Ανάλυση της Λειτουργίας Υβριδικών Σταθμών σε Μη Διασυνδεδεμένα Νησιωτικά Συστήματα

Ανάλυση της Λειτουργίας Υβριδικών Σταθμών σε Μη Διασυνδεδεμένα Νησιωτικά Συστήματα Ε. Καραμάνου (1), Στ. Παπαευθυμίου, Στ. Παπαθανασίου Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο, Τομέας Ηλεκτρικής Ισχύος Ηρώων Πολυτεχνείου 9, 15773 Ζωγράφου (1) Τηλ. 210 9606840, e-mail: elkaram@mail.ntua.gr ----------------------------------------------------- Περίληψη Οι υβριδικοί σταθμοί (ΥΒΣ) θεωρούνται το εργαλείο μέσω του οποίου μπορεί να επιτευχθεί διείσδυση ΑΠΕ πολύ μεγαλύτερη από αυτή που είναι σήμερα εφικτή χωρίς αποθήκευση. Προφανώς παρουσιάζουν ενδιαφέρον στην περίπτωση κορεσμένων ηλεκτρικών συστημάτων, όπως είναι αυτά των μη διασυνδεδεμένων νησιωτικών συστημάτων, τα οποία δεν επιτρέπουν την απορρόφηση σημαντικής πρόσθετης ενέργειας ΑΠΕ, λόγω των περιορισμών που εισάγουν οι συμβατικές μονάδες παραγωγής (τεχνικά ελάχιστα και δυναμικοί περιορισμοί). Σκοπός της παρούσας εργασίας είναι να παρουσιάσει την πολιτική λειτουργίας ΥΒΣ που εγκαθίστανται σε μη διασυνδεδεμένα νησιωτικά συστήματα, με βάση το υφιστάμενο θεσμικό πλαίσιο. Η πολιτική διαχείρισης των ΥΒΣ αποτελεί στοιχείο καίριας σημασίας καθώς επηρεάζει τη διαμόρφωση και οικονομικότητά τους. Επιπλέον, ο τρόπος λειτουργίας ενός ΥΒΣ μπορεί να επηρεάζει την οικονομικότητα του όλου συστήματος, καθώς και την απόδοση των ήδη εγκατεστημένων αιολικών παραγωγών. Όπως δείχνεται στην εργασία, η κατάλληλα κατανεμημένη στην καμπύλη φορτίου έγχυση της αποθηκευμένης ενέργειας αποτελεί την ενδεδειγμένη οικονομικά και ενεργειακά λύση για τη λειτουργία των ΥΒΣ. ----------------------------------------------------- 1. Εισαγωγή Με βάση το υφιστάμενο θεσμικό πλαίσιο, ως υβριδικοί σταθμοί (ΥΒΣ) θεωρούνται σταθμοί ηλεκτροπαραγωγής με χρήση ΑΠΕ, οι οποίοι συνδυάζονται με διατάξεις αποθήκευσης και ανάκτησης της αποθηκευμένης ενέργειας. Το προσδοκώμενο όφελος από την εγκατάστασή τους έγκειται στο ότι επιτρέπουν την αποθήκευση της ενέργειας ΑΠΕ που δεν μπορεί να απορροφηθεί από κορεσμένα ηλεκτρικά συστήματα (και αναγκαστικά θα απορριπτόταν, απουσία διατάξεων αποθήκευσης) και τη μεταγενέστερη ανάκτησή της κατά τρόπο ελεγχόμενο, υποκαθιστώντας έτσι συμβατική παραγωγή. Στην κλίμακα ισχύος άνω των λίγων MW, η οικονομοτεχνικά βέλτιστη τεχνολογία αποθήκευσης με τα σημερινά δεδομένα είναι η αντλησιοταμίευση, σε συνδυασμό με αιολική παραγωγή. Σε μικρότερα μεγέθη (ενδεικτικά μέχρι το MW) ενδεχομένως πλεονεκτεί η αποθήκευση σε συσσωρευτές (μπαταρίες), σε συνδυασμό με αιολική ή φωτοβολταϊκή παραγωγή, ζήτημα που οπωσδήποτε απαιτεί περαιτέρω διερεύνηση. Στην παρούσα φάση, πάντως, το ενδιαφέρον επικεντρώνεται κυρίως σε αντλησιοταμιευτικούς σταθμούς σε συνδυασμό με αιολικά πάρκα (Α/Π), στους οποίους και γίνεται αναφορά στη συνέχεια της παρούσας εργασίας. 2. Θεσμικό πλαίσιο Το θεσμικό πλαίσιο για την αδειοδότηση και λειτουργία των ΥΒΣ έχει τεθεί από τον ν.3468/06 και τον Κανονισμό Αδειών Παραγωγής με χρήση ΑΠΕ & ΣΗΘ-ΥΑ της ΡΑΕ (ΦΕΚ τ.β 448/4.4.2007), ο οποίος εξειδίκευσε ορισμένες γενικές αρχές και συμπλήρωσε κενά του νόμου. Σε γενικές γραμμές η φιλοσοφία του υφιστάμενου πλαισίου είναι η ακόλουθη: Οι διατάξεις αποθήκευσης ενός ΥΒΣ αξιοποιούνται για την αποθήκευση της παραγωγής του συγκεκριμένου σταθμού ΑΠΕ που ανήκει στον ΥΒΣ και όχι της τυχόν απορριπτόμενης ενέργειας των λοιπών αιολικών σταθμών του συστήματος. Οι μονάδες παραγωγής ΑΠΕ του ΥΒΣ δεν εγχέουν απ ευθείας ενέργεια στο νησιωτικό σύστημα, ώστε να μην περιορίζουν τη δυνατότητα απορρόφησης της παραγωγής των λοιπών σταθμών ΑΠΕ (εκτός του ΥΒΣ). Αυτό πρακτικά σημαίνει ότι τα αιολικά του ΥΒΣ δεν συμμετέχουν στον επιμερισμό του εκάστοτε διαθέσιμου περιθωρίου απορρόφησης αιολικής παραγωγής (set-point). Η παραγωγή των τελευταίων κατ αρχήν αποθηκεύεται 1 (δηλαδή η ισχύς εξόδου των Α/Π του ΥΒΣ αντισταθμίζεται από τη λειτουργία αντλιών ίσης ισχύος, ώστε να μην προκύπτει καθαρή έγχυση ή απορρόφηση ισχύος). 1 Υπάρχει η δυνατότητα απ ευθείας έγχυσης αιολικής παραγωγής σε δύο περιπτώσεις. Κατά τα χρονικά διαστήματα παραγωγής των υδροστροβίλων, μέρος της ισχύος εξόδου τους μπορεί να υποκαθίσταται από αιολική παραγωγή, υπό την προϋπόθεση ότι οι εν λειτουργία στρόβιλοι παρέχουν την αναγκαία δυναμική εφεδρεία. Επίσης, όταν η ικανότητα απορρόφησης αιολικής παραγωγής του συστήματος (set-point) υπερβαίνει την ισχύ των λοιπών αιολικών, η περίσσεια μπορεί να διατίθεται στα Α/Π του ΥΒΣ. 1

Η αποθηκευμένη ενέργεια του ΥΒΣ διατίθεται στο σύστημα τις ώρες υψηλού φορτίου, μέσω των μονάδων ελεγχόμενης παραγωγής του ΥΒΣ (υδροστρόβιλοι), οι οποίοι λειτουργούν πλέον ως «κατανεμόμενες» (dispatchable) συμβατικές μονάδες, υποκαθιστώντας αντίστοιχες συμβατικές μονάδες αιχμής του συστήματος και έχουν προτεραιότητα ένταξης έναντι των λοιπών συμβατικών, σύμφωνα με το νόμο. Προκειμένου να διασφαλίζεται η παροχή «εγγυημένης» ισχύος και ενέργειας από τις μονάδες ελεγχόμενης παραγωγής του ΥΒΣ, επιτρέπεται περιορισμένη άντληση από το δίκτυο (δηλαδή με κατανάλωση ενέργειας συμβατικών μονάδων). Η «ελεύθερη» αυτή άντληση πραγματοποιείται τις νυχτερινές ώρες χαμηλού φορτίου, εφόσον είναι απαραίτητη για τη μετέπειτα παροχή της εγγυημένης ισχύος και ενέργειας του ΥΒΣ. Προκειμένου να αποφευχθεί η ανεξέλεγκτη νυχτερινή άντληση από τον ΥΒΣ, τίθεται ετήσιο ανώτατο όριο στην ενέργεια που αντλείται από το δίκτυο, καθ υπέρβαση της παραγωγής των αιολικών του ΥΒΣ. Η τιμολόγηση της ενέργειας των επιμέρους μονάδων του ΥΒΣ πραγματοποιείται ως εξής, αντανακλώντας τη φιλοσοφία διαχείρισης που περιγράφηκε παραπάνω: o Η μέτρηση ενέργειας πραγματοποιείται ανεξάρτητα για τον σταθμό ΑΠΕ, τις μονάδες αποθήκευσης (αντλίες) και τις μονάδες ελεγχόμενης παραγωγής (στρόβιλοι) του ΥΒΣ. o Η παραγόμενη ενέργεια από τις μονάδες ΑΠΕ τιμολογείται με το εκάστοτε ισχύον τιμολόγιο για αιολικούς σταθμούς στα μη διασυνδεδεμένα νησιά. o Η παραγόμενη ενέργεια από τους υδροστροβίλους τιμολογείται με βάση το μέσο μεταβλητό κόστος των συμβατικών μονάδων αιχμής του νησιωτικού συστήματος. o Η απορροφούμενη ενέργεια από τις αντλίες τιμολογείται με βάση το μέσο μεταβλητό κόστος των μονάδων βάσης του συστήματος. o Δίνεται η δυνατότητα στον παραγωγό να συμψηφίζει την παραγόμενη ενέργεια ΑΠΕ και την αντλούμενη για αποθήκευση, προκειμένου να τιμολογηθεί για τη διαφορά τους κατά τα προαναφερθέντα. Επιπλέον της πίστωσης/χρέωσης του ΥΒΣ για τη διακινούμενη από τις μονάδες του ενέργεια, προβλέπεται επίσης αποζημίωση διαθεσιμότητας ισχύος, με βάση την εγγυημένη ισχύ των μονάδων ελεγχόμενης παραγωγής του και το κόστος 2 νέου συμβατικού σταθμού αντίστοιχης ισχύος. 2 Λαμβάνεται υπόψη η ετήσια απόσβεση κεφαλαίου και το σταθερό κόστος λειτουργίας του συμβατικού σταθμού. 3. Εναλλακτικές πολιτικές διαχείρισης Το υφιστάμενο νομικό πλαίσιο παρέχει ορισμένες γενικές αρχές όσον αφορά την αδειοδότηση, λειτουργία και τιμολόγηση των ΥΒΣ, χωρίς να προσδιορίζεται σαφής και συγκεκριμένη πολιτική λειτουργίας τους. Το στοιχείο αυτό είναι καίριας σημασίας καθώς επηρεάζει τη διαμόρφωση και οικονομικότητα των ΥΒΣ, αλλά και τις επιπτώσεις (λειτουργικές, ενεργειακές, οικονομικές) στο νησιωτικό σύστημα στο οποίο εντάσσονται. Στρατηγική Α Η προσέγγιση που αρχικά υιοθετήθηκε σε μελέτες τέτοιων σταθμών βασίζεται στην απλή θεώρηση ότι: Οι υδροστρόβιλοι παράγουν την ονομαστική τους ισχύ σε προσυμφωνημένες ώρες του 24ώρου, οι οποίες γενικά συμπίπτουν με τις ώρες του ημερήσιου μέγιστου φορτίου (βραδινές ή και μεσημβρινές), παρέχοντας έτσι μια εγγυημένη ποσότητα ενέργειας σε υψηλή τιμή. Η παραγωγή των αιολικών του ΥΒΣ γενικά αντλείται καθ όλο το 24ωρο (με πιθανές διαφοροποιήσεις ως προς την συμμετοχή τους στην παροχή της εγγυημένης ισχύος των στροβίλων ή στο set-point απορρόφησης αιολικής ισχύος του συστήματος, οι οποίες όμως δεν αλλάζουν τη συνολική εικόνα). Ο ΥΒΣ αντλεί από το δίκτυο τις νυχτερινές ώρες, εφόσον αυτό απαιτείται προκειμένου να εξασφαλίσει την εγγυημένη παροχή ενέργειας την επόμενη ημέρα. Στρατηγική Β Παραλλαγή της θεώρησης αυτής αποτελεί η παροχή στους στροβίλους του ΥΒΣ της δυνατότητας να εντάσσονται και σε ώρες εκτός μεγίστου (δηλαδή εκτός του διαστήματος εγγυημένης παροχής), εφόσον ο ταμιευτήρας του σταθμού διαθέτει επαρκή ποσότητα ενέργειας, σε εφαρμογή της πρόβλεψης του νόμου για προτεραιότητα των μονάδων αυτών έναντι των συμβατικών, προκειμένου να αξιοποιηθεί η αποθηκευμένη ενέργεια ΑΠΕ. Η λειτουργία αυτή επιλέγεται από τον παραγωγό, με βάση τον προγραμματισμό λειτουργίας του υβριδικού σταθμού που ο ίδιος καταρτίζει, και γνωστοποιείται στον Διαχειριστή ως προσφορά έγχυσης, π.χ. στο πλαίσιο ημερήσιου ενεργειακού προγραμματισμού, μαζί με τις δηλώσεις φορτίου του ΥΒΣ για το διάστημα ελεύθερης άντλησης. Η θεώρηση αυτή είναι πλεονεκτική για τον ΥΒΣ, ιδίως όταν το μέγεθος του ταμιευτήρα του είναι περιορισμένο, καθώς επιτρέπει την αυξημένη παροχή ενέργειας από τους στροβίλους και άρα την καλύτερη εκμετάλλευση της διαθέσιμης παραγωγής του Α/Π, όταν αυτή υπάρχει. Από την άλλη πλευρά όμως οδηγεί στην κατά προτεραιότητα ένταξη των υδροστροβίλων και σε ώρες μέσου φορτίου, δυσχεραίνοντας τον προγραμματισμό λειτουργίας των λοιπών συμβατικών μονάδων. 2

Σημαντικό μειονέκτημα των δύο παραπάνω στρατηγικών αποτελεί η προκαλούμενη επίπτωση στη λειτουργία των ήδη εγκατεστημένων (ή αδειοδοτημένων) Α/Π, παρ ότι τα Α/Π του ΥΒΣ δεν συμμετέχουν στην κατανομή του set-point. Προκύπτει δηλαδή μείωση της απόδοσης των υφιστάμενων αιολικών σταθμών, παραβιάζοντας τις σχετικές συμβάσεις αγοραπωλησίας ηλεκτρικής ενέργειας. Αυτό συμβαίνει διότι οι στρόβιλοι υποκαθιστούν συμβατικές μονάδες, οι οποίες διαθέτουν ευελιξία φόρτισης και λειτουργίας, προκειμένου να διεισδύσει αιολική παραγωγή στο σύστημα, ενώ οι ίδιοι φορτίζονται σε σταθερή ισχύ. Στρατηγική Γ Το πρόβλημα αυτό μπορεί να αντιμετωπιστεί προσδίδοντας στους υδροστροβίλους χαρακτηριστικά φόρτισης αντίστοιχα των συμβατικών μονάδων. Συγκεκριμένα, κατά τον προγραμματισμό ένταξης μονάδων, οι στρόβιλοι αντιμετωπίζονται όπως οι λοιπές συμβατικές μονάδες. Εντάσσονται δηλαδή σύμφωνα με την ισχύ της προσφοράς έγχυσης του παραγωγού, υποκαθιστώντας συμβατικές μονάδες αντίστοιχης ικανότητας, αλλά κατά τη λειτουργία και προκειμένου να απορροφηθεί αιολική παραγωγή, η αποδιδόμενη ισχύς τους μπορεί να μειώνεται μέχρι ένα προκαθορισμένο κάτω όριο φόρτισης, π.χ. της τάξης του 50% της ονομαστικής τους ισχύος, το οποίο αποτελεί τον ισοδύναμο περιορισμό τεχνικού ελαχίστου για αυτούς. Με τη θεώρηση αυτή, η επίπτωση στη λειτουργία των λοιπών Α/Π δεν είναι αξιοσημείωτη (ενώ μπορεί να είναι ακόμη και θετική, δεδομένου του υψηλού δυναμικού ορίου φόρτισης των υδροστροβίλων, λόγω της ταχύτητας ανάληψης φορτίου που τους χαρακτηρίζει). Από την άλλη πλευρά, η λειτουργία των στροβίλων σε μερική ισχύ προκειμένου να διευκολυνθούν τα λοιπά αιολικά, οδηγεί σε περιορισμό των εσόδων του ΥΒΣ, αλλά όχι σε βαθμό καθοριστικό για την οικονομικότητά του. Η παραπάνω προσέγγιση οδηγεί σε μια πολιτική διαχείρισης που εξασφαλίζει ικανοποιητική απόδοση για τον ΥΒΣ, δεν θίγει τους ήδη αδειοδοτημένους αιολικούς σταθμούς και οδηγεί σε αύξηση της απορρόφησης αιολικής ενέργειας από το νησιωτικό σύστημα (και άρα σε μείωση της κατανάλωσης καυσίμου). Η ενεργειακή αποδοτικότητα ενός ΥΒΣ εξαρτάται από το μέγεθος και τη διαμόρφωσή του, με τους σταθμούς διπλού αγωγού προσαγωγής (δηλαδή με δυνατότητα ταυτόχρονης παραγωγής και άντλησης) να υπερτερούν σημαντικά. Με την προϋπόθεση εξασφάλισης δεξαμενής επαρκούς μεγέθους 3, τέτοιοι σταθμοί επιτρέπουν την 3 Είναι αξιοσημείωτο ότι το απαιτούμενο μέγεθος ταμιευτήρα δεν είναι ακραίο. Εκφρασμένο σε ώρες ισοδύναμης λειτουργίας σε πλήρη ισχύ των στροβίλων, ταμιευτήρες μεγέθους 10-20 ώρων εμφανίζονται απόλυτα επαρκείς στην πλειοψηφία των περιπτώσεων. αξιοποίηση της πρόσθετης εγκατεστημένης αιολικής ισχύος σε βαθμό που δεν υπολείπεται σημαντικά των λοιπών αδειοδοτημένων Α/Π (δηλαδή με συντελεστές χρησιμοποίησης που προσεγγίζουν το 30%). Ακόμη, η ενσωμάτωση στο σύστημα παραγωγής του νησιού μονάδων ταχείας απόκρισης, όπως οι υδροστρόβιλοι, αναμφίβολα αναβαθμίζει τα δυναμικά του χαρακτηριστικά, βελτιώνοντας τη ρύθμιση συχνότητας. Παρ όλα αυτά, από τη σκοπιά του συστήματος παραγωγής του νησιού η ενσωμάτωση του ΥΒΣ, ακόμη και με την παραπάνω βελτιωμένη θεώρηση λειτουργίας, παρουσιάζει ορισμένα σημαντικά προβλήματα: Η «ελεύθερη» ένταξη των υδροστροβίλων, ακόμη και εκτός του διαστήματος εγγυημένης παροχής, δυσχεραίνει σημαντικά τον προγραμματισμό λειτουργίας των συμβατικών μονάδων, ιδιαίτερα για ΥΒΣ μεγάλου μεγέθους. Η λειτουργία των στροβίλων σε περιόδους μέσου (ή και χαμηλού) φορτίου συνεπάγεται ότι η παραγόμενη από αυτούς ενέργεια, παρ ότι τιμολογείται με το υψηλό κόστος των μονάδων αιχμής, υποκαθιστά ενέργεια οικονομικότερων συμβατικών μονάδων, γεγονός που οδηγεί σε αύξηση του συνολικού κόστους λειτουργίας του συστήματος. Η αύξηση αυτή μερικώς αντισταθμίζεται από την έγχυση αυξημένης αιολικής παραγωγής, το κόστος της οποίας όμως είναι συχνά χαμηλότερο από αυτό των συμβατικών μονάδων. Πλέον σημαντικό πρόβλημα, πάντως, είναι η παραμόρφωση της καμπύλης φορτίου του νησιού, όταν σε αυτό εντάσσεται ΥΒΣ μεγάλου μεγέθους. Με τον όρο καμπύλη φορτίου εδώ νοείται το φορτίο μετά τη συμβολή του ΥΒΣ (υπέρθεση της καθαρής ισχύος άντλησης από το δίκτυο και αφαίρεση της αποδιδόμενης από τους στροβίλους). Η παραμόρφωση προκαλείται από δύο λόγους: o Η ένταξη στροβίλων μεγάλης ισχύος σε συγκεκριμένες ώρες της ημέρας, με βάση συγκεκριμένη προσφορά έγχυσης του παραγωγού, δεν οδηγεί απλώς σε αποκοπή των σχετικών αιχμών της ζήτησης, αλλά στην αφαίρεση σημαντικού τμήματος της καμπύλης φορτίου. Το ίδιο συμβαίνει και τις περιπτώσεις ένταξης των στροβίλων εκτός των ωρών εγγυημένης παροχής. o Σε περιόδους χαμηλού ανέμου η εξασφάλιση της εγγυημένης ισχύος και ενέργειας του ΥΒΣ κατ ανάγκην πραγματοποιείται με άντληση από το δίκτυο κατά τις νυχτερινές ώρες. Το φορτίο που προσθέτει η άντληση μπορεί να είναι τόσο υψηλό, ώστε η αιχμή της 24ωρης καμπύλης φορτίου να μετατοπίζεται στις νυχτερινές ώρες. Στη συνέχεια παρουσιάζονται ενδεικτικά αποτελέσματα προσομοιώσεων της λειτουργίας του συστήματος της Κρήτης του έτους 2012. Στα Σχήματα 1, 2 και 3 παρουσιάζεται μια ενδεικτική εβδομάδα, με τη θεώρηση ένταξης ΥΒΣ εγγυημένης ισχύος 250 MW (άντληση 250 MW και Α/Π 300 MW) η οποία 3

περιλαμβάνει ημέρες χωρίς και με σημαντικό άνεμο. Ο σταθμος θεωρείται ότι διαθέτει ταμιευτήρα που εξασφαλίζει παροχή εγγυημένης ισχύος περίπου 10 ωρών και μονό αγωγό προσαγωγής. Η εγκατεστημένη ισχύς Α/Π εκτός ΥΒΣ θεωρείται ίση με 220 MW. Σχήμα 1. Ενδεικτική εβδομάδα λειτουργίας του συστήματος της Κρήτης με τον ΥΒΣ ισχύος 250 MW (Στρατηγική Γ). Παραγωγή συμβατικών μονάδων, λοιπών Α/Π και ΥΒΣ. Σχήμα 2. Παραγωγή υδροστροβίλων και συμμετοχή των αιολικών του ΥΒΣ στην κάλυψη των προσφορών έγχυση κατά το διάστημα λειτουργίας του Σχήματος 1. Σχήμα 3. Άντληση με χρήση της παραγωγής των αιολικών του ΥΒΣ και ενέργειας από το δίκτυο κατά το διάστημα λειτουργίας του Σχήματος 1. 4

Από τα παραπάνω καθίσταται σαφές ότι η ενσωμάτωση ΥΒΣ σημαντικού μεγέθους (σε σύγκριση με το μέγεθος του συστήματος) σε αυτόνομα νησιωτικά συστήματα δεν είναι εφικτή με τις στρατηγικές λειτουργίας που παρουσιάστηκαν στα προηγούμενα, καθώς η προκύπτουσα λειτουργία του όλου συστήματος παραγωγής δεν είναι αποδεκτή. Αυτό επιτυγχάνεται με τη νέα στρατηγική διαχείρισης που περιγράφεται στη συνέχεια. Στρατηγική Δ Η απόδοση της αποθηκευμένης στον ταμιευτήρα ενέργειας από τους στροβίλους πρέπει να προσαρμόζεται στην καμπύλη φορτίου του νησιού, αποκόπτοντας/εξομαλύνοντας τις αιχμές, ώστε να διευκολύνεται και να καθίσταται οικονομικότερη η λειτουργία των συμβατικών μονάδων παραγωγής. Συνεπώς, η ένταξη των στροβίλων δεν μπορεί να πραγματοποιείται στη βάση ωριαίων προσφορών ισχύος που διαμορφώνονται αποκλειστικά από τον υβριδικό παραγωγό, αλλά με βάση την ημερήσια προσφορά ενέργειας του τελευταίου, η οποία θα μεταφράζεται σε πρόγραμμα παραγωγής από τον Διαχειριστή του νησιού, ώστε να προσαρμόζεται στις πραγματικές (ημερήσιες) ανάγκες του συστήματος. Η προσφορά αυτή βασίζεται στην αποθηκευμένη στον ταμιευτήρα ενέργεια ΑΠΕ (η οποία μπορεί να υπερβαίνει ή να υπολείπεται της εγγυημένης) και δεν αποτελεί ένα σταθερό και προκαθορισμένο ποσό ενέργειας. Ο Διαχειριστής διασφαλίζει την κατά προτεραιότητα διάθεσή της ενέργειας αυτής από τους στροβίλους του ΥΒΣ, αλλά κατά τρόπο που θα προσαρμόζεται στην καμπύλη φορτίου του νησιού. Με τον τρόπο αυτό δεν διαταράσσεται η λειτουργία του συστήματος, ενώ ταυτόχρονα ελαχιστοποιείται η άντληση από το δίκτυο για εξασφάλιση της εγγυημένης ενέργειας κατά τις νυχτερινές ώρες. Η άντληση, όταν απαιτείται, μπορεί να προσαρμόζεται από τον Διαχειριστή στην κοιλάδα της καμπύλης φορτίου. Η εφαρμογή της νέας στρατηγικής οδηγεί σε εξαιρετικά βελτιωμένη λειτουργία του όλου συστήματος παραγωγής, όπως φαίνεται από τα ενδεικτικά αποτελέσματα προσομοιώσεων που εμφανίζονται στα Σχήματα 4 έως 6. Σχήμα 4. Ενδεικτική εβδομάδα λειτουργίας του συστήματος της Κρήτης με τον ΥΒΣ ισχύος 250 MW (Στρατηγική Δ). Παραγωγή συμβατικών μονάδων, λοιπών Α/Π και ΥΒΣ. Σχήμα 5. Παραγωγή υδροστροβίλων και συμμετοχή των αιολικών του ΥΒΣ στην κάλυψη των προσφορών έγχυση κατά το διάστημα λειτουργίας του Σχήματος 4. 5

Σχήμα 6. Άντληση με χρήση της παραγωγής των αιολικών του ΥΒΣ και ενέργειας από το δίκτυο κατά το διάστημα λειτουργίας του Σχήματος 4. 4. Σύγκριση Στρατηγικών Γ και Δ Από τις διερευνήσεις αυτές προέκυψαν ως πρώτα συμπεράσματα τα αναφερόμενα στην Παράγαφο 3.1. Συγκρίνοντας τη νέα εικόνα της λειτουργίας του συστήματος (Σχήματα 4 έως 6) με αυτή της Στρατηγικής Γ (Σχήματα 1 έως 3) είναι εμφανής η δραματική βελτίωση μέσω της προτεινόμενης θέωρησης, καθώς δεν απαιτούνται πλέον συχνές εκκινήσεις-στάσεις και υψηλοί ρυθμοί μεταβολής της φόρτισης των συμβατικών μονάδων. Μια πρώτη σύγκριση των οικονομικών και ενεργειακών αποτελεσμάτων των δύο στρατηγικών για των ΥΒΣ ισχύος 250 MW, με μονό (Single Penstock) και διπλό (Double Penstock) αγωγό προσαγωγής περιλαμβάνεται στα Σχήματα 7 έως 10, από την οποία προκύπτει ότι οι επιπτώσεις και τα οφέλη για το σύστημα και τον ΥΒΣ με τη νέα Στρατηγική Δ είναι αντίστοιχα αυτών που επιτυγχάνονται με τη Στρατηγική Γ, υπό την προϋπόθεση ότι ο ΥΒΣ διαθέτει ταμιευτήρα σχετικά αυξημένου μεγέθους. Σχήμα 7. Σύγκριση Στρατηγικών Γ και Δ. Ετήσια έσοδα του ΥΒΣ από τη διάθεση ενέργειας για εναλλακτικές τιμολογήσεις της ενέργειας των στροβίλων (140-200 /MWh) και των αντλιών (80-110 /MWh). 6

Σχήμα 8. Μείωση της ετήσιας παραγόμενης ενέργειας από τις συμβατικές μονάδες, με την ένταξη ΥΒΣ. Σχήμα 9. Ετήσιο κόστος λειτουργίας του συστήματος της Κρήτης (κόστος καυσίμου συμβατικών μονάδων, κόστος εκπομπών ρύπων, αποζημίωση αιολικών παραγωγών εκτός ΥΒΣ και αποζημίωση υβριδικού παραγωγού για το σκέλος ενέργειας μόνο). Σχήμα 10. Συντελεστής χρησιμοποίησης των λοιπών Α/Π, εκτός του ΥΒΣ. 7

Από τη μελέτη που πραγματοποιήθηκε διαπιστώθηκε ότι προκειμένου να διευκολυνθεί η ένταξή τους στα αυτόνομα νησιωτικά συστήματα, οι ΥΒΣ πρέπει να διαθέτουν τα παρακάτω κύρια χαρακτηριστικά: o Δυνατότητα ταυτόχρονης παραγωγής και άντλησης (π.χ. μέσω διπλού αγωγού προσαγωγήςκατάθλιψης) και επαρκές μέγεθος ταμιευτήρα, ώστε να αποφεύγεται η απόρριψη της αιολικής παραγωγής κατά τον χρόνο λειτουργίας των στροβίλων ή λόγω υπερχείλισης των συστημάτων αποθήκευσης. o Μονάδες στροβίλων με χαμηλό περιορισμό τεχνικού ελαχίστου, ώστε να παρέχεται ευελιξία λειτουργίας και φόρτισης, τουλάχιστον αντίστοιχη (και κατά προτίμηση ανώτερη) των συμβατικών μονάδων που υποκαθιστούν, σε συνδυασμό με τη διατήρηση υψηλού βαθμού απόδοσης σε ευρύ φάσμα φόρτισής τους. Αναγκαία είναι επίσης τα αναβαθμισμένα δυναμικά χαρακτηριστικά των στροβίλων (ταχύτητα ανάληψης-απόρριψης φορτίου κατά την ένταξη/απένταξη και την πρωτεύουσα ρύθμιση συχνότητας). o Πρόβλεψη επαρκώς μεγάλου αριθμού αντλιών, μικρού μοναδιαίου μεγέθους και με κατάλληλα συστήματα ομαλής εκκίνησης και ζεύξης, ώστε να ελαχιστοποιούνται οι προκαλούμενες διαταραχές στο δίκτυο. Προτιμητέα λύση αποτελούν πάντως οι μονάδες αντλιών μεταβλητής ισχύος, ώστε να προσαρμόζονται και να παρακολουθούν ευχερώς τις διακυμάνσεις της παραγωγής των μονάδων ΑΠΕ του ΥΒΣ. Από την ενεργειακή ανάλυση που πραγματοποιήθηκε στο σύστημα της Κρήτης διαπιστώθηκε ότι: o Παρότι η παραγόμενη ενέργεια από τους στροβίλους των ΥΒΣ τιμολογείται με το υψηλό κόστος των μονάδων αιχμής, εντούτοις η αύξηση του συνολικού κόστους παραγωγής των συστημάτων είναι μικρή, όταν ακολουθείται η νέα πολιτική διαχείρισης ως προς την κατανομή της προσφερόμενης ενέργειας του ΥΒΣ. o Ο συντελεστής χρησιμοποίησης των λοιπών αιολικών πάρκων δεν επηρεάζεται σημαντικά, από τη στιγμή που οι στρόβιλοι λειτουργούν όπως οι συμβατικές μονάδες που υποκαθιστούν, δηλαδή με δυνατότητα υποφόρτισης και παροχή πρωτεύουσας εφεδρείας προκειμένου να απορροφηθεί η αιολική παραγωγή των πάρκων εκτός ΥΒΣ. o Η εγκατάσταση ΥΒΣ σε ένα αυτόνομο νησιωτικό σύστημα συνεισφέρει σημαντικά στη μείωση της συμβατικής παραγωγής. 5. Συμπεράσματα Από τις εφαρμογές της νέας πολιτικής διαχείρισης στο σύστημα της Κρήτης και την ενεργειακή και οικονομοτεχνική ανάλυση της λειτουργίας του, προέκυψαν τα παρακάτω βασικά συμπεράσματα: Η αποθήκευση ενέργειας μεγάλης κλίμακας, μέσω αντλησιοταμιευτικών συστημάτων αποτελεί σημαντικό εργαλείο για την αύξηση της διείσδυσης «καθαρής» ενέργειας ΑΠΕ στα αυτόνομα νησιωτικά συστήματα, την μείωση της κατανάλωσης συμβατικών καυσίμων και των εκπομπών CO 2. Με την προτεινόμενη πολιτική διαχείρισης, η παροχή της προσφερόμενης ενέργειας του ΥΒΣ πραγματοποιείται κατά τρόπο απόλυτα προσαρμοσμένο στην ημερήσια καμπύλη φορτίου του νησιού, με σημαντική εξομάλυνση των αιχμών ή και των κοιλάδων της, διευκολύνοντας και καθιστώντας οικονομικότερη τη λειτουργία των συμβατικών μονάδων παραγωγής. Η ένταξη ΥΒΣ, ακόμα και ιδιαίτερα μεγάλου μεγέθους που λειτουργεί σύμφωνα με τη νέα πολιτική διαχείρισης, δεν επιφέρει αξιοσημείωτη επίπτωση στη λειτουργία των λοιπών αιολικών εγκαταστάσεων. Με τη νέα πολιτική διαχείρισης επιτυγχάνεται ελαχιστοποίηση της απορροφούμενης ενέργειας από το δίκτυο για άντληση. Το αποδεκτό μέγεθος ΥΒΣ ανά νησί είναι ιδιαίτερα μεγάλο, υπερβαίνοντας το μέσο φορτίο του κάθε νησιού, καθώς δεν φαίνεται ότι δυσχεραίνεται η λειτουργία των συμβατικών μονάδων ούτε ότι εμφανίζεται αξιόλογος κορεσμός στην αποδοτικότητα των σταθμών, παρά μόνο σε μεγέθη που με τα σημερινά δεδομένα κρίνονται μάλλον εξωπραγματικά. Οι επενδύσεις ΥΒΣ στα νησιωτικά συστήματα, κατάλληλα διαστασιολογημένων, με βάση το ισχύον θεσμικό πλαίσιο, παρουσιάζουν αξιόλογο οικονομικό ενδιαφέρον, καθώς χαρακτηρίζονται από υψηλό εσωτερικό βαθμό απόδοσης και μικρή περίοδο αποπληρωμής, ακόμη και με συντηρητικές εκτιμήσεις ως προς το ποσοστό επιδότησης του επενδυτικού τους κόστους. Βιβλιογραφία [1] S. Papathanasiou, N. Boulaxis: Power limitations and energy yield calculation for wind farms operating in island systems, Elsevier, Renewable Energy, April 2006, 31, (4), pp. 457-479. [2] «Διερεύνηση τεχνικών και οικονομικών ζητημάτων λειτουργίας υβριδικού σταθμού στα μη διασυνδεδεμένα νησιωτικά συστήματα», Τελική Έκθεση Ε.Μ.Π., Μάρτιος 2008. [3] «Βασικές Αρχές Λειτουργίας, Διαχείρισης & Τιμολόγησης Υβριδικών Σταθμών Σε Μη Διασυνδεδεμένα», ΡΑΕ, Ιούλιος 2008. [4] S. Papaefthimiou, E. Karamanou, S. Papathanassiou, M. Papadopoulos: Operating Policies for Wind-Pumped Storage Hybrid Power Stations in Island Grids, NTUA, November 2008. 8