ΔΙΕΘΝΕΣ ΣΥΝΕΔΡΙΟ «ΕnergyTec 2006» & 1 η ΔΙΕΘΝΗΣ ΕΚΘΕΣΗ: ΜΟΡΦΕΣ & ΔΙΑΧΕΙΡΙΣΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ 23-25.11.2006 ΕΚΘΕΣΙΑΚΟ ΚΕΝΤΡΟ ΗΕLEXPO PALACE, MΑΡΟΥΣΙ Ε ι σ ή γ η σ η Η Εξοικονόμηση Ενέργειας κατά τη Διαχείριση της Παραγωγής Ηλεκτρικής Ενέργειας στο Διασυνδεδεμένο Σύστημα της ΔΕΗ Α.Ε. Δρ. Ποσειδών Χρήστος, Διευθυντής Ευάγγελος Πανταζής, Βοηθός Διευθυντής Γεώργιος Παναγιωτόπουλος, Τομεάρχης Προσφορών Διεύθυνση Διαχείρισης Ενέργειας, ΔΕΗ Α.Ε.
Ι. Εισαγωγή Το αντικείμενο της εισήγησης αυτής είναι η εξοικονόμηση ενέργειας στην Παραγωγή Ηλεκτρικής Ενέργειας (Η/Ε) και πως αυτή επιτυγχάνεται κατά τη Διαχείριση της Παραγωγής της ΔΕΗ, λειτουργώντας στο πλαίσιο του Κώδικα Διαχείρισης Συστήματος και Συναλλαγών Ηλεκτρικής Ενέργειας (ΚΔΣ & ΣΗΕ ). Ο ΚΔΣ & ΣΗΕ αποτυπώνει το θεσμικό πλαίσιο μέσα στο οποίο λειτουργεί η Αγορά Η/Ε στη Χώρα μας. Οι δύο βασικές οντότητες της Αγοράς είναι οι Παραγωγοί και οι Προμηθευτές ή Εκπρόσωποι Φορτίου. Το σύστημα της αγοράς λειτουργεί σε γενικές γραμμές ως εξής : Οι Παραγωγοί και οι Εισαγωγείς Η/Ε προσφέρουν την ενέργεια που διαθέτουν στο Σύστημα, ορίζοντας επακριβώς τις ποσότητες και τις αντίστοιχες τιμές (προσφορές). Οι Εκπρόσωποι φορτίου αντίστοιχα δηλώνουν τις ποσότητες και τιμές που ενδιαφέρονται να αγοράσουν. Η τιμή εκκαθάρισης σε κάθε ώρα, που αναφέρεται ως Οριακή Τιμή Συστήματος (ΟΤΣ), ορίζεται ως το σημείο που τέμνονται οι καμπύλες προσφοράς και ζήτησης. Στην παρούσα εισήγηση θα επικεντρωθούμε στο Τμήμα των Προσφορών, από την Παραγωγή της ΔΕΗ και θα διερευνήσουμε σε ποια σημεία της διαδικασίας Διαχείρισης, και πώς, επιτυγχάνεται εξοικονόμηση ενέργειας. Στη συνέχεια παρουσιάζονται τα εξής: ΙΙ. Οργάνωση της προσφοράς στο Σύστημα. ΙIΙ. Τομείς που επιτυγχάνεται εξοικονόμηση ενέργειας. α) Κατανομή Θερμικών Μονάδων. β) Υδροθερμική Συνεργασία. γ) Λειτουργία Υδροηλεκτρικών Μονάδων. Θα πρέπει να σημειωθεί ότι τα μέτρα που λαμβάνονται για την επίτευξη της μέγιστης αποδόσεως των Θερμικών Μονάδων, αποτελούν αντικείμενο ξεχωριστής εισήγησης. Στην παρούσα, περιοριζόμαστε στην βέλτιστη διαχείριση των Μονάδων, όπως αυτές διατίθενται, και στην κατάσταση που βρίσκονται, σε καθημερινή βάση. ΙI. Οργάνωση της προσφοράς στο Σύστημα Η ημερήσια προσφορά της ΔΕΗ υποβάλεται στον ΔΕΣΜΗΕ μετά την επίλυση του Ηµερήσιου Προγραµµατισµού λειτουργίας του υδροθερµικού συστήµατος παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας της ΔΕΗ. Για τη μοντελοποίηση που ακολουθεί οι Υπηρεσίες μας συνεργάστηκαν με το ΑΠΘ (καθηγητή κ. Μπακιρτζή). Κατά τον Ημερήσιο Προγραμματισμό υπολογίζονται: α) το πρόγραµµα ένταξης και το επίπεδο φόρτισης των θερµικών µονάδων (ΘΜ) και
β) το πρόγραµµα λειτουργίας των υδροηλεκτρικών σταθµών (ΥΗΣ), έτσι ώστε να καλύπτεται η πρόβλεψη φορτίου για το επόµενο 24ωρο κατά τον πλέον οικονοµικό τρόπο και να τηρούνται οι τεχνικοί περιορισµοί του Συστήματος Παραγωγής Ηλεκτρικής Ενέργειας (ΣΠΗΕ). Λαµβάνονται υπόψη: i. Η προβλεπόµενη ζήτηση ηλεκτρικού φορτίου. ii. Η προβλεπόµενη µη ελεγχόµενη παραγωγή (ΑΠΕ κ.λ.π.) iii. Το πρόγραµµα εισαγωγών/εξαγωγών µέσω διεθνών διασυνδέσεων iv. Το ωριαίο κόστος λειτουργίας των ΘΜ. v. Το κόστος εκκίνησης / κράτησης των ΘΜ. vi. Οι τεχνικοί περιορισµοί των ΘΜ όπως: α) Τεχνικά ελάχιστα / µέγιστα. β) Διαδικασία εκκίνησης / κράτησης µονάδας. γ) Ταχύτητα αύξησης / µείωσης της ισχύος εξόδου. δ) Ελάχιστος χρόνος λειτουργίας / κράτησης vii. Η ωριαία κατανάλωση νερού των ΥΗΣ. viii. Οι περιορισµοί λειτουργίας των ΥΗΣ όπως: α) Τεχνικά ελάχιστα / µέγιστα. β) Αρχική / επιθυµητή τελική στάθµη νερού στους ταµιευτήρες. γ) Αποθηκευτικά όρια ταµιευτήρων. δ) Ισοζύγιο νερού ταµιευτήρων σε ωριαία βάση ε) Αρδευτικοί περιορισµοί. ix. Οι περιορισµοί του ηλεκτρικού συστήµατος. α) Ισοζύγιο ισχύος. β) Στρεφόµενη και µη στρεφόµενη εφεδρεία για τριτεύουσα ρύθµιση. γ) Εφεδρεία για δευτερεύουσα και πρωτεύουσα ρύθµιση. Η αρχική και η επιθυµητή τελική στάθµη των ταµιευτήρων µαζί µε την ηµερήσια εισροή νερού στους ταµιευτήρες προσδιορίζουν την επιθυµητή ημερήσια κατανάλωση νερού των ΥΗΣ. Η επιθυµητή τελική στάθµη των ταµιευτήρων καθορίζεται από τον µεσοπρόθεσµο προγραµµατισµό χρήσης των ταµιευτήρων που προκύπτει από το πρόγραμμα Υδροθερμικής Συνεργασίας. Οι περιορισµοί της ηµερήσιας προς εκταµίευση ενέργειας (ή ποσότητας νερού) από κάθε ταµιευτήρα ή, ισοδύναµα, οι περιορισµοί τελικής στάθµης των ταµιευτήρων είναι σηµαντικοί περιορισµοί στην επίλυση του προβλήµατος ΗΠΛ-ΣΠΗΕ. Στη γενική του τοποθέτηση, το πρόβληµα του ΗΠΛ-ΣΠΗΕ είναι ένα πρόβληµα βελτιστοποίησης µεγάλης κλίµακας µε ακέραιες και συνεχείς µεταβλητές απόφασης. Για την επίλυση του προβλήματος χρησιµοποιείται μέθοδος Μικτού Ακέραιου Προγραµµατισµού (ΜΑΠ).
ΦΑΣΗ Α α) Στον υπολογισµό του ηµερήσιου προγράµµατος εµπλέκονται µόνο ηλεκτρικά µεγέθη, όπως ηµερήσιες ενέργειες (MWh) και ισχείς εξόδου των µονάδων (MW). Δεν µοντελοποιούνται οι υδραυλικοί περιορισµοί του προβλήµατος που εµπλέκουν τον όγκο του αποταµιευµένου νερού στους ταµιευτήρες (m 3 ) ή τις παροχές (m 3 /s). β) Κάθε θερµική µονάδα (ΘΜ) χαρακτηρίζεται από µια τµηµατικά βηµατική συνάρτηση. Η συνάρτηση οριακού κόστους ΘΜ ορίζεται από δέκα (κατά µέγιστο) ζεύγη τιµών βήµατος ισχύος (MW) οριακού κόστους ( /MWh). Η σειρά φόρτισης των ΘΜ κατά οικονοµική προτεραιότητα για την κάλυψη του φορτίου καταρτίζεται φορτίζοντας τα βήµατα των µονάδων µε αύξουσα σειρά οριακού κόστους µέχρι να καλυφθεί το φορτίο. Εκκίνηση θερµικών µονάδων κατά τη διάρκεια της µέρας προγραµµατισµού µοντελοποιείται ως µια αλληλουχία επιθυµητών τιµών της εξόδου της µονάδας κατά τη διάρκεια εκκίνησης. γ) Το πρόγραµµα άντλησης συντάσσεται με βάση την πλεονάζουσα ενέργεια λιγνιτικών σταθµών ή φθηνών εισαγωγών ενέργειας. δ) Η µέγιστη προς εκταµίευση ενέργεια από κάθε ταµιευτήρα υπολογίζεται σε τρία στάδια ως εξής : (i) Στο πρώτο στάδιο υπολογίζεται η υποχρεωτική φόρτιση των αντλητικών ΥΗΣ, λόγω άντλησης. Υπολογίζεται αρχικά, η ηµερήσια επιθυµητή εκταµίευση ενέργειας για ανακύκλωση του νερού άντλησης µε πολλαπλασιασµό της ηµερήσιας ενέργειας που αντλήθηκε στο βήµα (γ) µε το βαθµό κύκλου απόδοσης (π.χ. 70%) του αντλητικού σταθµού. Στη συνέχεια η ηµερήσια επιθυµητή εκταµίευση ενέργειας λόγω άντλησης µετατρέπεται σε ωριαίο πρόγραµµα λειτουργίας των ΥΗΣ, µε στόχο την εξοµάλυνση της καµπύλης φορτίου. (ii) Στο δεύτερο στάδιο υλοποιείται η υποχρεωτική φόρτιση των ΥΗΣ λόγω ύδρευσης, άρδευσης ή πληµµυρικών εισροών, µε στόχο την εξοµάλυνση της καµπύλης φορτίου. (iii) Στο τρίτο στάδιο υπολογίζεται η επιπρόσθετη φόρτιση των ΥΗΣ για την κάλυψη των αιχµών φορτίου θεωρώντας τους ΥΗΣ ως σταθµούς αιχµής µε υψηλό οριακό κόστος λειτουργίας, όπως περιγράφεται ακολούθως. Το στάδιο αυτό χρειάζεται γιατί σε πολλές περιπτώσεις το διαθέσιµο θερµικό δυναµικό δεν επαρκεί για να καλύψει τις αιχµές του φορτίου.
ΦΑΣΗ Β Στη δεύτερη φάση εισάγονται οι περιορισµοί λειτουργίας µιας θερµικής µονάδας που είναι: -το τεχνικό ελάχιστο της µονάδας (MW), -η µέγιστη καθαρή ισχύς της µονάδας (MW), και -οι περιορισµοί στην ταχύτητα µεταβολής της ισχύος εξόδου της µονάδας (MW/min). Εισάγονται οι υδραυλικοί περιορισµοί, ώστε να εξασφαλίζεται ότι το υπολογιζόµενο πρόγραµµα είναι υδραυλικά εφικτό. Με τη χρήση ακέραιων µεταβλητών απόφασης κατά τη µοντελοποίηση των ΥΗΣ δίνεται η δυνατότητα να µοντελοποιηθούν περιορισµοί όπως τα τεχνικά ελάχιστα των ΥΗΣ και η λειτουργία των ΥΗΣ µε δυο κύκλους συνεχούς λειτουργίας (κατά τη µεσηµβρινή και τη βραδινή περίοδο αιχµής φορτίου). Επίλυση µε χρήση Γραµµικού Προγραµµατισµού (ΓΠ), δεν θα µπορούσε να µοντελοποιήσει τους περιορισµούς τεχνικού ελαχίστου των µονάδων. Επίσης η επίλυση µε ΓΠ, λόγω αδυναµίας µοντελοποίησης του ανάλογου περιορισµού, είναι δυνατόν να δηµιουργήσει προγράµµατα φόρτισης ΥΗΣ µε «διακοπτόµενη λειτουργία», δηλ. ένα πρόγραµµα κατά το οποίο ο ΥΗΣ λειτουργεί κατά τις ώρες 10,11,13,14,15 και δεν λειτουργεί κατά την ώρα 12. Αυτές οι καταστάσεις δεν είναι λειτουργικά αποδεκτές. Στη Φαση Β επίσης υπολογίζεται και το βέλτιστο επίπεδο άντλησης καθώς και η βέλτιστη συµµετοχή της ΔΕΗ στην ηµερήσια αγορά ενέργειας τρίτων χωρών. Για τον υπολογισµό της βέλτιστης συµµετοχής της ΔΕΗ στην ηµερήσια αγορά ενέργειας µιας άλλης χώρας απαιτείται η πρόβλεψη της οριακής τιµής της χώρας και περιορίζεται από τη διαθέσιµη ικανότητα µεταφοράς των κόµβων των διασυνδέσεων. ΙIΙ. Τομείς που επιτυγχάνεται εξοικονόμηση ενέργειας Η ΔΕΗ πριν λίγα χρόνια ήταν ο μοναδικός παραγωγός Η/Ε. Σήμερα η ΔΕΗ προσφέρει το 92% της συνολικής καταναλισκόμενης Ηλεκτρικής Ενέργειας και η προοπτική είναι τα επόμενα χρόνια το ποσοστό αυτό να μειωθεί. Το Σύστημα παραγωγής της ΔΕΗ (πλην Νήσων) αποτελείται από τις κάτωθι Μονάδες : Είδος Πλήθος Ισχύς (MW) Λιγνιτικές 22 4.808 Πετρελαϊκές 4 718 Φυσικού Αερίου 6 1.539 Υδροηλεκτρικές 55 3.060
Η σύνθεση της προσφερόμενης ενέργειας από τη ΔΕΗ, στο Σύστημα για το έτος 2006 είναι η εξής : Από Λιγνιτικές Μονάδες : 30.400 GWh Από Πετρελαϊκές Μονάδες : 3.200 GWh Από Μονάδες Φυσικού Αερίου: 8.500 GWh Από Υδροηλεκτρικές Μονάδες : 6.200 GWh Από Εισαγωγές : 2.900 GWh α) Κατανομή Θερμικών Μονάδων Σκοπός είναι η κάθε ποσότητα ζητούμενης Η/Ε που πρόκειται να παραχθεί από Θερμικές Μονάδες, να παραχθεί με το μικρότερο δυνατό κόστος. Όταν απαιτείται να παραχθεί μια επί πλέον ποσότητα Η/Ε (Kwh) και αυτό μπορεί να γίνει από πλήθος διαθέσιμων Μονάδων Παραγωγής, πρέπει να επιλεγεί εκείνη η Μονάδα Παραγωγής που θα απαιτήσει προς τούτο τη μικρότερη επί πλέον δαπάνη σε μεταβλητό κόστος, δηλαδή, βασικά, κατανάλωση καυσίμου. Η οικονομικότερη Φόρτιση Μονάδων Παραγωγής επιτυγχάνεται όταν η σειρά φόρτισης είναι αντιστρόφως ανάλογη του Οριακού Κόστους των Μονάδων Παραγωγής κάθε χρονική στιγμή. (Σχήμα 1). Η ΔΕΗ κατά τις Ημερήσιες Τεχνικές-Οικονομικές Προσφορές των Θερμικών Μονάδων Παραγωγής της προς το Διαχειριστή Συστήματος (ΔΕΣΜΗΕ), μεριμνά έτσι ώστε οι τιμές για κάθε μέρος παραγωγής κάθε Μονάδας Παραγωγής, βάσει των οποίων ο ΔΕΣΜΗΕ φορτίζει τις Μονάδες Παραγωγής, να έχουν την ίδια Σειρά Φόρτισης με αυτή που προκύπτει λαμβάνοντας υπ όψη το Οριακό Κόστος, έτσι ώστε να επιτυγχάνεται η μεγαλύτερη δυνατή εξοικονόμηση. Ειδικά για την περίπτωση Μονάδων με το ίδιο καύσιμο, ο ανωτέρω τρόπος οδηγεί στη μέγιστη δυνατή εξοικονόμηση καυσίμων. β) Υδροθερμική Συνεργασία Για τη λειτουργία των Υδροηλεκτρικών Μονάδων χρησιμοποιείται το κριτήριο της Υποκατάστασης Παραγωγής. Όταν παράγει μια Υδροηλεκτρική Μονάδα τότε δεν φορτίζεται (καταναλώνει καύσιμο) αντίστοιχα μια Θερμική. Η Υδροθερμική Συνεργασία αποσκοπεί στη μέγιστη αποφυγή κόστους (ισοδύναμα κατανάλωσης καυσίμων) από τις Θερμικές Μονάδες με τη χρήση μιάς συγκεκριμένης συνολικά διαθέσιμης ποσότητας Υδροηλεκτρικής Ενέργειας σε ένα έτος. Το έτος είναι και η περίοδος διακύμανσης των εισροών στους ταμιευτήρες. (Σχήμα 2). Οι Υδροηλεκτρικές Μονάδες της ΔΕΗ όπως και οι Θερμικές Μονάδες Παραγωγής υπόκεινται στον περιορισμό της Ονομαστικής Ισχύος τους για τη μέγιστη
δυνατή Παραγωγή τους. Εκτός όμως από αυτό υπόκεινται και πλήθος άλλους περιορισμούς ως κάτωθι : - Περιορισμοί διαθέσιμης Υδραυλικής Ενέργειας μακροπρόθεσμα. Δηλαδή για ένα μεγάλο χρονικό διάστημα δεν μπορούν συνολικά να παράγουν περισσότερη ενέργεια από όση είναι αποταμιευμένη στους Ταμιευτήρες τους συν την ενέργεια εισροών που όμως δεν ελέγχεται (βροχοπτώσεις, τήξη χιονιών) αλλά μόνο μπορεί να προβλεφθεί. - Περιορισμοί αλληλεξάρτησης Μονάδων του ιδίου ποταμού. Εάν λειτουργήσει μία Μονάδα στο άνω μέρος του ποταμού πρέπει διαδοχικά να λειτουργήσουν και οι Μονάδες στη συνέχεια του ποταμού. - Περιορισμοί συμβατικής υποχρεωτικής παραγωγής (για λόγους αρδεύσεων, ύδρευσης και άλλων υποχρεώσεων της ΔΕΗ). - Περιορισμοί υποχρεωτικής παραγωγής για λόγους ασφαλείας Φραγμάτων. (Σε περιπτώσεις έντονων εισροών στους Ταμιευτήρες και αντίστοιχης ανόδου της στάθμης των Φραγμάτων). - Περιορισμοί ειδικής κατανάλωσης λόγω στάθμης Φράγματος. Η ίδια ποσότητα ύδατος δεν μπορεί να αξιοποιηθεί (μετατραπεί σε Ηλεκτρική Ενέργεια) το ίδιο σε υψηλές και χαμηλές στάθμες Φράγματος. Το όλο πρόβλημα είναι αρκετά πολύπλοκο και λόγω του πλήθους των παραμέτρων αλλά και της φύσης τους (πιθανοτικές). Γι αυτό το λογισμικό που χρησιμοποιείται για την Υδροθερμική Συνεργασία αποτελείται από τα πλέον εξειδικευμένα και τεχνολογικά προηγμένα προγράμματα (νευρωνικά δίκτυα, μη γραμμικός προγραμματισμός, κλπ). Η πρακτική αυτή οδηγεί σε εξοικονόμηση ενέργειας διότι υποκαθιστά μεταξύ θερμικών Μονάδων ομοίου καυσίμου, αυτήν με την υψηλότερη ειδική κατανάλωση. γ) Λειτουργία Υδροηλεκτρικών Μονάδων Η Βέλτιστη Λειτουργία Υδροηλεκτρικών Μονάδων αποσκοπεί στο να παράγεται η κάθε ποσότητα Ηλεκτρικής Ενέργειας από τις Υδροηλεκτρικές Μονάδες με τη μικρότερη δυνατή κατανάλωση ύδατος. Ο συνολικός βαθμός απόδοσης των Υδροηλεκτρικών Μονάδων εξαρτάται, εκτός από τα Ηλεκτρο-Μηχανολογικά τους χαρακτηριστικά (τους βαθμούς απόδοσης της Γεννήτριας και του Στροβίλου), και από το ύψος στάθμης του ταμιευτήρα τους (ύψος πτώσης). Γι αυτό λαμβάνεται μέριμνα έτσι ώστε, όταν παράγουν Ηλεκτρική Ενέργεια, όχι μόνο να λειτουργούν σε φορτίο ώστε να εξασφαλίζεται ο καλύτερος Ηλεκτρο- Μηχανολογικός βαθμός απόδοσης, αλλά και το ύψος στάθμης του ταμιευτήρα τους να είναι το μέγιστο δυνατόν.
IV. Συμπεράσματα Τα νέα δεδομένα της Αγοράς, δηλαδή ο ανταγωνισμός αλλά και η προσπάθεια για κερδοφορία οδηγούν τη Διαχείριση της Παραγωγής σε εκμετάλλευση των παραγωγικών πόρων με στόχο την ελαχιστοποίηση του κόστους. Ταυτόχρονα, επιτυγχάνεται εξοικονόμηση ενέργειας με την κατάλληλη σειρά φόρτισης των θερμικών Μονάδων όπως και τη χρήση των Υδροηλεκτρικών Μονάδων.
ΣΧΗΜΑ -1 : Βέλτιστη Φόρτιση Θερμικών Μονάδων για απόληψη (X1+X2+X3) ΜW Το αντίστοιχο ΟΚ είναι y /MWh y Μονάδα Γ Οριακό Κόσ τος ( /Mwh) Μονάδα Β Mονάδα Α Χ1 Χ2 Χ3 Mw
ΣΧΗΜΑ -2 : Βέλτιστη Χρήση Υδροηλεκτρικών Μονάδων 10.000 9.000 Υδροηλεκτρική Παραγωγή Φορτίο Συσ τήματος (Mw) 8.000 7.000 6.000 5.000 4.000 3.000 2.000 Θερμική Παραγωγή 1.000 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 ΩΡΑ