ΔΗΜΟΚΡΙΤΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΡΑΚΗΣ ΠΟΛΥΤΕΧΝΙΚΗ ΣΧΟΛΗ

Transcript

1 ΔΗΜΟΚΡΙΤΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΡΑΚΗΣ ΠΟΛΥΤΕΧΝΙΚΗ ΣΧΟΛΗ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΚΑΙ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ Η/Υ ΤΟΜΕΑΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΑΝΑΠΛΗΡΩΤΡΙΑ ΚΑΘΗΓΗΤΡΙΑ Α. Σ. ΣΑΦΙΓΙΑΝΝΗ ΕΠΙΙΔΡΑΣΗ ΜΟΝΑΔΩΝ ΚΑΤΑΝΕΜΗΜΕΝΗΣ ΗΛΕΚΤΡΟΠΑΡΑΓΩΓΗΣ ΣΤΗΝ ΙΙΣΧΥ ΒΡΑΧΥΚΥΚΛΩΣΕΩΣ ΔΙΙΚΤΥΟΥ ΔΙΙΑΝΟΜΗΣ ΗΛΕΚΤΡΙΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΙΑΣ ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ Σ.Η.Ε. / Δ.Ε. 134 ΔΕΜΕΤΖΟΣ ΓΕΩΡΓΙΟΣ AΞΑΝΘΗ 007

2 ΕΥΧΑΡΙΣΤΙΕΣ Αρχικά θα ήθελα να ευχαριστήσω την επιβλέπουσα καθηγήτρια μου, κα. Σαφιγιάννη Αναστασία, Αναπληρώτρια Καθηγήτρια του τμήματος Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών του Δημοκριτείου Πανεπιστημίου Θράκης, τόσο για την υπόδειξη του θέματος, όσο και για την καθοδήγησή της καθ όλη τη διάρκεια της εκπονήσεως της διπλωματικής αυτής εργασίας. Θα ήθελα επίσης να εκφράσω τις θερμές ευχαριστίες μου στο διδακτορικό φοιτητή κ. Κουτρουμπέζη Γεώργιο για την πολύτιμη και ουσιαστική βοήθειά του. Τέλος θα ήθελα να εκφράσω την ευγνωμοσύνη μου στους γονείς και στην αδερφή µου, για την ηθική και οικονομική στήριξη όλα αυτά τα χρόνια των σπουδών μου. 1

3 Περιεχόμενα 1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ 5. ΒΑΣΙΚΕΣ ΕΝΝΟΙΕΣ ΚΑΤΑΝΕΜΗΜΕΝΗΣ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ 9.1 Ορισμός κατανεμημένης παραγωγής Ζητήματα που εισάγει η κατανεμημένη παραγωγή Επίδραση της κατανεμημένης παραγωγής στο δίκτυο διανομής Τεχνικές επιπτώσεις της κατανεμημένης ηλεκτροπαραγωγής στο 14 δίκτυο διανομής..3. Οικονομικές επιπτώσεις της κατανεμημένης παραγωγής στο δίκτυο 1 διανομής..4 Επιπτώσεις της κατανεμημένης παραγωγής στο δίκτυο μεταφοράς....5 Επιπτώσεις της κατανεμημένης παραγωγής στην κεντρική παραγωγή Είδη μονάδων κατανεμημένης ηλεκτροπαραγωγής. 4 3._ΕΠΙΔΡΑΣΗ ΜΟΝΑΔΩΝ ΚΑΤΑΝΕΜΗΜΕΝΗΣ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ ΣΤΗΝ _ΙΣΧΥ ΒΡΑΧΥΚΥΚΛΩΣΕΩΣ Γενικές αρχές 7 3. Τρόποι περιορισμού της ισχύος βραχυκυκλώσεως Υπολογισμός της ισχύος βραχυκυκλώσεως δικτύου διανομής με διείσδυση μονάδων κατανεμημένης ηλεκτροπαραγωγής Δεδομένα δικτύου Γενικές αρχές υπολογισμού της ισχύος βραχυκυκλώσεως με βάση τον κανονισμό IEC 60909/ Αναλυτικός υπολογισμός της ισχύος βραχυκυκλώσεως του δικτύου του σχήματος Υπολογισμός της ισχύος βραχυκυκλώσεως με χρήση πακέτου λογισμικού Αξιολόγιση των υπολογισθέντων τιμών Επίδραση διαφόρων παραμέτρων των μονάδων κατανεμημένης παραγωγής στην ισχύ βραχυκυκλώσεως Εισαγωγή πηνίου περιορισμού του ρεύματος βραχυκυκλώσεως σε κάθε γραμμή σύνδεσης των μονάδων κατανεμημένης παραγωγής Εισαγωγή πηνίου περιορισμού και μείωση της παραγόμενης ισχύος του Αιολικού Πάρκου ώστε να μειωθεί η συμβολή του στην ισχύ βραχυκυκλώσεως Μείωση της παραγόμενης ισχύος του Αιολικού Πάρκου ώστε να μειωθεί η συμβολή του στην ισχύ βραχυκυκλώσεως Διατήρηση πηνίου περιορισμού και μείωση της παραγόμενης ισχύος του Αιολικού Πάρκου 3 ώστε να μειωθεί η συμβολή του στην ισχύ βραχυκυκλώσεως Μείωση μόνο της παραγόμενης ισχύος Αιολικού Πάρκου 3 ώστε να μειωθεί η συμβολή του στην ισχύ βραχυκυκλώσεως Εισαγωγή πηνίου περιορισμού και μείωση της παραγόμενης ισχύος της Μικρής Υδροηλεκτρικής Μονάδας ώστε να μειωθεί η συμβολή της στην ισχύ βραχυκυκλώσεως.. 76

4 Μείωση της παραγόμενης ισχύος της Μικρής Υδροηλεκτρικής Μονάδας ώστε να μειωθεί η συμβολή της στην ισχύ βραχυκυκλώσεως Μελέτη της επίδρασης του πηνίου περιορισμού του ρεύματος βραχυκυκλώσεως στο Αιολικό Πάρκο 3 στην ισχύ βραχυκυκλώσεως του ζυγού Μ.Τ Μελέτη της επίδρασης του μήκους των γραμμών σύνδεσης των μονάδων κατανεμημένης παραγωγής στην ισχύ βραχυκυκλώσεως του ζυγού Μ.Τ Μελέτη της επίδρασης του είδους των μονάδων κατανεμημένης παραγωγής στην ισχύ βραχυκυκλώσεως του ζυγού Μ.Τ Συνοπτικά συμπεράσματα ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΣ ΤΗΣ ΙΣΧΥΟΣ ΒΡΑΧΥΚΥΚΛΩΣΕΩΣ ΡΕΑΛΙΣΤΙΚΟΥ ΔΙΚΤΥΟΥ ΔΙΑΝΟΜΗΣ ΜΤ ΜΕ ΔΙΑΣΠΑΡΤΕΣ ΜΟΝΑΔΕΣ ΚΑΤΑΝΕΜΗΜΕΝΗΣ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ Περιγραφή του δικτύου Αναλυτικός Υπολογισμός της ισχύος βραχυκυκλώσεως Υπολογισμός της ισχύος βραχυκυκλώσεως με το πακέτο λογισμικού neplan ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ 99 Βιβλιογραφία 100 3

5 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 ΕΙΣΑΓΩΓΗ 1 ΕΙΣΑΓΩΓΗ Ως κατανεμημένη παραγωγή μπορεί να οριστεί μικρής κλίμακας παραγωγή, που δεν συνδέεται απ ευθείας στο δίκτυο μεταφοράς ηλεκτρικής ενέργειας και δεν διανέμεται κεντρικά. Η παραγωγή αυτή συνδέεται στο δίκτυο διανομής ηλεκτρικής ενέργειας, πράγμα που οδηγεί σε αλλαγή χαρακτηριστικών του, διότι αν πρόκειται να ενσωματωθούν αυξημένα επίπεδα παραγωγής τότε πρέπει να υπάρξει αλλαγή στον τρόπο σκέψης ως προς το σχεδιασμό του δικτύου αυτού. Συγκεκριμένα τα υφιστάμενα δίκτυα διανομής είναι παθητικά γιατί έχουν σχεδιαστεί και υλοποιηθεί μόνο για διανομή ηλεκτρικής ενέργειας στους καταναλωτές. Η εισαγωγή μονάδων κατανεμημένης παραγωγής οδηγεί σε αυξημένη και δύο κατευθύνσεων ροή ενεργού και αέργου ισχύος μαζί με ευρύτερη μεταβολή στα επίπεδα τάσης, που και τα δύο επηρεάζουν τη λειτουργία του εξοπλισμού και το επίπεδο των απωλειών. Έτσι η εισαγωγή μονάδων κατανεμημένης παραγωγής μπορεί να διαφοροποιήσει την προσχεδιασμένη ενίσχυση δικτύου διανομής ή να απαιτήσει ενίσχυση των δικτύων μεταφοράς και διανομής. Υποτίθεται ότι το δίκτυο μεταφοράς μπορεί να αφομοιώσει τα υψηλά επίπεδα διείσδυσης μονάδων κατανεμημένης παραγωγής. Απαιτείται όμως διερεύνηση για το αν ισχύει αυτή η υπόθεση. Όσον αφορά το δίκτυο διανομής προβλέπεται ότι θα υπάρξουν μεγάλες επενδύσεις κατά τη μετατροπή του, που για να γίνει πρέπει να ακολουθηθούν συγκεκριμένα βήματα. Kατ αρχήν πρέπει να επιτευχθεί βέλτιστη χρήση του υφιστάμενου δικτύου διανομής με βέλτιστη τοποθέτηση των μονάδων κατανεμημένης παραγωγής. Στη συνέχεια η μετατροπή από παθητικό σε ενεργό θα γίνει κατά βέλτιστο τρόπο λαμβάνοντας υπόψη όλους τους σχετικούς τεχνικούς και οικονομικούς περιορισμούς. Η τοποθέτηση της παραγωγής σε τυχαίες αρχικές δεδομένες θέσεις περιορίζει τη συνολική διείσδυση των μονάδων κατανεμημένης παραγωγής. Αντίθετα μια βέλτιστη κατανομή εξασφαλίζει βέλτιστη χρήση της υφιστάμενης υποδομής και επιτυγχάνει υψηλότερη διείσδυση των μονάδων κατανεμημένης παραγωγής με έναν οικονομικά αποτελεσματικό τρόπο. Η κατανεμημένη ηλεκτροπαραγωγή αποτελεί ένα νέο αντικείμενο στη βιβλιογραφία των αγορών ηλεκτρισμού, αλλά στην πραγματικότητα ως ιδέα είναι κάθε άλλο παρά καινούργια. Όταν η ηλεκτρική παραγωγή βρισκόταν σε εμβρυακό στάδιο, η κατανεμημένη παραγωγή ήταν ο κανόνας και όχι η εξαίρεση. Οι πρώτες εγκαταστάσεις παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας παρείχαν ηλεκτρισμό σε φορτίακαταναλωτές που βρίσκονταν σε άμεση γειτνίαση με αυτές. Τα πρώτα ηλεκτρικά δίκτυα ήταν συνεχούς ρεύματος, οπότε η τάση τροφοδότησης ήταν σχετικά περιορισμένη, όπως και η απόσταση μεταξύ σταθμού παραγωγής και καταναλωτή. Η εξισορρόπηση ζήτησης και παραγωγής υλοποιούνταν μερικώς με τη χρήση τοπικών αποθηκευτικών μέσων ενέργειας, όπως για παράδειγμα με τη χρήση συσσωρευτών οι οποίοι είχαν τη δυνατότητα άμεσης ηλεκτρικής σύνδεσης με το δίκτυο συνεχούς ρεύματος. Με το πέρασμα του χρόνου, τεχνολογικές εξελίξεις, όπως η εμφάνιση των δικτύων εναλλασσόμενου ρεύματος, έδωσαν ώθηση στην ανάπτυξη του τομέα μεταφοράς ηλεκτρικής ενέργειας, επιτρέποντας τη μεταφορά του ηλεκτρισμού σε μεγάλες πλέον αποστάσεις, ενώ λόγοι οικονομικής παραγωγής οδήγησαν σε 5

6 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 ΕΙΣΑΓΩΓΗ κατασκευή γεννητριών μεγάλης ισχύος. Τα παραπάνω είχαν ως αποτέλεσμα αυξημένη αξιοπιστία και μειωμένα κόστη και ως εκ τούτου κατασκευάστηκαν συμπαγή συστήματα ηλεκτρικής ενέργειας, που συνίσταντο από τεράστια δίκτυα μεταφοράς και διανομής, καθώς και από μεγάλους σταθμούς παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας. Η ασφάλεια της παροχής αυξήθηκε, καθώς πιθανή αστοχία κάποιας μονάδας παραγωγής αντισταθμιζόταν από τις υπόλοιπες μονάδες εντός του διασυνδεδεμένου συστήματος. Στην πραγματικότητα το διασυνδεδεμένο σύστημα μεταφοράς με υψηλή τάση, (σχήμα 1.1), έκανε δυνατή την οικονομική παραγωγή. Σχήμα 1.1: Συμβατική δομή ενός σύγχρονου και μεγάλου συστήματος ηλεκτρικής ενέργειας Oι τεχνολογικές καινοτομίες και οι αλλαγές στο οικονομικό και στο ρυθμιστικό περιβάλλον έφεραν στο προσκήνιο την κατανεμημένη παραγωγή την τελευταία δεκαετία. Σύμφωνα με την ΙΕΑ (International Energy Agency), [1], υπάρχουν πέντε βασικοί παράγοντες που συμβάλλουν σ αυτή την εξέλιξη: προστασία του περιβάλλοντος απελευθέρωση της αγοράς ηλεκτρικής ενέργειας αυξημένες απαιτήσεις καταναλωτών για αξιόπιστη ηλεκτρική ενέργεια ανάπτυξη των τεχνολογιών κατανεμημένης παραγωγής περιορισμοί στην κατασκευή νέων γραμμών μεταφοράς Οι παράγοντες αυτοί αναλύονται στη συνέχεια. Οι ανησυχητικές διαστάσεις που έχουν προσλάβει τα περιβαλλοντικά προβλήματα από τις ενεργειακές διεργασίες, έχουν οδηγήσει σε προβληματισμό για τις εκπομπές ρύπων από μονάδες παραγωγής που χρησιμοποιούν ορυκτά καύσιμα. Σύμφωνα με την Οδηγία 001/77 του Ευρωπαϊκού Κοινοβουλίου και Συμβουλίου, καθώς και με τις δεσμεύσεις της Ε.Ε στο Πρωτόκολλο του Κιότο για το περιβάλλον, τα κράτη μέλη πρέπει να ορίσουν συγκεκριμένους στόχους για το ποσοστό της συνολικής ενεργειακής κατανάλωσης και ειδικότερα της ηλεκτρικής, που θα προέρχεται από ΑΠΕ (Ανανεώσιμες Πηγές Ενέργειας), κατά το έτος 010. Τα ποσοστά αυτά πρέπει να είναι σύμφωνα με τον συνολικό στόχο που θέτει η Ε.Ε., δηλαδή 1% της συνολικής και,1% της ηλεκτρικής. Ορίζει επίσης ενδεικτικούς 6

7 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 ΕΙΣΑΓΩΓΗ στόχους για κάθε κράτος μέλος, όσον αφορά το ποσοστό της ηλεκτρικής κατανάλωσης. Για την Ελλάδα το ποσοστό αυτό ανέρχεται σε 0,1% (συμπεριλαμβανομένων και των μεγάλων υδροηλεκτρικών). Γι αυτό το λόγο τα κράτη μέλη παρέχουν οικονομικά κίνητρα σε επίδοξους επενδυτές που περιλαμβάνουν επιδότηση των επενδύσεων ή φοροαπαλλαγές, αλλά η κύρια ενίσχυση προέρχεται από την άμεση στήριξη της τιμής της ενέργειας, που καταβάλλεται στους παραγωγούς ηλεκτρικής ενέργειας, από ανανεώσιμες πηγές Η πλειοψηφία των μονάδων κατανεμημένης παραγωγής προέρχεται από ανανεώσιμες πηγές ενέργειας (άνεμος, μικρά υδροηλεκτρικά, μονάδες συμπαραγωγής, φωτοβολταϊκά και γεωθερμία). Η απελευθέρωση της αγοράς ηλεκτρικής ενέργειας επιβάλλει για λόγους διαφάνειας και καθαρού ανταγωνισμού το διαχωρισμό του ηλεκτρικού τομέα στις μονάδες παραγωγής, στο σύστημα μεταφοράς και στο σύστημα διανομής. Μια κρατική ρυθμιστική αρχή παρακολουθεί, ελέγχει και ρυθμίζει τη λειτουργία της αγοράς για την εξυπηρέτηση των καταναλωτών και τις δράσεις όσων εμπλέκονται στον ηλεκτρικό τομέα. Οι διαχειριστές του συστήματος μεταφοράς και του δικτύου διανομής θα πρέπει να διατηρούν ένα αποδεκτό επίπεδο ασφαλείας και αξιόπιστης παροχής. Η απελευθέρωση της αγοράς ενέργειας δίνει τη δυνατότητα στους καταναλωτές να επιλέξουν τον τρόπο τροφοδότησής τους, ανάλογα με τις δικές τους ανάγκες. Οι διάφορες αυτές ανάγκες, που αναφέρονται σε συγκεκριμένα χαρακτηριστικά της παρεχόμενης ηλεκτρικής ενέργειας, μπορούν να ικανοποιηθούν ευκολότερα με τη χρήση μονάδων κατανεμημένης παραγωγής. Συνεπώς η κατανεμημένη ηλεκτροπαραγωγή επιτρέπει τόσο στους παραγωγούς όσο και στους καταναλωτές να ανταποκρίνονται με ευέλικτο τρόπο στις εκάστοτε συνθήκες της αγοράς ενέργειας. Η αδιάλειπτη και υψηλής ποιότητας παροχή ηλεκτρικής ενέργειας στους καταναλωτές καθίσταται επιτακτική. Σημαντικές τεχνολογικές εξελίξεις θα αποτελέσουν τη βάση για τη δημιουργία νέων ηλεκτρικών συστημάτων αξιόπιστης παροχής ηλεκτρικής ενέργειας. Βήματα προς αυτή την κατεύθυνση μπορούν να γίνουν με την εγκατάσταση μονάδων κατανεμημένης παραγωγής στα δίκτυα διανομής, που θα καλύψουν τις ολοένα και αυξανόμενες απαιτήσεις των καταναλωτών σε ενέργεια και θα εξασφαλίσουν την ισορροπία μεταξύ ζήτησης και παραγωγής. Η μεγάλη ανάπτυξη και διείσδυση τεχνολογιών όπως τα φωτοβολταϊκά συστήματα, οι ανεμογεννήτριες, η βιομάζα, τα μικρά υδροηλεκτρικά, η συμπαραγωγή θερμότητας και ηλεκτρικής ενέργειας, οι κυψέλες καυσίμου, τα συστήματα αποθήκευσης ενέργειας, οι τεχνολογίες πληροφορικής και επικοινωνιών (ICT), καθώς και άλλες σχετικές τεχνολογίες (ηλεκτρονικά ισχύος, υδρογόνο κ.λ.π.), οδήγησε στην ολοένα και αυξανόμενη χρήση μονάδων κατανεμημένης παραγωγής, οι οποίες καλύπτουν μεγάλο εύρος των τεχνολογιών αυτών. Οι περιορισμοί στην κατασκευή νέων γραμμών μεταφοράς αναφέρονται στη δυσκολία που υπάρχει για εύρεση νέων ζωνών διέλευσης ειδικά σε πυκνοκατοικημένες περιοχές, στο κόστος εγκατάστασης και συντήρησης καθώς και σε αισθητικούς λόγους. Οι μονάδες κατανεμημένης παραγωγής που συνδέονται στο δίκτυο διανομής περιορίζουν την ανάγκη για κατασκευή νέων γραμμών μεταφοράς, καθώς μέρος των αναγκών των καταναλωτών σε ενέργεια καλύπτεται από την κατανεμημένη ηλεκτροπαραγωγή. Μπορεί να επιτευχθεί σημαντική διείσδυση μονάδων κατανεμημένης παραγωγής χωρίς καμιά άλλη επένδυση στο δίκτυο διανομής πέραν του κόστους εγκατάστασης των γεννητριών. Παρόλα αυτά για να εξασφαλιστεί η αδιάλειπτη και υψηλής ποιότητας παροχή ηλεκτρικής ενέργειας 7

8 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 ΕΙΣΑΓΩΓΗ στους καταναλωτές, σε περίπτωση αστοχίας των μονάδων κατανεμημένης παραγωγής, πρέπει να υπάρχει επαρκές δίκτυο μεταφοράς, πράγμα που αμφισβητεί την άποψη ότι οι κατανεμημένες πηγές περιορίζουν την ανάγκη για κατασκευή νέων γραμμών. Από τη διερεύνηση της σχετικής βιβλιογραφίας είναι προφανές ότι ενώ οι μονάδες κατανεμημένης παραγωγής εισάγουν σημαντικά τεχνικά προβλήματα, αυτά μπορούν και πρέπει να αντιμετωπιστούν προς όφελος της κοινωνίας. Στα πλαίσια του παραπάνω στόχου με την παρούσα διπλωματική εργασία εξετάζεται η διαμόρφωση της τιμής της μέγιστης ισχύος βραχυκυκλώσεως δικτύου διανομής μέσης τάσης, μετά τη διείσδυση μονάδων κατανεμημένης παραγωγής. Συγκεκριμένα: Στο κεφάλαιο δίδονται γενικοί ορισμοί που αφορούν την κατανεμημένη παραγωγή και επισημαίνονται τα προβλήματα που προκύπτουν από τη σύνδεση των μονάδων κατανεμημένης παραγωγής στο δίκτυο. Στο κεφάλαιο 3 εξετάζεται το πρόβλημα της αύξησης της ισχύος βραχυκυκλώσεως με την προσθήκη μονάδων κατανεμημένης παραγωγής στο δίκτυο. Δίδονται οι μαθηματικές εκφράσεις του κανονισμού IEC 60909/001, που χρησιμοποιείται σε αυτή την εργασία για τον υπολογισμό της ισχύος βραχυκυκλώσεως, γίνεται αναλυτικός υπολογισμός της ισχύος βραχυκυκλώσεως δικτύου διανομής, καθώς και υπολογισμός της με χρήση του πακέτου λογισμικού Neplan. Διερευνώνται ακόμα παράγοντες που την επηρεάζουν, όπως η χρήση πηνίων περιορισμού του ρεύματος βραχυκυκλώσεως, η ισχύς των μονάδων, το μήκος των γραμμών σύνδεσης και το είδος των συνδεόμενων μονάδων, με χρήση του πακέτου λογισμικού neplan. Στο κεφάλαιο 4 γίνεται προσδιορισμός της ισχύος βραχυκυκλώσεως ρεαλιστικού δικτύου διανομής ΜΤ με διάσπαρτες μονάδες κατανεμημένης παραγωγής, αναλυτικά και με χρήση του πακέτου λογισμικού neplan. Στο κεφάλαιο 5 δίδονται τα συμπεράσματα της εργασίας αυτής. 8

9 ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΒΑΣΙΚΕΣ ΕΝΝΟΙΕΣ ΚΑΤΑΝΕΜΗΜΕΝΗΣ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ ΒΑΣΙΚΕΣ ΕΝΝΟΙΕΣ ΚΑΤΑΝΕΜΗΜΕΝΗΣ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ.1 Ορισμός κατανεμημένης παραγωγής Στη βιβλιογραφία χρησιμοποιείται ένας μεγάλος αριθμός ορισμών για την περιγραφή της κατανεμημένης παραγωγής. Παραδείγματος χάριν, οι Αγγλοαμερικανικές χώρες συχνά χρησιμοποιούν τον όρο Embedded Generation, δηλαδή Ενσωματωμένη Παραγωγή. Οι Βορειοαμερικανικές χώρες χρησιμοποιούν τον όρο Dispersed Generation, δηλαδή Διάσπαρτη Παραγωγή, ενώ στην Ευρώπη και σε κάποιες περιοχές στην Ασία χρησιμοποιείται ο όρος Decentralized Generation, δηλαδή Αποκεντρωμένη Παραγωγή. Στην Ελλάδα χρησιμοποιούνται κυρίως οι όροι Διανεμημένη ή Κατανεμημένη Ηλεκτροπαραγωγή. Με μια σύντομη έρευνα της σχετικής βιβλιογραφίας μπορούμε να διαπιστώσουμε ότι δεν υπάρχει ομοφωνία όσον αφορά στον ορισμό της κατανεμημένης παραγωγής. Αυτό επιβεβαιώνεται από τη CIRED (International Conference on Electricity Distribution Networks) σύμφωνα με ένα ερωτηματολόγιο που συμπληρώθηκε από τα κράτη μέλη της Ε.Ε., [1]. Έτσι, κάποιες χώρες ορίζουν την κατανεμημένη παραγωγή με βάση το επίπεδο τάσης ενώ άλλες βασίζονται στην αρχή ότι η κατανεμημένη παραγωγή συνδέεται σε κυκλώματα από τα οποία τα φορτία των καταναλωτών εξυπηρετούνται άμεσα. Υπάρχουν και χώρες που ορίζουν την κατανεμημένη παραγωγή στηριζόμενες σε κάποια βασικά χαρακτηριστικά της (για παράδειγμα χρήση ανανεώσιμων πηγών, συμπαραγωγή, ή μη κεντρική κατανομή φορτίου στις εγκαταστάσεις παραγωγής, κλπ). Η Διεθνής Επιτροπή CIGRE (International Council on Large Electric Systems), έχει δημιουργήσει μια ομάδα εργασίας στον τομέα της κατανεμημένης παραγωγής. Σύμφωνα με αυτή, μονάδες παραγωγής που (α) η μέγιστη ισχύς τους κυμαίνεται από 50 έως 100 MW, (β) είναι συνήθως συνδεδεμένες στο δίκτυο διανομής και (γ) η κατανομή φορτίου στις εγκαταστάσεις παραγωγής δεν γίνεται κεντρικά (not centrally dispatched), συνιστούν κατανεμημένη παραγωγή, [1]. Προφανώς το τελευταίο μέρος του ορισμού αυτού δείχνει ότι οι μονάδες κατανεμημένης παραγωγής δεν ελέγχονται από το διαχειριστή του δικτύου μεταφοράς. Έτσι οι μονάδες παραγωγής που κατασκευάζονται από το διαχειριστή του δικτύου μεταφοράς αντί για επέκταση του δικτύου και οι οποίες μπορούν να ελεγχθούν κεντρικά δεν συνιστούν κατανεμημένη ηλεκτροπαραγωγή. Η ΙΕΕΕ (Institute of Electrical and Electronics Engineer) καθορίζει την κατανεμημένη ηλεκτροπαραγωγή ως παραγωγή ηλεκτρισμού από εγκαταστάσεις οι οποίες είναι σαφώς μικρότερες από τις κεντρικές μονάδες παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας, έτσι ώστε να είναι δυνατή η διασύνδεσή τους σχεδόν σε κάθε σημείο του συστήματος ηλεκτρικής ενέργειας. Οι περισσότεροι ορισμοί κάνουν λόγο για σύνδεση της κατανεμημένης ηλεκτροπαραγωγής με το δίκτυο διανομής. Η IEA ορίζει την κατανεμημένη ηλεκτροπαραγωγή ως μονάδες που παράγουν ηλεκτρική ενέργεια στη θέση του καταναλωτή ή σε τοπικές εγκαταστάσεις διανομής και την τροφοδοτούν απ ευθείας 9

10 ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΒΑΣΙΚΕΣ ΕΝΝΟΙΕΣ ΚΑΤΑΝΕΜΗΜΕΝΗΣ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ στο τοπικό δίκτυο διανομής. Η ΙΕΑ, παρ όλα αυτά δεν κάνει καμία αναφορά στο μέγεθος της παραγόμενης ισχύος σε αντίθεση με άλλους ορισμούς. Είναι σαφές λοιπόν ότι υπάρχουν πολλοί ορισμοί για την κατανεμημένη ηλεκτροπαραγωγή, επιτρέποντας την υιοθέτηση ενός ευρύτερου φάσματος πιθανών μονάδων παραγωγής. Κάποιοι ορισμοί επιτρέπουν τη σύνδεση μονάδων συμπαραγωγής μεγαλύτερης κλίμακας ή μεγάλων αιολικών πάρκων στο δίκτυο μεταφοράς, ενώ άλλοι εστιάζουν σε μικρής κλίμακας μονάδες παραγωγής που συνδέονται στο δίκτυο διανομής. Από όλους αυτούς τους ορισμούς αφήνεται να εννοηθεί ότι τουλάχιστον οι μικρής κλίμακας μονάδες παραγωγής που συνδέονται στο δίκτυο διανομής πρέπει να θεωρούνται μέρος της κατανεμημένης παραγωγής. Επιπλέον, οι μονάδες παραγωγής που εγκαθίστανται κοντά στο φορτίο ή στην πλευρά του καταναλωτή μπορούν να θεωρηθούν ως μονάδες κατανεμημένης παραγωγής. Το τελευταίο κριτήριο επικαλύπτει μερικώς το πρώτο, καθώς οι περισσότερες μονάδες παραγωγής που είναι εγκατεστημένες στην πλευρά του καταναλωτή είναι επίσης συνδεδεμένες στο δίκτυο διανομής, [1]. Εξαιτίας των μεγάλων διαφοροποιήσεων στους ορισμούς που χρησιμοποιούνται στη βιβλιογραφία, για να ορίσουμε την κατανεμημένη ηλεκτροπαραγωγή με μεγαλύτερη σαφήνεια πρέπει να εξετάσουμε τις εξής παραμέτρους: Α. Σκοπός της κατανεμημένης ηλεκτροπαραγωγής B. Θέση παραγωγής Γ. Ισχύς της κατανεμημένης παραγωγής Δ. Περιοχή που τροφοδοτεί η κατανεμημένη παραγωγή Ε. Τεχνολογία κατανεμημένης παραγωγής ΣΤ. Περιβαλλοντικές επιπτώσεις Ζ. Τρόπος λειτουργίας H. Ιδιοκτησία των μονάδων κατανεμημένης παραγωγής Θ. Διείσδυση της κατανεμημένης παραγωγής Σύμφωνα με τους Ackerman T. et al., [], ένας προτεινόμενος γενικός ορισμός για την κατανεμημένη ηλεκτροπαραγωγή είναι ο εξής: Ως κατανεμημένη ηλεκτροπαραγωγή μπορεί να θεωρηθεί μια πηγή ηλεκτρικής ενέργειας άμεσα συνδεδεμένη με το δίκτυο διανομής ή στην πλευρά του καταναλωτή. Η διαφοροποίηση μεταξύ του δικτύου διανομής και του δικτύου μεταφοράς καθορίζεται νομικά. Στις πιο ανταγωνιστικές αγορές, ο νομικός ορισμός για τα δίκτυα μεταφοράς αποτελεί συνήθως ένα μέρος του κανονισμού της αγοράς ενέργειας. Οτιδήποτε δεν ορίζεται ως δίκτυο μεταφοράς στην ισχύουσα νομοθεσία, μπορεί να θεωρηθεί ως δίκτυο διανομής. Ο ορισμός της κατανεμημένης ηλεκτροπαραγωγής δεν καθορίζει την ισχύ της μονάδας παραγωγής, καθώς η μέγιστη ισχύς εξαρτάται από τα χαρακτηριστικά του τοπικού δικτύου διανομής όπως π.χ. το επίπεδο της τάσης. Θα ήταν όμως χρήσιμο να προτείνουμε μια κατηγοριοποίηση βασισμένη στην ισχύ των μονάδων παραγωγής: Πολύ μικρή 1 W έως 5 kw Μικρή 5 kw έως 5 MW Μεσαία 5 MW έως 50 MW Μεγάλη 50 MW έως 300 MW 10

11 ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΒΑΣΙΚΕΣ ΕΝΝΟΙΕΣ ΚΑΤΑΝΕΜΗΜΕΝΗΣ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ Επιπλέον, ο ορισμός αυτός δεν καθορίζει ούτε την περιοχή που τροφοδοτεί η κατανεμημένη παραγωγή, ούτε το βαθμό διείσδυσής της, ούτε την ιδιοκτησία της αλλά ούτε και την αντιμετώπισή της κατά τη διάρκεια λειτουργίας της. Δεν μπορεί να θεωρηθεί λοιπόν, όπως πολλές φορές γίνεται, ότι η κατανεμημένη παραγωγή χρησιμοποιείται για τοπική κατανάλωση, για χαμηλό βαθμό διείσδυσης έχοντας ανεξάρτητη ιδιοκτησία και ειδική αντιμετώπιση. Εάν μας απασχολούν οι παραπάνω παράμετροι, αυτές θα πρέπει να αναφερθούν επιπρόσθετα. Για παράδειγμα, εάν η ισχύς εξόδου της μονάδας κατανεμημένης παραγωγής χρησιμοποιείται μόνο στο τοπικό δίκτυο διανομής προτείνεται ο όρος embedded distributed generation (ενσωματωμένη κατανεμημένη ηλεκτροπαραγωγή). Επίσης, όταν στην κατανεμημένη παραγωγή η κατανομή φορτίου δεν γίνεται κεντρικά, προτείνεται ο όρος not centrally dispatched distributed generation (κατανεμημένη ηλεκτροπαραγωγή όπου η κατανομή φορτίου δεν γίνεται κεντρικά). Ακόμα, ο ορισμός των Ackerman T. et al., [] δεν καθορίζει τις χρησιμοποιούμενες τεχνολογίες, γιατί αυτές ποικίλουν. Παρ όλα αυτά, μπορεί να γίνει μια κατηγοριοποίηση με βάση την τεχνολογία που χρησιμοποιείται στην κατανεμημένη ηλεκτροπαραγωγή. Προτείνονται λοιπόν οι εξής κατηγορίες: Κατανεμημένη ηλεκτροπαραγωγή από ανανεώσιμες πηγές Κατανεμημένη ηλεκτροπαραγωγή από συμβατικές πηγές Κατανεμημένη ηλεκτροπαραγωγή από μονάδες συμπαραγωγής ηλεκτρισμού και θερμότητας 11

12 ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΒΑΣΙΚΕΣ ΕΝΝΟΙΕΣ ΚΑΤΑΝΕΜΗΜΕΝΗΣ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ. Ζητήματα που εισάγει η κατανεμημένη παραγωγή Τα σύγχρονα δίκτυα διανομής είχαν σχεδιαστεί ώστε να παίρνουν ισχύ από τους μετασχηματιστές ΥΤ/ΜΤ και να τη διανέμουν στους καταναλωτές. Η ροή της ενεργού ισχύος (P) και της άεργου ισχύος (Q) ήταν πάντα από το υψηλότερο προς το χαμηλότερο επίπεδο τάσης (σχήμα.1). Έτσι, ακόμα και σε διασυνδεδεμένα δίκτυα διανομής η συμπεριφορά του δικτύου είναι πλήρως κατανοητή και οι διαδικασίες σχεδιασμού και λειτουργίας έχουν καθιερωθεί εδώ και καιρό. Σχήμα.1: Συμβατικό δίκτυο διανομής Εντούτοις, λόγω της αυξημένης διείσδυσης της κατανεμημένης ηλεκτροπαραγωγής οι ροές ισχύος μπορεί να αντιστραφούν και έτσι το δίκτυο διανομής να μην είναι πια ένα παθητικό κύκλωμα που απλώς τροφοδοτεί φορτία, αλλά ένα ενεργό σύστημα με ροές ισχύος και τάσεις που καθορίζονται και από την παραγωγή και από τα φορτία (σχήμα.). Για παράδειγμα η μονάδα συμπαραγωγής με τη σύγχρονη γεννήτρια (S) θα παράγει ενεργό ισχύ όταν το ηλεκτρικό φορτίο είναι μικρότερο από την ισχύ εξόδου της γεννήτριας αλλά παράλληλα μπορεί να απορροφάει ή να παράγει άεργο ισχύ ανάλογα με τη διέγερσή της. Η ανεμογεννήτρια θα παράγει ενεργό ισχύ αλλά ίσως απορροφάει άεργο ισχύ, καθώς η επαγωγική της γεννήτρια χρειάζεται μια πηγή άεργου ισχύος για να λειτουργήσει. Ο αντιστροφέας του φωτοβολταϊκού στοιχείου (PV) θα επιτρέψει την παραγωγή ενεργού ισχύος σε ένα καθορισμένο συντελεστή ισχύος, ίσως όμως εισάγει αρμονικά ρεύματα, όπως φαίνεται στο σχήμα.. Έτσι οι ροές ισχύος στο κύκλωμα μπορεί να είναι αμφίδρομες καθώς εξαρτώνται από τη σχέση των μέτρων της ενεργού και άεργου ισχύος των φορτίων του δικτύου με τα αντίστοιχα μέτρα των εξόδων των γεννητριών και τις όποιες απώλειες του δικτύου, [3]. 1

13 ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΒΑΣΙΚΕΣ ΕΝΝΟΙΕΣ ΚΑΤΑΝΕΜΗΜΕΝΗΣ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ Σχήμα.: Δίκτυο διανομής με κατανεμημένη ηλεκτροπαραγωγή Η αλλαγή της ροής ενεργού και αέργου ισχύος που προκαλείται από την κατανεμημένη ηλεκτροπαραγωγή, έχει σημαντικές οικονομικές και τεχνικές επιπτώσεις στο ηλεκτρικό σύστημα. Σήμερα, το ενδιαφέρον έχει στραφεί στα άμεσα τεχνικά ζητήματα που αφορούν τη σύνδεση και τη λειτουργία της κατανεμημένης παραγωγής στο δίκτυο διανομής και οι περισσότερες χώρες έχουν αναπτύξει κανονισμούς και πρακτικές που αφορούν τα παραπάνω ζητήματα. Σε γενικές γραμμές, η προσέγγιση που υιοθετείται εξασφαλίζει ότι η κατανεμημένη ηλεκτροπαραγωγή δεν μειώνει την ποιότητα της ηλεκτρικής ενέργειας που παρέχεται στους άλλους καταναλωτές και η κατανεμημένη παραγωγή θεωρείται ως «αρνητικό φορτίο». Πρόσφατα έχουν αρχίσει να λαμβάνονται σοβαρά υπ όψιν οι οικονομικές επιπτώσεις της κατανεμημένης ηλεκτροπαραγωγής, οι οποίες φαίνεται να γίνονται απαραίτητες ταχύτερα σε απελευθερωμένες αγορές ενέργειας όπου υπάρχει σαφής διαχωρισμός της παραγωγής από τη διανομή ηλεκτρικής ενέργειας. 13

14 ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΒΑΣΙΚΕΣ ΕΝΝΟΙΕΣ ΚΑΤΑΝΕΜΗΜΕΝΗΣ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ.3 Επίδραση της κατανεμημένης παραγωγής στο δίκτυο διανομής.3.1 Τεχνικές επιπτώσεις της κατανεμημένης παραγωγής στο δίκτυο _διανομής Σε αυτή την παράγραφο θα εξετάσουμε τις κυριότερες τεχνικές επιπτώσεις της κατανεμημένης ηλεκτροπαραγωγής στο δίκτυο διανομής. Μεταβολές στην τάση του δικτύου Κάθε δίκτυο διανομής πρέπει να τροφοδοτεί τους καταναλωτές με τάση μέσα σε συγκεκριμένα όρια. Αυτή η απαίτηση συχνά καθορίζει το σχεδιασμό και το κόστος των δικτύων διανομής και με το πέρασμα των χρόνων έχουν αναπτυχθεί τεχνικές ώστε να παρέχεται η απαιτούμενη τάση στους καταναλωτές με τη βέλτιστη χρήση των δικτύων διανομής. Η διακύμανση της τάσης στον κορμό ενός ακτινικού δικτύου διανομής φαίνεται στο σχήμα.3. Τα ακριβή όρια διακύμανσης της τάσης διαφέρουν από χώρα σε χώρα αλλά η αρχή λειτουργίας του κορμού των ακτινικών δικτύων παραμένει ίδια. Στην Ελλάδα επιτρέπεται μια διακύμανση της τάξης του ± 5%. Σχήμα.3: Διακύμανση της τάσης κατά μήκος του κορμού ενός ακτινικού δικτύου Α η τάση διατηρείται σταθερή από ένα μετασχηματιστή με αυτόματη αλλαγή των λήψεων Α-Β πτώση τάσης εξ αιτίας του φορτίου στον κορμό ΜΤ Β-C ανύψωση τάσης εξ αιτίας των λήψεων του μετασχηματιστή ΜΤ/ΧΤ C-D πτώση τάσης στο μετασχηματιστή ΜΤ/ΧΤ D-E πτώση τάσης στον κορμό ΧΤ 14

15 ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΒΑΣΙΚΕΣ ΕΝΝΟΙΕΣ ΚΑΤΑΝΕΜΗΜΕΝΗΣ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ Το σχήμα.3 δείχνει ότι ο λόγος του μετασχηματιστή ΜΤ/ΧΤ έχει προσαρμοστεί με τη χρήση αλλαγών στις λήψεις (οι αλλαγές γίνονται χωρίς φορτίο) έτσι ώστε σε περίπτωση μέγιστου φορτίου ο πιο απομακρυσμένος καταναλωτής να τροφοδοτείται με τάση μέσα στα επιτρεπτά όρια. Σε περίπτωση ελάχιστου φορτίου η τάση που τροφοδοτεί τους καταναλωτές είναι ελάχιστα χαμηλότερη από τη μέγιστη επιτρεπόμενη. Εάν συνδεθεί μια μονάδα κατανεμημένης παραγωγής στο τέλος του δικτύου, τότε θα αλλάξουν οι ροές ισχύος στο δίκτυο και επομένως και το επίπεδο της τάσης. Η χειρότερη περίπτωση είναι όταν το φορτίο των καταναλωτών είναι ελάχιστο και η ισχύς της μονάδας κατανεμημένης παραγωγής ρέει πίσω στην πηγή. Για ένα δίκτυο διανομής με σχετικά μικρό φορτίο η ανύψωση της τάσης (ΔV) εξ αιτίας της κατανεμημένης παραγωγής δίνεται (στο σύστημα per unit) από τη σχέση (.1): ΔV = (P R + X Q)/V (.1) όπου: P = ενεργός ισχύς εξόδου της γεννήτριας Q = άεργος ισχύς εξόδου της γεννήτριας R = ωμική αντίσταση του δικτύου X = επαγωγική αντίδραση του δικτύου V = ονομαστική τάση του δικτύου Σε κάποιες περιπτώσεις, η ανύψωση της τάσης μπορεί να περιοριστεί αντιστρέφοντας τη ροή της αέργου ισχύος, είτε με χρήση επαγωγικής γεννήτριας είτε με υποδιεγερμένη σύγχρονη μηχανή λειτουργώντας με επαγωγικό συντελεστή ισχύος. Αυτή η μέθοδος μπορεί να είναι αποτελεσματική σε εναέρια δίκτυα ΜΤ που έχουν συνήθως μεγάλο λόγο Χ/R. Σε υπόγεια δίκτυα ΧΤ όπου οι βασικοί παράγοντες είναι η ενεργός ισχύς P και η ωμική αντίσταση R, μπορούν να συνδεθούν μόνο μικρής ισχύος μονάδες κατανεμημένης παραγωγής. Μεγαλύτερες γεννήτριες συνδέονται είτε στους ζυγούς ΧΤ ενός μετασχηματιστή ΜΤ/ΧΤ είτε, για ακόμα μεγαλύτερες μονάδες, απευθείας στο δίκτυο μέσης ή υψηλής τάσης. Σε μερικές χώρες χρησιμοποιούνται απλοί κανόνες κατά τον σχεδιασμό, που καθορίζουν τη μέγιστη ισχύ των μονάδων κατανεμημένης παραγωγής που μπορούν να συνδεθούν σε διάφορα σημεία του δικτύου διανομής. Συνήθως οι κανόνες αυτοί είναι αρκετά συντηρητικοί, ενώ πιο λεπτομερείς υπολογισμοί συχνά δείχνουν ότι μπορούν να συνδεθούν μονάδες μεγαλύτερης ισχύος χωρίς να υπάρχει πρόβλημα. Μια εναλλακτική απλή προσέγγιση για το αν επιτρέπεται να συνδεθεί μια γεννήτρια στο δίκτυο, είναι η απαίτηση η ισχύς τριπολικού βραχυκυκλώματος στο σημείο της σύνδεσης της γεννήτριας να είναι ένα μικρό πολλαπλάσιο της ισχύος της μονάδας κατανεμημένης παραγωγής. Δηλαδή: S k3p Χ S generator (.) όπου: S k3p = ισχύς τριπολικού βραχυκυκλώματος στο σημείο σύνδεσης της μονάδας κατανεμημένης παραγωγής Χ = ένας προκαθορισμένος ακέραιος αριθμός S generator = ισχύς της γεννήτριας Το Χ προκαθορίζεται από τους σχεδιαστές του δικτύου και δείχνει πόσες φορές πρέπει να είναι μεγαλύτερη η ισχύς τριπολικού βραχυκυκλώματος στο σημείο 15

16 ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΒΑΣΙΚΕΣ ΕΝΝΟΙΕΣ ΚΑΤΑΝΕΜΗΜΕΝΗΣ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ σύνδεσης της γεννήτριας από την ισχύ της γεννήτριας για να μπορεί να συνδεθεί αυτή με το δίκτυο. Σε μερικές χώρες απαιτούνται πολλαπλάσια (Χ) της τάξης του 0 με 5 για αιολικά πάρκα, αλλά αυτή και πάλι είναι μια πολύ συντηρητική προσέγγιση. Υπάρχουν μεγάλα αιολικά πάρκα που λειτουργούν σε δίκτυα διανομής με μικρότερο πολλαπλάσιο Χ (ακόμα και 6) χωρίς να εμφανίζονται προβλήματα, [3]. Οι μελέτες που ασχολούνται με την επίδραση της κατανεμημένης παραγωγής στην τάση του δικτύου βασίζονται είτε στην τάση με την οποία τροφοδοτούνται οι καταναλωτές, είτε στα επιτρεπτά όρια των διακυμάνσεων της τάσης σε κάποιο ενδιάμεσο σημείο του δικτύου διανομής. Στη δεύτερη περίπτωση η μελέτη είναι πιο εύκολη αλλά μας δίνει πιο συντηρητικά αποτελέσματα. Κάποια συστήματα διανομής χρησιμοποιούν ένα πιο έξυπνο έλεγχο των αλλαγών των λήψεων των μετασχηματιστών υπό φορτίο που περιλαμβάνει τη χρήση ενός σήματος ρεύματος που συνδυάζεται με τη μέτρηση της τάσης. Αύξηση της ισχύος βραχυκυκλώσεως Οι περισσότερες μονάδες κατανεμημένης ηλεκτροπαραγωγής χρησιμοποιούν στρεφόμενες μηχανές που συνεισφέρουν στην ισχύ βραχυκυκλώσεως. Τόσο οι σύγχρονες όσο και οι επαγωγικές γεννήτριες αυξάνουν την ισχύ βραχυκυκλώσεως του δικτύου διανομής, παρόλο που η συμπεριφορά τους διαφέρει ανάλογα με τις συνθήκες σφάλματος. Σε αστικές περιοχές όπου η ισχύς βραχυκυκλώσεως πλησιάζει αυτή που αντέχει ο εξοπλισμός, η αύξηση της ισχύος βραχυκυκλώσεως μπορεί να αποτελέσει σοβαρό εμπόδιο στην ανάπτυξη της κατανεμημένης ηλεκτροπαραγωγής. Η αναβάθμιση όμως του εξοπλισμού του δικτύου διανομής ώστε να αντέχει μεγαλύτερη ισχύ βραχυκυκλώσεως κοστίζει ακριβά. Γι αυτό η συνεισφορά μιας μονάδας κατανεμημένης παραγωγής στην ισχύ βραχυκυκλώσεως μπορεί να μειωθεί βάζοντας ανάμεσα στην γεννήτρια και στο δίκτυο μια αντίδραση (είτε ένα μετασχηματιστή είτε ένα πηνίο), αυξάνοντας όμως τις απώλειες και τις διακυμάνσεις της τάσης. Σε μερικές χώρες χρησιμοποιούνται ασφάλειες εκτονώσεως ώστε να περιορίσουν την συνεισφορά των μονάδων αυτών στην ισχύ βραχυκυκλώσεως. Ποιότητα παρεχόμενης ισχύος Δύο είναι οι παράγοντες της ποιότητας της παρεχόμενης ισχύος που συνήθως θεωρούνται οι πιο σημαντικοί: i) οι μεταβατικές διακυμάνσεις της τάσης και ii) οι αρμονικές παραμορφώσεις της τάσης του δικτύου. Ανάλογα με την περίπτωση οι μονάδες κατανεμημένης παραγωγής βελτιώνουν ή υποβιβάζουν την ποιότητα της τάσης που παρέχεται στους άλλους καταναλωτές. Μπορεί να προκαλέσουν μεταβατικές διακυμάνσεις της τάσης του δικτύου αν επιτρέπονται μεγάλες αλλαγές στο ρεύμα κατά τη διάρκεια της σύνδεσης ή αποσύνδεσής τους στο δίκτυο. Το μέτρο των μεταβατικών αυτών ρευμάτων μπορεί να περιοριστεί γενικά με τον προσεκτικό σχεδιασμό της γεννήτριας. Όμως οι μεταβατικές διακυμάνσεις της τάσης όταν συνδέεται μια μονάδα κατανεμημένης παραγωγής σε ασθενές δίκτυο ίσως είναι περισσότερο σημαντικές από την ανύψωση της τάσης που προκαλεί, ώστε να αποτελούν απαγορευτικό παράγοντα για τη χρησιμοποίησή τους. Οι σύγχρονες γεννήτριες μπορούν να συνδεθούν στο δίκτυο προκαλώντας αμελητέες διαταραχές αν συγχρονιστούν σωστά και χρησιμοποιηθούν διατάξεις που να περιορίζουν τις 16

17 ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΒΑΣΙΚΕΣ ΕΝΝΟΙΕΣ ΚΑΤΑΝΕΜΗΜΕΝΗΣ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ διακυμάνσεις που προκαλούνται στο ρεύμα με την σύνδεση και αποσύνδεσή τους από το δίκτυο. Παρ όλα αυτά, η αποσύνδεση των γεννητριών σε λειτουργία υπό πλήρες φορτίο μπορεί να οδηγήσει σε σημαντικές παρότι σπάνιες πτώσεις τάσης. Επίσης ο τρόπος περιστροφής του δρομέα (π.χ. σε ανεμογεννήτριες σταθερής ταχύτητας) μπορεί να δημιουργήσει κυκλικές διαταραχές στο ρεύμα εξόδου της γεννήτριας που δύναται να οδηγήσει σε ταλάντωση αν δεν ελέγχεται σωστά. Η προσθήκη κατανεμημένης παραγωγής αυξάνει την ισχύ βραχυκυκλώσεως του δικτύου διανομής. Όταν η γεννήτρια συνδεθεί στο δίκτυο οι διαταραχές που προκαλούνται από διάφορους καταναλωτές ή από σφάλματα σε απομακρυσμένες θέσεις προκαλούν μικρότερες διαταραχές στην τάση και επομένως βελτιώνεται η ποιότητα της παρεχόμενης ισχύος. Γενικά ένας συμβατικός τρόπος βελτίωσης της ποιότητας της παρεχόμενης ισχύος είναι η τοπική εγκατάσταση μονάδων παραγωγής ενέργειας. Μονάδες που δεν έχουν σχεδιαστεί σωστά και που χρησιμοποιούν διατάξεις ηλεκτρονικών ισχύος για τη σύνδεση με το δίκτυο μπορεί να εισάγουν στο δίκτυο ρεύματα ανώτερων αρμονικών που ίσως να προκαλέσουν μη αποδεκτές παραμορφώσεις στην τάση. Παρ όλα αυτά, άμεσα συνδεδεμένες γεννήτριες υπάρχει περίπτωση να μειώσουν την αντίσταση του δικτύου διανομής και επομένως και τις αρμονικές της τάσης προκαλώντας όμως μεγάλα ρεύματα ανώτερων αρμονικών στη γεννήτρια και άλλα πιθανά προβλήματα εξ αιτίας συντονισμού. Το φαινόμενο αυτό πρέπει να προσεχτεί ιδιαίτερα εάν έχουν συνδεθεί πυκνωτές διόρθωσης του συντελεστή ισχύος παράλληλα με επαγωγικές γεννήτριες. Ένα παρόμοιο αποτέλεσμα προκαλείται από τις επαγωγικές γεννήτριες που συνδέονται σε δίκτυα ΜΤ που βρίσκονται σε αραιοκατοικημένες περιοχές για εξισορρόπηση των τάσεων. Οι τάσεις των φάσεων στα δίκτυα ΜΤ αυτών των περιοχών είναι συχνά μη συμμετρικές εξ αιτίας της σύνδεσης μονοφασικών φορτίων. Στην περίπτωση αυτή οι επαγωγικές γεννήτριες που παρουσιάζουν χαμηλές σύνθετες αντιστάσεις σε μη εξισορροπημένες τάσεις απορροφούν μεγάλα μη συμμετρικά ρεύματα και έτσι καταφέρνουν να εξισορροπήσουν τις τάσεις των φάσεων προκαλώντας όμως μεγάλα ρεύματα στα τυλίγματα της γεννήτριας και συνεπώς υπερθέρμανση. Ευστάθεια Η επιρροή των μονάδων κατανεμημένης ηλεκτροπαραγωγής που σαν σκοπό έχουν την παραγωγή ενέργειας από ανανεώσιμες πηγές ενέργειας στη μεταβατική ευστάθεια δεν θεωρείται σημαντική. Αν συμβεί ένα σφάλμα κάπου στο δίκτυο διανομής που θα έχει σαν αποτέλεσμα την βύθιση της τάσης του δικτύου και την αποσύνδεση της γεννήτριας, το μόνο που θα χαθεί είναι μια μικρή χρονική περίοδος παραγωγής ενέργειας. Η μονάδα κατανεμημένης παραγωγής θα επιταχυνθεί και τελικά θα αποσυνδεθεί λόγω της εσωτερικής της προστασίας. Το σύστημα ελέγχου της γεννήτριας αυτής θα επαναφέρει αυτόματα τη γεννήτρια αφού πρώτα επανέλθει το δίκτυο σε κανονική λειτουργία. Φυσικά αν η γεννήτρια παίζει σημαντικό ρόλο στο δίκτυο τότε απαιτείται περισσότερη προσοχή ώστε να εξασφαλιστεί ότι δεν θα αποσυνδέεται σε απομακρυσμένα σφάλματα. Καθώς η αδράνεια της μονάδας είναι τις περισσότερες φορές μικρή και ο χρόνος διακοπής της προστασίας μεγάλος, ίσως δεν είναι δυνατό να εξασφαλιστεί η ευστάθεια για όλα τα σφάλματα του δικτύου διανομής. Αν μια μονάδα κατανεμημένης παραγωγής συνεισφέρει αποφασιστικά στο σύστημα ενέργειας, τότε η μεταβατική ευστάθειά της είναι σημαντική. Μάλιστα μπορεί να είναι μεγάλης σημασίας και η ευστάθεια της τάσης και η ευστάθεια της 17

18 ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΒΑΣΙΚΕΣ ΕΝΝΟΙΕΣ ΚΑΤΑΝΕΜΗΜΕΝΗΣ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ γωνίας ανάλογα με τις συνθήκες. Ένα κοινό πρόβλημα σε πολλές χώρες είναι η άσκοπη διακοπή από ηλεκτρονόμους ευαίσθητους σε μεταβολές συχνότητας (rocof relays). Αυτoί ρυθμίζονται ώστε να ανιχνεύουν την νησιδοποίηση (islanding), αλλά στην περίπτωση σημαντικών σφαλμάτων σε ένα σύστημα (π.χ. απώλεια μιας μεγάλης μονάδας παραγωγής) μπορεί να μη λειτουργήσουν σωστά και να διακόψουν μεγάλο όγκο κατανεμημένης παραγωγής. Η διακοπή αυτή θα έχει σαν αποτέλεσμα ακόμα μεγαλύτερη μείωση της συχνότητας. Η επανασύνδεση κάποιου τμήματος του δικτύου διανομής με σημαντική κατανεμημένη ηλεκτροπαραγωγή πρέπει να γίνει με προσοχή. Αν το δίκτυο βασιζόταν στις μονάδες κατανεμημένης παραγωγής ώστε να εξυπηρετεί το φορτίο του, τότε όταν επανασυνδεθεί, το φορτίο θα απαιτήσει ισχύ προτού μπορέσουν να επανασυνδεθούν οι μονάδες. Το πρόβλημα αυτό αντιμετωπίζεται συχνά από τους υπεύθυνους της κεντρικής παραγωγής και των δικτύων μεταφοράς, αλλά είναι ασυνήθιστο στα δίκτυα διανομής. Οι σύγχρονες γεννήτριες κατά τη διάρκεια μιας παροδικής αστάθειας αποσυγχρονίζονται ενώ οι επαγωγικές τραβούν μεγάλα επαγωγικά ρεύματα τα οποία με τη σειρά τους προκαλούν αστάθεια και βύθιση της τάσης του δικτύου. Το όριο στατικής ευστάθειας των επαγωγικών γεννητριών μπορεί επίσης να περιορίσει τη σύνδεσή τους σε πολύ ασθενή δίκτυα διανομής, διότι μια πολύ μεγάλη σύνθετη αντίσταση της πηγής ή ένα χαμηλό επίπεδο ισχύος βραχυκυκλώσεως του δικτύου μπορεί να περιορίσει τη μέγιστη ροπή της γεννήτριας σε τέτοιο βαθμό που να μη μπορεί να λειτουργήσει σε ονομαστική τάση. Λειτουργία του δικτύου Η κατανεμημένη ηλεκτροπαραγωγή έχει σημαντικές επιπτώσεις στη λειτουργία του δικτύου διανομής αφού πλέον τροφοδοτείται από πολλά σημεία. Αυτό επηρεάζει τις απαραίτητες διαδικασίες ασφάλειας που πρέπει να γίνουν πριν από οποιαδήποτε εργασία αποκατάστασης βλάβης στο δίκτυο ενώ επίσης δυσχεραίνει την προγραμματισμένη συντήρηση του δικτύου. Άλλη μια παράμετρος που πρέπει να προσεχθεί είναι να μην επηρεάζονται τα σήματα ακουστικής συχνότητας που μεταφέρονται στο δίκτυο διανομής από την κατανεμημένη παραγωγή. Τα σήματα αυτά είναι υπεύθυνα για πολλές λειτουργίες του δικτύου (π.χ. για την ενεργοποίηση του δημοτικού φωτισμού) και η διαταραχή τους θα προκαλούσε σημαντικά προβλήματα. Προστασία Η προστασία των μονάδων κατανεμημένης παραγωγής αναφέρεται στα παρακάτω: προστασία του εξοπλισμού των γεννητριών από εσωτερικά σφάλματα προστασία του δικτύου διανομής που παρουσιάζει κάποιο σφάλμα από ρεύματα βραχυκυκλώσεως τα οποία προέρχονται από την κατανεμημένη παραγωγή προστασία έναντι της νησιδοποίησης (anti-islanding) επίδραση της κατανεμημένης ηλεκτροπαραγωγής στην υπάρχουσα προστασία του δικτύου διανομής. 18

19 ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΒΑΣΙΚΕΣ ΕΝΝΟΙΕΣ ΚΑΤΑΝΕΜΗΜΕΝΗΣ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ Η προστασία της μονάδας κατανεμημένης παραγωγής από εσωτερικά σφάλματα είναι άμεση. Τα ρεύματα βραχυκυκλώσεως που ρέουν από το δίκτυο διανομής χρησιμοποιούνται για την ανίχνευση των σφαλμάτων και οι τεχνικές για την προστασία κάθε μεγάλης μηχανής θεωρούνται γενικά επαρκείς. Σε αραιοκατοικημένες περιοχές ένα σύνηθες πρόβλημα είναι να εξασφαλιστεί ότι θα ρέουν επαρκή ρεύματα βραχυκυκλώσεως από το δίκτυο ώστε να λειτουργήσουν ακαριαία τα μέσα προστασίας (ηλεκτρονόμοι και ασφάλειες). Η προστασία του δικτύου διανομής που παρουσιάζει κάποιο σφάλμα από ρεύματα βραχυκυκλώσεως τα οποία προέρχονται από τις μονάδες κατανεμημένης παραγωγής είναι συνήθως πιο δύσκολη. Οι επαγωγικές γεννήτριες δε συμβάλλουν στο μόνιμο ρεύμα τριπολικού βραχυκυκλώματος καθώς επίσης και η συμβολή τους σε μόνιμα ασύμμετρα σφάλματα είναι περιορισμένη. Οι μικρές σύγχρονες γεννήτριες χρειάζονται έξυπνα συστήματα διέγερσης και κυκλώματα ενίσχυσης πεδίου για να παρέχουν μόνιμα ρεύματα βραχυκυκλώσεως πολύ μεγαλύτερα από το ονομαστικό τους ρεύμα. Έτσι, για κάποιες εγκαταστάσεις χρειάζεται να βασιζόμαστε στην προστασία του δικτύου διανομής να εκκαθαρίσει το σφάλμα και κατά συνέπεια να απομονώσει τις μονάδες που στη συνέχεια αποσυνδέονται από το δίκτυο λόγω της προστασίας έναντι της νησιδοποίησης ή της προστασίας ορίων τάσεως και συχνότητας. Αυτή η τεχνική της διαδοχικής αποσύνδεσης δεν είναι συνηθισμένη αλλά είναι απαραίτητη σε κάποιες περιπτώσεις, εξ αιτίας της αδυναμίας ορισμένων γεννητριών να παρέχουν επαρκές ρεύμα βραχυκυκλώσεως για τα πιο συμβατικά σχήματα προστασίας. Η προστασία έναντι της νησιδοποίησης αποτελεί σημαντικό ζήτημα σε αρκετές χώρες και ιδιαίτερα σε αυτές όπου η αυτόματη επαναφορά χρησιμοποιείται στο δίκτυο διανομής. Ως νησιδοποίηση ορίζεται η κατάσταση στην οποία ένα τμήμα του δικτύου, το οποίο περιλαμβάνει τόσο φορτίο όσο και παραγωγή, απομονώνεται από το υπόλοιπο δίκτυο αλλά συνεχίζει να λειτουργεί τροφοδοτούμενο από τις μονάδες παραγωγής που συνδέονται στο τμήμα αυτό. Για διάφορους λόγους, τεχνικούς και διαχειριστικούς, η παρατεταμένη λειτουργία ενός τμήματος του δικτύου που τροφοδοτείται από μια μονάδα κατανεμημένης παραγωγής αλλά έχει αποσυνδεθεί από το δίκτυο διανομής, δεν θεωρείται αποδεκτή. Επομένως χρειάζεται ένας ηλεκτρονόμος που θα ανιχνεύει πότε η γεννήτρια και ίσως ένα κομμάτι του δικτύου νησιδοποιούνται και θα αποσυνδέει τη γεννήτρια. Ο ηλεκτρονόμος αυτός θα πρέπει να λειτουργεί μέσα στο νεκρό χρόνο οποιασδήποτε χρησιμοποιούμενης διάταξης αυτόματης επαναφοράς ώστε να αποφεύγεται η επανασύνδεση της πηγής χωρίς αυτή να είναι συγχρονισμένη με το δίκτυο. Παρά τη χρησιμοποίηση πολλών τεχνικών, συμπεριλαμβανομένων των rocof relays και της ολίσθησης του διανύσματος τάσης, πολλές φορές αυτές οδηγούν σε άσκοπη αποσύνδεση εάν οι ηλεκτρονόμοι ρυθμιστούν ώστε να ανιχνεύουν πολύ γρήγορα και με μεγάλη ευαισθησία τη νησιδοποίηση. Η γείωση του ουδετέρου της γεννήτριας είναι ένα θέμα που σχετίζεται με τα παραπάνω, διότι σε κάποιες χώρες ένα αγείωτο σύστημα δεν είναι αποδεκτό. Πρέπει λοιπόν να δίνεται προσοχή στο που συνδέεται ο ουδέτερος και πως γειώνεται. Το πρόβλημα της νησιδοποίησης φαίνεται στο σχήμα.4. Εάν ανοίξει ο διακόπτης Α, π.χ. σε ένα παροδικό σφάλμα, τότε μπορεί να μην υπάρχει αρκετό ρεύμα βραχυκυκλώσεως για να λειτουργήσει ο διακόπτης Β. Σε αυτή την περίπτωση η μονάδα κατανεμημένης παραγωγής ίσως να καταφέρει να τροφοδοτεί το φορτίο. Εάν η έξοδος της γεννήτριας καταφέρει να παράγει ακριβώς την ενεργό και άεργο ισχύ που απαιτεί το φορτίο, τότε δεν θα υπάρξει αλλαγή στη συχνότητα ή στην τάση του απομονωμένου τμήματος του δικτύου. Έτσι, μόνο με τοπικές μετρήσεις στο 19

20 ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΒΑΣΙΚΕΣ ΕΝΝΟΙΕΣ ΚΑΤΑΝΕΜΗΜΕΝΗΣ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ σημείο Β είναι πολύ δύσκολο να ανιχνευτεί με αξιοπιστία αν ο διακόπτης Α έχει ανοίξει. Στην οριακή περίπτωση τώρα όπου δε ρέει ρεύμα από τον Α (μόνο η μονάδα κατανεμημένης παραγωγής τροφοδοτεί το φορτίο), τα μεγέθη του δικτύου στον Β δεν επηρεάζονται είτε ο διακόπτης Α είναι κλειστός είτε ανοιχτός. Επίσης, εύκολα παρατηρεί κανείς ότι αφού το φορτίο τροφοδοτείται από την πλευρά του τριγώνου του μετασχηματιστή δεν θα υπάρχει γείωση του ουδετέρου σε αυτή την πλευρά του δικτύου, [3]. Τέλος, οι μονάδες κατανεμημένης παραγωγής μπορεί να επηρεάσουν τη λειτουργία των ήδη υπαρχόντων δικτύων διανομής συνεισφέροντας στο ρεύμα βραχυκυκλώσεως, κάτι που δεν είχε προβλεφθεί όταν η προστασία είχε αρχικά σχεδιασθεί. Σχήμα.4: Το πρόβλημα της νησιδοποίησης 0

21 ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΒΑΣΙΚΕΣ ΕΝΝΟΙΕΣ ΚΑΤΑΝΕΜΗΜΕΝΗΣ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ.3. Οικονομικές επιπτώσεις της κατανεμημένης παραγωγής στο δίκτυο διανομής Το θέμα των τεχνικών επιπτώσεων της κατανεμημένης ηλεκτροπαραγωγής στο δίκτυο διανομής είναι γενικά γνωστό και υπάρχουν πια πολλές τεχνικές σχεδίασης και υπολογισμών που το αντιμετωπίζουν. Αυτό που κυρίως μας απασχολεί τελευταία είναι ο συνολικός βαθμός διείσδυσης της κατανεμημένης ηλεκτροπαραγωγής και οι συγκεκριμένες δυσκολίες που προκύπτουν όταν μεγάλες μονάδες συνδέονται σε πολύ ασθενή δίκτυα. Αντίθετα, τον τελευταίο καιρό, μόλις έχουν αρχίσει να λαμβάνονται σοβαρά υπόψη οι οικονομικές επιπτώσεις της κατανεμημένης παραγωγής στα δίκτυα διανομής. Με την εισαγωγή των μονάδων κατανεμημένης παραγωγής στο δίκτυο αλλάζει η ροή ισχύος, πράγμα που θα αλλάξει τις απώλειες του δικτύου. Εάν μια μικρή μονάδα βρίσκεται κοντά σε ένα μεγάλο φορτίο, τότε οι απώλειες του δικτύου θα μειωθούν, καθώς τόσο η ενεργός όσο και η άεργος ισχύς παρέχονται στο φορτίο από την γειτονική γεννήτρια. Αντίστροφα, αν μια μεγάλη μονάδα βρίσκεται μακριά από τα φορτία του δικτύου, τότε οι απώλειες του δικτύου είναι πιθανόν να αυξηθούν. Τα πράγματα γίνονται ακόμα πιο σύνθετα εξαιτίας της αυξανόμενης ζήτησης ηλεκτρικής ενέργειας όσο αυξάνει το φορτίο. Γενικά, ένα μεγάλο φορτίο στο δίκτυο διανομής συσχετίζεται άμεσα με τη χρήση πολυδάπανων μονάδων παραγωγής. Έτσι, κάθε πηγή που μπορεί να λειτουργεί σε περιόδους υψηλού φορτίου και να μειώνει τις απώλειες έχει σημαντική επίδραση στο κόστος λειτουργίας του δικτύου. Προς το παρόν, η κατανεμημένη ηλεκτροπαραγωγή δεν συμβάλει στον έλεγχο της τάσης του δικτύου διανομής. Στο Ηνωμένο Βασίλειο, οι γεννήτριες λειτουργούν με μοναδιαίο συντελεστή ισχύος έτσι ώστε να μειώνονται οι ηλεκτρικές τους απώλειες και να αποφεύγονται τα προβλήματα που δημιουργούνται από την κατανάλωση αέργου ισχύος, ανεξάρτητα από τις ανάγκες του δικτύου διανομής. Στη Δανία, έχει γίνει μια πρόοδος με τη χρήση κατανεμημένων μονάδων συμπαραγωγής ηλεκτρισμού και θερμότητας που λειτουργούν σε τρεις διαφορετικούς συντελεστές ισχύος ανάλογα με την ώρα της ημέρας. Κατά τη διάρκεια περιόδων υψηλού φορτίου εξάγεται άεργος ισχύς στο δίκτυο, ενώ κατά την διάρκεια περιόδων χαμηλού φορτίου οι μονάδες λειτουργούν με μοναδιαίο συντελεστή ισχύος. Η κατανεμημένη ηλεκτροπαραγωγή μπορεί να χρησιμοποιηθεί γενικά για να καλύψει την ισχύ του δικτύου διανομής. Ξεκάθαρα αυτό δεν συμβαίνει σε ακτινικά δίκτυα χωρίς τροφοδότηση από τον ανάντι ζυγό του υποσταθμού ΥΤ/ΜΤ, αφού η νησιδοποίηση γενικά δεν είναι αποδεκτή και πολλές φορές χρειάζονται μεγάλες επεκτάσεις στο δίκτυο ώστε να συλλεχθεί η ενέργεια από απομονωμένες γεννήτριες. Εν τούτοις, τα περισσότερα δίκτυα διανομής υψηλής τάσης απαιτείται να είναι διπλά και βροχοειδή και συνεπώς η κατανεμημένη παραγωγή μπορεί να μειώσει τις απαιτήσεις για τέτοιας μορφής δίκτυα. Προς το παρόν δεν είναι γενικά αποδεκτή η άποψη ότι η κατανεμημένη παραγωγή μπορεί να καλύψει πλήρως την ισχύ του δικτύου διανομής, [3]. 1

22 ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΒΑΣΙΚΕΣ ΕΝΝΟΙΕΣ ΚΑΤΑΝΕΜΗΜΕΝΗΣ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ.4 Επιπτώσεις της κατανεμημένης παραγωγής στο δίκτυο μεταφοράς Με παρόμοιο τρόπο όπως στο δίκτυο διανομής, η κατανεμημένη παραγωγή θα αλλάξει τη ροή ισχύος στο δίκτυο μεταφοράς. Έτσι οι απώλειες του δικτύου μεταφοράς θα αλλάξουν, γενικά θα μειωθούν, ενώ σε ένα ισχυρά βροχοειδές δίκτυο μεταφοράς είναι φανερό ότι μειωμένες ροές ισχύος έχουν σαν αποτέλεσμα λιγότερες απαιτήσεις εξοπλισμού. Γενικά, όταν η κατανεμημένη ηλεκτροπαραγωγή λειτουργεί σε περιόδους υψηλής ζήτησης φορτίου συμβάλει στην οικονομικότερη λειτουργία του δικτύου μεταφοράς.

23 ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΒΑΣΙΚΕΣ ΕΝΝΟΙΕΣ ΚΑΤΑΝΕΜΗΜΕΝΗΣ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ.5 Επιπτώσεις της κατανεμημένης παραγωγής στην κεντρική παραγωγή Η κύρια επίδραση της κατανεμημένης παραγωγής στην κεντρική παραγωγή είναι η μείωση της μέσης ισχύος εξόδου των κεντρικών μονάδων παραγωγής, αλλά συχνά και η αύξηση των διακυμάνσεών της. Σε ένα μεγάλο σύστημα ηλεκτρικής ενέργειας, οι απαιτήσεις των καταναλωτών εκτιμώνται με σχετική ακρίβεια από το Κέντρο Ελέγχου Ενέργειας. Η κατανεμημένη ηλεκτροπαραγωγή εισάγει επιπρόσθετη αβεβαιότητα στις εκτιμήσεις αυτές και ίσως χρειάζονται επιπλέον εφεδρικές μονάδες. Στη Δανία γίνεται μια μεγάλη προσπάθεια εκτίμησης της ισχύος εξόδου των αιολικών πάρκων προβλέποντας την ταχύτητα του ανέμου καθώς και της ισχύος εξόδου των μονάδων συμπαραγωγής ηλεκτρισμού και θερμότητας προβλέποντας τις απαιτήσεις σε θερμότητα. Και οι δύο εκτιμήσεις βασίζονται σε μετεωρολογικές τεχνικές. Καθώς οι γεννήτριες τροφοδοτούν όλο και σε μεγαλύτερο ποσοστό το φορτίο των καταναλωτών, ειδικά σε περιόδους χαμηλής ζήτησης, ο προγραμματισμός της παραγωγής από εφεδρικές μονάδες και ο έλεγχος της συχνότητας πλέον αποτελεί ένα σημαντικό ζήτημα. Οι συμβατικές μονάδες παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας (ατμού και νερού) μπορούν να παρέχουν στο δίκτυο τις βοηθητικές λειτουργίες (π.χ. έλεγχος συχνότητας) που είναι απαραίτητες για τη σωστή λειτουργία του συστήματος. Εάν αυτές οι συμβατικές μονάδες αντικατασταθούν από μονάδες κατανεμημένης παραγωγής τότε οι παραπάνω λειτουργίες θα πρέπει να παρέχονται με διαφορετικό τρόπο και επομένως το επιπλέον κόστος που θα προκύψει θα μειώσει την αξία της ισχύος εξόδου της κατανεμημένης ηλεκτροπαραγωγής, [3]. 3

24 ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΒΑΣΙΚΕΣ ΕΝΝΟΙΕΣ ΚΑΤΑΝΕΜΗΜΕΝΗΣ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ.6 Είδη μονάδων κατανεμημένης ηλεκτροπαραγωγής Συχνά ο όρος κατανεμημένη παραγωγή χρησιμοποιείται για να περιγράψει παραγωγή µε συγκεκριμένη τεχνολογία όπως µε ανανεώσιμες πηγές ενέργειας. Εντούτοις είναι δυνατό να χρησιμοποιηθεί οποιαδήποτε τεχνολογία για την υλοποίηση της κατανεμημένης παραγωγής. Παρακάτω θα περιγράψουμε τις πιο συχνά χρησιμοποιούμενες τεχνολογίες: Φωτοβολταϊκά Στοιχεία Τα φωτοβολταϊκά στοιχεία μπορούν να παράγουν ηλεκτρική ενέργεια απ ευθείας από τον ήλιο. Τα φωτόνια της ηλιακής ακτινοβολίας μεταφέρουν την ενέργειά τους στα ηλεκτρόνια που βρίσκονται σε ημιαγωγούς οι οποίοι είναι συνήθως κατασκευασμένοι από πυρίτιο. Η παραγωγή ενέργειας από τα φωτοβολταϊκά είναι μια καλή λύση για καταναλωτές που βρίσκονται μακριά από το δίκτυο διανομής και έτσι πολλοί κατασκευαστές δραστηριοποιούνται σε αυτό το χώρο. Παρόλα αυτά, σήμερα η τεχνολογία αυτή αντιμετωπίζεται ως ένας τρόπος παραγωγής ενέργειας για περισσότερες εφαρμογές. Αν και αρκετές μονάδες της τάξης των MW έχουν κατασκευαστεί στο παρελθόν, πλέον το ενδιαφέρον έχει επικεντρωθεί στην ενσωμάτωση των φωτοβολταϊκών ως κατασκευαστικών στοιχείων των κτιρίων ώστε να μειωθεί το συνολικό κόστος και οι απαιτήσεις σε χώρο εγκατάστασης. Έτσι λοιπόν, αυτές οι σχετικά μικρές μονάδες ΦΣ μπορούν να συνδεθούν απ ευθείας στις εγκαταστάσεις των καταναλωτών και να αλληλεπιδρούν με το δίκτυο διανομής χαμηλής τάσης. Η έξοδος των ΦΣ είναι συνεχούς ρεύματος και σχετικά χαμηλής τάσης. Για το λόγο αυτό η σύνδεσή τους με το δίκτυο διανομής γίνεται μέσω ενός αντιστροφέα (inverter). Ο αντιστροφέας αυτός συνήθως αποτελείται από: i) ένα κύκλωμα ανίχνευσης μεγίστου σημείου ισχύος (MPPT), ii) ένα στοιχείο αποθήκευσης ενέργειας, iii) ένα DC:DC μετατροπέα ανύψωσης τάσης, iv) ένα DC:AC αντιστροφέα, v) ένα μετασχηματιστή απομόνωσης που εξασφαλίζει τη μη έγχυση συνεχούς ρεύματος στο δίκτυο και vi) ένα φίλτρο εξόδου που περιορίζει τις ανώτερες αρμονικές του ρεύματος που περνούν στο δίκτυο (σχήμα.5). Σχήμα.5: Δομή ενός αντιστοφέα φωτοβολταϊκών στοιχείων για διασυνδεδεμένη με το δίκτυο λειτουργία Ανεμογεννήτριες Οι ανεμογεννήτριες λειτουργούν μετατρέποντας την κινητική ενέργεια του ανέμου σε ηλεκτρική εκμεταλλευόμενες τον άνεμο που κινεί τον δρομέα τους. Με την αύξηση της διείσδυσης της αιολικής ενέργειας, η διαθεσιμότητα της ηλεκτρικής ενέργειας από ανεμογεννήτριες καθώς και η επιρροή τους στο ηλεκτρικό δίκτυο 4

25 ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΒΑΣΙΚΕΣ ΕΝΝΟΙΕΣ ΚΑΤΑΝΕΜΗΜΕΝΗΣ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ αποτελεί ένα σοβαρό θέμα, καθώς κάθε δίκτυο διανομής είναι σχεδιασμένο με μοναδικό τρόπο. Η ηλεκτρική παραγωγή από τις ανεμογεννήτριες, παρουσιάζει σημαντικές διακυμάνσεις στο πεδίο του χρόνου, εξαιτίας της αστάθειας της ταχύτητας του ανέμου. Οι διακυμάνσεις που προκαλούνται από τις απότομες ριπές των ανέμων, προκαλούν αλυσιδωτά διακυμάνσεις στην τάση εξόδου, γνωστές ως flicker (εξ αιτίας της επίπτωσης που έχουν στις λάμπες πυρακτώσεως), που με τη σειρά της προκαλεί σοβαρές επιπτώσεις στην ποιότητα της ηλεκτρικής ισχύος στο διασυνδεδεμένο δίκτυο. Γενικά η τεχνολογία των ανεμογεννητριών είναι ίσως η πιο διαδεδομένη τεχνολογία ΑΠΕ, η οποία έχει εξελιχθεί τεχνολογικά σε τέτοιο σημείο που κατασκευάζονται ανεμογεννήτριες ισχύος 5 MW. Όπως συμβαίνει με τις περισσότερες τεχνολογίες ΑΠΕ, έτσι και με τις ανεμογεννήτριες η απόδοσή τους εξαρτάται από τα κλιματολογικά στοιχεία ή αλλιώς από το διαθέσιμο δυναμικό της περιοχής. Μπορούν να λειτουργήσουν ως αυτόνομες μονάδες, ή ως διασυνδεδεμένες στο υφιστάμενο δίκτυο. Λόγω της πολύχρονης παρουσίας τους στην αγορά, το κόστος τους συνεχώς μειώνεται και σε πολλές περιπτώσεις αποτελούν ανταγωνιστική λύση έναντι των συμβατικών εφαρμογών ηλεκτροπαραγωγής. Όμως συχνά οι περιοχές με υψηλό αιολικό δυναμικό βρίσκονται μακριά από κατοικήσιμες περιοχές και επομένως μακριά από ισχυρό δίκτυο διανομής. Συνεπώς πρέπει να εξεταστεί σοβαρά αν μπορούμε να συνδέσουμε τις ανεμογεννήτριες με ένα σχετικά ασθενές δίκτυο διανομής. Μικρά υδροηλεκτρικά Η υδροηλεκτρική ενέργεια αποτελεί μια ανανεώσιμη μορφή ενέργειας που χρησιμοποιήθηκε από τα πρώτα βήματα ανάπτυξης των ηλεκτρικών εφαρμογών, κυρίως με την κατασκευή φραγμάτων και τη δημιουργία υδάτινων ταμιευτήρων σε μεγάλους ποταμούς. Τα τελευταία χρόνια αναπτύσσεται ραγδαία η τεχνική των μικρών υδροηλεκτρικών, ισχύος μέχρι 10MW, τα οποία εγκαθίστανται σε μικρά σχετικά ρέματα και έχουν περιορισμένη επίπτωση στο περιβάλλον, αφού περιλαμβάνουν απλώς μια υδροληψία, έναν αγωγό υπό πίεση και τον υδροστρόβιλο. Βασικής σημασίας τόσο για την αποδοτικότητα της επένδυσης όσο και για τις επιπτώσεις στο περιβάλλον, είναι η κατάλληλη επιλογή της θέσεως και η όλη σχεδίαση του έργου. Τα μικρά υδροηλεκτρικά που δεν έχουν μεγάλη δυνατότητα αποθήκευσης αντιμετωπίζουν μεγάλες διακυμάνσεις στη ροή του νερού και συνεπώς δεν μπορούν να παράγουν σταθερή ισχύ εξόδου. Χρησιμοποιούν είτε σύγχρονες γεννήτριες είτε ασύγχρονες. Μία παράμετρος που πρέπει να ληφθεί υπόψη στο σχεδιασμό είναι να εξασφαλιστεί ότι ο στρόβιλος και η γεννήτρια δεν θα καταστραφούν σε περίπτωση διακοπής της σύνδεσης με το δίκτυο, πράγμα που θα οδηγήσει σε απώλεια του φορτίου και θα προκαλέσει την επιτάχυνση του στροβίλου της γεννήτριας. Βιομάζα Η βιομάζα θεωρείται ανανεώσιμο καύσιμο και μπορεί να χρησιμοποιηθεί για κατανεμημένη ηλεκτροπαραγωγή. Υπάρχουν δύο τρόποι εκμετάλλευσης της ενέργειας της βιομάζας: 5