EΘΝΙΚΟ ΜΕΤΣΟΒΙΟ ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ

Transcript

1 EΘΝΙΚΟ ΜΕΤΣΟΒΙΟ ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ ΣΧΟΛΗ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΚΑΙ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ ΤΟΜΕΑΣ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΙΣΧΥΟΣ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΜΕΛΕΤΗ ΤΩΝ ΕΠΙΠΤΩΣΕΩΝ ΣΤΗ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ ΤΟΥ ΕΛΛΗΝΙΚΟΥ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ ΑΠΟ ΤΗΝ ΑΙΟΛΙΚΗ ΙΕΙΣ ΥΣΗ 5 ΕΩΣ 8 GW ΜΕΧΡΙ ΤΟ ΕΤΟΣ 2025: ΠΡΟΫΠΟΘΕΣΕΙΣ ΚΑΙ ΕΚΤΙΜΗΣΗ ΤΟΥ ΚΟΣΤΟΥΣ ΟΜΑΛΗΣ ΕΝΤΑΞΗΣ ΤΟΥΣ Τελική Τεχνική Έκθεση Χρηµατοδότηση: Επιστηµονικός Υπεύθυνος: Ρυθµιστική Αρχή Ενέργειας ΕΥΑΓΓΕΛΟΣ Ν. ΙΑΛΥΝΑΣ ΚΑΘΗΓΗΤΗΣ Ε.Μ.Π. ΑΘΗΝΑ,ΦΕΒΡΟΥΑΡΙΟΣ 2011

2 ΕΘΝΙΚΟ ΜΕΤΣΟΒΙΟ ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ ΣΧΟΛΗ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΚΑΙ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ ΤΟΜΕΑΣ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΙΣΧΥΟΣ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΜΕΛΕΤΗ ΤΩΝ ΕΠΙΠΤΩΣΕΩΝ ΣΤΗ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ ΤΟΥ ΕΛΛΗΝΙΚΟΥ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ ΑΠΟ ΤΗΝ ΑΙΟΛΙΚΗ ΙΕΙΣ ΥΣΗ 5 ΕΩΣ 8 GW ΜΕΧΡΙ ΤΟ ΕΤΟΣ 2025: ΠΡΟΫΠΟΘΕΣΕΙΣ ΚΑΙ ΕΚΤΙΜΗΣΗ ΤΟΥ ΚΟΣΤΟΥΣ ΟΜΑΛΗΣ ΕΝΤΑΞΗΣ ΤΟΥΣ Τελική Τεχνική Έκθεση ΧΡΗΜΑΤΟ ΟΤΗΣΗ: Ρυθµιστική Αρχή Ενέργειας Ε. ΙΑΛΥΝΑΣ ΚΑΘΗΓΗΤΗΣ Ε.Μ.Π Επιστηµονικός Υπεύθυνος. ΠΑΠΑΝΤΩΝΗΣ ΚΑΘΗΓΗΤΗΣ Ε.Μ.Π. Σ. ΠΑΠΑΘΑΝΑΣΙΟΥ ΕΠΙΚ. ΚΑΘΗΓΗΤΗΣ Ε.Μ.Π. ΦΕΒΡΟΥΑΡΙΟΣ 2011 ΑΘΗΝΑ

3 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ Σελίδες 1. Εισαγωγή Μεθοδολογία Προσοµοίωσης της Λειτουργίας και της Επάρκειας Τροφοδότησης Ισχύος του Ελληνικού Συστήµατος Ηλεκτρικής Ενέργειας Θεωρώντας τη Λειτουργία των Εγκαταστάσεων Ανανεώσιµων Πηγών Ενέργειας και Αντλησιοταµίευσης Γενικά Μοντελοποίηση της Λειτουργίας των Θερµικών Σταθµών Παραγωγής Μοντελοποίηση της Λειτουργίας των Υδροηλεκτρικών Σταθµών Παραγωγής Μοντελοποίηση της Λειτουργίας των Αιολικών Πάρκων Μοντελοποίηση της Λειτουργίας των Φωτοβολταϊκών Σταθµών και των Μέτρων ιαχείρισης της Ζήτησης Φορτίου Προσοµοίωση της Λειτουργίας του Συστήµατος ιαδικασία Ένταξης των Μονάδων Παραγωγής Μοντελοποίηση της Λειτουργίας των Εγκαταστάσεων Αντλησιοταµίευσης Υπολογιζόµενοι είκτες Απαιτήσεις Κέντρων Ελέγχου Ενέργειας στα Συστήµατα Ηλεκτρικής Ενέργειας µε Υψηλή Στάθµη ιείσδυσης Ανανεώσιµων Πηγών Ενέργειας Γενικά Λειτουργία Συστήµατος Προγραµµατισµός Συστήµατος Απαιτούµενα εδοµένα για την Ανάλυση της Λειτουργικής Απόδοσης του Ελληνικού Συστήµατος Ηλεκτρικής Ενέργειας Ανάλυση της Λειτουργικής Απόδοσης του Ελληνικού Συστήµατος Ηλεκτρικής Ενέργειας για τις Χρονικές Περιόδους των Ετών 2011 έως εδοµένα του Συστήµατος Αποτελέσµατα της Ανάλυσης για την Παραγόµενη Ισχύ των Αιολικών Πάρκων και των Φωτοβολταϊκών Σταθµών Βασικές Περιπτώσεις Ανάλυσης και Αποτελέσµατα της Λειτουργικής Απόδοσης του Συστήµατος Αποτελέσµατα της Λειτουργικής Απόδοσης του Συστήµατος Εφαρµόζοντας τη ιαφορετική ιαδικασία Υπολογισµού της Απαιτούµενης Στάθµης Στρεφόµενης Εφεδρείας Αποτελέσµατα Επιπρόσθετων Περιπτώσεων Ανάλυσης για τη Λειτουργική Απόδοση του Συστήµατος

4 5.6. Αποτελέσµατα της Λειτουργικής Απόδοσης του Συστήµατος Θεωρώντας τις Νέες Εγκαταστάσεις Αντλησιοταµίευσης Αποτελέσµατα της Εκτίµησης του Ενεργειακού Κόστους των Σεναρίων Ανάλυσης του Συστήµατος Αποτελέσµατα Επιπρόσθετων Περιπτώσεων Παραµετρικής Ανάλυσης για τη Λειτουργική Απόδοση του Συστήµατος Συµπεράσµατα Βιβλιογραφία ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ Ι: εδοµένα των Θερµικών και Υδροηλεκτρικών Σταθµών Παραγωγής και των Εγκαταστάσεων Αντλησιοταµίευσης του Ελληνικού Συστήµατος Ηλεκτρικής Ενέργειας ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ ΙΙ: Αποτελέσµατα όλων των εικτών Αξιοπιστίας Λειτουργίας και Λειτουργικής Απόδοσης του Ελληνικού Συστήµατος Ηλεκτρικής Ενέργειας για τυπικές Περιπτώσεις Ανάλυσης Θεωρώντας το Σενάριο Εξοικονόµησης της Ζήτησης Φορτίου και το Σενάριο Ανάπτυξης των Θερµικών και Υδροηλεκτρικών Σταθµών Παραγωγής µε Μέτρια Ευελιξία ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ ΙΙΙ: Παραδείγµατα Εφαρµογής της Μεθοδολογίας Προσοµοίωσης της Λειτουργίας του Ελληνικού Συστήµατος Ηλεκτρικής Ενέργειας για την Απορρόφηση της Παραγόµενης Ισχύος των Αιολικών Πάρκων Σύµφωνα µε το Κριτήριο Αξιοπιστίας

5 1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ Τα συστήµατα ηλεκτρικής ενέργειας αντιµετωπίζουν συγκεκριµένα προβλήµατα σχεδιασµού και λειτουργίας τα οποία κύρια αφορούν την ασφάλεια και την αξιοπιστία λειτουργίας τους και προκαλούν επιπτώσεις στο κόστος και την ποιότητα παροχής ηλεκτρικής ισχύος στους καταναλωτές. Είναι αναγκαίο να εξασφαλίζεται πάντοτε µια επαρκής ποσότητα εφεδρικής παραγωγής ηλεκτρικής ισχύος, έτσι ώστε να είναι δυνατή η αντιµετώπιση κρίσιµων καταστάσεων λειτουργίας, όπως είναι η απώλεια των διαθέσιµων µονάδων παραγωγής του συστήµατος λόγω εξαναγκασµένων βλαβών ή προγραµµατισµένων εργασιών συντήρησης [1-7]. Σε βραχυπρόθεσµο επίπεδο, θα πρέπει οι µονάδες παραγωγής που ευρίσκονται σε θερµή εφεδρεία να µπορούν να ανταποκριθούν επαρκώς στα δυναµικά φαινόµενα που θα προκληθούν από µία σειρά πιθανών διαταραχών, έτσι ώστε να εξασφαλίζεται η ασφάλεια του συστήµατος (στατική και δυναµική). Η αποτελεσµατική εκµετάλλευση των ανανεώσιµων πηγών ενέργειας και ιδιαίτερα της αιολικής ενέργειας για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας στο περιβάλλον της ανταγωνιστικής αγοράς αντιµετωπίζει σηµαντικές δυσκολίες [8, 9]. Αυτές αφορούν κύρια τη µεταβλητότητα ορισµένων παραµέτρων των καιρικών συνθηκών οι οποίες σχετίζονται άµεσα µε τη λειτουργία των αντίστοιχων εγκαταστάσεων παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας. Η ένταξη αιολικών πάρκων και η παράλληλη λειτουργία τους µε τις συµβατικές µονάδες παραγωγής έχει ήδη εφαρµοσθεί ευρύτατα σε πολλά συστήµατα ηλεκτρικής ενέργειας. Όµως, η λειτουργία τους έχει αυξήσει σηµαντικά την πολυπλοκότητα της λειτουργίας των συστηµάτων και τις επιπτώσεις τους στην ασφάλεια και αξιοπιστία λειτουργίας τους ιδιαίτερα όταν η στάθµη διείσδυσης τους είναι αρκετά αυξηµένη. Για τους λόγους αυτούς είναι απαραίτητο να εκπονηθούν κατάλληλες µελέτες που θα αφορούν την εκτίµηση των επιπτώσεων της λειτουργίας των αιολικών πάρκων στην αξιοπιστία και ασφάλεια λειτουργίας και το κόστος λειτουργίας των συστηµάτων ηλεκτρικής ενέργειας. Η λειτουργία ενός σηµαντικού αριθµού αιολικών πάρκων σε ένα σύστηµα ηλεκτρικής ενέργειας µπορεί να προκαλέσει δυναµικά µη ευσταθείς καταστάσεις λειτουργίας εξαιτίας της τυχαίας µεταβλητότητας της ταχύτητας του ανέµου που µπορεί να προκαλέσει πολύ σηµαντική µείωση της παραγόµενης ισχύος των ανεµογεννητριών και της περιορισµένης δυνατότητας των ανεµογεννητριών, ιδιαίτερα των απευθείας συνδεδεµένων στο σύστηµα µεταφοράς, να ελέγξουν την ενεργό και άεργο ισχύ τους. Αυτή η µείωση πρέπει να καλυφθεί από την επιπρόσθετη παραγωγή ισχύος των συµβατικών µονάδων παραγωγής οι οποίες θα ευρίσκονται σε κατάσταση στρεφόµενης εφεδρείας. Αυτό σηµαίνει ότι, για τον προγραµµατισµό της σχεδίασης του συστήµατος παραγωγής και 1

6 µεταφοράς ηλεκτρικής ενέργειας και της έκδοσης των αδειών παραγωγής και των όρων σύνδεσης στο σύστηµα µεταφοράς για τα αιολικά πάρκα, πρέπει να καθορισθεί µία στάθµη διείσδυσης των ανεµογεννητριών στο σύστηµα ηλεκτρικής ενέργειας (αιολική διείσδυση) η οποία θα εκφράζεται ως ένα εκατοστιαίο ποσοστό της εγκατεστηµένης ηλεκτρικής ισχύος των ανεµογεννητριών ως προς την αιχµή της ζήτησης φορτίου του. Αυτή η στάθµη αποτελεί µία οριακή τιµή που πρέπει να λαµβάνεται υπόψη για την ανάλυση µίας συγκεκριµένης χρονικής περιόδου του συστήµατος σε συνδυασµό µε την εγκατεστηµένη ισχύ των σταθµών παραγωγής του και τις λειτουργικές πρακτικές τους. Αυτό το σηµαντικό θέµα αποτέλεσε το αντικείµενο ενός έργου που ανατέθηκε από τη Ρυθµιστική Αρχή Ενέργειας (ΡΑΕ) στο Εργαστήριο Συστηµάτων Ηλεκτρικής Ενέργειας του Ε.Μ. Πολυτεχνείου και ολοκληρώθηκε µε επιτυχία τον Οκτώβριο 2007 [10]. Το έργο κύρια περιελάµβανε την εκπόνηση µίας µελέτης που αφορούσε την ανάλυση της αξιοπιστίας λειτουργίας και της λειτουργικής απόδοσης του Ελληνικού συστήµατος παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας θεωρώντας την αυξηµένη στάθµη αιολικής διείσδυσης από τα αιολικά πάρκα τα οποία αναµένεται να έχουν εγκατασταθεί στο άµεσο µέλλον και ιδιαίτερα έως το έτος Η ανάλυση της αξιοπιστίας λειτουργίας του συστήµατος επικεντρώθηκε στην επάρκεια της τροφοδότησης ισχύος του συστήµατος λαµβάνοντας υπόψη τα ιδιαίτερα τεχνικά χαρακτηριστικά όλων των αιολικών πάρκων που είχαν συνδεθεί στο σύστηµα µεταφοράς και ήδη λειτουργούσαν έως το τέλος του έτους 2006 όλων των αιολικών πάρκων που είχαν λάβει ήδη άδεια παραγωγής από τη ΡΑΕ και όρους σύνδεσης στο σύστηµα µεταφοράς από τον ΕΣΜΗΕ έως το τέλος του έτους 2006 ενός µεγάλου µέρους των αιολικών πάρκων που είχαν ήδη λάβει άδεια παραγωγής από τη ΡΑΕ αλλά δεν είχαν λάβει όρους σύνδεσης στο σύστηµα µεταφοράς από τον ΕΣΜΗΕ ή δεν είχαν ακόµα υποβάλει αιτήσεις στον ΕΣΜΗΕ για να λάβουν όρους σύνδεσης στο σύστηµα µεταφοράς έως το τέλος του έτους Οι επιπτώσεις της αιολικής διείσδυσης αξιολογήθηκαν θεωρώντας ένα βασικό σενάριο (Σενάριο 3000MW) και τέσσερα επιπρόσθετα σενάρια (Σενάριο 4000MW, Σενάριο 5000MW, Σενάριο 4500MW, Σενάριο 5500MW) τα οποία είχαν διαφορετικές τιµές της εγκατεστηµένης ισχύος των ανεµογεννητριών των αιολικών πάρκων. Οι ονοµασίες αυτών των σεναρίων αναφέρονται στις τιµές αυτές µε προσέγγιση. 2

7 Η παρούσα έκθεση αποτελεί την Τελική Τεχνική Έκθεση του έργου που έχει ανατεθεί από τη ΡΑΕ στο Εργαστήριο Συστηµάτων Ηλεκτρικής Ενέργειας (ΣΗΕ) του Ε.Μ. Πολυτεχνείου (Ιούλιος 2008). Αυτό το έργο αποτελεί συνέχεια του προηγούµενου έργου που αναφέρεται παραπάνω και αφορά την ανάλυση των επιπτώσεων της µεγάλης αιολικής διείσδυσης στη λειτουργία του Ελληνικού διασυνδεδεµένου συστήµατος ηλεκτρικής ενέργειας και την εκτίµηση των προϋποθέσεων του κόστους οµαλής ένταξης τους. Πιο συγκεκριµένα, εξετάζονται οι επιπτώσεις της ανάπτυξης αιολικών πάρκων στον προγραµµατισµό της ανάπτυξης του Ελληνικού συστήµατος ηλεκτρικής ενέργειας και των διασυνδέσεων του λαµβάνοντας υπόψη τις σχετικές µελέτες που αφορούν το Μακροχρόνιο Ενεργειακό Προγραµµατισµό και εκπονούνται από τους αρµόδιους φορείς (Υπουργείο Ενέργειας, ΣΕΕΣ), τη λειτουργία της αγοράς ηλεκτρικής ενέργειας (ΡΑΕ, ΕΣΜΗΕ) και την αξιολόγηση των µελλοντικών επενδυτικών σχεδίων για σταθµούς παραγωγής ( ΕΗ, ιδιωτικές εταιρείες). Για το σκοπό αυτό, αναλύονται διάφορα σενάρια ανάπτυξης στα οποία θεωρούνται οι κατασκευές νέων συµβατικών σταθµών παραγωγής (ανά κατηγορία σταθµών), οι αποσύρσεις ή ενισχύσεις ή τροποποιήσεις των υφιστάµενων θερµικών σταθµών παραγωγής της ΕΗ και, ιδιαίτερα, τα θέµατα της επιπρόσθετης ανάπτυξης των υδροηλεκτρικών - αντλητικών σταθµών παραγωγής (εγκαταστάσεις αντλησιοταµίευσης). Ο εφαρµοζόµενος τρόπος λειτουργίας του συστήµατος λαµβάνεται υπόψη ο οποίος στηρίζεται στους σχετικούς κώδικες αλλά προτείνονται ενδεχόµενες αλλαγές τους οι οποίες τεκµηριώνονται από τα ευρεθέντα αποτελέσµατα των αναλύσεων των διαφορετικών σεναρίων ανάπτυξης του Ελληνικού συστήµατος ηλεκτρικής ενέργειας. Η παρούσα Τελική Τεχνική Έκθεση αποτελεί τη συνέχεια των δύο προηγούµενων τεχνικών εκθέσεων του έργου (Προκαταρκτική, Ενδιάµεση) που υποβλήθηκαν τον Οκτώβριο 2008 και τον Αύγουστο 2009 αντίστοιχα [11, 12]. Τα διάφορα θέµατα που περιλαµβάνονται σε αυτές τις δύο Τεχνικές Εκθέσεις συζητήθηκαν επισταµένα µε τα αρµόδια στελέχη της ΡΑΕ µετά από την υποβολή τους και λήφθηκαν οι σχετικές αποφάσεις για τη συνέχιση του έργου µε παράλληλη έγκριση τους. Επίσης, ολοκληρώθηκε η διαδικασία συλλογής όλων των απαιτούµενων δεδοµένων για τη µοντελοποίηση της λειτουργίας των αιολικών πάρκων και των φωτοβολταϊκών σταθµών στην Ελλάδα. Τα δεδοµένα της λειτουργίας των αιολικών πάρκων που αφορούν τις αντίστοιχες ετήσιες χρονολογικές καµπύλες της παραγόµενης ηλεκτρικής ισχύος τους έχουν ευρεθεί από το ΚΑΠΕ στα πλαίσια ενός σχετικού έργου που ανατέθηκε από την ΡΑΕ [13]. Η εγκατεστηµένη ισχύς των θεωρούµενων 1002 αιολικών πάρκων είναι ίση µε 20 GW. Θεωρώντας αυτά τα δεδοµένα, διαµορφώθηκαν σχετικά σενάρια διείσδυσης σε συνεργασία µε τα αρµόδια στελέχη της ΡΑΕ, για ισχύες από 3 GW έως 13 GW και αντίστοιχες χρονικές περιόδους υλοποίησης των εγκαταστάσεων τους. Το έργο ολοκληρώθηκε µε την υποβολή 3

8 της πρώτης έκδοσης της Τελικής Τεχνικής Έκθεσης τον Ιανουάριο 2010 [14]. Τα διάφορα θέµατα που περιλαµβάνονται σε αυτή συζητήθηκαν επισταµένα µε τα αρµόδια στελέχη της ΡΑΕ και το έργο παραλήφθηκε προσωρινά τον εκέµβριο 2010 ενώ διατυπώθηκαν ορισµένες προτάσεις για την ολοκλήρωση του έργου και την οριστική παραλαβή του. Αυτές οι προτάσεις έχουν ληφθεί υπόψη στην παρούσα δεύτερη έκδοση της Τελικής Τεχνικής Έκθεσης η οποία αποτελείται από επτά Κεφάλαια και δύο Παραρτήµατα (Ι, ΙΙ) που συµπεριλαµβάνουν τα ακόλουθα: 1. Εισαγωγή 2. Μεθοδολογία Προσοµοίωσης της Λειτουργίας και της Επάρκειας Τροφοδότησης Ισχύος του Ελληνικού Συστήµατος Ηλεκτρικής Ενέργειας θεωρώντας τη Λειτουργία των Εγκαταστάσεων Ανανεώσιµων Πηγών Ενέργειας Σταθµών και Αντλησιοταµίευσης: Παρουσιάζονται οι βασικές αρχές της µεθοδολογίας που έχει αναπτυχθεί στο Εργαστήριο ΣΗΕ για την προσοµοίωση της λειτουργίας και την ανάλυση της επάρκειας τροφοδότησης ισχύος των συστηµάτων παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας στα οποία υπάρχουν συνδεδεµένα αιολικά πάρκα. Αυτή η µεθοδολογία βελτιώθηκε σηµαντικά έτσι ώστε να προσοµοιώνεται ρεαλιστικά η λειτουργία του Ελληνικού συστήµατος ηλεκτρικής ενέργειας θεωρώντας επιπρόσθετα χαρακτηριστικά λειτουργίας του. Αυτά περιλαµβάνουν τη λειτουργία αιολικών πάρκων και φωτοβολταϊκών σταθµών που έχουν αρκετά υψηλές τιµές εγκατεστηµένης ισχύος και τη λειτουργία ευέλικτων µονάδων παραγωγής για την κάλυψη των αναγκών τροφοδότησης της ζήτησης φορτίου για χρονικά διαστήµατα µικρής διάρκειας. Επίσης, συµπεριλαµβάνεται µία µέθοδος για την ανάλυση της λειτουργίας των εγκαταστάσεων αντλησιοταµίευσης η οποία µοντελοποιεί ρεαλιστικά τη λειτουργία των υφιστάµενων εγκαταστάσεων της ΕΗ και τη λειτουργία των νέων εγκαταστάσεων που θα αναπτυχθούν για να επιτευχθούν υψηλότερες στάθµες αιολικής διείσδυσης στο σύστηµα. 3. Απαιτήσεις Κέντρων Ελέγχου Ενέργειας στα Συστήµατα Ηλεκτρικής Ενέργειας µε Υψηλή Στάθµη ιείσδυσης Ανανεώσιµων Πηγών Ενέργειας: Παρουσιάζονται οι επιπρόσθετες βασικές απαιτήσεις που απαιτούνται για τα Κέντρα Ελέγχου Ενέργειας των συστηµάτων ηλεκτρικής ενέργειας στα οποία υπάρχει υψηλή στάθµη αιολικής διείσδυσης. Επίσης, παρατίθενται παραδείγµατα από εφαρµογές σε συστήµατα διαφόρων χωρών. 4. Απαιτούµενα εδοµένα για την Ανάλυση της Λειτουργικής Απόδοσης του Ελληνικού Συστήµατος Ηλεκτρικής Ενέργειας: Παρατίθενται τα δεδοµένα που απαιτούνται για την εφαρµογή της µεθοδολογίας που παρουσιάζεται στο Κεφάλαιο 2 για την ανάλυση της λειτουργικής απόδοσης των συστηµάτων 4

9 ηλεκτρικής ενέργειας και, πιο συγκεκριµένα, για την εφαρµογή της στο Ελληνικό σύστηµα. Παρατίθενται τα δεδοµένα των θερµικών και υδροηλεκτρικών σταθµών παραγωγής, των αιολικών πάρκων, των φωτοβολταϊκών σταθµών και των εγκαταστάσεων αντλησιοταµίευσης τα οποία απαιτούνται για την ανάλυση κάθε θεωρούµενου σεναρίου ανάπτυξης του συστήµατος. 5. Ανάλυση της Λειτουργικής Απόδοσης του Ελληνικού Συστήµατος Ηλεκτρικής Ενέργειας για τις Χρονικές Περιόδους των Ετών 2011 έως 2025: Παρατίθενται τα αποτελέσµατα που ευρέθησαν από την εφαρµογή της µεθοδολογίας που παρουσιάζεται στο Κεφάλαιο 2 στο Ελληνικό σύστηµα ηλεκτρικής ενέργειας µε σκοπό την ανάλυση της λειτουργικής απόδοσής του. Θεωρούνται οκτώ σενάρια αιολικής διείσδυσης στα οποία υποτίθεται ότι η συνολική εγκατεστηµένη ισχύς των ανεµογεννητριών των αιολικών πάρκων κυµαίνεται από 1500 MW έως MW και αφορούν τέσσερις διαφορετικές χρονικές περιόδους ανάλυσης του συστήµατος (ηµερολογιακά έτη 2011, 2015, 2020, 2025). Για το σκοπό αυτό, διαµορφώθηκαν κατάλληλα σενάρια που αφορούν την ανάπτυξη του Ελληνικού συστήµατος παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας λαµβάνοντας υπόψη εναλλακτικές στάθµες αξιοποίησης των διαφορετικών µορφών των ανανεώσιµων πηγών ενέργειας και συµπεριλαµβάνοντας τη λειτουργία των εγκαταστάσεων αντλησιοταµίευσης. Τα σενάρια αυτά θεωρούν τρεις εναλλακτικές περιπτώσεις ανάπτυξης του συστήµατος ανάλογα µε τον τύπο των θερµικών σταθµών παραγωγής που θα εγκατασταθούν (µικρή ευελιξία, µέτρια ευελιξία, σηµαντική ευελιξία) και δύο εναλλακτικά σενάρια ανάπτυξης της ζήτησης φορτίου του (αναφοράς, εξοικονόµησης ενέργειας). Παρατίθενται τα αποτελέσµατα της λειτουργικής απόδοσης του συστήµατος για 36 βασικές Περιπτώσεις Ανάλυσης λαµβάνοντας υπόψη διαφορετικές τιµές των χαρακτηριστικών και των µεταβλητών της λειτουργίας του συστήµατος και χρησιµοποιώντας δύο µοντέλα πρόβλεψης της αιολικής παραγωγής έτσι ώστε να διαπιστωθούν οι σχετικές επιπτώσεις τους. Επίσης, παρατίθενται τα αποτελέσµατα της λειτουργικής απόδοσης του συστήµατος για τις παραπάνω 36 βασικές Περιπτώσεις Ανάλυσης θεωρώντας µία διαφορετική διαδικασία καθορισµού των τιµών της στάθµης στρεφόµενης εφεδρείας του συστήµατος να διαπιστωθούν οι σχετικές επιπτώσεις της. Επιπρόσθετα, παρατίθενται τα αποτελέσµατα της λειτουργικής απόδοσης του συστήµατος για 10 Περιπτώσεις Ανάλυσης θεωρώντας µία αυξηµένη τιµή της εγκατεστηµένης ισχύος των φωτοβολταϊκών σταθµών, διαφορετικούς τύπους ευελιξίας για τη λειτουργία των σταθµών συνδυασµένου κύκλου και τη λειτουργία των εγκαταστάσεων αντλησιοταµίευσης. Τέλος, παρατίθενται τα αποτελέσµατα της λειτουργικής απόδοσης του συστήµατος για 2 5

10 επιπρόσθετες Περιπτώσεις Ανάλυσης θεωρώντας ένα σενάριο λειτουργίας του το οποίο προτείνεται από τη ΡΑΕ για το έτος 2020 και αφορά κατάλληλα σενάρια εξοικονόµησης της ζήτησης φορτίου (χαµηλό) και ανάπτυξης των θερµικών σταθµών παραγωγής του που έχουν πρόσφατα υιοθετηθεί από το ΥΠΕΚΑ για την επίτευξη των σχετικών Εθνικών στόχων. Για ορισµένα από τα παραπάνω σενάρια ανάλυσης του Ελληνικού συστήµατος ηλεκτρικής ενέργειας, εξετάζεται το ενεργειακό κόστος τους θεωρώντας όλες τις διακριτές συνιστώσες τους ξεχωριστά για κάθε συγκεκριµένο έτος ανάλυσης (2015, 2020 και 2025) έτσι ώστε να διαπιστωθούν οι επιπτώσεις των σχετικών χαρακτηριστικών λειτουργίας του συστήµατος. 6. Συµπεράσµατα: Παρατίθενται τα γενικά συµπεράσµατα της Τελικής Τεχνικής Έκθεσης τα οποία εξάγονται από την αξιολόγηση των αποτελεσµάτων της ανάλυσης της λειτουργικής απόδοσης του Ελληνικού συστήµατος ηλεκτρικής ενέργειας θεωρώντας τα αποτελέσµατα που ευρέθησαν από όλες τις Περιπτώσεις Ανάλυσης της λειτουργίας του συστήµατος τα οποία αφορούν τις επιπτώσεις της αυξηµένης στάθµης διείσδυσης των εγκαταστάσεων ανανεώσιµων πηγών ενέργειας στη λειτουργική απόδοσή του. 7. Βιβλιογραφία: Παρατίθεται η βιβλιογραφία της Τελικής Τεχνικής Έκθεσης. ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ Ι: Παρατίθενται τα δεδοµένα των θερµικών και υδροηλεκτρικών σταθµών παραγωγής και των εγκαταστάσεων αντλησιοταµίευσης του Ελληνικού Συστήµατος Ηλεκτρικής Ενέργειας. ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ ΙΙ: Παρατίθενται τα αποτελέσµατα όλων των δεικτών αξιοπιστίας λειτουργίας και λειτουργικής απόδοσης του Ελληνικού Συστήµατος Ηλεκτρικής Ενέργειας για τυπικές Περιπτώσεις Ανάλυσης θεωρώντας το σενάριο εξοικονόµησης της ζήτησης φορτίου (χαµηλό) και το σενάριο ανάπτυξης των θερµικών και υδροηλεκτρικών σταθµών παραγωγής µε µέτρια ευελιξία. Μετά από την επιτυχηµένη ολοκλήρωση του έργου µε την υποβολή της παρούσας δεύτερης έκδοσης της Τελικής Τεχνικής Έκθεσης, ο Επιστηµονικός Υπεύθυνος και όλα τα µέλη της ερευνητικής οµάδας του Ε.Μ. Πολυτεχνείου οφείλουν να ευχαριστήσουν θερµά όλα τα στελέχη των διαφόρων υπηρεσιών της Ρυθµιστικής Αρχής Ενέργειας (ΡΑΕ) και, ιδιαίτερα, τα µέλη της Επιτροπής Παραλαβής του έργου τα οποία βοήθησαν ενεργά στην ολοκλήρωση του µε την παροχή όλων των απαραίτητων δεδοµένων και µε τις προτάσεις και σχόλια τους που έγιναν στις πρώτες δύο Τεχνικές Εκθέσεις του έργου (Προκαταρκτική, Ενδιάµεση) αλλά και στην πρώτη έκδοση της Τελικής Τεχνικής 6

11 Έκθεσης. Επισηµαίνεται η πολύτιµη συνεργασία τους που βοήθησε σηµαντικά στην ολοκλήρωση του έργου, ενώ οι εύστοχες προτάσεις και παρατηρήσεις τους κατά τη διάρκεια της εκπόνησης του ήταν επωφελείς και συνέβαλαν αποφασιστικά στην αντιµετώπιση όλων των θεµάτων που ανέκυπταν. Επίσης, ο Επιστηµονικός Υπεύθυνος του έργου θα ήθελε να ευχαριστήσει ιδιαίτερα τον Πρόεδρο και τα Μέλη της ΡΑΕ για την αµέριστη συµπαράσταση τους κατά τη διάρκεια εκπόνησης του έργου και τη συµβολή τους στην επιτυχή ολοκλήρωση του. 7

12 2. ΜΕΘΟ ΟΛΟΓΙΑ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗΣ ΤΗΣ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ ΚΑΙ ΤΗΣ ΕΠΑΡΚΕΙΑΣ ΤΡΟΦΟ ΟΤΗΣΗΣ ΙΣΧΥΟΣ ΤΟΥ ΕΛΛΗΝΙΚΟΥ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΘΕΩΡΩΝΤΑΣ ΤΗ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ ΤΩΝ ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΕΩΝ ΑΝΑΝΕΩΣΙΜΩΝ ΠΗΓΩΝ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΚΑΙ ΑΝΤΛΗΣΙΟΤΑΜΙΕΥΣΗΣ 2.1. Γενικά Στο Εργαστήριο Συστηµάτων Ηλεκτρικής Ενέργειας του Ε.Μ. Πολυτεχνείου έχει αναπτυχθεί µία αποδοτική µεθοδολογία προσοµοίωσης της λειτουργίας των συστηµάτων ηλεκτρικής ενέργειας η οποία χρησιµοποιείται για τον υπολογισµό ενός κατάλληλου συνόλου δεικτών αξιοπιστίας και λειτουργικής απόδοσης τους. Αυτή η µεθοδολογία προσοµοιώνει ρεαλιστικά τη λειτουργία των θερµικών και υδροηλεκτρικών σταθµών παραγωγής και των εγκαταστάσεων των ανανεώσιµων πηγών ενέργειας. Επιπρόσθετα, έχουν ενσωµατωθεί τα ιδιαίτερα λειτουργικά χαρακτηριστικά του Ελληνικού συστήµατος ηλεκτρικής ενέργειας και η µεθοδολογία µπορεί να χρησιµοποιηθεί για την ανάλυση του [10] θεωρώντας διαφορετικές Περιπτώσεις Ανάλυσης που αφορούν αντίστοιχες στάθµες διείσδυσης των διάφορων µορφών ανανεώσιµων πηγών ενέργειας Μοντελοποίηση της Λειτουργίας των Θερµικών Σταθµών Παραγωγής Για κάθε θερµικό σταθµό παραγωγής (ΘΗΣ) του Ελληνικού συστήµατος ηλεκτρικής ενέργειας, η µοντελοποίηση του καθορίζει ένα συγκεκριµένο τρόπο λειτουργίας του που σχετίζεται µε τα τεχνικά χαρακτηριστικά του. Έχουν καθορισθεί οι ακόλουθοι πέντε διαφορετικοί τρόποι λειτουργίας µε τους αντίστοιχους κωδικούς: Κωδικός Λειτουργίας Α: Αφορά τους σταθµούς παραγωγής που έχουν πολύ µικρό κόστος παραγωγής (ατµοστρόβιλοι µε καύσιµο το λιγνίτη ή άλλο στερεό καύσιµο) και τροφοδοτούν το φορτίο βάσης. Οι διακοπές της λειτουργίας τους προκαλούν σηµαντικές επιπτώσεις στη διάρκεια ζωής του εξοπλισµού τους. Για το λόγο αυτό, θεωρείται ότι η λειτουργία τους διακόπτεται µόνο για την πραγµατοποίηση των απαραίτητων εργασιών συντήρησης και επισκευών µετά από συµβάντα βλαβών. Κωδικός Λειτουργίας Β: Αφορά τους σταθµούς παραγωγής µε µονάδες παραγωγής που έχουν αυξηµένο κόστος παραγωγής (ατµοστρόβιλοι µε καύσιµο το φυσικό αέριο ή ενδεχόµενα το πετρέλαιο) και οι διακοπές της λειτουργίας τους προκαλούν σηµαντικές επιπτώσεις στη διάρκεια ζωής του εξοπλισµού τους. Για το λόγο αυτό, ο αριθµός των διακοπών της λειτουργίας των 8

13 µονάδων παραγωγής τους πρέπει να είναι αρκετά µικρός. Όµως, το αυξηµένο κόστος παραγωγής τους δεν επιτρέπει τη λειτουργία τους πριν από την ένταξη σε λειτουργία άλλων µονάδων παραγωγής που έχουν µικρότερο κόστος παραγωγής σύµφωνα µε τους κανόνες της ανταγωνιστικής αγοράς ηλεκτρικής ενέργειας. Αντίθετα, αυτοί οι σταθµοί µπορούν να ευρίσκονται σε λειτουργική κατάσταση ψυχρής εφεδρείας και να συµµετέχουν στην κάλυψη της στρεφόµενης εφεδρείας του συστήµατος σε χρονικές περιόδους µεγάλης ζήτησης φορτίου. Για όλους τους παραπάνω λόγους, η µοντελοποίηση επιτρέπει τη διακοπή της λειτουργίας τους µόνο για την πραγµατοποίηση των απαραίτητων εργασιών συντήρησης και επισκευών µετά από συµβάντα βλαβών. Καθορίζονται συγκεκριµένες χρονικές περίοδοι λειτουργίας των σταθµών κατά τη διάρκεια του έτους στις οποίες λειτουργούν µε την ελάχιστη τιµή της ισχύος εξόδου των µονάδων παραγωγής τους. Οι τιµές της παραγόµενης ισχύος τους µπορούν να αυξηθούν σύµφωνα µε τη σχετική στάθµη προτεραιότητας τους όταν η ζήτηση φορτίου του συστήµατος είναι αυξηµένη. Κωδικός Λειτουργίας Γ: Αφορά τους σταθµούς παραγωγής συνδυασµένου κύκλου στους οποίους υπάρχει η δυνατότητα διακοπών της λειτουργίας τους (σβέσεων) χωρίς να προκαλούνται σηµαντικές επιπτώσεις στη διάρκεια ζωής του εξοπλισµού τους. Μία ρεαλιστική τιµή για αυτό τον αριθµό διακοπών (σβέσεων) είναι µία φορά την εβδοµάδα (περίπου πενήντα σβέσεις ανά έτος). Επίσης, αυτοί οι σταθµοί έχουν τη δυνατότητα ταχείας µεταβολής (αύξησης, µείωσης) της παραγόµενης ισχύος τους διότι οι µονάδες παραγωγής τους έχουν ρυθµούς αύξησης και µείωσης φορτίου µε µεγάλες αριθµητικές τιµές. Για τους λόγους αυτούς, η µοντελοποίηση θεωρεί ότι η λειτουργία αυτών των σταθµών µπορεί να διακόπτεται µόνο κατά τη διάρκεια του Σαββατοκύριακου (από ώρα της Παρασκευής έως ώρα της ευτέρας) εάν δεν απαιτείται για την τροφοδότηση της ζήτησης φορτίου σύµφωνα µε τον κωδικό προτεραιότητας τους. Στις άλλες χρονικές περιόδους της εβδοµάδας, οι σταθµοί λειτουργούν µε την ελάχιστη τιµή της ισχύος εξόδου των µονάδων παραγωγής τους ενώ οι τιµές της παραγόµενης ισχύος τους µπορούν να αυξηθούν σύµφωνα µε τη σχετική στάθµη προτεραιότητας τους όταν η ζήτηση φορτίου του συστήµατος είναι αυξηµένη. Ένας συµπαραγωγικός σταθµός µπορεί να αποτελείται από ένα ατµοστρόβιλο και ένα αεροστρόβιλο (κωδικός λειτουργίας Γ1) ή από ένα ατµοστρόβιλο και δύο ή περισσότερους αεροστρόβιλους (κωδικός λειτουργίας Γ2). Είναι φανερό ότι η ύπαρξη δύο ή περισσοτέρων αεροστρόβιλων προσφέρει µία αυξηµένη στάθµη ευελιξίας της λειτουργίας των σταθµών η οποία έχει άµεσες επιπτώσεις στη στάθµη αιολικής διείσδυσης του συστήµατος ηλεκτρικής ενέργειας. 9

14 Κωδικός Λειτουργίας : Αφορά τους συµπαραγωγικούς σταθµούς παραγωγής στους οποίους υπάρχει η υποχρέωση της συνεχούς λειτουργίας (ή σε συγκεκριµένες χρονικές περιόδους της ηµέρας) µε µία καθορισµένη στάθµη παραγόµενης ηλεκτρικής ισχύος που σχετίζεται µε την αντίστοιχη τιµή της υποχρεωτικής παραγωγής θερµικής ισχύος. Αυτή η στάθµη ηλεκτρικής ισχύος αποτελεί την ελάχιστη τιµή της ισχύος εξόδου των µονάδων παραγωγής των συµπαραγωγικών σταθµών. Για τους λόγους αυτούς, η µοντελοποίηση θεωρεί ότι η λειτουργία αυτών των σταθµών µπορεί να διακόπτεται µόνο για την πραγµατοποίηση των απαραίτητων εργασιών συντήρησης και επισκευών µετά από συµβάντα βλαβών. Σε όλες τις χρονικές περιόδους της έτους, οι σταθµοί λειτουργούν µε την ελάχιστη τιµή της ισχύος εξόδου των µονάδων παραγωγής τους ενώ οι τιµές της παραγόµενης ισχύος µπορούν να αυξηθούν σύµφωνα µε τη σχετική στάθµη προτεραιότητας τους όταν η ζήτηση φορτίου του συστήµατος είναι αυξηµένη. Σηµειώνεται ότι αυτοί οι σταθµοί είναι σταθµοί συνδυασµένου κύκλου που σηµαίνει ότι η επιπρόσθετη παραγόµενη ισχύς τους θεωρείται ότι παράγεται από σταθµούς µε κωδικό λειτουργίας Γ και, εποµένως, εφαρµόζονται οι ίδιοι κανόνες για την επιπρόσθετη λειτουργία τους. Κωδικός Λειτουργίας Ε: Αφορά τους σταθµούς παραγωγής που διαθέτουν ευέλικτες µονάδες παραγωγής (αεροστρόβιλους ή µονάδες εσωτερικής καύσης) αλλά έχουν πολύ µεγάλο κόστος παραγωγής. Για το λόγο αυτό, αναµένεται όπως ο συνολικός ετήσιος χρόνος λειτουργίας τους είναι σχετικά µικρός διότι αποτελούν την τελευταία εναλλακτική διαδικασία για την τροφοδότηση της ζήτησης φορτίου κατά τη διάρκεια των χρονικών περιόδων των αιχµών ζήτησης φορτίου και των καταστάσεων κινδύνου του συστήµατος. Επίσης, σε αυτές τις µονάδες παραγωγής υπάρχει η δυνατότητα να πραγµατοποιείται ένας µεγάλος αριθµός διακοπών της λειτουργίας τους χωρίς να προκαλούνται σηµαντικές επιπτώσεις στη διάρκεια ζωής του εξοπλισµού τους και της ταχείας µεταβολής (αύξησης, µείωσης) της παραγόµενης ισχύος τους διότι οι µονάδες παραγωγής τους έχουν ρυθµούς αύξησης και µείωσης φορτίου µε µεγάλες αριθµητικές τιµές. Για τους παραπάνω λόγους, η µοντελοποίηση θεωρεί ότι η διακοπή της λειτουργίας των µονάδων παραγωγής αυτών των σταθµών µπορεί να αποφασιστεί οποιαδήποτε χρονική περίοδο του έτους εάν δεν είναι απαραίτητες για την τροφοδότηση της ζήτησης φορτίου σύµφωνα µε τον κωδικό προτεραιότητας τους. Επιπρόσθετα, η έναρξη της λειτουργίας τους αποφασίζεται εάν απαιτείται για την τροφοδότηση της ζήτησης φορτίου του συστήµατος σύµφωνα µε τον κωδικό προτεραιότητας τους. Σε αυτές τις λειτουργικές καταστάσεις, υποτίθεται ότι η διαδικασία της έναρξης λειτουργίας τους µπορεί να µην ολοκληρωθεί µε µία τιµή πιθανότητας αποτυχίας που καθορίζεται (µπορεί να είναι ίση µε 0,02). Μετά από ένα τέτοιο συµβάν αποτυχίας, θεωρείται ότι η αντίστοιχη µονάδα παραγωγής τίθεται σε κατάσταση επισκευής. 10

15 Η µοντελοποίηση των µικρών συµπαραγωγικών σταθµών (CP) και των θερµικών σταθµών που χρησιµοποιούν τη βιοµάζα ως καύσιµο (ΒΙ) υποθέτει ότι λειτουργούν συνέχεια κατά τη διάρκεια του έτους. Η τιµή της ισχύος εξόδου τους είναι σταθερή και ισούται µε τη µέση ετήσια τιµή της παραγόµενης ισχύος τους θεωρώντας ένα συντελεστή λειτουργίας που είναι ένα κατάλληλο εκατοστιαίο ποσοστό της εγκατεστηµένης ισχύος τους Μοντελοποίηση της Λειτουργίας των Υδροηλεκτρικών Σταθµών Παραγωγής Η µοντελοποίηση της λειτουργίας των µεγάλων υδροηλεκτρικών σταθµών (ΥΗΣ) του Ελληνικού συστήµατος ηλεκτρικής ενέργειας έχει ενσωµατωθεί στην αναπτυχθείσα µεθοδολογία προσοµοίωσης της λειτουργίας του [10] υποθέτοντας ότι λειτουργούν µόνο σε συγκεκριµένες χρονικές περιόδους της ηµέρας κατά τη διάρκεια του έτους οι οποίες σχετίζονται µε τις αντίστοιχες περιόδους των ηµερήσιων αιχµών της ζήτησης φορτίου του συστήµατος. Επίσης, µπορεί να λειτουργούν σε οποιεσδήποτε άλλες χρονικές περιόδους της ηµέρας έτσι ώστε να αποφεύγονται πληµµύρες και υπερχειλίσεις των ταµιευτήρων τους, να καλύπτονται σε ηµερήσια βάση οι υπάρχουσες µηνιαίες υποχρεώσεις τους (άντληση, άρδευση, ύδρευση) και να τροφοδοτείται η ζήτηση φορτίου του συστήµατος στις καταστάσεις κινδύνου του. Είναι φανερό ότι η λειτουργική απόδοση των µεγάλων υδροηλεκτρικών σταθµών του συστήµατος επηρεάζεται από την υπάρχουσα διαθεσιµότητα των υδάτων στους ταµιευτήρες τους (βροχοπτώσεις) και για το σκοπό αυτό θεωρούνται τρία διαφορετικά σενάρια λειτουργίας τους που αφορούν ξηρό, µεσαίο και υγρό ηµερολογιακό έτος αντίστοιχα. Η µοντελοποίηση των µικρών υδροηλεκτρικών σταθµών (ΜΥΗΕ) υποθέτει ότι λειτουργούν συνέχεια κατά τη διάρκεια του έτους και η παραγόµενη ισχύς τους µεταβάλλεται ανάλογα µε τις ποσότητες των διαθεσίµων υδάτων. Οι υπάρχοντες ταµιευτήρες εξυπηρετούν µόνον τις ανάγκες της υδροληψίας και, εποµένως, δεν χρειάζεται η µοντελοποίηση τους όπως στους µεγάλους υδροηλεκτρικούς σταθµούς. Υποθέτοντας ότι είναι γνωστή η συνολική ετήσια παραγόµενη ενέργεια και η καµπύλη µεταβολής της σε µηνιαία βάση (δώδεκα διακριτές τιµές), υπολογίζεται η µέση ηµερήσια παραγόµενη ισχύς κάθε µονάδας παραγωγής του µικρού υδροηλεκτρικού σταθµού θεωρώντας ότι θα είναι σταθερή καθόλη τη διάρκεια των ηµερών του µήνα. Για τον υπολογισµό της µέσης ωριαίας παραγόµενης ισχύος µπορούν να χρησιµοποιηθούν τρεις εναλλακτικές καµπύλες µεταβολής της κατά 11

16 τη διάρκεια µίας ηµέρας. Αυτές θεωρούν µία σταθερή µέση ωριαία τιµή ισχύος ή συγκεκριµένες µέσες τιµές κατά τη διάρκεια του εικοσιτετραώρου (λειτουργία µόνο σε πρωινές ή µόνο σε απογευµατινές ώρες) Μοντελοποίηση της Λειτουργίας των Αιολικών Πάρκων Τα σηµαντικότερα χαρακτηριστικά των συστηµάτων ηλεκτρικής ενέργειας, και ιδιαίτερα του Ελληνικού συστήµατος, που έχουν ενσωµατωθεί στην αναπτυχθείσα µεθοδολογία προσοµοίωσης και αφορούν τη µοντελοποίηση της λειτουργίας των αιολικών πάρκων είναι τα ακόλουθα: Τα αιολικά πάρκα εγκαθίστανται συνήθως σε περιοχές µε ευνοϊκές ανεµολογικές συνθήκες και περιλαµβάνουν µία ή περισσότερες οµάδες ανεµογεννητριών, ενώ κάθε µία από αυτές αποτελείται από ανεµογεννήτριες µε πανοµοιότυπα λειτουργικά και κατασκευαστικά χαρακτηριστικά. Αυτά τα αιολικά πάρκα συνδέονται σε κατάλληλους ζυγούς του συστήµατος µεταφοράς ηλεκτρικής ενέργειας σύµφωνα µε τους όρους σύνδεσης που καθορίζονται από τον ΕΣΜΗΕ. Κάθε οµάδα ανεµογεννητριών ενός αιολικού πάρκου συσχετίζεται µε µία κατάλληλη ετήσια χρονολογική καµπύλη που αποτυπώνει τη µέση ωριαία παραγόµενη ισχύ κάθε ανεµογεννήτριας της οµάδας. Για το σκοπό αυτό λαµβάνονται υπόψη οι σχετικές µετρήσεις του αιολικού δυναµικού στις διάφορες περιοχές της Ελλάδας και τα αποτελέσµατα των σχετικών µελετών του ΚΑΠΕ [13]. Η αβεβαιότητα της πρόβλεψης της παραγόµενης ισχύος των ανεµογεννητριών µοντελοποιείται ρεαλιστικά εφαρµόζοντας ένα κατάλληλο αλγόριθµο υπολογισµού που παρουσιάζεται στη συνέχεια του παρόντος κεφαλαίου. Η λειτουργική συµπεριφορά κάθε ανεµογεννήτριας αποτυπώνεται από ένα κατάλληλο Μαρκοβιανό µοντέλο δύο καταστάσεων (λειτουργία, επισκευή) µε αντίστοιχες παραµέτρους αξιοπιστίας υποθέτοντας ότι ακολουθούν την εκθετική πιθανοτική κατανοµή. Οι ανεµογεννήτριες τίθενται σε προγραµµατισµένη κατάσταση συντήρησης σύµφωνα µε ένα σχετικό ετήσιο σχέδιο που καταρτίζεται κατάλληλα. Για κάθε οµάδα ανεµογεννητριών, καθορίζονται µία συγκεκριµένη χρονική διάρκεια συντήρησης µίας ανεµογεννήτριας (σε ώρες) και η χρονική στιγµή έναρξης της διαδικασίας στην πρώτη ανεµογεννήτρια (ώρα του έτους). Η διαδικασία συντήρησης της επόµενης ανεµογεννήτριας της οµάδας αρχίζει µετά από την περάτωση της συντήρησης στην προηγούµενη ανεµογεννήτρια και συνεχίζεται µέχρι να περατωθεί η συντήρηση σε όλες τις ανεµογεννήτριες της οµάδας. 12

17 Υποτίθεται ότι το σύστηµα ηλεκτρικής ενέργειας είναι υποχρεωµένο να απορροφήσει τη συνολική παραγόµενη ισχύ των ανεµογεννητριών που είναι συνδεδεµένες σε αυτό ως αποτέλεσµα της εφαρµογής της υφιστάµενης σχετικής νοµοθεσίας. Εποµένως, η αντίστοιχη µέση ωριαία ζήτηση φορτίου του συστήµατος ικανοποιείται πάντοτε λαµβάνοντας υπόψη σε πρώτη προτεραιότητα τη σχετική ποσότητα της παραγόµενης µέσης ωριαίας ισχύος των αιολικών πάρκων. Όµως, αυτή η υποχρέωση απορρόφησης δεν µπορεί να εφαρµοσθεί πλήρως όταν υπάρχουν ιδιαίτερα τεχνικά προβλήµατα λειτουργίας του συστήµατος τα οποία θα πρέπει να καθορίζονται µε ακρίβεια. Μία τέτοια λειτουργική κατάσταση αφορά τη λειτουργία των µονάδων παραγωγής των θερµικών σταθµών που τροφοδοτούν το φορτίο βάσης µε µία στάθµη παραγόµενης ισχύος τους που πρέπει να είναι τουλάχιστον ίση µε την αντίστοιχη ελάχιστη τιµή της ισχύος εξόδου τους. Άλλες παρόµοιες λειτουργικές καταστάσεις προκύπτουν από την υποχρεωτική απορρόφηση της ισχύος που παράγεται από τους συµπαραγωγικούς σταθµούς, τους µεγάλους υδροηλεκτρικούς σταθµούς για αντλητικούς και αρδευτικούς σκοπούς και τους σταθµούς που χρησιµοποιούν συγκεκριµένους τύπους ανανεώσιµων πηγών ενέργειας (φωτοβολταϊκοί σταθµοί, µικροί υδροηλεκτρικοί σταθµοί, µικροί συµπαραγωγικοί σταθµοί, σταθµοί µε καύσιµο βιοµάζα). Σε όλες αυτές τις λειτουργικές καταστάσεις υποτίθεται ότι η πλεονάζουσα παραγόµενη ισχύς από τα αιολικά πάρκα δεν απορροφάται από το σύστηµα και πρέπει να αποκόπτεται µε κατάλληλο τρόπο (π.χ. αποκοπή παραγόµενης ισχύος από αιολικά πάρκα αναλογικά µε την παραγόµενη ισχύ τους) ή να εξάγεται από το σύστηµα σε γειτονικά διασυνδεδεµένα συστήµατα µε κατάλληλες συνεννοήσεις. Η ποσότητα της στρεφόµενης εφεδρείας ισχύος του συστήµατος πρέπει να είναι µεγαλύτερη από ένα εκατοστιαίο ποσοστό της παραγόµενης ηλεκτρικής ισχύος των αιολικών πάρκων ή µία συγκεκριµένη τιµή ισχύος (σε MW) έτσι ώστε να αντιµετωπίζονται τα προβλήµατα που θα συµβούν µετά από µία ενδεχόµενη ξαφνική σηµαντική µείωση της συνολικής παραγόµενης ισχύος των ανεµογεννητριών (Κριτήριο Αξιοπιστίας 3). Αυτή η µείωση µπορεί να οφείλεται στη σηµαντική µείωση της ταχύτητας του ανέµου σε διάφορες γεωγραφικές περιοχές ή στην αύξηση της ταχύτητας του ανέµου έτσι ώστε να υπερβαίνει τα όρια αποκοπής της λειτουργίας των ανεµογεννητριών που θα προκαλέσουν διακοπές της λειτουργίας τους. Αυτή η τιµή της στρεφόµενης εφεδρείας συσχετίζεται µε την αντίστοιχη τιµή για το εφαρµοζόµενο κριτήριο αξιοπιστίας λειτουργίας του συστήµατος που αφορά την ασφάλεια λειτουργίας του µετά από ενδεχόµενες βλάβες των συµβατικών µονάδων παραγωγής (Κριτήριο Αξιοπιστίας 1 ή 2). Η επιθυµητή στάθµη της στρεφόµενης εφεδρείας του συστήµατος υπολογίζεται λαµβάνοντας τη µεγαλύτερη τιµή ή ένα συνδυασµό τους (π.χ. άθροισµα). 13

18 Το σύστηµα ηλεκτρικής ενέργειας πρέπει να είναι ικανό να αντιµετωπίζει τα προβλήµατα που θα συµβούν µετά από µία ενδεχόµενη ξαφνική σηµαντική αύξηση της συνολικής παραγόµενης ισχύος των αιολικών πάρκων. Αυτή η αύξηση µπορεί να οφείλεται στη σηµαντική αύξηση της ταχύτητας του ανέµου σε διάφορες γεωγραφικές περιοχές. Για το σκοπό αυτό πρέπει να υπάρχει η δυνατότητα της ταχείας µείωσης της παραγόµενης ισχύος εξόδου κατάλληλων µονάδων παραγωγής που ευρίσκονται σε κατάσταση λειτουργίας και καλούνται µονάδες ρύθµισης. Πρέπει να σηµειωθεί ότι αυτές οι συµβατικές µονάδες παραγωγής θα πρέπει να έχουν τη δυνατότητα της ταχείας µείωσης της παραγόµενης ισχύος εξόδου τους ενώ ο εξοπλισµός τους θα πρέπει να µπορεί να ανθίσταται στις καταπονήσεις που προκαλούνται από τις πολύ συχνές µεταβολές της ισχύος εξόδου τους (µείωση, αύξηση) σε µικρά χρονικά διαστήµατα. Ως µονάδες ρύθµισης χρησιµοποιούνται συνήθως οι µονάδες παραγωγής των µεγάλων υδροηλεκτρικών σταθµών και των σταθµών συνδυασµένου κύκλου καθώς και οι αεροστρόβιλοι που έχουν ρυθµούς µείωσης της παραγόµενης ισχύος εξόδου τους µε µεγάλες αριθµητικές τιµές. Αντίθετα, πιστεύεται ότι οι µονάδες παραγωγής των θερµικών σταθµών µε ατµοστρόβιλους που χρησιµοποιούν στερεά καύσιµα (και ιδιαίτερα αυτών στο Ελληνικό σύστηµα) δεν έχουν αυτές τις δυνατότητες χωρίς να προκληθούν σηµαντικές επιπτώσεις στη διάρκεια ζωής του µηχανολογικού εξοπλισµού τους και, γενικότερα, στη λειτουργική απόδοσή τους. Η διαφορά του αθροίσµατος της ισχύος εξόδου των µονάδων ρύθµισης και του αθροίσµατος των ελαχίστων τιµών της ισχύος εξόδου τους πρέπει να είναι µεγαλύτερη από µία καθορισµένη τιµή ισχύος (σε MW) που χαρακτηρίζει το Κριτήριο Αξιοπιστίας 4 (αρνητική στρεφόµενη εφεδρεία). Η εφαρµογή του Κριτηρίου Αξιοπιστίας 4 δηµιουργεί την απαίτηση εξέτασης των λειτουργικών καταστάσεων του συστήµατος στις οποίες αυτό το κριτήριο δεν ικανοποιείται. Σε αυτές τις λειτουργικές καταστάσεις, δεν υπάρχει η δυνατότητα της ταχείας µείωσης της παραγόµενης ισχύος εξόδου από κατάλληλες µονάδες παραγωγής που ευρίσκονται σε λειτουργία. Αυτό σηµαίνει ότι το σύστηµα δεν µπορεί να ανταποκριθεί µε επάρκεια στα αντίστοιχα συµβάντα και ευρίσκεται σε κατάσταση ανάγκης. Είναι αδύνατο να αποφευχθεί ολοκληρωτικά η εµφάνιση των συµβάντων τέτοιων λειτουργικών καταστάσεων µε την εφαρµογή κατάλληλων πρακτικών. Για παράδειγµα αυτό συµβαίνει όταν όλες οι µονάδες παραγωγής των συµβατικών σταθµών λειτουργούν µε την ελάχιστη τιµή της ισχύος εξόδου τους και δεν απορροφάται η συνολική παραγόµενη ισχύς των αιολικών πάρκων. Είναι φανερό ότι οι δείκτες συχνότητας και διάρκειας αυτών των λειτουργικών καταστάσεων επηρεάζονται από τη θεωρούµενη στάθµη της αιολικής διείσδυσης. Η ικανοποίηση των απαιτήσεων του Κριτηρίου Αξιοπιστίας 4 αποτελεί ένα σηµαντικό χαρακτηριστικό της λειτουργίας του συστήµατος όταν υπάρχει σηµαντική στάθµη 14

19 αιολικής διείσδυσης. Για την αποτελεσµατική αντιµετώπιση των προκαλούµενων επιπτώσεων είναι απαραίτητο να ληφθεί µία απόφαση που θα επιτρέπει τη µη απορρόφηση της παραγόµενης ισχύος από τα αιολικά πάρκα για το µέρος της που υπερβαίνει τη σχετική τιµή που καθορίζεται από το Κριτήριο Αξιοπιστίας 4 (Αίτια ΙΙ και IΙΙ του Πίνακα 1). Μία επιπρόσθετη λειτουργική πρακτική µπορεί να θεωρηθεί υποθέτοντας ότι η µέση ωριαία συνολική παραγόµενη ισχύς από όλα τα αιολικά πάρκα του συστήµατος δεν πρέπει να υπερβαίνει ένα ποσοστό της αντίστοιχης µέσης ωριαίας ζήτησης φορτίου του (λειτουργικό όριο της επιτρεπόµενης ωριαίας αιολικής διείσδυσης) έτσι ώστε να διασφαλίζεται η ασφαλής λειτουργία του. Αυτή η λειτουργική πρακτική εφαρµόζεται σε µερικά συστήµατα ηλεκτρικής ενέργειας και ιδιαίτερα, σε αποµονωµένα συστήµατα. Όµως, για το Ελληνικό σύστηµα ηλεκτρικής ενέργειας, δεν υπάρχει δυνατότητα εφαρµογής αυτού του λειτουργικού ορίου λαµβάνοντας υπόψη την υφιστάµενη νοµοθεσία. Εποµένως, οι επιπτώσεις της αυξηµένης αιολικής διείσδυσης στην ασφαλή λειτουργία του συστήµατος πρέπει να εξετάζονται µε ιδιαίτερη προσοχή. Τα τεχνικά αίτια της µη απορρόφησης της παραγόµενης ισχύος από αιολικά πάρκα που αναφέρονται παραπάνω παρουσιάζονται σε µία συγκεντρωτική µορφή στον Πίνακα 1. Όταν συµβαίνει ένα τέτοιο γεγονός, θεωρείται ότι θα δίνεται µία κατάλληλη εντολή από το Κέντρο Ελέγχου του συστήµατος ηλεκτρικής ενέργειας για να µειωθεί η παραγόµενη ισχύς αναλογικά για κάθε αιολικό πάρκο που ευρίσκεται σε λειτουργία µε κατάλληλο τρόπο έτσι ώστε να ικανοποιείται το σχετικό κριτήριο αξιοπιστίας λειτουργίας. Αυτή η εντολή µείωσης της παραγόµενης ισχύος θεωρείται ότι θα δίνεται σε κάθε αιολικό πάρκο ξεχωριστά και θα αναφέρει ένα πανοµοιότυπο ποσοστό µείωσης της συνολικής παραγόµενης ισχύος των ανεµογεννητριών του. Η διαδικασία που πρέπει να εφαρµοσθεί σε κάθε οµάδα ανεµογεννητριών των αιολικών πάρκων εξαρτάται από τα αντίστοιχα τεχνικά χαρακτηριστικά τους και µπορεί να απαιτείται µόνο η αντίστοιχη ποσοστιαία µείωση της παραγόµενης ισχύος όλων των ανεµογεννητριών της οµάδας ή η διακοπή της λειτουργίας ορισµένου αριθµού ανεµογεννητριών της. 15

20 Πίνακας 1. Τεχνικά Αίτια Μη Απορρόφησης της παραγόµενης ισχύος των αιολικών πάρκων στα συστήµατα ηλεκτρικής ενέργειας Αίτιο Ι ΙΙ ΙΙΙ Ι V V Περιγραφή Αφορά τη συνολική παραγόµενη ισχύ εξόδου των µονάδων παραγωγής του συστήµατος που πρέπει να λειτουργούν υποχρεωτικά (τεχνικά ελάχιστα µονάδων ΘΗΣ για την τροφοδότηση του φορτίου βάσης και υποχρεωτική λειτουργία µεγάλων ΥΗΣ, Φωτοβολταϊκών σταθµών και υπόλοιπων εγκαταστάσεων ΑΠΕ) Αφορά την ισχύ εξόδου των µονάδων ρύθµισης σύµφωνα µε το σχετικό Κριτήριο Αξιοπιστίας 4 (αρνητική στρεφόµενη εφεδρεία) Αφορά την ξαφνική αύξηση της παραγόµενης ισχύος των αιολικών πάρκων που είναι µεγαλύτερη από το αντίστοιχο θεωρούµενο όριο αύξησης Αφορά τις απαιτήσεις των µονάδων παραγωγής (τεχνικά ελάχιστα) που παρέχουν τη στρεφόµενη εφεδρεία του συστήµατος σύµφωνα µε τα Κριτήρια Αξιοπιστίας 1 ή 2 και 3 Αφορά την ασφάλεια λειτουργίας των ΣΗΕ µε την εφαρµογή ενός λειτουργικού ορίου της µέγιστης επιτρεπόµενης στάθµης αιολικής διείσδυσης (εφαρµόζεται κύρια στα αποµονωµένα συστήµατα για διαταραχές του δικτύου τους) Ο προσδιορισµός της ετήσιας χρονολογικής καµπύλης της µέσης ωριαίας ισχύος που παράγεται από όλα τα αιολικά πάρκα που ήδη λειτουργούν ή πρόκειται να εγκατασταθούν µελλοντικά, πραγµατοποιείται χρησιµοποιώντας µία κατάλληλη µέθοδο µοντελοποίησης που έχει αναπτυχθεί και ενσωµατωθεί στη µεθοδολογία προσοµοίωσης της λειτουργίας του Ελληνικού συστήµατος ηλεκτρικής ενέργειας. Στην Τελική Τεχνική Έκθεση του προηγούµενου έργου [10], παρουσιάζεται αναλυτικά αυτή η µέθοδος η οποία χρησιµοποιεί τα σχετικά δεδοµένα του ΚΑΠΕ που αφορούν τις σχετικές χρονολογικές καµπύλες της µέσης ωριαίας παραγόµενης ισχύος των αιολικών πάρκων εγκατεστηµένων σε συγκεκριµένες τοποθεσίες και έχουν προκύψει από µία σχετική µελέτη του για τη ΡΑΕ [13]. Για τον υπολογισµό αυτών των χρονολογικών καµπύλων έχει χρησιµοποιηθεί µία κατάλληλη διαδικασία χρησιµοποιώντας τα διαθέσιµα δεδοµένα του αιολικού δυναµικού (µετρήσεις ταχύτητας ανέµου) σε συγκεκριµένες θέσεις της Ελληνικής Επικράτειας για ένα περιορισµένο χρονικό διάστηµα. Αυτό το χρονικό διάστηµα έχει πολύ µικρή διάρκεια και δεν µπορεί να θεωρηθεί ότι δίνει στατιστικώς έγκυρα αποτελέσµατα σε σχέση µε τη χρονολογική εξάρτηση τους. Όµως, αυτά τα δεδοµένα είναι τα µοναδικά δεδοµένα που είναι διαθέσιµα για την ποσοτικοποίηση του αιολικού δυναµικού στην Ελλάδα ενώ η χρησιµοποίηση των ετήσιων χρονολογικών καµπύλων της µέσης ωριαίας παραγόµενης ισχύος είναι απολύτως απαραίτητη για την προσοµοίωση της λειτουργίας των αιολικών πάρκων του συστήµατος. Για τους λόγους αυτούς, αναπτύχθηκε µία ιδιαίτερη υπολογιστική 16

21 µέθοδος για το Ελληνικό σύστηµα ηλεκτρικής ενέργειας που αποτελείται από δύο διακριτά στάδια ανάλυσης (προκαταρκτικό, κύριο). Στα πλαίσια ανάπτυξης της µεθόδου, αναπτύχθηκαν τέσσερα κατάλληλα µοντέλα πρόβλεψης που υπολογίζουν τη µέση ωριαία παραγόµενη ισχύ των αιολικών πάρκων µε ένα βέλτιστο τρόπο και έχουν τα ακόλουθα χαρακτηριστικά: Μοντέλο 1: Υπολογισµός της µέσης ωριαίας παραγόµενης ισχύος των αιολικών πάρκων θεωρώντας ότι ακολουθεί την κανονική κατανοµή µε τις σχετικές παραµέτρους µέσης τιµής και τυπικής απόκλισης. Μοντέλο 2: Υπολογισµός της µέσης ωριαίας παραγόµενης ισχύος των αιολικών πάρκων και υπολογισµός των µέσων ωριαίων µεταβολών της (αύξηση, µείωση) θεωρώντας ότι ακολουθούν δύο αντίστοιχες κανονικές κατανοµές µε τις σχετικές παραµέτρους µέσης τιµής και τυπικής απόκλισης. Μοντέλο 3: Υπολογισµός της µέσης ωριαίας παραγόµενης ισχύος των αιολικών πάρκων θεωρώντας ότι ακολουθεί την κατανοµή Weibull µε τις σχετικές παραµέτρους. Μοντέλο 4: Υπολογισµός της µέσης ωριαίας παραγόµενης ισχύος των αιολικών πάρκων θεωρώντας ότι ακολουθεί την κατανοµή Weibull µε τις σχετικές παραµέτρους και υπολογισµός των µέσων ωριαίων µεταβολών της (αύξηση, µείωση) θεωρώντας ότι ακολουθούν την κανονική κατανοµή µε τις σχετικές παραµέτρους µέσης τιµής και τυπικής απόκλισης. Οι παράµετροι των δύο πιθανοτικών κατανοµών που χρησιµοποιούνται στα παραπάνω τέσσερα µοντέλα προσδιορίζονται εφαρµόζοντας κατάλληλες υπολογιστικές τεχνικές [1]. Οι υπολογιζόµενες τιµές των τυπικών αποκλίσεων των αντίστοιχων κατανοµών είναι αρκετά µεγάλες διότι ο συνολικός αριθµός των διαθέσιµων δεδοµένων δεν είναι µεγάλος και µπορεί να είναι µεγαλύτερες από 80% της αντίστοιχης µέσης τιµής. Χρησιµοποιώντας τα διαθέσιµα δεδοµένα, τα παραπάνω τέσσερα µοντέλα λαµβάνουν υπόψη την αβεβαιότητα της πρόβλεψης και υπολογίζει σηµαντικές αριθµητικές τιµές για τις µεταβολές (αύξηση, µείωση) µεταξύ δύο διαδοχικών χρονικών διαστηµάτων προσοµοίωσης (µία ώρα). Εφαρµόζοντας τα παραπάνω τέσσερα µοντέλα (Μοντέλα 1-4) στα δεδοµένα ενός τυπικού σεναρίου ανάπτυξης των αιολικών πάρκων του Ελληνικού συστήµατος ηλεκτρικής ενέργειας ευρέθησαν τα σχετικά αποτελέσµατα σε µορφή χρονολογικών καµπύλων [10]. Αυτά τα αποτελέσµατα έδειξαν ότι οι καµπύλες των Μοντέλων 1 και 3 είναι παραπλήσιες και ο µέσος συντελεστής φόρτισης των 17

22 αιολικών πάρκων του συστήµατος είναι σχεδόν ίδιος. Χρησιµοποιώντας το Μοντέλο 2, η αριθµητική τιµή του µέσου συντελεστή φόρτισης των αιολικών πάρκων είναι περίπου ίση µε τις αντίστοιχες τιµές των δύο προηγούµενων µοντέλων ενώ η χρονολογική καµπύλη της παραγόµενης ισχύος είναι περίπου ίδια σε συγκεκριµένες πρωϊνές ώρες (από 1 π.µ. έως 9 π.µ.). Επίσης, η σύγκριση των καµπύλων δείχνει ότι υπάρχει µία µικρή µείωση σε άλλες πρωϊνές ώρες (από τις 9 π.µ. έως τις 4 µ.µ.) και µία µικρή αύξηση στις υπόλοιπες ώρες της ηµέρας (από 4 µ.µ. έως 12 µ.µ.). Χρησιµοποιώντας το Μοντέλο 4 προκύπτουν αρκετά µικρότερες τιµές για το συντελεστή φόρτισης των αιολικών πάρκων του Ελληνικού συστήµατος και µία αρκετά διαφορετική µορφή της αντίστοιχης χρονολογικής καµπύλης. Επιπρόσθετα, χρησιµοποιώντας τα Μοντέλα 1 και 2, υπολογίστηκαν οι τιµές της αθροιστικής πιθανότητας να συµβούν οι µεταβολές (αύξηση, µείωση) της µέσης ωριαίας παραγόµενης ισχύος των αιολικών πάρκων του συστήµατος για τις διαδοχικές ώρες στη διάρκεια ενός έτους. Η σύγκριση των αποτελεσµάτων έδειξε ότι µε τη χρησιµοποίηση του Μοντέλου 2 οι ωριαίες µεταβολές της παραγόµενης ισχύος των αιολικών πάρκων παρουσιάζουν αθροιστικές πιθανότητες να συµβούν που είναι συµβατές µε τα σχετικά αποτελέσµατα της µελέτης του ΚΑΠΕ [13]. Αντίθετα, οι αντίστοιχες τιµές των αθροιστικών πιθανοτήτων µε τη χρησιµοποίηση του Μοντέλου 1 είναι αρκετά µικρότερες που σηµαίνει ότι το Μοντέλο 1 υπολογίζει πολύ µεγάλες τιµές για τις µεταβολές (αύξηση, µείωση) της µέσης ωριαίας παραγόµενης ισχύος των αιολικών πάρκων οι οποίες δεν είναι συµβατές µε τα σχετικά αποτελέσµατα της µελέτης του ΚΑΠΕ. Εποµένως, θεωρώντας ότι πρέπει να υπάρχει συµβατότητα µε τα σχετικά αποτελέσµατα της µελέτης του ΚΑΠΕ, αποφασίστηκε να χρησιµοποιηθεί το Μοντέλο 2 για την πρόβλεψη της µέσης ωριαίας παραγόµενης ισχύος των αιολικών πάρκων στις αναλύσεις της λειτουργικής απόδοσης του Ελληνικού συστήµατος ηλεκτρικής ενέργειας µε αυξηµένη στάθµη αιολικής διείσδυσης. Το Προκαταρκτικό στάδιο της ανάλυσης του Ελληνικού συστήµατος ηλεκτρικής ενέργειας πραγµατοποιείται η οποία αφορά την προσοµοίωση της λειτουργίας του θεωρώντας µόνο τη λειτουργία των αιολικών πάρκων του. Για κάθε θεωρούµενη χρονική περίοδο προσοµοίωσης του έτους (µία ώρα) εφαρµόζονται τα ακόλουθα τρία βήµατα: - Η λειτουργική κατάσταση (λειτουργία, επισκευή) των ανεµογεννητριών καθορίζεται θεωρώντας ότι οι χρόνοι λειτουργίας και επισκευής τους ακολουθούν την εκθετική πιθανοτική κατανοµή µε σχετικές τιµές των παραµέτρων της. Προσδιορίζεται ο κατάλογος των ανεµογεννητριών που είναι διαθέσιµες (δεν ευρίσκονται σε καταστάσεις επισκευής ή συντήρησης) και ο αντίστοιχος αριθµός 18

23 των διαθεσίµων ανεµογεννητριών για όλες τις οµάδες ανεµογεννητριών των αιολικών πάρκων. - Προσδιορίζεται η τιµή της παραγόµενης ισχύος των ανεµογεννητριών για κάθε οµάδα ανεµογεννητριών του συστήµατος θεωρώντας τον αριθµό των διαθέσιµων ανεµογεννητριών που ευρέθηκε προηγούµενα και την αντίστοιχη τιµή της σχετικής ετήσιας χρονολογικής καµπύλης της παραγόµενης ισχύος των αιολικών πάρκων από τις µελέτες του ΚΑΠΕ. - Υπολογίζεται η συνολική παραγόµενη ισχύς για κάθε αιολικό πάρκο λαµβάνοντας υπόψη ένα συντελεστή µείωσης που χαρακτηρίζει τις εγκαταστάσεις σύνδεσης τους µε το σύστηµα µεταφοράς ηλεκτρικής ενέργειας (περίπου 2%). Επίσης, υπολογίζεται η συνολική παραγόµενη ισχύς όλων των αιολικών πάρκων του συστήµατος. Θεωρώντας τα παραπάνω αποτελέσµατα που αφορούν την ετήσια χρονολογική καµπύλη της συνολικής παραγόµενης ισχύος των αιολικών πάρκων του συστήµατος, το βασικό αποτέλεσµα του Προκαταρκτικού σταδίου της ανάλυσης του συστήµατος είναι ο υπολογισµός των ισοδυνάµων τυπικών ηµερήσιων καµπύλων για κάθε µήνα του έτους. Πιο συγκεκριµένα, προσδιορίζονται δύο καµπύλες που περιλαµβάνουν αντίστοιχα τις µέσες τιµές της συνολικής µέσης ωριαίας παραγόµενης ισχύος των αιολικών πάρκων (σε MW) και τις τυπικές αποκλίσεις τους (σε % της αντίστοιχης µέσης τιµής) για κάθε µήνα του έτους και για το συνολικό έτος. Προκύπτει ένα ζεύγος δεκατριών καµπύλων που έχουν 24 διακριτές τιµές η κάθε µία και αφορούν τις διαφορετικές ώρες του εικοσιτετραώρου. Αυτές οι καµπύλες παρουσιάζουν τη µεταβολή της παραγόµενης ισχύος των αιολικών πάρκων κατά τη διάρκεια µίας τυπικής ηµέρας κάθε µήνα του έτους και του συνολικού έτους. Επίσης, προσδιορίζονται οι αντίστοιχες τέσσερις καµπύλες της µέσης ωριαίας παραγόµενης ισχύος των αιολικών πάρκων που αφορούν τις εποχές του έτους. ύο παρόµοια ζεύγη καµπύλων υπολογίζονται που αφορούν τις µέσες ωριαίες αυξήσεις και µειώσεις της παραγόµενης ισχύος των αιολικών πάρκων. Τα παραπάνω τρία ζεύγη των τυπικών ηµερήσιων καµπύλων για κάθε µήνα του έτους αποτελούν τα δεδοµένα εισόδου µίας µεθόδου πρόβλεψης της µέσης ωριαίας παραγόµενης ισχύος των αιολικών πάρκων που µοντελοποιεί τη µεταβλητότητα των διαθέσιµων δεδοµένων κατά τη διάρκεια των διαφορετικών ωρών και ηµερών κάθε µήνα η οποία προκαλείται από τα ανεµολογικά χαρακτηριστικά των περιοχών εγκατάστασης των αιολικών πάρκων (κύριο στάδιο ανάλυσης). Αυτή η µέθοδος έχει ενσωµατωθεί στην αναπτυχθείσα µεθοδολογία προσοµοίωσης της λειτουργίας των συστηµάτων ηλεκτρικής ενέργειας. Επισηµαίνεται ότι ο παραπάνω τρόπος µοντελοποίησης αποτελεί µία ρεαλιστική αναπαράσταση των χαρακτηριστικών της µεταβλητότητας της παραγόµενης ισχύος των αιολικών πάρκων για αναλύσεις που έχουν µακροπρόθεσµο χρονικό ορίζοντα και αφορούν θέµατα 19