Αρχές ιαχείρισης Υβριδικών Σταθµών: Εφαρµογή στο Σύστηµα της Ικαρίας

Transcript

1 Αρχές ιαχείρισης Υβριδικών Σταθµών: Εφαρµογή στο Σύστηµα της Ικαρίας Σ. Παπαευθυµίου Ε. Καραµάνου Σ. Παπαθανασίου 1 Μ. Παπαδόπουλος Σ. Ροντήρης Ι. ρυµωνίτης ΠΕΡΙΛΗΨΗ Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο ΕΗ Ανανεώσιµες Α.Ε. ΕΗ Α.Ε. Τοµέας Ηλεκτρικής Ισχύος /νση ΜΥΗΕ /νση Υδροηλ/κής Παρ/γής Το Υβριδικό Έργο (ΥΒΕ) της Ικαρίας, έργο της ΕΗ Ανανεώσιµες Α.Ε., του οποίου η κατασκευή έχει ήδη δροµολογηθεί από τη /νση Υδροηλεκτρικής Παραγωγής ( ΥΗΠ, πρώην ΑΥΕ) της ΕΗ Α.Ε., θα αποτελέσει τον πρώτο Υβριδικό (αιολικό-αντλησιοταµιευτικό-υδροηλεκτρικό) Σταθµό (ΥΒΣ) στην Ελλάδα. Στην παρούσα εργασία προτείνεται µια συγκεκριµένη πολιτική διαχείρισης για όλο το σύστηµα παραγωγής του αυτόνοµου νησιωτικού συστήµατος της Ικαρίας µε το ΥΒΕ, και προσδιορίζεται η ενδεδειγµένη εσωτερική λειτουργία του ίδιου του ΥΒΕ, λαµβάνοντας υπόψη το υφιστάµενο ρυθµιστικό πλαίσιο για τους υβριδικούς παραγωγούς σε µη διασυνδεδεµένα νησιά (Μ Ν). Παράλληλα, στην παρούσα εργασία διερευνώνται και αναλύονται οι ενεργειακές επιπτώσεις από την ένταξη και λειτουργία του ΥΒΕ στο σύστηµα της Ικαρίας. Operating Policies for Hybrid Power Stations: Application to the Ikaria System S. Papaefthimiou Ε. Karamanou S. Papathanassiou Μ. Papadopoulos S. Rontiris Ι. Drymonitis ABSTRACT Electric Power Division Small Hydroel. Plant Dept. Hydroel. Gen. Dept. National Technical University, Athens PPC Renewables S.A. PPC S.A. The Hybrid Power Station (HPS) in Ikaria island, a project of PPC Renewables S.A., the construction of which is already in progress by the Hydroelectric Generation Department of PPC S.A., will constitute the first Hybrid (wind-pumped storage-hydro) Station (HPS) in Greece. In this paper, an operating policy is proposed for the power system of Ikaria after the integration of the HPSncluding the appropriate internal HPS decisionmaking procedures, taking into consideration the existing regulatory framework for HPS s in isolated island grids. Based on the proposed operating policy, the operation of the Ikaria island system is simulated and the effect of the HPS on the overall energy equilibrium of the system are investigated and analyzed. 1 Ηρώων Πολυτεχνείου 9, Ζωγράφου, Τηλ , Fax , st@power.ece.ntua.gr

2 1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ Τα επίπεδα αιολικής διείσδυσης στα ελληνικά νησιά παραµένουν ακόµη χαµηλά, παρά το υψηλό αιολικό τους δυναµικό, λόγω των περιορισµών ισχύος που επιβάλλονται στα αιολικά πάρκα (Α/Π) εξαιτίας των συµβατικών µονάδων παραγωγής, [1]. Ένας αποτελεσµατικός τρόπος αύξησης της αιολικής διείσδυσης είναι η αποθήκευση της απορριπτόµενης αιολικής ενέργειας, µέσω άντλησης. Συγκεκριµένα, η παραγόµενη ενέργεια ενός Α/Π µπορεί να αξιοποιηθεί για την άντληση νερών από µια δεξαµενή σε άλλη, που βρίσκεται µε επαρκή υψοµετρική διαφορά. Στη συνέχεια, η αποθηκευµένη υδραυλική ενέργεια της άνω δεξαµενής µπορεί να αξιοποιηθεί κατά τρόπο ελεγχόµενο, για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας, από έναν µικρό υδροηλεκτρικό σταθµό (ΜΥΗΣ) που βρίσκεται στο υψόµετρο της κάτω δεξαµενής. Για τον παραπάνω συνδυασµό σταθµού παραγωγής από ΑΠΕ και διατάξεων αποθήκευσης χρησιµοποιείται ο όρος υβριδικός σταθµός (ΥΒΣ). Στο πλαίσιο της προώθησης τέτοιων ΥΒΣ στα ελληνικά νησιά, εκδόθηκαν ο νόµος 3468/26, [2], και ο Κανονισµός Αδειών Παραγωγής Ηλεκτρικής Ενέργειας µε Χρήση ΑΠΕ, [3], όπου οριοθετείται το νοµικό πλαίσιο και παρέχονται ορισµένες γενικές αρχές. Η πολιτική διαχείρισης των αυτόνοµων ηλεκτρικών συστηµάτων µε ΥΒΣ αποτέλεσε αντικείµενο εκτενούς έρευνας και θέµα αρκετών δηµοσιεύσεων, [4-7], και στο πλαίσιο αυτό εκδόθηκε και το κείµενο ηµόσιας ιαβούλευσης του 28 της ΡΑΕ, [8], όπου περιγράφονται λεπτοµερέστερα αρχές λειτουργίας, διαχείρισης και τιµολόγησης των ΥΒΣ σε Μ Ν. Ο πρώτος ΥΒΣ στην Ελλάδα αναµένεται να είναι το Υβριδικό Έργο (ΥΒΕ) της Ικαρίας, έργο της ΕΗ Ανανεώσιµες Α.Ε., η σύλληψη και µελέτη του οποίου πραγµατοποιήθηκε από τη /νση Υδροηλεκτρικής Παραγωγής ( ΥΗΠ, πρώην ΑΥΕ) της ΕΗ Α.Ε. και πλέον βρίσκεται στη φάση της κατασκευής. Ιδιαιτερότητα του συγκεκριµένου ΥΒΕ, που το διαφοροποιεί από έναν συνήθη ΥΒΣ, είναι ότι εκτός από τις δύο δεξαµενές που εξυπηρετούν τις ανάγκες της αντλησιοταµίευσης για την απορρόφηση της αιολικής παραγωγής, υφίσταται και ένας τρίτος ταµιευτήρας, στα ανάντη της άνω δεξαµενής αντλησιοταµίευσης, η περίσσεια υδάτων του οποίου εισρέει στην τελευταία µέσω ενός επιπλέον ΜΥΗΣ. Η διαµόρφωση δηλαδή του ΥΒΕ της Ικαρίας επιτρέπει την αξιοποίηση δύο µορφών ΑΠΕ, της αιολικής, µέσω της αντλησιοταµίευσης, και της υδροηλεκτρικής, µέσω της εκµετάλλευσης των διαθέσιµων υδάτων του ταµιευτήρα. Στην παρούσα εργασία αρχικά παρουσιάζεται η προτεινόµενη πολιτική διαχείρισης του συστήµατος της Ικαρίας µε το ΥΒΕ και προσδιορίζεται η ενδεδειγµένη εσωτερική λειτουργία του ΥΒΕ, λαµβάνοντας υπόψη το υφιστάµενο ρυθµιστικό πλαίσιο. Ακολούθως, εξετάζεται µέσω προσοµοιώσεων η λειτουργία του ΥΒΕ για το έτος 212. Συγκεκριµένα, αναλύονται οι επιπτώσεις από την ένταξη του ΥΒΕ στο ενεργειακό ισοζύγιο του νησιού καθώς και στη λειτουργία των συµβατικών µονάδων παραγωγής και των υφιστάµενων ή αδειοδοτηµένων λοιπών Α/Π του νησιού. Η ανάλυση αυτή πραγµατοποιήθηκε προκειµένου η λειτουργία του ΥΒΕ Ικαρίας να προσαρµοστεί στο ισχύον σήµερα θεσµικό πλαίσιο για τους υβριδικούς σταθµούς. 2. ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΤΟΥ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ ΤΗΣ ΙΚΑΡΙΑΣ ΜΕ ΤΟ ΥΒΕ Το σύστηµα παραγωγής της Ικαρίας, περιλαµβανοµένου του ΥΒΕ, παρουσιάζεται στο Σχήµα 1. Περιλαµβάνει τον τοπικό σταθµό παραγωγής Αγίου Κήρυκου (ΤΣΠ) που καταναλώνει µαζούτ και υφιστάµενα ή αδειοδοτηµένα Α/Π εκτός του ΥΒΕ, των οποίων η συνολική εγκατεστηµένη ισχύς ανέρχεται σε 1835 kw. Επίσης λαµβάνονται υπόψη Φ/Β σταθµοί συνολικής ισχύος 14 kw. Το αναβαθµισµένο δίκτυο διανοµής του νησιού έχει ήδη µελετηθεί στο πλαίσιο του έργου [9]. Σχήµα 1: Εσωτερική διαµόρφωση του ΥΒΕ και λοιπές µονάδες παραγωγής του συστήµατος της Ικαρίας για το έτος 212.

3 Όσον αφορά το ΥΒΕ, ο υφιστάµενος σχεδιασµός του περιλαµβάνει το Α/Π Στραβοκουνδούρας, εγκατεστηµένης ισχύος 2,7 MW, το αντλιοστάσιο Κάτω Προεσπέρας που αποτελείται από 8 αντλίες σταθερών στροφών των 25 kw (ονοµαστική ηλεκτρική ισχύς κινητήρων), δύο (2) δεξαµενές και έναν ταµιευτήρα: Τον ταµιευτήρα Πεζίου, συνολικού όγκου 9. m 3 περίπου, η περίσσεια υδάτων του οποίου θα αξιοποιείται, και τις δύο µικρότερου µεγέθους δεξαµενές Προεσπέρας και Κάτω Προεσπέρας, µε εκµεταλλεύσιµο όγκο νερών περίπου 8. m 3, που θα εξυπηρετούν τις ανάγκες της αντλησιοταµίευσης για την απορρόφηση της αιολικής παραγωγής. Επίσης περιλαµβάνει τον ΜΥΗΣ Προεσπέρας µε έναν υδροστρόβιλο, τύπου Pelton, ισχύος 1,5 MW που θα αξιοποιεί µόνο την περίσσεια νερών του ταµιευτήρα Πεζίου (αφού πρώτα ικανοποιηθούν οι υποχρεώσεις για ύδρευση, οικολογική παροχή και άρδευση) και τον ΜΥΗΣ Κάτω Προεσπέρας, µε δύο υδροστρόβιλους, τύπου Pelton, ισχύος 2x1,55 MW, που θα αξιοποιεί τόσο την περίσσεια νερών του ταµιευτήρα Πεζίου, όσο και τα νερά που προέρχονται από αντλησιοταµίευση. Η λειτουργία των δύο ΜΥΗΣ διέπεται και από υποχρεώσεις που τίθενται στην περιβαλλοντική αδειοδότηση του έργου και έχουν σκοπό την εξασφάλιση της αρδευτικής επάρκειας του ταµιευτήρα. Συγκεκριµένα, δεν επιτρέπεται η λειτουργία του ΜΥΗΣ Προεσπέρας την θερινή περίοδο (Μαΐου-Οκτωβρίου), ενώ το υπόλοιπο διάστηµα τίθενται απαιτήσεις ελάχιστης στάθµης νερού στον ταµιευτήρα Πεζίου. 3. ΠΟΛΙΤΙΚΗ ΙΑΧΕΙΡΙΣΗΣ ΤΟΥ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ ΤΗΣ ΙΚΑΡΙΑΣ Η προτεινόµενη πολιτική διαχείρισης του ΥΒΕ είναι σύµφωνη µε το υφιστάµενο νοµικό πλαίσιο για τους ΥΒΣ σε Μ Ν και βασίζεται στον 24ωρο προγραµµατισµό λειτουργίας του συστήµατος παραγωγής του νησιού, η υλοποίηση του οποίου περιλαµβάνει τα παρακάτω βήµατα, [1]: Βήµα 1 ο : Απαίτηση Eγγυηµένης Ισχύος και Ενέργειας από τον Μ Ν Ο ιαχειριστής του Μ Ν ( Μ Ν) µπορεί να απαιτήσει από τον ιαχειριστή του ΥΒΕ ( ΥΒΕ) ένα συγκεκριµένο ποσό εγγυηµένης ισχύος και ενέργειας για το επόµενο 24ωρο, εφόσον κρίνει ότι αυτό είναι σκόπιµο ή απαραίτητο, ώστε να καλυφθεί αξιόπιστα η προβλεπόµενη ζήτηση. Βήµα 2 ο : Προσφορά Ενέργειας από τον ΥΒΕ Ο ΥΒΕ λαµβάνοντας υπόψη τον ωφέλιµο (διαθέσιµο) όγκο νερού στη δεξαµενή Προεσπέρας στο τέλος της ηµέρας, την περίσσεια νερού στον ταµιευτήρα Πεζίου για το επόµενο 24ωρο, η οποία θα αξιοποιηθεί και από τους δύο ΜΥΗΣ (Προεσπέρας και Κάτω Προεσπέρας), καθώς ενδεχοµένως και την προβλεπόµενη παραγωγή του Α/Π του ΥΒΕ για το επόµενο 24ωρο, υποβάλλει Προσφορά Ενέργειας τουλάχιστον ίση µε την απαιτηθείσα ως εγγυηµένη από τον Μ Ν. Βήµα 3 ο : ήλωση Φορτίου από τον ΥΒΕ Εάν ο ΥΒΕ προβλέπει ότι η διαθέσιµη προς απόδοση ενέργεια υπολείπεται της ζητηθείσας από τον Μ Ν εγγυηµένης ενέργειας του επόµενου 24ωρου, τότε υποβάλλει στον Μ Ν ήλωση Φορτίου, δηλαδή αιτείται την απορρόφηση ορισµένης ποσότητας ενέργειας από το δίκτυο, ώστε να αντλήσει την απαιτούµενη ποσότητα νερών για τη διασφάλιση της εγγυηµένης παροχής. Προκειµένου να ελαχιστοποιείται η απορρόφηση ενέργειας από το δίκτυο, δεν επιτρέπεται ο ΥΒΕ να υποβάλει προσφορά ενέργειας µεγαλύτερη από την εγγυηµένη, εφόσον υποβάλει ταυτόχρονα και δήλωση φορτίου. Επιπλέον, η δήλωση φορτίου δεν µπορεί να είναι µεγαλύτερη από την εγγυηµένη ενέργεια δια του προκαθορισµένου ελάχιστου συντελεστή απόδοσης του κύκλου άντλησης-παραγωγής του ΥΒΣ. Βήµα 4 ο : Κατάρτιση Προγράµµατος Παραγωγής και Άντλησης του ΥΒΕ από τον Μ Ν Ο Μ Ν, µε βάση την Προσφορά Ενέργειας και τη ήλωση Φορτίου του ΥΒΕ, καταρτίζει αντίστοιχα προγράµµατα παραγωγής και άντλησης. Η προσφερόµενη ενέργεια του ΥΒΕ προσαρµόζεται στην ηµερήσια καµπύλη φορτίου έτσι, ώστε να αποκόπτονται/εξοµαλύνονται οι αιχµές και να διευκολύνεται και να καθίσταται οικονοµικότερη η λειτουργία των συµβατικών µονάδων παραγωγής. Αντίστοιχα, η άντληση από το δίκτυο για εξασφάλιση της εγγυηµένης ενέργειας προσαρµόζεται στην κοιλάδα της καµπύλης φορτίου. Βήµα 5 ο : Κατάρτιση Προγράµµατος Ένταξης των Συµβατικών Μονάδων του ΤΣΠ από τον Μ Ν Αφού έχει καθοριστεί το πρόγραµµα ένταξης και λειτουργίας των υδροστρόβιλων και αντλιών του ΥΒΕ, ο Μ Ν πραγµατοποιεί από την προηγούµενη ηµέρα τον προγραµµατισµό ένταξης των συµβατικών µονάδων του συστήµατος για κάθε ώρα της επόµενης ηµέρας. Με βάση την πρόβλεψη φορτίου και ένα κατάλληλο ποσοστό εφεδρείας ε (π.χ. 1%), η συνολική ικανότητα των συµβατικών µονάδων την i ώρα του 24ώρου θα πρέπει να είναι µεγαλύτερη ή ίση της ισχύος P L,i : ' PL = ( 1+ ε ) [( PL PPV ) + PD PE ] (1) όπου P L,i : η ισχύς του φορτίου που προβλέπεται για την ώρα i

4 P PV,i : η προβλεπόµενη φωτοβολταϊκή 1 παραγωγή για την ώρα i P D,i : η απορροφούµενη ισχύς από το δίκτυο για άντληση για την ώρα i P E,i : η προγραµµατισµένη ισχύς παραγωγής του ΥΒΕ για την ώρα i Βήµα 6 ο : Καθορισµός Ορίων ιείσδυσης των Αιολικών εκτός ΥΒΣ Ο Μ Ν υπολογίζει τον περιορισµό τεχνικού ελαχίστου (P Wmax,T ) και το δυναµικό περιορισµό διείσδυσης της αιολικής ισχύος (P Wmax,D ) για κάθε ώρα της επόµενης ηµέρας σύµφωνα µε τις σχέσεις (2), (3) και κοινοποιεί τον αυστηρότερο από τους δύο στους αιολικούς παραγωγούς εκτός ΥΒΕ. Αν ο συνολικός περιορισµός απορρόφησης αιολικής ισχύος υπερβαίνει την εγκατεστηµένη (ή συµφωνηµένη) ισχύ των Α/Π εκτός ΥΒΕ, τότε η περίσσεια διατίθεται στο Α/Π του ΥΒΕ (συµµετοχή στο set-point). PW ( PL PPV ) + PD c PCn i cht c PHn i = P T,,, W max, T (2) P c P + ( P c P = P (3) W D Cn, i E, i HT, c HN, i ) PW max min{ PW max, T, PW max, D} W max, D = (4) όπου P Cn,i : η ονοµαστική ισχύς κάθε συµβατικής µονάδας που προγραµµατίζεται για ένταξη την ώρα i c T : o συντελεστής τεχνικού ελαχίστου της κάθε συµβατικής µονάδας, % της ονοµαστικής της ισχύος c D : το δυναµικό όριο διείσδυσης (ενιαίο ή ανεξάρτητο ανά µονάδα), % της ονοµαστικής ισχύος P Ε,i : η προγραµµατισµένη ισχύς παραγωγής του ΥΒΕ την ώρα i P Hn,i : η ονοµαστική ισχύς των υδροστρόβιλων που προγραµµατίζονται για ένταξη την ώρα i c ΗT,c : το συµβατικό τεχνικό ελάχιστο των υδροστρόβιλων, που προκαθορίζεται ως ποσοστό επί της ονοµαστικής τους ισχύος. Αντιστοιχεί στο τεχνικό ελάχιστο των υποκαθιστώµενων συµβατικών µονάδων και όχι κατ ανάγκην στο πραγµατικό τεχνικό ελάχιστο των υδροστρόβιλων. P Wmax,T : η µέγιστη επιτρεπόµενη αιολική ισχύς την ώρα i λόγω του περιορισµού τεχνικού ελαχίστου P Wmax,D : η µέγιστη επιτρεπόµενη αιολική ισχύς την ώρα i λόγω του δυναµικού περιορισµού P Wmax,i : η µέγιστη επιτρεπόµενη αιολική ισχύς την ώρα i 4. ΕΣΩΤΕΡΙΚΗ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ ΤΟΥ ΥΒΕ Βασικό ζήτηµα για τον ΥΒΕ είναι η κατανοµή της προγραµµατισµένης ισχύος στις µονάδες παραγωγής του ώστε να µεγιστοποιηθεί το αναµενόµενο όφελος. Το πρόβληµα διαφοροποιείται την θερινή περίοδο (Μαΐου- Οκτωβρίου) σε σχέση µε την χειµερινή περίοδο (Οκτωβρίου-Μαΐου), [1]. 4.1 Θερινή Περίοδος (Μαΐου-Οκτωβρίου) Την περίοδο αυτή λειτουργεί µόνο ο ΜΥΗΣ Κάτω Προεσπέρας. Ο ΥΒΕ πραγµατοποιεί τον ωριαίο προγραµµατισµό ένταξης των υδροστρόβιλων του ΜΥΗΣ Κ. Προεσπέρας, µε µόνο περιορισµό η µέγιστη ισχύς τους να υπερβαίνει την προγραµµατισµένη ισχύ παραγωγής του ΥΒΕ. Η τελευταία µπορεί να προέρχεται, εκτός από τους υδροστρόβιλους, µερικώς και από τα αιολικά του ΥΒΕ. Αυτή η λογική αυξάνει την πολυπλοκότητα ελέγχου του όλου συστήµατος και είναι µη προτιµητέα όταν η διαφορά τιµής ενέργειας υδροστρόβιλων και ΑΠΕ είναι επαρκώς υψηλή. Γενικότερα οι προτεραιότητες ως προς την αξιοποίηση της διαθέσιµης αιολικής παραγωγής εξαρτώνται από την τιµολόγηση των ενεργειών των διαφόρων συνιστωσών του ΥΒΕ. Αν η τιµή της παραγόµενης ενέργειας από τους υδροστρόβιλους, η οποία προέρχεται από αντλησιοταµίευση, είναι υψηλότερη από την τιµή των ΑΠΕ δια τον συντελεστή απόδοσης του κύκλου άντλησης-παραγωγής, τότε θα δίνεται προτεραιότητα στην άντληση και η περίσσεια της διαθέσιµης αιολικής παραγωγής θα διατίθεται απ ευθείας στο δίκτυο, είτε ως συµµετοχή στο set-point, είτε ως συµµετοχή στην προγραµµατισµένη ισχύ παραγωγής του ΥΒΕ. Στην αντίθετη περίπτωση συµφέρει η διαθέσιµη αιολική παραγωγή να εγχέεται απ ευθείας στο δίκτυο (εφόσον αυτό είναι δυνατό) και µόνο η περίσσεια να αξιοποιείται για άντληση. 4.2 Χειµερινή Περίοδος (Οκτωβρίου-Μαΐου) Την περίοδο αυτή λειτουργεί και ο ΜΥΗΣ Προεσπέρας, όταν υπάρχει περίσσεια νερών στον ταµιευτήρα Πεζίου. Τις ηµέρες χωρίς περίσσεια νερών ισχύουν τα ίδια ακριβώς µε την περίοδο Μαΐου-Οκτωβρίου. Τις ηµέρες µε περίσσεια νερών τίθεται θέµα σχετικά µε τις προτεραιότητες ως προς την ένταξη και φόρτιση των δύο ΜΥΗΣ του ΥΒΕ. ίνοντας προτεραιότητα στον ΜΥΗΣ Προεσπέρας γεµίζει η άνω δεξαµενή της 1 Για τη Φ/Β παραγωγή που εγκαθίσταται στα νησιά δεν προβλέπεται η δυνατότητα επιβολής ορίων (δηλαδή περικοπών ισχύος, όπως στα Α/Π). Συνεπώς τα Φ/Β αντιµετωπίζονται ως ενσωµατωµένα στο φορτίο των νησιών.

5 Προεσπέρας, ενώ για αντίθετες προτεραιότητες η δεξαµενή αδειάζει. Η λογική διαχείρισης προτεραιοτήτων των δύο ΜΥΗΣ που υιοθετείται αποσκοπεί στη διατήρηση της δεξαµενής της Προεσπέρας σε πληρότητα αρκετά υψηλή ώστε να αξιοποιούνται τα διαθέσιµα νερά του ταµιευτήρα Πεζίου, χωρίς όµως να υφίσταται ζήτηµα απόρριψης αιολικής παραγωγής προς άντληση εντός του ηµερήσιου κύκλου λειτουργίας. Το ποσοστό αυτό εδώ λαµβάνεται 85%, γεγονός που πρακτικά σηµαίνει ότι το 85% της χωρητικότητας της δεξαµενής Προεσπέρας διατίθενται για την αξιοποίηση των πλεοναζόντων υδάτων του ταµιευτήρα Πεζίου, ενώ το υπόλοιπο 15% (12.m 3 νερού περίπου) για αποθήκευση της αντλούµενης αιολικής παραγωγής. Η διατήρηση της συγκεκριµένης στάθµης φόρτισης της δεξαµενής επιτυγχάνεται µε την εναλλαγή της προτεραιότητας φόρτισης των υδροστροβίλων των ΜΥΗΣ Προεσπέρας και Κάτω Προεσπέρας. Σε σχέση µε την αξιοποίηση της αιολικής παραγωγής, δίνεται προτεραιότητα στην άντληση, διότι η συµµετοχή των αιολικών στην προγραµµατισµένη ισχύ παραγωγής συνεπάγεται συχνή υποφόρτιση του MΥΗΣ Προεσπέρας και άρα όχι καλή αξιοποίηση των διαθέσιµων νερών του ταµιευτήρα Πεζίου. 4.3 Ισοζύγιο ισχύος ΥΒΕ Σε όλες τις χρονικές περιόδους του έτους και για οποιαδήποτε πιθανή κατάσταση λειτουργίας του ΥΒΕ, θα πρέπει να ικανοποιείται η εξίσωση (5), η οποία αποτελεί το ισοζύγιο ισχύος του ΥΒΕ και εκφράζει την απαίτηση η ισχύς εξόδου των υδροστρόβιλων (P HT,i ) µαζί µε την καθαρή αιολική παραγωγή (P WH,i ), αφού αφαιρεθεί η τυχόν άντληση (P P,i ), να ισούται µε την ισχύ κατανοµής του ΥΒΕ µετά την ενδεχόµενη υποφόρτιση των στροβίλων (P H,i ) για απορρόφηση αιολικής παραγωγής άλλων Α/Π εκτός ΥΒΣ. P HT + PWH PP = PH (5) Για την εξασφάλιση του ισοζυγίου ισχύος κάθε χρονική στιγµή πρέπει: o o Στην περίπτωση που η αιολική παραγωγή συµµετέχει στην προγραµµατισµένη ισχύ παραγωγής, τότε οι υδροστρόβιλοι θα πρέπει να αντισταθµίζουν τις διακυµάνσεις της αιολικής ισχύος, µέσω της συµµετοχής τους στην πρωτεύουσα ρύθµιση συχνότητας ή και άµεσου ελέγχου της ισχύος εξόδου τους, µε βάση τη µέτρηση της αιολικής ισχύος σε (σχεδόν) πραγµατικό χρόνο. Όταν οι υδροστρόβιλοι προσεγγίζουν τα τεχνικά τους ελάχιστα τότε θα περιορίζεται η παραγόµενη αιολική ισχύς. Όταν η αιολική παραγωγή αξιοποιείται για άντληση, τότε θα πρέπει να εξασφαλίζεται ισορροπία µεταξύ της αιολικής ισχύος και της ισχύος των αντλιών. Αν η διαθέσιµη αιολική παραγωγή είναι µεγαλύτερη από την ισχύ των ενταγµένων αντλιών, τότε περιορίζεται η ισχύς εξόδου των ανεµογεννητριών (Α/Γ) µέσω κατάλληλης εντολής (set-point). Αν αντίθετα είναι µικρότερη και δεν υπάρχει η δυνατότητα παρακολούθησης των διακυµάνσεων της αιολικής παραγωγής (αντλίες µεταβλητών στροφών), τότε τίθεται θέµα απένταξης αντλιών. Όταν οι αποκλίσεις της ισχύος άντλησης από τη διαθέσιµη αιολική παραγωγή είναι µεγαλύτερες από τη διαθέσιµη δυναµική εφεδρεία του ΤΣΠ, θα απεντάσσεται άµεσα ο απαιτούµενος αριθµός αντλιών από το κεντρικό σύστηµα ελέγχου του νησιού, ενώ θα υπάρχει και η ασφαλιστική δικλείδα της προστασίας υποσυχνότητας, την οποία θα πρέπει να διαθέτει το αντλητικό συγκρότηµα, ώστε να µην δηµιουργούνται προβλήµατα ευστάθειας στο σύστηµα. Για µικρότερες αποκλίσεις η απένταξη αντλιών είναι επιλογή του παραγωγού, εφόσον δεν συσσωρεύεται σηµαντική απόκλιση ενέργειας. 5. ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΕΣ ΕΠΙΠΤΩΣΕΙΣ ΑΠΟ ΤΗ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ ΤΟΥ ΥΒΕ ΣΤΟ ΣΥΣΤΗΜΑ ΤΗΣ ΙΚΑΡΙΑΣ 5.1 Μοντελοποίηση του συστήµατος Επειδή το ενδιαφέρον εστιάζεται στην ανάλυση των ενεργειακών αποτελεσµάτων σε βάθος χρόνου, αναπτύχθηκε ένα απλό λογιστικό µοντέλο προσοµοίωσης του συστήµατος της Ικαρίας που βασίζεται στο ισοζύγιο ενέργειας και ισχύος του συστήµατος, αγνοώντας τα δυναµικά φαινόµενα. Οι συµβατικές γεννήτριες του ΤΣΠ Ικαρίας περιγράφονται από τα βασικά λειτουργικά χρακτηριστικά τους (µέγιστη αποδιδόµενη ισχύς, τεχνικό ελάχιστο, ειδικές καταναλώσεις για διάφορα ποσοστά φόρτισης, µεταβλητά κόστη λειτουργίας και συντήρησης, εκποµπές ρύπων, κλπ). Τα Α/Π αναπαριστώνται από τις καµπύλες ισχύος των επιµέρους Α/Γ τους. Είσοδος στα µοντέλα των Α/Π αποτελούν οι χρονοσειρές της ταχύτητας ανέµου στις τοποθεσίες των Α/Π, ανηγµένες στο ύψος της πλήµνης των Α/Γ. Υπάρχουν διαθέσιµες χρονοσειρές ταχύτητας ανέµου στις τοποθεσίες Πέζι (µέση ταχύτητα ανέµου 7,95 m/s σε ύψος 55 m) και Περδίκι (µέση ταχύτητα ανέµου 9,75 m/s σε ύψος 55 m). Για το Α/Π

6 Στραβοκουνδούρας του ΥΒΕ δεν υπάρχει µετρηθείσα χρονοσειρά ανέµου στη θέση εγκατάστασής του, οπότε στις προσοµοιώσεις χρησιµοποιήθηκαν οι ετήσιες χρονοσειρές Περδικίου και Πεζίου, οι οποίες θεωρείται ότι αποτελούν το άνω και κάτω όριο αντίστοιχα της αναµενόµενης ταχύτητας ανέµου στη θέση του Α/Π. Για τα Φ/Β χρησιµοποιήθηκε ωριαία χρονοσειρά φωτοβολταϊκής παραγωγής ανά εγκατεστηµένο kw, η οποία εκτιµήθηκε µέσω κατάλληλου υπολογιστικού µοντέλου που αναπτύχθηκε στον Τοµέα Ηλεκτρικής Ισχύος του ΕΜΠ, χρησιµοποιώντας κατάλληλες µετρήσεις µετεωρολογικών δεδοµένων. Οι αντλίες και οι υδροστρόβιλοι του ΥΒΕ προσοµοιώθηκαν από µοντέλα που χαρακτηρίζονται από τις καµπύλες απόδοσής τους για διάφορα ποσοστά φόρτισης και υψοµετρικές διαφορές, λαµβάνοντας υπόψη και τις απώλειες των σωληνώσεων. Οι σχέσεις που συνδέουν την ηλεκτρική ισχύ των αντλιών (P pump ) και των υδροστρόβιλων (P turb ) µε τις παροχές νερού (Q) είναι αντίστοιχα: g Q ( H + hf ) Ppump = ρ (6) n P turb pump = ρ g Q H h ) n (7) όπου n pump είναι ο ολικός (ηλεκτρικός και µηχανικός) συντελεστής απόδοσης των αντλιών, n turb ο ολικός συντελεστής απόδοσης των υδροστρόβιλων, Η η απόλυτη υψοµετρική διαφορά και h f το ύψος των απωλειών που λαµβάνεται h f =Κ Q 2 (όπου Κ είναι ο συντελεστής απωλειών των σωληνώσεων). Τα δεδοµένα φορτίου για το 212 βασίζονται σε διαθέσιµη χρονοσειρά ωριαίων τιµών φορτίου του 28, κατάλληλα προσαρµοσµένη για αιχµή 9 MW και µε τον ίδιο συντελεστή φορτίου 42%. Όσον αφορά τα υδρολογικά δεδοµένα, βασίζονται σε υδροµετρικά δεδοµένα που συγκεντρώθηκαν συστηµατικά από τη ΕΗ Α.Ε./ ΥΗΠ για µια τριετία, η οποία περιλαµβάνει ένα έτος αυξηµένης υγρότητας, ένα έτος ενδιάµεσης υγρότητας και ένα έτος ιδιαίτερα ξηρό. 5.2 Αποτελέσµατα προσοµοιώσεων Αρχικά παρουσιάζεται η ηµερήσια λειτουργία του συστήµατος της Ικαρίας µε τη λειτουργία του ΥΒΕ για δύο τυπικές εβδοµάδες του έτους 212, καθώς και η εσωτερική λειτουργία του ΥΒΕ. Συγκεκριµένα, στο πρώτο διάγραµµα των Σχηµάτων 2 και 3 παρουσιάζεται η κάλυψη του φορτίου µιας εβδοµάδας από το ΥΒΕ, τις συµβατικές µονάδες παραγωγής και τα εκτός ΥΒΕ αιολικά πάρκα. Την εβδοµάδα χαµηλού φορτίου (Σχήµα 2), όπου υπάρχουν διαθέσιµα νερά από τον ταµιευτήρα Πεζίου και άρα οι προσφορές ενέργειας του ΥΒΕ είναι υψηλές, διαπιστώνεται ότι το φορτίο καλύπτεται κυρίως από την παραγόµενη ενέργεια του ΥΒΕ και µόνο για λίγες ώρες εντάσσεται µία συµβατική µονάδα βάσης στο τεχνικό της ελάχιστο. Αντίθετα, την εβδοµάδα υψηλού φορτίου (Σχήµα 3), όπου δεν επιτρέπεται η λειτουργία του ΜΥΗΣ Προεσπέρας και οι προσφορές ενέργειας είναι µικρότερες, το ΥΒΕ καλύπτει µόνο τις αιχµές του φορτίου. Στα δύο επόµενα διαγράµµατα του κάθε σχήµατος παρουσιάζεται η εσωτερική λειτουργία του ΥΒΕ. Στα διαγράµµατα 2(β) και 3(β) απεικονίζεται η παραγωγή των υδροστρόβιλων και η συµµετοχή των αιολικών του ΥΒΕ στο set-point και στην προγραµµατισµένη παραγωγή των υδροστρόβιλων. Παρατηρείται ότι η προγραµµατισµένη ισχύς παραγωγής του ΥΒΕ καλύπτεται βασικά από τους υδροστρόβιλους, ενώ τα αιολικά του ΥΒΕ αξιοποιούνται κυρίως για άντληση (προτεραιότητα στην άντληση), καθώς έχει θεωρηθεί ότι η τιµολόγηση της ενέργειας των υδροστρόβιλων που προέρχεται από αντλησιοταµίευση είναι αρκετά υψηλότερη της αντίστοιχης των ΑΠΕ. Παρ όλα αυτά, στο τέλος της εβδοµάδας χαµηλού φορτίου (σχήµα 2(β)), η αιολική ισχύς συµµετέχει στην κάλυψη της προγραµµατισµένης παραγωγής των υδροστροβίλων. Στα διαγράµµατα 2(γ) και 3(γ) απεικονίζεται η λειτουργία άντλησης, η οποία την εβδοµάδα χαµηλού φορτίου πραγµατοποιείται απορροφώντας µόνο την αιολική παραγωγή του ΥΒΕ, καθώς το φορτίο της συγκεκριµένης εβδοµάδας είναι χαµηλό και ο Μ Ν δεν απαιτεί εγγυηµένη ισχύ και ενέργεια από το ΥΒΕ. Την εβδοµάδα υψηλού φορτίου, αντίθετα, κάποιες µέρες σηµειώνεται απορρόφηση ενέργειας από το δίκτυο για άντληση, καθώς η αιολική παραγωγή δεν αρκεί για την εξασφάλιση της ζητούµενης εγγυηµένης ενέργειας από τον Μ Ν. Στο Σχήµα 4 παρουσιάζεται η ποσοστιαία κάλυψη του ετήσιας ζήτησης ενέργειας του νησιού από τις συµβατικές µονάδες παραγωγής, από τις ΑΠΕ (Α/Π και Φ/Β) εκτός ΥΒΕ και από το ΥΒΕ, για τα τρία υδρολογικά έτη και τις δύο χρονοσειρές ανέµου του Α/Π του ΥΒΣ. Καταρχάς, διαπιστώνεται η σηµαντική µείωση της κατανάλωσης συµβατικής ενέργειας (της τάξεως του 35% περίπου) µε την ένταξη του ΥΒΕ, ιδιαίτερα για το υγρό και ενδιάµεσης υγρότητας έτος και τη χρονοσειρά υψηλού ανέµου (του Περδικίου). ( f turb

7 Pice1 Pice2 Pice3 Pw ind Phybrid Ppv Consumers Load P (MW) (α) time (hours) (α) Phydro Pw indh Reservoir / Reservoir Capacity Set-point Scheduled Generation (β) P (MW) & Reservoir / Reservoir Capacity time (hours) (β) Pgrid Pw indh Reservoir / Reservoir Capacity (γ) Σχήµα 2: Ηµερήσια λειτουργία του συστήµατος της Ικαρίας µε τον ΥΒΣ για τυπική εβδοµάδα µε χαµηλό φορτίο ( ). α) Παραγωγή συµβατικών µονάδων, ΑΠΕ και ΥΒΣ. β) Παραγωγή υδροστρόβιλων και συµµετοχή αιολικών του ΥΒΕ στο set-point και στην προγραµµατισµένη παραγωγή υδροστρόβιλων. γ) Άντληση µε χρήση της παραγωγής των αιολικών του ΥΒΕ ή ενέργειας από το δίκτυο (δεν υφίσταται την εβδοµάδα αυτή). P (MW) & Reservoir / Reservoir Capacity time (hours) (γ) Σχήµα 3: Ηµερήσια λειτουργία του συστήµατος της Ικαρίας µε το ΥΒΕ για τυπική εβδοµάδα του 212 µε υψηλό φορτίο ( ). α) Παραγωγή συµβατικών µονάδων, ΑΠΕ και ΥΒΕ. β) Παραγωγή υδροστρόβιλων και συµµετοχή αιολικών του ΥΒΕ στο set-point και στην προγραµµατισµένη παραγωγή υδροστρόβιλων. γ) Άντληση µε χρήση της παραγωγής των αιολικών του ΥΒΕ ή ενέργειας από το δίκτυο. Πίνακας 1: Επιπτώσεις από την ένταξη του ΥΒΕ Σχήµα 4: Ποσοστιαία κάλυψη του φορτίου του νησιού από τις συµβατικές µονάδες, τους σταθµούς ΑΠΕ και το ΥΒΕ. CF Α/Π CF Α/Π ΥΒΕ εκτός ΥΒΕ Άντληση ΧΩΡΙΣ ΥΒΣ 25.39% - - Ξηρό έτος ΠΕΖΙ 24.6% 27.1% 1.97% ΠΕΡ ΙΚΙ 24.83% 41.43%.49% Ενδιάµεσο έτος ΠΕΖΙ 26.19% 28.22% 1.77% ΠΕΡ ΙΚΙ 26.85% 42.46%.37% Υγρό έτος ΠΕΖΙ 26.3% 28.11% 1.84% ΠΕΡ ΙΚΙ 26.37% 42.41%.45%

8 Το ξηρό έτος, µε την ίδια χρονοσειρά ανέµου, η µείωση ανέρχεται σε 23,5%. Αν θεωρηθεί η χρονοσειρά χαµηλής ταχύτητας ανέµου (Πέζι), τότε οι παραπάνω µειώσεις της συµβατικής ενέργειας προκύπτουν µειωµένες κατά 5-6%. Η Φ/Β παραγωγή δεν επηρεάζεται καθόλου από την ένταξη του ΥΒΕ, ενώ και η παραγωγή των Α/Π εκτός ΥΒΕ επίσης δεν επηρεάζεται ιδιαίτερα. Όσον αφορά την παραγόµενη ενέργεια του ΥΒΕ, αυτή προέρχεται κατά κύριο λόγο από τα διαθέσιµα νερά του ταµιευτήρα Πεζίου και από την αντλησιοταµίευση. Η απ ευθείας έγχυση της αιολικής παραγωγής στο δίκτυο, είτε ως συµµετοχή στην προγραµµατισµένη ισχύ του ΥΒΕ, είτε ως συµµετοχή στο set-point, είναι αρκετά µικρότερη καθώς συµφέρει να δίνεται προτεραιότητα στην άντληση λόγω των θεωρούµενων τιµολογήσεων. Στον Πίνακα 1 παρουσιάζονται αριθµητικά οι επιπτώσεις της ένταξης του ΥΒΕ στον συντελεστή χρησιµοποίησης (capacity factor-cf) των Α/Π εκτός ΥΒΕ, καθώς και ο συντελεστής χρησιµοποίησης του Α/Π του ΥΒΕ. Επίσης, η απορροφούµενη από το δίκτυο ενέργεια για άντληση, ως ποσοστό της συνολικής ενέργειας άντλησης. ιαπιστώνεται ότι η ένταξη του ΥΒΕ επηρεάζει ελάχιστα τον συντελεστή χρησιµοποίησης των λοιπών Α/Π, καθώς οι περιορισµοί διείσδυσης των Α/Π οφείλονται κατά κύριο λόγο στο τεχνικό ελάχιστο των µονάδων, το οποίο δεν διαφοροποιείται σηµαντικά µε την ένταξη των υδροστρόβιλων, καθώς το επιλεγµένο συµβατικό τεχνικό ελάχιστό τους αντιστοιχεί περίπου στο µέσο τεχνικό ελάχιστο των υποκαθιστώµενων συµβατικών µονάδων. Όσον αφορά το συντελεστή χρησιµοποίησης του Α/Π του ΥΒΕ, αυτός είναι άµεσα εξαρτώµενος από τη θεωρούµενη χρονοσειρά ανέµου στη θέση Στραβοκουνδούρα. Τέλος, η συνολική απορροφούµενη από το δίκτυο ενέργεια για άντληση είναι µικρή σε όλες τις περιπτώσεις (το πολύ µέχρι 2% της συνολικής ενέργειας άντλησης), ακόµα και στην περίπτωση της χρονοσειράς χαµηλής µέσης ταχύτητας ανέµου, λόγω της φιλοσοφίας που υλοποιείται στην προτεινόµενη πολιτική διαχείρισης. 6. ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Στην παρούσα εργασία παρουσιάστηκε η πολιτική διαχείρισης του συστήµατος της Ικαρίας µε το υβριδικό έργο (ΥΒΕ) καθώς και η ενδεδειγµένη εσωτερική λειτουργία του ΥΒΕ, λαµβάνοντας υπόψη το υφιστάµενο ρυθµιστικό πλαίσιο. Από τα αποτελέσµατα των προσοµοιώσεων προκύπτει ότι το ΥΒΕ της Ικαρίας αυξάνει σηµαντικά την αιολική διείσδυση στο νησί και συνεπώς µειώνει αισθητά την κατανάλωση συµβατικής ενέργειας (περί το 3-4%). Με την προτεινόµενη πολιτική διαχείρισης, η παροχή της προσφερόµενης ενέργειας του ΥΒΕ πραγµατοποιείται κατά τρόπο προσαρµοσµένο στην ηµερήσια καµπύλη φορτίου του νησιού, διευκολύνοντας τη λειτουργία των συµβατικών µονάδων παραγωγής, ενώ οι επιπτώσεις του ΥΒΕ στη λειτουργία των λοιπών Α/Π είναι αµελητέες. 7. ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ [1] S.A. Papathanassiou, N.G. Boulaxis, Power limitations and energy yield evaluation for wind farms operating in island systems. Renewable Energy, Vol. 31, No.4, Apr. 26, pp [2] Νόµος 3468/26: Παραγωγή Ηλεκτρικής Ενέργειας από Ανανεώσιµες Πηγές Ενέργειας και Συµπαραγωγή Ηλεκτρισµού και Θερµότητας Υψηλής Απόδοσης και λοιπές διατάξεις, ΦΕΚ 129 τ.α, [3] ΥΑ Αριθµ. 6/Φ1/οικ.577: Κανονισµός Aδειών Παραγωγής Ηλεκτρικής Ενέργειας µε χρήση ΑΠΕ και µέσω Συµπαραγωγής Ηλεκτρισµού και Θερµότητας Υψηλής Απόδοσης, ΦΕΚ 438 τ.β, [4] ιερεύνηση Τεχνικών και Οικονoµικών Ζητηµάτων Ένταξης Υβριδικών Σταθµών στα Μη ιασυνδεδεµένα Νησιά, ΕΠΙΣΕΥ-ΕΜΠ (Φορέας Ανάθεσης: ΡΑΕ), Μάρτιος 28. [5] G. Caralis, A. Zervos: Analysis of the combined use of Wind and Pumped Storage systems in autonomous Greek islands, IET Renewable Power Generation, March 27, 1, (1), pp [6] J. Anagnostopoulos, D. Papantonis: Simulation and size optimization of a pumped-storage power plant for the recovery of wind-farms rejected energy, Elsevier, Renewable Energy, July 28, 33, (7), pp [7] S. Papaefthimiou, E. Karamanou, S. Papathanassiou, M. Papadopoulos, Operating Policies for Wind- Pumped Storage Hybrid Power Stations in Island Grids, IET Renewable Power Generation, Vol. 3, Νο. 3, Sept. 29, pp [8] Κείµενο ηµόσιας ιαβούλευσης της ΡΑΕ: Βασικές Αρχές Λειτουργίας, ιαχείρισης & Τιµολόγησης Υβριδικών Σταθµών σε Μη ιασυνδεδεµένα Νησιά, Αύγουστος 28. [9] Μελέτη Ασφάλειας και Αξιοπιστίας Λειτουργίας του Αυτόνοµου Συστήµατος Ηλεκτρικής Ενέργειας της Νήσου Ικαρίας ΕΠΙΣΕΥ-ΕΜΠ (Φορέας Ανάθεσης η ΑΥΕ/ ΕΗ Α.Ε.), Φεβρουάριος 24. [1] Ενεργειακή και Οικονοµοτεχνική Μελέτη του ΥΒΕ Ικαρίας ΕΠΙΣΕΥ-ΕΜΠ (Φορέας Ανάθεσης: ΕΗ Ανανεώσιµες Α.Ε.), Οκτώβριος 29.