιήσεις σε σχέση με το δίκτυο Χαρακτηριστικά λειτουργίας Ανεξαρτητοποίηση μονάδων Plug n Play Πλεονεκτήματα Μειονεκτήματα...37 Κεφάλαιο 3 Μονάδες Παραγωγής Μικροδικτύου - Διαθέσιμες Τεχνολογίες 3.1 Ανεμογεννήτριες Αιολική ενέργεια Λειτουργία και τεχνικά χαρακτηριστικά Σύνδεση στο δίκτυο Κόστος Μέλλον Συστήματα Συμπαραγωγής Ηλεκτρισμού και Θερμότητας (ΣΗΘ) Η έννοια της ΣΗΘ Καύσιμα και απόδοση Εφαρμογές Διαχωρισμός συστημάτων συμπαραγωγής Κατηγορίες ΣΗΘ Κύτταρα Καυσίμου (Fuel Cells) Ορισμός Σήμερα Αρχές Λειτουργίας 53 10

11 3.3.4 Διάφορα είδη και εφαρμογές Πλεονεκτήματα Μειονεκτήματα Φωτοβολταϊκά Ηλιακή ενέργεια Το φωτοβολταϊκό φαινόμενο Λειτουργία ηλιακών κυττάρων Το ισοδύναμο κύκλωμα Καμπύλη V-I Παράγοντες απόδοσης των φωτοβολταϊκών Ηλιακοί ιχνηλάτες Κάτοπτρα και πύργοι Καθαριότητα Ανίχνευση μέγιστου σημείου ισχύος(mppt) Εφαρμογές Πλεονεκτήματα Μειονεκτήματα Μέτρα για μείωση των επιπτώσεων 75 Κεφάλαιο 4 Μονάδες Αποθήκευσης 4.1 Γενικά Μηχανές υψηλής στρεφόμενης αδράνειας(flywheels) Πυκνωτές μεγάλης χωρητικότητας(super-capacitors) Υπεραγώγιμα πηνία Πεπιεσμένος αέρας-αντλίες-υδρογόνο Ηλεκτρικοί συσσωρευτές(μπαταρίες) Κατασκευαστική δομή και αρχές λειτουργίας Χαρακτηριστικά μεγέθη Παράγοντες που επηρεάζουν την χωρητικότητα Τύποι συσσωρευτών

12 Κεφάλαιο 5 Ηλεκτρονικοί μετατροπείς ισχύος 5.1 Αντιστροφείς DC/AC Οι αντιστροφείς στα φωτοβολταϊκά συστήματα Οι αντιστροφείς στις ανεμογεννήτριες Οι αντιστροφείς στα κύτταρα καυσίμου Οι αντιστροφείς στα αυτόνομα δίκτυα Χρόνος ζωής Μετατροπείς ισχύος συνεχούς DC/DC Σκοπός Λειτουργία Εφαρμογές Διατάξεις μετατροπέων DC/DC Διαμόρφωση εύρους παλμών Πλεονεκτήματα των DC/DC μετατροπέων Έλεγχος τάσης και συχνότητας..100 Κεφάλαιο 6 Μελέτη αυτόνομου, υβριδικού μικροδικτύου, DC ρεύματος, με χρήση φωτοβολταϊκών και μπαταρίας 6.1 Σκοπός Περιγραφή προτεινόμενου συστήματος Η φωτοβολταϊκή διάταξη Το μοντέλο του συσσωρευτή Οι μετατροπείς DC/DC Οι μαθηματικές εξισώσεις Euler Lagrange Το φορτίο Ο έλεγχος

13 Κεφάλαιο 7 Προσομοίωση του υβριδικού μικροδικτύου με το λογισμικό Simulink 7.1 Η δομή του συστήματος Το μοντέλο του φωτοβολταϊκού Ο πίνακας των z i Οι έλεγχοι Το μοντέλο της μπαταρίας Αποτελέσματα και γραφικές παραστάσεις Το φωτοβολταϊκό Η μπαταρία Το φορτίο Τα σήματα ελέγχου 126 Κεφάλαιο 8 Συμπεράσματα και προτάσεις για βελτίωση και περαιτέρω έρευνα 8.1 Συμπεράσματα και προτάσεις

14 14

15 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 ΕΙΣΑΓΩΓΗ 1. ΚΑΤΑΝΕΜΗΜΕΝΗ ΠΑΡΑΓΩΓΗ(ΚΠ) 1.1 Ορισμός Η κατανεμημένη παραγωγή(κπ) ορίζεται ως η παραγωγή ενέργειας μικρής κλίμακας, άμεσα συνδεδεμένη στο δίκτυο διανομής, με τιμές που κατά κανόνα κυμαίνονται από 1kW μέχρι 100MW,. Είναι μία σχετικά καινούρια τάση στην αγορά ηλεκτρικής ενέργειας και στην βιομηχανία ηλεκτρισμού. Συχνά συναντάται και με τους εναλλακτικούς ελληνικούς όρους: διανεμημένη παραγωγή, διάσπαρτη παραγωγή, επί τόπου παραγωγή, ενσωματωμένη παραγωγή, αποκεντρωμένη παραγωγή. Στα αγγλικά ονομάζεται Distributed Generation ενώ συναντάται επίσης με ένα πλήθος εναλλακτικών όρων όπως: embedded generation, dispersed generation, decentralised generation. Με την μέχρι τώρα έρευνα στην βιβλιογραφία αλλά και στις νομοθεσίες των διαφόρων κρατών φαίνεται να μην υπάρχει ομοφωνία για έναν κοινό και σαφή ορισμό πάνω στο θέμα της κατανεμημένης παραγωγής. Προκειμένου να διατυπωθεί ένας ενιαίος ορισμός, αλλά και να γίνει κατανοητή η έννοια της κατανεμημένης παραγωγής, είναι απαραίτητο να γίνει αναφορά πάνω σε κάποια βασικά ζητήματα που αφορούν αυτόν τον τρόπο παραγωγής όπως είναι ο σκοπός για τον οποίο γίνεται η παραγωγή, η τοποθεσία, το μέγεθος, η τεχνολογία που χρησιμοποιείται, η περιοχή που τροφοδοτεί,οι επιπτώσεις στο περιβάλλον, ο τρόπος λειτουργίας, το ιδιοκτησιακό καθεστώς και το ποσοστό διείσδυσης της ΚΠ. Παρακάτω γίνεται μία περιγραφή ορισμένων από τα θέματα αυτά προκειμένου να καταστεί σαφές σε τι αναφερόμαστε όταν μιλάμε για κατανεμημένη παραγωγή[1]. Εάν θέλαμε να δώσουμε ένα ενιαίο ορισμό που μπορεί να γίνει γενικά αποδεκτός θα μπορούσαμε να πούμε ότι κατανεμημένη παραγωγή είναι οποιαδήποτε πηγή παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας συνδεδεμένη άμεσα στο δίκτυο διανομής ή στη θέση κατανάλωσης ή πιο απλά οι μονάδες παραγωγής ενέργειας έχουν εγκατασταθεί κοντά στο σημείο κατανάλωσης (φορτίο)[2]. 15

16 1.2 Σκοπός Σκοπός της ΚΠ είναι η παροχή ηλεκτρικής ενέργειας στην καρδιά ενός συστήματος ηλεκτρικής ενέργειας από πολλές μικρές πηγές ενέργειας εξαρτάται δηλαδή κυρίως από την εγκατάσταση και την λειτουργία ενός συνόλου από μικρού μεγέθους, συμπαγείς και καθαρές μονάδες παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας κοντά στη θέση του ηλεκτρικού φορτίου. Αυτό που επιδιώκεται είναι η παραγωγή ενεργού ισχύος χωρίς ωστόσο να επιβάλλεται η παραγωγή άεργου ισχύος. 1.3 Πως ξεκίνησε: Η κατανεμημένη παραγωγή εμφανίστηκε σαν μέθοδος από τη στιγμή που ξεκίνησε η παραγωγή και εκμετάλλευση της ηλεκτρικής ενέργειας σε ευρύ επίπεδο. Στα αρχικά στάδια παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας, η κατανεμημένη παραγωγή εφαρμόστηκε ουσιαστικά σαν κανόνας και όχι σαν εξαίρεση, όπως τη σημερινή εποχή. Την περίοδο εκείνη τα εργοστάσια παραγωγής ισχύος παρείχαν ηλεκτρισμό σε φορτία τα οποία χωροταξικά ήταν τοποθετημένα στην κοντινή σε αυτά περιοχή. Προτού γίνει κανόνας η παραγωγή και χρήση εναλλασσόμενης ηλεκτρικής ισχύος τα ηλεκτρικά δίκτυα ήταν δίκτυα συνεχούς ρεύματος ( DC ), με συνέπεια η τάση παροχής αλλά και η απόσταση μεταφοράς της ισχύος να είναι περιορισμένα και προκειμένου να υπάρξει ισορροπία μεταξύ κατανάλωσης και ζήτησης γινόταν ευρεία χρήση τοπικών μέσων αποθήκευσης ηλεκτρικής ενέργειας ( π.χ. συσσωρευτές ) που ήταν σε θέση να συνδεθούν άμεσα με το δίκτυο ισχύος. Η χρήση εναλλασσόμενου ρεύματος αντικατέστησε το συνεχές, λόγω της δυνατότητας που παρείχε για μεταφορά ηλεκτρικής ενέργειας σε μεγάλες αποστάσεις με μικρές απώλειες ( οι θερμικές απώλειες στους αγωγούς είναι ανάλογες του τετραγώνου της τιμής του ρεύματος που τους διαρρέει P loss = IR 2 ), οδηγώντας σε αύξηση του μεγέθους της παραγωγής, των δικτύων μεταφοράς-διανομής αλλά και του αριθμού των φορτίων. Η δημιουργία μεγάλων σταθμών παραγωγής που εξυπηρετούν αυξημένο αριθμό φορτίων σε μεγάλου εύρους περιοχή αποτέλεσε τον μέχρι σήμερα χρησιμοποιούμενο τρόπο παραγωγής που ονομάζεται κεντρική παραγωγή. 1.4 Ανανεώσιμες πηγές ενέργειας Στο σημείο αυτό θεωρείται σκόπιμο να γίνει μια μικρή αναφορά στις ανανεώσιμες πηγές ενέργειας. Ανανεώσιμες Πηγές ενέργειας (ΑΠΕ) αποκαλούνται οι εκμεταλλεύσιμες μορφές ενέργειας που προέρχονται από φυσικές διεργασίες. Οι ανανεώσιμες πηγές ενέργειας ανήκουν στις ήπιες 16

17 μορφές ενέργειας, δηλαδή δεν χρειάζεται κάποια ενεργητική παρέμβαση(εξόρυξη, άντληση ή καύση) και είναι φιλικές προς το περιβάλλον. Το κύριο όμως χαρακτηριστικό των ΑΠΕ είναι ότι ανανεώνονται συνεχώς και οι πηγές τους είναι ανεξάντλητες. Σε παγκόσμιο επίπεδο οι ΑΠΕ δεν αξιοποιούνται αρκετά ακόμα και κατέχουν μικρό ποσοστό της παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας στον κόσμο, μόλις το 7%. Ειδικότερα στην Ελλάδα η παραγωγή από ΑΠΕ είναι αρκετά περιορισμένη και μόνο τα τελευταία χρόνια έχει αρχίσει να εντατικοποιείται η ενασχόληση με αυτές. Οι βασικότερες από τις ΑΠΕ είναι η αιολική και η ηλιακή ενέργεια, ενώ εξίσου σημαντικό ρόλο στις φιλικές προς το περιβάλλον μορφές ενέργειας έχουν η γεωθερμία, η ενέργεια από βιομάζα αλλά και η υδροηλεκτρική. Στις ΑΠΕ συμπεριλαμβάνεται και η πυρηνική ενέργεια, μια από τις αμφιλεγόμενες πηγές, αφού διατηρούνται αρκετές επιφυλάξεις για την ασφαλή και ειρηνική χρήση της. Αναφορά πρέπει επίσης να γίνει και στην αποθήκευση ενέργειας. Στον τομέα αυτό πρωτοπορία αποτελούν οι κυψέλες καυσίμου(fuell cells), τα οποία δεν είναι συσκευές αποθήκευσης αλλά παραγωγής ενέργειας με χρήση καυσίμου το υδρογόνο. Έτσι το υδρογόνο σαν καύσιμο μπορεί να δώσει την λύση ως προς την αποθήκευση αλλά και την μεταφορά ενέργειας, τις δύο κύριες πηγές προβληματισμού των ερευνητών. Το ενδιαφέρον για την ευρύτερη αξιοποίηση των ΑΠΕ καθώς και για την ανάπτυξη αξιόπιστων και οικονομικά αποδοτικών τεχνολογιών που δεσμεύουν το δυναμικό τους, παρουσιάστηκε αρχικά μετά την πρώτη πετρελαϊκή κρίση του 1979 ως αποτέλεσμα κυρίως των απανωτών πετρελαϊκών κρίσεων της εποχής και παγιώθηκε την τελευταία δεκαετία, μετά την συνειδητοποίηση των παγκόσμιων περιβαλλοντικών προβλημάτων από την χρήση κλασσικών πηγών ενέργειας. Σήμερα όμως λαμβάνονται υπόψη στους επίσημους σχεδιασμούς των ανεπτυγμένων κρατών για την ενέργεια, λόγω της εξέλιξης των τεχνολογιών τους και τη διερεύνηση της παραγωγικής βάσης τεχνολογίας σε αναπτυσσόμενες χώρες, με αντίστοιχη μείωση του κόστους επένδυσης και παραγωγής. Αποτελούν επίσης για τα κράτη στρατηγική επιλογή, αφού έχουν ωριμάσει και είναι ασφαλείς, ανταγωνιστικές και ελκυστικές σε ιδιώτες και επενδυτές. Ενώ η εφαρμογή τους συμβάλει στην βελτίωση των περιβαλλοντικών δεικτών και ειδικότερα στην μείωση των εκπομπών διοξειδίου του άνθρακα και στην απεξάρτηση από το εισαγόμενο πετρέλαιο. Στην προώθηση των ΑΠΕ στην παγκόσμια ενεργειακή αγορά συνέβαλε το γεγονός ότι μπορούν να βοηθήσουν στην ενεργειακή αυτάρκεια των μικρών αναπτυσσόμενων χωρών, αποτελώντας εναλλακτική πρόταση σε σχέση με 17

18 την οικονομία του πετρελαίου. Οι ΑΠΕ αποτελούν ευέλικτες εφαρμογές που μπορούν να παράγουν ενέργεια ανάλογη με τις ανάγκες του επί τόπου πληθυσμού, καταργώντας παράλληλα την ανάγκη για τεράστιες μονάδες ενεργειακής παραγωγής. Ταυτόχρονα υποβοηθείται η αποκέντρωση και η ανάπτυξη της τοπικής οικονομίας σε κάθε περιοχή όπου εγκαθίστανται τέτοιου είδους μονάδες. Ένα ακόμη όφελος που προσφέρουν οι ΑΠΕ είναι στην οικονομία και σχετίζεται με την βελτίωση της απασχόλησης. Οι ΑΠΕ παρουσιάζουν καταπληκτικό δυναμικό ως προς τη δημιουργία και την διαφύλαξη θέσεων εργασίας γεγονός που εναρμονίζεται πλήρως με τις ανάγκες της εποχής που διανύουμε. Μελέτες δείχνουν πως χιλιάδες θέσεις εργασίας εντοπίζονται μόνο από μια μορφή ανανεώσιμων πηγών. Οι εν λόγω θέσεις εργασίας υπολογίζεται ότι θα δημιουργηθούν κυρίως σε αγροτικές, αδύναμες από πλευράς υποδομών περιοχές, καθιστώντας τον ρόλο τους πολύ σημαντικό. 1.5 Λόγοι ανάπτυξης της ΚΠ Αν και η κατανεμημένη παραγωγή είχε ξεχαστεί σαν έννοια τα χρόνια που ακολούθησαν, την τελευταία δεκαετία αρχίζει να κάνει εμφανή την χρησιμότητα της και να εξετάζονται τρόποι με τους οποίους θα γίνει εφικτή η εφαρμογή της και πάλι στα σύγχρονα πλέον δίκτυα ηλεκτρικής ενέργειας. Η επιστροφή της κατανεμημένης παραγωγής στο προσκήνιο οφείλεται σε μία σειρά λόγων η οποίοι επιγραμματικά είναι οι παρακάτω : Αυξημένη απαίτηση για ενέργεια υψηλής αξιοπιστίας Ανάπτυξη των τεχνολογιών κατανεμημένης παραγωγής. Περιορισμοί στην κατασκευή νέων γραμμών μεταφοράς Προβληματισμοί για της κλιματικές αλλαγές Απελευθέρωση της αγοράς ηλεκτρικής ενέργειας. Η εφαρμογή της κατανεμημένης παραγωγής προς το παρόν γίνεται σε μικρή κλίμακα λόγω οικονομικών αλλά και τεχνικών ζητημάτων, τα οποία είναι δυνατό να αντιμετωπιστούν με κατάλληλο σχεδιασμό, όμως από αρκετούς ερευνητές αναμένεται ότι μελλοντικά θα γνωρίσει ευρεία αποδοχή και χρήση. Στη συνέχεια του κεφαλαίου αναφέρονται οι υπάρχουσες τεχνολογίες που χρησιμοποιούνται καθώς επίσης γίνεται αναφορά στα οφέλη αλλά και τα 18

19 προβλήματα που δημιουργούνται από την εφαρμογή αυτού του τρόπου παραγωγής στα ήδη υπάρχοντα δίκτυα. 1.6 Θέση Κατανεμημένης παραγωγής Εν γένει ως θέση της κατανεμημένης παραγωγής ορίζεται η εγκατάσταση και λειτουργία μιας μονάδας παραγωγής ηλεκτρικού ρεύματος που συνδέεται άμεσα με το δίκτυο διανομής ή στις εγκαταστάσεις του καταναλωτή. Το κεντρικό στοιχείο που θέλουμε να τονίσουμε με την παραπάνω πρόταση είναι η τοποθέτηση της ΚΠ κοντά στο φορτίο. Αυτή είναι άλλωστε και η βασική ιδέα της ΚΠ. Αυτό σημαίνει ότι η παραγωγή βρίσκεται πλέον στην πλευρά του καταναλωτή/πελάτη. Τώρα που ορίσαμε την κατανεμημένη παραγωγή ως παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας στο επίπεδο της διανομής( ή πιο κάτω), ο ορισμός απαιτεί μια πιο λεπτομερή διάκριση μεταξύ του συστήματος μετάδοσης και του συστήματος διανομής. Μια διάκριση που βασίζεται σε επίπεδα τάσης, δεν είναι χρηστική διότι οι εταιρείες διανομής χρησιμοποιούν διάφορες τάσεις στις γραμμές που εκμεταλλεύονται. Το ίδιο ισχύει και για τις εταιρείες μεταφοράς. Δεδομένου ότι το επίπεδο τάσης δεν παρέχει καμία διεθνώς διάκριση μεταξύ της διανομής και της μεταφοράς πρέπει να γίνει μια προσέγγιση με βάση τη νομοθεσία. Σε ένα ανταγωνιστικό σύστημα ηλεκτρικής ενέργειας, οι νομικές διατάξεις καθορίζουν το σύστημα μετάδοσης, το οποίο συνήθως λειτουργεί από μία ανεξάρτητη εταιρεία, που δεν εμπλέκεται στην παραγωγή, τη διανομή ή την λιανική πώληση. 1.7 Περιοχή που τροφοδοτεί η Κατανεμημένη Παραγωγή Κυρίως εντός του δικτύου διανομής. Όμως το βράδυ και κατά τις ώρες ελαχίστου φορτίου και υψηλών ταχυτήτων ανεμογεννητριών τα πάρκα ανεμογεννητριών συνήθως εξάγουν ενέργεια στο δίκτυο μεταφοράς. 1.8 Ιδιοκτησιακό καθεστώς Τα πράγματα δεν είναι σαφώς ορισμένα σε ότι αφορά το συγκεκριμένο κομμάτι. Είναι γνωστό πως δεν υπάρχει κάποια συμφωνία για το αν οι μονάδες κατανεμημένης παραγωγής ανήκουν σε ανεξάρτητους παραγωγούς ή απλούς καταναλωτές. Επιπλέον μεγάλες επιχειρήσεις ηλεκτρισμού ενδιαφέρονται όλο και πιο πολύ για μονάδες κατανεμημένης παραγωγής και δεν υπάρχει προφανής λόγος ώστε να μην αξιώσουν δικαιώματα για την ιδιοκτησία της. 19

20 1.9 Τεχνολογίες παραγωγής ενέργειας στην ΚΠ Στην κατανεμημένη παραγωγή δεν υπάρχει κάποιος περιορισμός όσον αφορά την τεχνολογία η οποία θα χρησιμοποιηθεί για την παραγωγή της ηλεκτρικής ενέργειας. Ποικίλει πολύ καθώς σχεδόν κάθε υπάρχουσα τεχνολογία είναι εφαρμόσιμη(συμβατική αλλά και καινοτόμος). Μπορούν να προσδιοριστούν τρεις βασικές κατηγορίες: - Κατανεμημένη Παραγωγή από συνεργασία συμβατικών πηγών με ΑΠΕ όπως συνδυασμοί μικρών υδροηλεκτρικών, φωτοβολταϊκών, ανεμογεννητριών, μηχανών diesel, ηλιοθερμικών συστημάτων, κυψελών καυσίμου και μπαταριών - Κατανεμημένη Παραγωγή από μονάδες συμπαραγωγής ηλεκτρισμού και θερμότητας - Κατανεμημένη Παραγωγή από ΑΠΕ όπως ήλιος, άνεμος, βιομάζα, υδατοπτώσεις, ενέργεια ωκεανού και γεωθερμική ενέργεια. Η κατηγορία αυτή είναι και η περισσότερο φιλική προς το περιβάλλον. Το παρακάτω σχεδιάγραμμα δίνει μια συνοπτική εικόνα για τις προαναφερθείσες τεχνολογίες: Σχήμα 1.1 Τύποι και Τεχνολογίες κατανεμημένης παραγωγής. Εκτενέστερη αναφορά για τις βασικότερες, ευρέως χρησιμοποιούμενες διατάξεις παραγωγής γίνεται σε επόμενο κεφάλαιο. 20

21 1.10 Κατηγοριοποίηση των μονάδων παραγωγής Η ισχύς μιας μονάδας παραγωγής που μπορεί να συνδεθεί σε ένα δίκτυο εξαρτάται από το μέγεθος και την χωρητικότητα του δικτύου διανομής. Συνεπώς, δεν μπορεί να καταστεί σαφής ορισμός της ισχύος που εγκαθίσταται διότι η χωρητικότητα είναι ανάλογη του επιπέδου της τάσης λειτουργίας. Ο σχεδιασμός του κάθε συστήματος διανομής είναι ξεχωριστός και επομένως δεν μπορεί να δοθεί ένα σαφές όριο στις μονάδες παραγωγής που μπορούν να συνδεθούν σε αυτό[2]. Σε ένα σύστημα το οποίο λειτουργεί σε επίπεδο τάσης 110 kv δεν είναι δυνατόν να συνδεθούν μονάδες παραγωγής ισχύος, μεγαλύτερες από 150 MW πράγμα το οποίο θέτει ένα περιορισμό στο μέγεθος των μονάδων που μπορεί να θεωρηθούν ως κατανεμημένης παραγωγής. Σε ορισμένες περιπτώσεις είναι δυνατή η εγκατάσταση μεγάλων μονάδων κατανεμημένης παραγωγής. Παρόλα αυτά έχει διατυπωθεί μία διεθνής σύμβαση η οποία κάνει ένα διαχωρισμό της κατανεμημένης παραγωγής σύμφωνα με το μέγεθος των μονάδων παραγωγής. Κατά τον τρόπο αυτό οι μονάδες κατανεμημένης παραγωγής κατατάσσονται στις παρακάτω ομάδες ανάλογα με την παραγόμενη ισχύ που είναι σε θέση να προσφέρουν : Πολύ Μικρής κλίμακας : Από 1 W έως 5 kw Μικρής κλίμακας : Από 5kW έως 5 MW Μεσαίας κλίμακας : Από 5 MW έως 50 MW Μεγάλης κλίμακας : Από 50 MW έως 300 MW Στον παρακάτω πίνακα φαίνονται κάποια ενδεικτικά στοιχεία ισχύος για τις διάφορες διατάξεις παραγωγής ενέργειας[3]: 21

22 Πίνακας 1.1 Τυπικά μεγέθη ισχύος για τις διάφορες τεχνολογίες παραγωγής ενέργειας Κατανεμημένη Παραγωγή και Περιβαλλοντικές επιπτώσεις Γεγονός είναι πως οι τεχνολογίες κατανεμημένης παραγωγής περιγράφονται ως περιβαλλοντικά φιλικές σε σχέση με τις αντίστοιχες τεχνολογίες όπου υπάρχει ένας ή πολλοί κεντρικοί και μεγάλου μεγέθους σταθμοί παραγωγής. Ωστόσο, λαμβάνοντας υπόψη άμεσες και έμμεσες (κατά τη διάρκεια κατασκευής της μονάδας) εκπομπές δεν μπορεί όλες οι τεχνολογίες ΚΠ να θεωρηθούν φιλικές προς το περιβάλλον. Γενικότερα για να γίνει μια εκτεταμένη μελέτη πάνω στις περιβαλλοντικές επιπτώσεις απαιτούνται στοιχεία για τις άμεσες αλλά και τις έμμεσες εκπομπές ρύπων για την κάθε χρησιμοποιούμενη τεχνολογία. Στον πίνακα που ακολουθεί φαίνονται οι εκπομπές ρύπων για κάθε είδους εφαρμοζόμενης τεχνολογίας παρατηρούμε ότι οι εκπομπές ενός τυπικού σταθμού κατανεμημένης παραγωγής είναι σαφώς χαμηλότερες σε σχέση με αυτές των σταθμών που ως καύσιμη ύλη χρησιμοποιούν κάρβουνο. 22

23 Πίνακας 1.2 Περιβαλλοντικές επιπτώσεις διαφόρων τεχνολογιών παραγωγής. Ο Πίνακας δείχνει, ότι οι εκπομπές ενός τυπικού σταθμού κατανεμημένης παραγωγής είναι σαφώς χαμηλότερες σε σχέση με αυτές των σταθμών που ως καύσιμη ύλη χρησιμοποιούν κάρβουνο. Επίσης, οι εκπομπές σε SO2 και CO2 των μεγάλων υδροηλεκτρικών μονάδων και των αεροστρόβιλων συνδυασμένου κύκλου είναι επίσης χαμηλότερες από τις αντίστοιχες των σταθμών αυτών. Η τεχνολογία βιομάζας δεν συμπεριλήφθηκε στην λίστα διότι θεωρείται CO2 ουδέτερη καθώς. Η εκπομπή NOxs αναφέρεται ότι είναι 20-40% μικρότερη από τις μονάδες ορυκτών καυσίμων, ενώ οι εκπομπές SO2 θεωρούνται αμελητέες. Επιπρόσθετα, περιβαλλοντικά οφέλη που προκύπτουν από την μείωση των απωλειών στις γραμμές μεταφοράς λόγω της σωστής χωροταξίας των σταθμών κατανεμημένης παραγωγής σε σχέση με την τοποθεσία και δυναμικότητα, μπορεί να βελτιώσουν ακόμη περισσότερο το περιβαλλοντικό ισοζύγιο της κατανεμημένης παραγωγής[2]. Οι συστοιχίες αποθήκευσης ηλεκτρικής ενέργειας(μπαταρίες) καθώς και οι κυψέλες καυσίμου δεν έχουν άμεσες εκπομπές. Πέρα από τις εκπομπές κατά τη διαδικασία της κατασκευής, το μίγμα καυσίμου που χρησιμοποιείται για την παραγωγή της ηλεκτρικής ενέργειας που αποθηκεύεται στις μπαταρίες, θα πρέπει να συμπεριληφθεί στις έμμεσες εκπομπές. Ομοίως, στην περίπτωση των κυψελών καυσίμου οι έμμεσες εκπομπές είναι συνάρτηση του μίγματος που απαιτείται για την παραγωγή του υδρογόνου, αφού αυτό δεν γίνεται να εξορυχτεί. Επιπλέον, κάποιοι πιστεύουν πως η μεγάλη διείσδυση και χρήση σταθμών κατανεμημένης παραγωγής θα έχει ως αποτέλεσμα τη 23

24 υπολειτουργία των μεγάλων κεντρικών σταθμών παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας, με αποτέλεσμα να αυξηθούν οι εκπομπές ανά παραγόμενη kwh. Άλλα στοιχεία τα οποία κάνουν δύσκολη την ενιαία περιβαλλοντική εκτίμηση, είναι οι διαφορετικές απόψεις που διατυπώνονται σε διάφορα σχετικά θέματα όπως για παράδειγμα, την επικινδυνότητα των πυρηνικών σταθμών, ή την υψηλή στάθμη θορύβου και την οπτική ρύπανση που μπορεί να προκαλεί μια ανεμογεννήτρια[4]. Συνεπώς γίνεται αντιληπτό ότι δεν μπορεί να περιγραφεί το σύνολο των τεχνολογιών κατανεμημένης παραγωγής ως περιβαλλοντικά φιλικό. Εντούτοις, η χρήση κατανεμημένων μονάδων παραγωγής που βασίζονται σε εναλλακτικές πηγές ενέργειας, θεωρείται ότι περιορίζει ή μειώνει τις εκπομπές ανεπιθύμητων αερίων ρύπων και αερίων του θερμοκηπίου Πλεονεκτήματα ΚΠ Υπάρχει ένα αυξανόμενο ενδιαφέρον από τους προμηθευτές ηλεκτρικής ενέργειας στην Κατανεμημένη Παραγωγή γιατί την βλέπουν ως ένα εργαλείο που μπορεί να τους βοηθήσει στο να πληρώσουν θέσεις στην απελευθερωμένη αγορά. H διείσδυση της ΚΠ, έχει ως αποτέλεσμα μεγαλύτερη δυνατότητα επιλογής και εξυπηρέτησης για τον πελάτη. Παρά το δέλεαρ για μείωση των εκπομπών σε CO2, οι μονάδες ΚΠ υιοθετούνται κυρίως λόγω εξοικονόμησης ηλεκτρικής ενέργειας και θερμότητας. Τέλος, η παραγωγή ρεύματος στην τοποθεσία κατανάλωσης μπορεί να επιφέρει μειώσεις κόστους στη μεταφορά και τη διανομή έως και 30% του κόστους του ρεύματος. Η ΚΠ μπορεί να προσφέρει σημαντικά περιβαλλοντικά πλεονεκτήματα συμπεριλαμβανομένης και της μείωσης της κατανάλωσης ορυκτών καυσίμων και της μείωσης των εκπομπών σε CO2. Στις περισσότερες περιπτώσεις, όταν αναφέρεται ο όρος ΚΠ, αυτός συμπεριλαμβάνει και τη συμπαραγωγή θερμότητας και ηλεκτρισμού, ανεβάζοντας έτσι τη συνολική απόδοση των μηχανών. Η ΚΠ παρουσιάζει επίσης θετικές επιπτώσεις, ακόμη και όταν δεν είναι συνδεδεμένη στο δίκτυο. Η εκτός δικτύου ΚΠ με ανανεώσιμες πηγές ενέργειας καταφέρνουν να «αναλάβουν» κάποια από τα απομακρυσμένα φορτία ή να καθυστερήσουν την επέκταση του δικτύου από πιθανά μελλοντικά φορτία στο δίκτυο. Αναφορικά με τις θέσεις εργασίας οι εκτιμήσεις είναι ότι οι επενδύσεις σε ΚΠ αναμένεται να δημιουργήσουν πενταπλάσιες θέσεις εργασίας αναλογικά με τους συμβατικούς κεντρικούς σταθμούς ηλεκτροπαραγωγής. Η ΚΠ είναι κατάλληλη στο να προσφέρει ηλεκτρισμό εκεί ακριβώς όπου υπάρχει ανάγκη. Αυτό το γεγονός μπορεί να άρει περιορισμούς στην παραγωγή, μεταφορά και διανομή και να αποφευχθεί η ανάγκη για τη δημιουργία νέων κεντρικών σταθμών. Οι μικρότερες μονάδες ΚΠ μπορούν επίσης να μειώσουν την ζήτηση αιχμής, να μειώσουν τις απώλειες μεταφοράς 24

25 και να βελτιώσουν την ποιότητα των υπηρεσιών σε απομακρυσμένες περιοχές. Επίσης σε περιοχές όπου είναι δύσκολη η υποστήριξη της τάσης του δικτύου, η ΚΠ μπορεί να συνεισφέρει, καθώς η σύνδεση ενός σταθμού ΚΠ, οδηγεί γενικά σε άνοδο της τάσης του δικτύου Μειονεκτήματα ΚΠ Για να αντιμετωπισθούν τα οικονομικά και περιβαλλοντικά μειονεκτήματα της ΚΠ, είναι αναγκαίος ένας ολοκληρωμένος σχεδιασμός των αρνητικών επιπτώσεων, οι οποίες με την εφαρμογή μιας ορθής πολιτικής μπορεί να εξομαλυνθούν ή και να εξαλειφθούν. Πιο συγκεκριμένα, οι τεχνολογίες ΚΠ παρουσιάζουν ένα μεικτό περιβαλλοντικό προφίλ. Τεχνολογίες που χρησιμοποιούν ΑΠΕ για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας θεωρούνται καθαρές, ενώ αυτές που χρησιμοποιούν στερεά καύσιμα επιβαρύνουν άμεσα το ατμοσφαιρικό περιβάλλον. Επιπλέον, η εγγύτητα στο φορτίο, ένα από τα μεγαλύτερα πλεονεκτήματα της ΚΠ, μπορεί να στραφεί και εναντίον της. Αυτό συμβαίνει διότι με τον τρόπο αυτό μεταφέρεται η ρυπογόνα πηγή μέσα στις πόλεις, με αποτέλεσμα την περαιτέρω επιβάρυνση του αστικού χώρου. Η διαθεσιμότητα επομένως των ενεργειακών πόρων (ανανεώσιμων και μη) σε μία περιοχή και η οικονομικότητα των έργων θα καθορίσουν την τεχνολογία παραγωγής και την αντίστοιχη περιβαλλοντική υποβάθμιση. Σε πολλές Ευρωπαϊκές χώρες, η αξιοπιστία των δικτύων ηλεκτρικής ενέργειας είναι υψηλή, λόγω αυστηρών τεχνικών προδιαγραφών. Αυτό μπορεί να αλλάξει σε μια απελευθερωμένη αγορά, διότι υψηλή αξιοπιστία συνεπάγεται μεγάλο αρχικό κόστος επένδυσης και υψηλά έξοδα συντήρησης και λειτουργίας. Συγκεκριμένα, αναφέρεται ότι το σημαντικότερο είναι το υψηλό κόστος κεφαλαίου ανά kw εγκατεστημένης ισχύος συγκριτικά με τα μεγάλα κεντρικά εργοστάσια παραγωγής. Διαφορές όμως υπάρχουν και στα κόστη κεφαλαίου για διαφορετικές τεχνολογίες διεσπαρμένης παραγωγής και μπορούν να ποικίλλουν από 1000 ευρώ/kw έως ευρώ/kw στις τουρμπίνες καύσης και τις κυψέλες καυσίμου αντίστοιχα Η μετάβαση από το σήμερα στο αύριο Χθες Τα υπάρχοντα δίκτυα βασίζονται κυρίως σε μεγάλους κεντρικούς σταθμούς παραγωγής που συνδέονται με συστήματα μεταφοράς υψηλής τάσης τα οποία με τη σειρά τους συνδέονται με συστήματα μέσης και χαμηλής τάσης. Η διανομή και η μεταφορά της ενέργειας γίνεται κατά κύριο λόγο μονοπωλιακά από δημόσιους φορείς ενώ αντίθετα στον τομέα παραγωγής είναι δυνατόν να υπάρχει μεγάλος ανταγωνισμός. Η παροχή ισχύος και ο έλεγχος του δικτύου γίνονται στα σημερινά δίκτυα από κεντρικές εγκαταστάσεις. Υπάρχει λίγο εώς 25

26 καθόλου συμμετοχή του καταναλωτή και απουσιάζει εντελώς η επικοινωνία. Οι διασυνδέσεις αναπτύχθηκαν κυρίως για αμοιβαία υποστήριξη μεταξύ χωρών και περιφερειών σε καταστάσεις έκτακτης ανάγκης. Αύριο Τα μελλοντικά δίκτυα διανομής θα έχουν ενεργητικό ρόλο και θα πρέπει να εξασφαλίζουν αμφίδρομη ροή ισχύος. Τα Ευρωπαϊκά συστήματα ηλεκτρικής ενέργειας λειτουργούν πλέον σε ένα πλαίσιο μοντέλου αγοράς στο οποίο οι μονάδες παραγωγής διανέμονται σύμφωνα με τις απαιτήσεις της κάθε αγοράς και το κέντρο ελέγχου του δικτύου αναλαμβάνει ένα γενικό ρόλο εποπτείας. Μια μεγάλη ποσότητα ηλεκτρισμού που παράγεται από μεγάλους συμβατικούς σταθμούς παραγωγής θα προέρχεται από διεσπαρμένη παραγωγή και ΑΠΕ. Παράλληλα είναι δυνατό να χρειασθεί η ύπαρξη εφεδρείας σε περίπτωση ελλιπούς παραγωγής από ανανεώσιμες πηγές. Αυτό προϋποθέτει πολλές αλλαγές στα υπάρχοντα δίκτυα διανομής και μεταφοράς αφού πολλές διασυνδέσεις και καλή επικοινωνία είναι απαραίτητη. Σχήμα 1.3 Το παρελθόν και το μέλλον της παραγωγής. 26

27 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 2 Μικροδίκτυα 2.1 Εισαγωγή, ορισμός Ως μικροδίκτυο ορίζεται ένα υποσύστημα του κεντρικού δικτύου συνδεδεμένο σε ένα σημείο με το δίκτυο διανομής, το οποίο περιλαμβάνει μονάδες παραγωγής, φορτία και στοιχεία αποθήκευσης της ενέργειας, ενώ μπορεί και λειτουργεί είτε συνδεδεμένο με το δημόσιο δίκτυο, είτε αυτόνομα. Ανά την υφήλιο ένα σημαντικό κομμάτι του πληθυσμού στερείται πρόσβασης στο δημόσιο ηλεκτρικό δίκτυο, ενώ οι ενεργειακές ανάγκες ενός άλλου σημαντικού κομματιού αυξάνονται ραγδαία, με αποτέλεσμα την ανάγκη για επέκταση των συστημάτων μεταφοράς ηλεκτρικής ενέργειας και την κατασκευή νέων σταθμών παραγωγής. Με την ένταξη των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας(απε) στην παραγωγή ενέργειας έγινε και πιο επίκαιρος ο όρος μικροδίκτυα (microgrid/ mini-grid). Η μικρό-παραγωγή, όπως ονομάζεται η παραγωγή αυτού του είδους, δεν είναι μια νέα έννοια στην ηλεκτρική παραγωγή και διανομή ενέργειας. Αναφέρεται στην παραγωγή ενέργειας που κυμαίνεται στην κλίμακα των μερικών εκατοντάδων kw. Ωστόσο, τα μικροδίκτυα είναι μια νέα έννοια που δημιουργήθηκε από την συνεχώς αυξανόμενη ζήτηση ενέργειας και την αδυναμία των υπαρχόντων δικτύων να ανταπεξέλθουν αξιόπιστα σε αυτές τις απαιτήσεις. Τα μικροδίκτυα αποτελούν, στην ουσία, μικρογραφίες του δημόσιου δικτύου και συμβάλλουν στην κατανεμημένη παραγωγή, παρέχοντας την δυνατότητα σε απομονωμένους καταναλωτές να έχουν αδιάλειπτη, τοπική ηλεκτρική παροχή. Το γεγονός ότι για την παραγωγή ενέργειας χρησιμοποιούν ανανεώσιμες πηγές ενέργειας τα βάζει στο επίκεντρο των εξελίξεων στον συγκεκριμένο τομέα, τόσο της ερευνητικής όσο και της εμπορικής δραστηριότητας. Παρακάτω φαίνεται ένα γραφικό παράδειγμα της δομής ενός μικροδικτύου. Στο κέντρο ξεχωρίζει το σύστημα ελέγχου και διαχείρισης. 27

28 Σχήμα 2.1 Δομή ενός μικροδικτύου. Οι κατηγορίες των μονάδων που μπορούν να διαχωριστούν σε ένα μικροδίκτυο είναι οι εξής: μονάδες παραγωγής ενέργειας, μονάδες αποθήκευσης ενέργειας και μονάδες κατανάλωσης ενέργειας - φορτία. Δεδομένου όμως πως οι μονάδες παραγωγής του μικροδικτύου παράγουν συνεχή τάση και ρεύμα, με τα μεγέθη αυτά να παράγονται συχνά και με μεταβαλλόμενο/ασταθή ρυθμό, γίνεται ευθύς αντιληπτό πως κυρίαρχο ρόλο σε ένα μικροδίκτυο παίζουν οι αντιστροφείς(inverters). Οι συσκευές αυτές είναι υπεύθυνες για την μετατροπή ρεύματος και τάσης στην τελική a/c τους μορφή, που είναι εκμεταλλεύσιμη από το δίκτυο. Αν το μικροδίκτυο χρησιμοποιεί κλασσικές μονάδες παραγωγής, όπως γεννήτριες ηλεκτρικού ρεύματος τότε οι αντιστροφείς δεν είναι απαραίτητοι. Οι μονάδες παραγωγής μπορούν να είναι είτε κλασσικής παραγωγής, είτε από ήπιες μορφές ενέργειας, δίνοντας πολλές δυνατότητες και μεγάλη ευχέρεια επιλογών ανάλογα με τους φυσικούς πόρους της τοποθεσίας που γίνεται η εγκατάσταση. Οι μονάδες κατανάλωσης - φορτία δεν διαχωρίζονται από τα φορτία που υπάρχουν στα ηλεκτρικά δίκτυα. Τα μικροδίκτυα εξυπηρετούν καταναλώσεις που χρειάζονται αδιάλειπτη λειτουργία και εξασφαλίζουν τη συνεχή τους τροφοδοσία με υψηλή ποιότητα ισχύος. Σημαντικό ρόλο σε ένα μικροδίκτυο έχουν οι μονάδες αποθήκευσης που είναι αυτές που εξασφαλίζουν την αυτονομία του μικροδικτύου. Οι μονάδες αυτές μπορούν να είναι είτε συσσωρευτές είτε καύσιμα που έχουν αποθηκευτεί με τη βοήθεια των μονάδων παραγωγής κατά την λειτουργία τους π.χ. υδρογόνο. 28

29 Τυπικές πηγές ενός μικροδικτύου είναι οι γεννήτριες ντίζελ ή φυσικού αερίου, συμπαραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας και ζεστού νερού (γεννήτριες, μικροστρόβιλοι), οι ανεμογεννήτριες, τα φωτοβολταϊκά, οι κυψέλες καυσίμου, οι γεωθερμικοί και οι ηλιοθερμικοί σταθμοί, τα μικρά υδροηλεκτρικά, οι μονάδες που χρησιμοποιούν ως πρώτη ύλη βιομάζα, βιοντίζελ ή οποιαδήποτε άλλη πηγή ενέργειας. Σε αυτά θα αναφερθούμε αναλυτικότερα σε επόμενες παραγράφους. Μια συνδυασμένη χρήση των νέων τεχνολογιών συμπαραγωγής και ανανεώσιμων πηγών, θα μπορούσε ίσως να κάνει την τιμή της ηλεκτρικής ενέργειας στο μικροδίκτυο ανταγωνιστική αυτής των κεντρικών δικτύων. Η αξιόπιστη λειτουργία ενός μικροδικτύου, συνεπάγεται εκτός από την κάλυψη των απαιτήσεων ενεργού και άεργου ισχύος, και τη συνεχή ρύθμιση της τάσης και της συχνότητας αυτού. Παράλληλα θα πρέπει να περιλαμβάνει όλες τις διατάξεις προστασίας από σφάλματα, βραχυκυκλώματα ή διαρροές. 2.2 Θέση Εγκατάστασης Ένα μικροδίκτυο μπορεί να εγκατασταθεί εκεί όπου υπάρχει διαθέσιμη μια από τις παραπάνω φυσικές πηγές ενέργειας και να καλύπτει τις καταναλώσεις της περιοχής που εγκαθίσταται. Η κλίμακα του μικροδικτύου ποικίλει, από μια οικία που χρησιμοποιεί ένα υβριδικό σύστημα φωτοβολταϊκών και γεννήτριας ντίζελ ή βιοκαυσίμων, ένα νοσοκομείο που χρησιμοποιεί κυψέλες καυσίμου για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας και ζεστού νερού, μέχρι και μια πόλη που τροφοδοτείται από σταθμούς βιομάζας, γεννήτριες ντίζελ και αιολικά πάρκα. Η θέση των μονάδων παραγωγής στα μικροδίκτυα είναι συνήθως κοντά στην κατανάλωση πράγμα που ελαχιστοποιεί το κόστος μεταφοράς και διανομής, καθώς και τις απώλειες αυξάνοντας έτσι την συνολική απόδοση του συστήματος. Εκτός από τη σκοπιά της απόστασης η θέση των μονάδων παραγωγής δηλώνει και την σχέση με την τάση, που είναι η χαμηλή τάση του δικτύου και τάση των καταναλωτών. 2.3 Διασύνδεση με το δίκτυο Ένα μικροδίκτυο μπορεί να έχει δυνατότητα διασύνδεσης με το κεντρικό δίκτυο ηλεκτρικής ενέργειας. Σε μια τέτοια παραλληλισμένη λειτουργία είναι δυνατή η ανταλλαγή ενέργειας. Έχουμε παροχή πλεονάζουσας ενέργειας σ αυτό όταν η ισχύς του φορτίου είναι μικρότερη από την παραγωγή ή απορρόφηση ενέργειας όταν οι μονάδες του μικροδικτύου δεν επαρκούν να καλύψουν τη ζήτηση ισχύος. Ακόμη σε περίπτωση μόνιμα διασυνδεδεμένης λειτουργίας είναι δυνατή η αξιόπιστη τροφοδότηση του μικροδικτύου από τις δικές του μονάδες σε περίπτωση κατάρρευσης του κεντρικού δικτύου. Δεδομένης της μικρής ισχύος των περισσότερων μονάδων ενός μικροδικτύου, η παραγωγή και διανομή της ηλεκτρικής ενέργειας είναι προτιμότερο να 29

30 γίνεται στην χαμηλή τάση καθώς δεν απαιτείται η μεταφορά της ηλεκτρικής ενέργειας σε μεγάλες αποστάσεις. Το μέγεθος δηλαδή των μονάδων παραγωγής είναι ουσιαστικά αυτό που καθορίζει την στάθμη λειτουργίας. Το μέγεθός του συνολικότερα, μονάδων παραγωγής και φορτίων, καθορίζει εξάλλου και τον τρόπο διασύνδεσής του με άλλα μικροδίκτυα ή με το κεντρικό δίκτυο, στην μέση ή στην χαμηλή τάση. Προφανώς μεγάλη ισχύς απαιτεί διασύνδεση στη μέση τάση, που σημαίνει και αύξηση απωλειών. Πρέπει να τονιστεί ότι σε περιπτώσεις παραλληλισμένης λειτουργίας με το κεντρικό δίκτυο, αυτό που πρωτίστως επιδιώκεται είναι να μην προκαλεί το μικροδίκτυο προβλήματα. Η ποιότητα της τάσης πρέπει να ανταποκρίνεται στις προδιαγραφές του δικτύου, η απορροφούμενη ενέργεια να μην ξεπερνά τις απαιτήσεις ενός τυπικού καταναλωτή. Σε ένα δεύτερο στάδιο, ένα μικροδίκτυο μπορεί να συμπεριφερθεί επικουρικά στο κεντρικό δίκτυο. Κάτι τέτοιο θα μπορούσε να συμβαίνει αν το μικροδίκτυο ρυθμιζόταν ώστε να μπορεί να υποστηρίξει το κεντρικό δίκτυο, π.χ. να παρέχει ή να απορροφά ενεργό ή άεργο ισχύ όταν απαιτείται, ακόμη και σε μικρά χρονικά διαστήματα. Στην δεύτερη αυτή περίπτωση απαιτείται προφανώς και μια μορφή επικοινωνίας μεταξύ των κέντρων ελέγχου μικροδικτύου και κεντρικού δικτύου[5]. Στην συνέχεια, θα πρέπει να γίνει μια σύντομη αναφορά στις διαφορές χαρακτηριστικών ανάμεσα στα δίκτυα διανομής και μεταφοράς. Έτσι θα μπορέσουμε να παρατηρήσουμε πιο σφαιρικά την επίδραση της ενός μικροδικτύου στα υπάρχοντα δίκτυα Δίκτυα Διανομής και Μεταφοράς Είναι σημαντικό να εξετάσουμε τα χαρακτηριστικά των δικτύων διανομής και μεταφοράς από τεχνική πλευρά καθώς εμφανίζουν ουσιαστικές διαφορές μεταξύ τους. Πρώτον, τα δίκτυα διανομής έχουν σχεδιαστεί για διαφορετικό σκοπό από αυτά της μεταφοράς, με κύρια διαφορά ότι τα συστήματα διανομής δεν έχουν προβλέψει για τη σύνδεση τους με μονάδες παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας. Για παράδειγμα, η σύνδεση της κατανεμημένης παραγωγής οδηγεί σε αλλαγή της τιμής του ρεύματος σφάλματος, ως εκ τούτου, ενδέχεται να απαιτηθεί επανασχεδιασμός του τοπικού συστήματος προστασίας από σφάλματα. Επιπλέον, τα δίκτυα διανομής είναι συνήθως ακτινικά( ή βροχοειδή που λειτουργούν ακτινικά) και όχι διασυνδεδεμένα, δηλαδή η ροή ενέργειας στα δίκτυα αυτά είναι συνήθως προς μία διεύθυνση οπότε με τη σύνδεση μονάδων παραγωγής ενός μικροδικτύου η ροή ισχύος αλλάζει. 30

31 Δεύτερον, οι γραμμές υψηλής τάσης, π.χ. γραμμές μεταφοράς έχουν χαμηλή αντίσταση σε σύγκριση με τους αγωγούς χαμηλής τάσης των δικτύων διανομής. Στις γραμμές μεταφοράς η επίδραση της αντίστασης καλωδίου (R) στην πτώση τάσης είναι μικρή, αφού το μέγεθός της είναι εν γένει λιγότερο από την αντίδραση (X), δηλαδή X / R > 5.Ως εκ τούτου, η αντίδραση είναι η πιο σημαντική παράμετρος στην πτώση τάσης και τις απώλειες των αγωγών. Στα συστήματα διανομής, ωστόσο, η αντίσταση στις γραμμές είναι συχνά μεγαλύτερη ή τουλάχιστον παρόμοια με την αυτεπαγωγή. Οπότε η αντίσταση της γραμμής διανομής προκαλεί σημαντική πτώση τάσης κατά μήκος των γραμμών διανομής και συνεπώς παρουσιάζονται αυξημένες οι απώλειες γραμμής. Η σύνδεση της κατανεμημένης παραγωγής μπορεί επομένως να έχει σημαντική επιρροή στο τοπικό επίπεδο τάσης. Τρίτον, η χαμηλή τάση στα άκρα των συστημάτων διανομής δεν είναι συνήθως συνδεδεμένη με τα συστήματα επιτήρησης και ελέγχου δεδομένων (SCADA), συνεπώς η συλλογή δεδομένων που απαιτούνται για τον τοπικό έλεγχο του συστήματος διανομής, όπως και των μονάδων παραγωγής του μικροδικτύου είναι αρκετά δύσκολη. Η πολυπλοκότητα συλλογής δεδομένων για τον έλεγχο του συστήματος σε ανταγωνιστικές αγορές αυξάνεται λόγω του γεγονότος ότι οι ανεξάρτητοι παραγωγοί ηλεκτρικής ενέργειας λειτουργούν τις μονάδες τους, σύμφωνα με τα μηνύματα των τιμών της αγοράς, που δεν αντιστοιχούν απαραίτητα στις απαιτήσεις των συστημάτων ελέγχου στις τοπικές περιοχές παραγωγής και διανομής Προδιαγραφές Σύνδεσης - Εξοπλισμός Η τεχνολογία παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας και η σύνδεση του μικροδικτύου με το δίκτυο μπορεί να διαφέρει σημαντικά από την παραδοσιακή κεντρική παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας.οι μεγάλες μονάδες παραγωγής ενέργειας χρησιμοποιούν σύγχρονες γεννήτριες, ικανές να ελέγχουν την απόδοση άεργου ισχύος στο σύστημα. Οι μεγάλες μονάδες κατανεμημένης παραγωγής επίσης, αξιοποιώντας φυσικό αέριο, για παράδειγμα, κάνουν χρήση σύγχρονων γεννητριών. Οι μεσαίου αλλά ιδιαίτερα οι μικρού μεγέθους μονάδες κατανεμημένης παραγωγής συχνά χρησιμοποιούν ασύγχρονες γεννήτριες (επίσης γνωστές ως επαγωγικές γεννήτριες), δεδομένου ότι είναι σημαντικά φθηνότερες από τις σύγχρονες γεννήτριες. Οι ασύγχρονες γεννήτριες ωστόσο, έχουν διαφορετικά χαρακτηριστικά λειτουργίας από τις σύγχρονες. Για παράδειγμα, μια απευθείας διασυνδεδεμένη ασύγχρονη γεννήτρια δεν είναι σε θέση για την παροχή άεργου ισχύος αλλά απαιτεί άεργο ισχύ από το δίκτυο κατά τη διάρκεια της εκκίνησης της διαδικασίας και εν λειτουργία. Διαφορετικές τεχνικές επιλογές υπάρχουν για να ξεπεραστούν τα μειονεκτήματα της διασύνδεσης ασύγχρονης γεννήτριας, από μονάδες κατανεμημένης παραγωγής, όπως πυκνωτές και ηλεκτρονικά ισχύος. 31

32 Και τέλος, οι πολύ μικρές μονάδες, όπως τα φωτοβολταϊκά στοιχεία, οι μπαταρίες, οι κυψέλες καυσίμου πρέπει να συνδεθούν μέσω διεπαφής (μετατροπέας) με το δίκτυο, καθώς αυτά τα μικροσυστήματα παράγουν συνεχές ρεύμα. Τα σύγχρονα ηλεκτρονικά ισχύος προσφέρουν διαφορετικές λύσεις για τη μετατροπή του ρεύματος από συνεχές σε εναλλασσόμενο και την παραγωγή ενεργούς / άεργου ισχύος με την απαιτούμενη συχνότητα. Οι μετατροπείς αυτοί εισάγουν «επίσης νέα ζητήματα ελέγχου και νέες δυνατότητες» για την ολοκλήρωση των δικτύων αφού μπορεί να χρησιμοποιηθούν για έλεγχο της τάσης στο δίκτυο διανομής, για παράδειγμα. Σε ορισμένες περιπτώσεις, ένα πρόβλημα που μπορεί να προκύψει είναι ότι οι μετατροπείς αλληλεπιδρούν μέσω του δικτύου διανομής πράγμα που μπορεί να οδηγήσει σε διακυμάνσεις στην παροχή ρεύματος ή σε ταλαντώσεις στα δίκτυα διανομής. Ωστόσο, τέτοιες περιπτώσεις φαίνεται να είναι πολύ σπάνιες Επιδράσεις του μικροδικτύου στην διασύνδεση με το κεντρικό δίκτυο Τα τελευταία χρόνια έχει δοθεί ιδιαίτερη προσοχή στις επιδράσεις από την επικείμενη διασπαρμένη παραγωγή ενέργειας. Οι επιδράσεις εν συντομία συνοψίζονται στις εξής παρακάτω: Αλλαγές στο επίπεδο της τάσης των δικτύων Ποιότητα της παραγόμενης ισχύος Μεταβολή των ρευμάτων από σφάλματα του δικτύου- αλλαγή του επιπέδου βραχυκύκλωσης. Τροποποίηση των μηχανισμών προστασίας του δικτύου. Αύξηση των παραγόμενων αρμονικών στο δίκτυο από τους ηλεκτρονικούς μετατροπείς ισχύος. Επιπτώσεις στην ευστάθεια του συστήματος Μεταβολή της Τάσης Έχουν αναπτυχθεί αρκετές τεχνικές για την διατήρηση της τάσεως στα επιθυμητά όρια. Κυρίως ρυθμίζεται ο λόγος μέσης /χαμηλής τάσης του μετασχηματιστή του υποσταθμού ώστε να διατηρείται η τάση στα επιθυμητά όρια. 32

33 Η αντίστροφη ροή ισχύος και η προκαλούμενη ανύψωση της τάσης μπορεί να περιοριστεί είτε αναστρέφοντας την ροή άεργου ισχύος χρησιμοποιώντας ασύγχρονες γεννήτριες ή υποδιεγείροντας τις σύγχρονες γεννήτριες. Σε πολλά δίκτυα χρησιμοποιούνται εξελιγμένες τεχνικές ελέγχου της τάσης μέσω ρύθμισης των λήψεων του αυτομετασχηματιστή σύμφωνα με την εκτίμηση της πτώσης τάσης από μετρήσεις του ρεύματος. Ανάγκη να καθιερωθούν στοχαστικά όρια για την διακύμανση της τάσης, όπως π.χ. γίνεται στο πρότυπο ΕΝ Ποιότητα Ισχύος Για τον χαρακτηρισμό της ποιότητας της ισχύος λαμβάνονται υπόψη κυρίως δυο παράγοντες : Οι μεταβατικές διακυμάνσεις της τάσης. Η παρουσία αρμονικών στο δίκτυο. Ένα σημαντικό ζήτημα για την ποιότητα ισχύος είναι οι βυθίσεις της τάσης που ορίζονται ως μειώσεις της τάσης (από 10% έως και το 90% της ονομαστικής τιμής) σε χρονικά διαστήματα μεταξύ μισού κύκλου μέχρι και αρκετών λεπτών. Εάν κατά την ζεύξη/ απόζευξη των γεννητριών επιτρέπεται η ανταλλαγή μεγάλων ρευμάτων με το δίκτυο τότε μπορεί να εμφανιστούν μεταβατικές διαταραχές στην τάση του δικτύου. Τα προβλήματα αυτά μπορούν να περιοριστούν με την χρήση κατάλληλων ηλεκτρονικών διατάξεων και σωστό συγχρονισμό των σύγχρονων γεννητριών κατά την ζεύξη τους με το σύστημα Επιπτώσεις γεννητριών στο δίκτυο Μερικές από τις σχετικές επιπτώσεις στη λειτουργία του συστήματος λόγω της ύπαρξης διεσπαρμένων γεννητριών στο δίκτυο είναι: Η συνεισφορά στο ρεύμα βραχυκύκλωσης από τις διεσπαρμένες γεννήτριες θα μπορούσε να προκαλέσει την αποσύνδεση υγιών γραμμών στις οποίες συνδέονται διεσπαρμένες γεννήτριες λόγω της γρήγορης αντίδρασης των υπέργειων γραμμών μέσης τάσης σε σφάλματα του δικτύου. Σε μερικές περιπτώσεις όπου οι διεσπαρμένες γεννήτριες παραμένουν συνδεμένες σε μια ελαττωματική γραμμή, θα μπορούσαν να διατηρήσουν τη γραμμή διεγερμένη και να αποτρέψουν την αυτοαπόσβεση σφαλμάτων με την μορφή τόξου. 33

34 Μπορεί να γίνει αυτόματη επανάζευξη της γραμμής ενώ οι γεννήτριες έχουν χάσει το συγχρονισμό τους με το δίκτυο, με ενδεχόμενες καταστροφικές συνέπειες για τις γεννήτριες. 2.4 Διαχείριση των μεταβατικών φαινομένων Νέες τεχνολογίες υπόσχονται πολλά στην διαχείριση των μεταβατικών φαινομένων. Για την κάλυψη υψηλών αιχμών ζήτησης, όπως για παράδειγμα τα κλιματιστικά κατά τους καλοκαιρινούς μήνες(ένα πρόβλημα που συναντάμε πολύ συχνά στην χώρα μας) και την αποθήκευση περισσευούμενης ενέργειας, ένα μικροδίκτυο, ιδιαίτερα όταν βρίσκεται σε απομονωμένη λειτουργία, μπορεί να χρησιμοποιεί ενέργεια που αποθηκεύεται σε υπερπυκνωτές, μηχανές υψηλής στρεφόμενης αδράνειας (flywheels), συσσωρευτές, ή με τη μορφή δυναμικής ενέργειας μέσω συμπιεστών αέρα. Η τελευταία δε τεχνική μπορεί να εφαρμοστεί σε περιοχές όπου αιολικά ή ηλιακά πάρκα βρίσκονται κοντά σε θάλασσα ή λίμνη, οπότε και αποθηκεύουν την περισσευούμενη ενέργεια που παράγουν, αντλώντας νερό σε ταμιευτήρες υψηλότερης στάθμης. Στη συνέχεια όταν χρειάζεται ενέργεια οι κινητήρες άντλησης χρησιμοποιούνται ως γεννήτριες, παρέχοντας ισχύ στο μικροδίκτυο. Πρέπει να τονιστεί ότι ένας πολύπλοκος έλεγχος ενός τέτοιου συστήματος με την παρούσα διαθέσιμη τεχνολογία απαιτεί την χρησιμοποίηση ηλεκτρονικών μετατροπέων ισχύος, για τη διασύνδεση των περισσότερων πηγών ενέργειας του μικροδικτύου με τους ζυγούς. Είτε η παραγόμενη ισχύς είναι διαρκώς μεταβαλλόμενη όπως στην περίπτωση των φωτοβολταϊκών και ανεμογεννητριών, είτε ελεγχόμενη όπως των υδροηλεκτρικών σταθμών και των πετρελαιογεννητριών, η διοχέτευση αυτής μέσω ηλεκτρονικών μετατροπέων κάνει εφικτό τον έλεγχο των πιο σημαντικών μεγεθών αυτής, δηλαδή της τάσης και της συχνότητας, μέσω της ροής ενεργού και άεργου ισχύος. Έτσι το βασικότερο στοιχείο ενός μικροδικτύου είναι συνήθως ένας ηλεκτρονικός αντιστροφέας ισχύος, όπως αναφέρθηκε και προηγούμενα. Αυτό μπορεί να γίνεται είτε με την οδήγηση μιας ελεγχόμενης γεννήτριας, είτε με την διαχείριση συσσωρευτών ή μικροστροβίλων, είτε με τον έλεγχο των ηλεκτρονικών ισχύος των άλλων μικρομονάδων παραγωγής ενέργειας. 2.5 Διαφοροποιήσεις σε σχέση με το σημείο σύνδεσης Ο τρόπος που τα μικροδίκτυα συνδέονται στο δίκτυο διανομής διαφοροποιείται. Στο μικροδίκτυο δημιουργείται ουσιαστικά μια μικρογραφία του δικτύου στη χαμηλή τάση, διαφοροποιήσεις όμως υπάρχουν για το αν το ίδιο είναι συνδεδεμένο στο δίκτυο στη μέση τάση ή στη χαμηλή, σε μια ή περισσότερες θέσεις. Στο σημείο αυτό χρειάζεται να αναφερθεί ότι τα μικροδίκτυα μπορούν να μην έχουν και κανένα σημείο σύνδεσης με το κυρίως δίκτυο, είτε επειδή έχει επιλεγεί να λειτουργούν αυτόνομα για να παρέχουν στις καταναλώσεις τους αξιόπιστη και υψηλής ποιότητας παροχή είτε γιατί 34

35 έχουν οδηγηθεί στην αυτόνομη λειτουργία από κάποια διαταραχή του δικτύου. Η διαφοροποίηση αυτή, ουσιαστικά, συνδέεται και με το μέγεθος της ισχύος των μονάδων παραγωγής. Ανάλογα λοιπόν και με το μέγεθος του μικροδικτύου αυτό θα είναι συνδεδεμένο στο δίκτυο διανομής είτε στην χαμηλή είτε στην μέση τάση. Μικρές παραγωγικές μονάδες σε συνδυασμό με ορισμένα φορτία, π.χ. ένα σύστημα παραγωγής που θα τροφοδοτεί ένα νοσοκομείο, και λειτουργεί όπως ένα μικροδίκτυο, θα είναι συνδεδεμένες στο δίκτυο της χαμηλής τάσης. Αντίθετα στη μέση τάση συνδέονται τα συστήματα μεγαλύτερου μεγέθους. Οι μονάδες παραγωγής μαζί με τα φορτία σχηματίζουν ένα δίκτυο χαμηλής τάσης, αποτελώντας σαν σύνολο το μικροδίκτυο, και συνδέονται στη μέση τάση που τα βλέπει σαν κάτι ενιαίο, μια ανεξάρτητη οντότητα. Με παρόμοιο τρόπο υπάρχουν μικροδίκτυα στο δίκτυο μέσης τάσης που συνδέονται στο δίκτυο στην υψηλή τάση. Υπάρχουν και αναφορές που θεωρούν βαθμίδες στο μικροδίκτυο. Η ανώτερη βαθμίδα είναι το σημείο σύνδεσης στην υψηλή τάση, ενώ η κατώτερη βαθμίδα είναι αυτή της χαμηλής, που "υπακούει" στις απαιτήσεις των ανώτερων βαθμίδων του δικτύου. 2.6 Χαρακτηριστικά Λειτουργίας Ανεξαρτητοποίηση Μονάδων( Peer to Peer ) Ένα βασικό χαρακτηριστικό των μικροδικτύων, που αξίζει αναφοράς, είναι η δυνατότητα των μονάδων να λειτουργούν ανεξάρτητα η μια της άλλης. Έχουν δηλαδή ομότιμη συμμετοχή στο εκάστοτε δίκτυο. Αυτό ονομάζεται και peer to peer, φράση που προέρχεται από την ορολογία των ηλεκτρονικών υπολογιστών. Με αυτόν τον τρόπο διασφαλίζεται ότι δεν υπάρχουν μονάδες όπως ένας κεντρικός ελεγκτής ή μια κεντρική μονάδα αποθήκευσης που να έχουν κρίσιμο ρόλο στην λειτουργία του μικροδικτύου. Αυτό πρακτικά σημαίνει ότι το μικροδίκτυο μπορεί να λειτουργεί ανεξάρτητα από τις μονάδες που είναι συνδεδεμένες ή ακόμα πιο σημαντικά- την απώλεια ορισμένων εξ αυτών. Έτσι το βάρος/ευθύνη της σταθερής λειτουργίας του μικροδικτύου δεν πέφτει πάνω σε μια «κεντρική» μονάδα με τις άλλες να έχουν ρόλο υποστήριξης, αλλά διαμοιράζεται εξίσου, με αποτέλεσμα να υπάρχουν πολλές μονάδες οδηγοί χωρίς να χρειάζονται επιπλέον τρόποι επικοινωνίας[3] Άμεση Διασύνδεση Μονάδων( Plug n Play ) Το μικροδίκτυο έχει την δυνατότητα να μην χρειάζεται επαναπροσδιορισμό των ελέγχων του σε περίπτωση που προστεθεί/αφαιρεθεί κάποια από τις μονάδες του(παραγωγής ή αποθήκευσης ή κάποιο φορτίο). Έτσι οι μονάδες μπορούν να συνδέονται/αποσυνδέονται άφοβα σε οποιοδήποτε σημείο του μικροδικτύου. Εδώ χρειάζεται να επισημάνουμε ότι πρωταγωνιστικό ρόλο 35