Μεταπτυχιακή Διπλωματική Εργασία Της Στυλιανής Ι.Κόρκα Διπλωματούχου Ηλεκτρολόγου Μηχανικού και Τεχνολογίας Υπολογιστών

Διατμηματικό Πρόγραμμα Μεταπτυχιακών Σπουδών «Κατανεμημένη πράσινη ηλεκτρική ενέργεια και οι προηγμένες δικτυακές υποδομές για τη διαχείριση και την οικονομία της» Μεταπτυχιακή Διπλωματική Εργασία Της Στυλιανής Ι.Κόρκα Διπλωματούχου Ηλεκτρολόγου Μηχανικού και Τεχνολογίας Υπολογιστών Αριθμός Μητρώου: 1012751 Θέμα: Διαχείριση Ενέργειας Ενός Μικροδικτύου με Ευφυή Έλεγχο Επιβλέπων Σύμβουλος Καθηγητής: Καθηγητής Γρουμπός Πέτρος Αριθμός Διατριβής: Πάτρα, 16/2/2016 1

Πανεπιστήμιο Πατρών, Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών [Κόρκα Στυλιανή] [2015] Με την επιφύλαξη παντός δικαιώματος Το σύνολο της εργασίας αποτελεί πρωτότυπο έργο, παραχθέν από την Στυλιανή Κόρκα, και δεν παραβιάζει δικαιώματα τρίτων καθ οιονδήποτε τρόπο. Αν η εργασία περιέχει υλικό, το οποίο δεν έχει παραχθεί από την ίδια, αυτό είναι ευδιάκριτο και αναφέρεται ρητώς εντός του κειμένου της εργασίας ως προϊόν εργασίας τρίτου, σημειώνοντας με παρομοίως σαφή τρόπο τα στοιχεία ταυτοποίησής του, ενώ παράλληλα βεβαιώνει πως στην περίπτωση χρήσης αυτούσιων γραφικών αναπαραστάσεων, εικόνων, γραφημάτων κλπ., έχει λάβει τη χωρίς περιορισμούς άδεια του κατόχου των πνευματικών δικαιωμάτων για την συμπερίληψη και επακόλουθη δημοσίευση του υλικού αυτού. 2

ΠΙΣΤΟΠΟΙΗΣΗ Πιστοποιείται ότι η Μεταπτυχιακή Διπλωματική Εργασία με θέμα: Διαχείριση Ενέργειας Ενός Μικροδικτύου με Ευφυή Έλεγχο της κας Κόρκα Στυλιανής Διπλωματούχου Ηλεκτρολόγου Μηχανικού και Τεχνολογίας Υπολογιστών παρουσιάστηκε δημοσίως στο Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών Πανεπιστημίου Πατρών στις 16/2/2016 και εξετάστηκε και εγκρίθηκε από την ακόλουθη Εξεταστική Επιτροπή: Π.Γρουμπός, Καθηγητής Πανεπιστημίου Πατρών, Επιβλέπων Καθηγητής Ν.Βοβός, Καθηγητής Πανεπιστημίου Πατρών, Μέλος τριμελούς εξεταστικής επιτροπής Α.Αλεξανδρίδης, Καθηγητής Πανεπιστημίου Πατρών, Μέλος τριμελούς εξεταστικής επιτροπής Πάτρα, 16/2/2016 Ο Επιβλέπων Σύμβουλος Καθηγητής Καθηγητής Πέτρος Γρουμπός Ο Διευθυντής του ΔΜΔΕ Καθηγητής Νικόλαος Βοβός 3

Περίληψη Στόχος μας, είναι να διαχειριστούμε την κάλυψη ενός μέρος του φορτίου, ενός μικροδικτύου, το οποίο αποτελείται από τρία κτίρια του Πανεπιστημίου Πατρών, κάνοντας χρήση του ευφυούς ελέγχου. Το συγκεκριμένο μικροδίκτυο συνδέεται στο ήδη υπάρχον δίκτυο, και περιέχει τοπικές παραγωγές ενέργειας, οι οποίες είναι φωτοβολταΐκά πάνελ, μία ανεμογεννήτρια, και ένα ηλεκτροπαραγωγό ζεύγος. Στο αρχικό στάδιο συλλέξαμε τις ενεργειακές καταναλώσεις (KWh) για έναν χρόνο των τριών κτιρίων. Υπολογίσαμε τις μηνιαίες καταναλώσεις, και έπειτα την μέση ημερήσια κατανάλωση κάθε μήνα, ξεχωριστά. Παρατηρήσαμε ότι ο χειρότερος μήνας του χρόνου, δηλαδή ο μήνας με τις μεγαλύτερες καταναλώσεις και στα τρία κτίρια, είναι ο Φλεβάρης. Και ο λόγος είναι ότι είναι ένας μήνας με άσχημες καιρικές συνθήκες, μεγάλες ανάγκες για φωτισμό των αιθουσών, καθόλη τη διάρκεια της μέρας, και συνεχής λειτουργία του ηλεκτρομηχανολογικού εξοπλισμού των εργαστηρίων. Μετά την μελέτη λοιπόν προέκυψε ότι η μέση ημερήσια κατανάλωση και των τριών κτιρίων αθροιστικά είναι 4000KWh. Προς το παρόν την ενέργεια που χρειάζονται τα 3 κτίρια, τους την παρέχει το κυρίως δίκτυο. Με την εισαγωγή όμως του μικροδικτύου και τη χρήση του ευφυούς ελέγχου, στόχος μας είναι να γίνει κάλυψη έως και 20% του συνολικού φορτίου. Δηλαδή τις 800 KWh από τις 4000ΚWh/ημερησίως θα μας τις δώσουν οι ΑΠΕ. (σε ιδανικές συνθήκες 800 ΚWh). Θα σχεδιάσουμε, κάνοντας χρήση της ασαφούς λογικής, δύο ελεγκτές οι οποίοι θα μας δείχνουν κατά πόσο είναι ικανές να προσφέρουν ενέργεια οι τοπικές παραγωγές. Η συνεισφορά τους, έχει ως άμεση συνέπεια την αποσυμφόρηση του δικτύου τις ώρες αιχμής, αλλά και την κάλυψη του ενός ποσοστού του φορτίου των τριών κτιρίων. Ο πρώτος ελεγκτής, αναλύει πως διάφοροι παράγοντες επηρεάζουν την παραγωγή των μονάδων ΑΠΕ, δηλαδή ανάλογα με την εποχή στην οποία βρισκόμαστε, λαμβάνουμε και τις αντίστοιχες παραγωγές. Χρησιμοποιώντας τον πρώτο ελεγκτή και σε συνδυασμό με την ασαφή λογική, μπορούμε ανά πάσα στιγμή να εξασφαλίζουμε μία γενική εικόνα σχετικά με 4

το ποσό ενέργειας που παράγει κάθε μονάδα του μικροδικτύου. Στη συνέχεια ο δεύτερος ελεγκτής, υλοποιείται έχοντας ως είσοδο την παραγωγή ενέργειας από τις τοπικές παραγωγές και, δίνοντας σαν έξοδο το ποσοστό κάλυψης του φορτίου. Έτσι με το σύστημα ασαφούς συμπερασμού που αναπτύχθηκε μας δίνονται πολύ πιο γρήγορα αποτελέσματα για την κάλυψη του φορτίου εντός του μικροδικτύου από τις ΑΠΕ, χωρίς να σπαταληθεί χρόνος στη μαθηματική μοντελοποίηση του προβλήματος. ΛΕΞΕΙΣ-ΚΛΕΙΔΙΑ Μικροδίκτυο, διεσπαρμένη παραγωγή, φωτοβολταϊκά, ανεμογεννήτρια, ΑΠΕ, DC δίκτυο, AC δίκτυο, έξυπνος μετρητής, έλεγχος χρήστη, έλεγχος διαχειριστή δικτύου, αξιοπιστία, δίκτυο διανομής, Matlab, ασαφής λογική, διαχείριση ενέργειας, ελεγκτής KEY WORDS Micro grid, distributed generation, photovoltaic, wind turbine, RES, DC network, AC network, smart meter, user control, network administrator control, reliability, distribution network, Mat lab, fuzzy logic, energy management, controller 5

ΠΙΝΑΚΑΣ ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΩΝ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 Έξυπνη Πόλη 1.1 Έξυπνη πόλη και Μικροδίκτυο.... 15 1.2 Βασικά χαρακτηριστικά για τη λειτουργία μίας έξυπνης πόλης..18 1.3Προϋποθέσεις για να είναι ένα κτίριο ευφυές..20 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 - Διεσπαρμένη Παραγωγή Ηλεκτρικής Ενέργειας (Distributed Generation) 2.1Εισαγωγή.22 2.2 Τα βασικά χαρακτηριστικά της Διεσπαρμένης Παραγωγής...23 2.3 Παράγοντες που επηρεάζουν την επιλογή κατάλληλης διεσπαρμένης πηγής..24 2.4 Μονάδες Διεσπαρμένης Παραγωγής..27 2.5 Πλεονεκτήματα Διεσπαρμένης Παραγωγής 28 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 - Μικροδίκτυο 3.1Μικροδίκτυο (Micro grid).30 3.2Προσδιορισμός AC δικτύου.31 3.3 Προσδιορισμός DC Μικροδικτύου...32 3.4 Σημαντικότητα εμφάνισης των Dc Μικροδικτύων.33 3.5 Πλεονεκτήματα Μικροδικτύων 34 3.6 Δομή Μικροδικτύου...35 3.7 Έξυπνα Δίκτυα.36 6

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 - Ευφυής έλεγχος και Ασαφής Λογική 4.1Εισαγωγή στον Ευφυή έλεγχο και στην Ασαφή Λογική 39 4.2Βασικοί όροι.40 4.3 Συναρτήσεις συμμετοχής..42 4.4 Οι Πράξεις μεταξύ ασαφών συνόλων 45 4.5 Λεκτικοί Τροποποιητές ή Φράκτες.47 4.6 Ασαφείς Κανόνες..47 4.7 Έννοια Ασαφών Ελεγκτών.48 Κεφάλαιο 5-Διαχείριση ενέργειας 5.1 Εισαγωγή...51 5.2 Ενεργειακή Διαχείριση Κτιρίων.51 5.3Παροχή ενέργειας στο κτίριο..53 5.4 Περιγραφή του μικροδικτύου προσομοίωσης.. 54 5.4.1 Διαστασιολόγηση..55 5.4.2 Διαχείριση ενέργειας με τη χρήση fuzzy ελεγκτών..60 5.4.2.1Υλοποίηση Ελεγκτή 1. 61 5.4.2.2 Υλοποίηση Ελεγκτή 2..74 5.4.2.3 Σενάρια Αποτελέσματα..80 5.4.2.4Επιλογή κατάλληλων Φ/Β, Α/Γ,Η/Ζ 88 5.4.2.5 Συμπεράσματα-Προοπτικές 103 Αναφορές-Βιβλιογραφία 105 7

ΚΕΦΑΛΑΙΑ ΜΔΕρ Στο πρώτο κεφάλαιο, αναλύουμε τον τρόπο με τον οποίο μια συμβατική πόλη μπορεί να γίνει έξυπνη. Η ενσωμάτωση των έξυπνων κτιρίων, και των έξυπνων μετρητών συμβάλλει καθοριστικά στην παραπάνω μετατροπή. Επιπλέον η ένταξη των ΑΠΕ στα υπάρχοντα δίκτυα, μπορεί και είναι ικανή να βελτιώσει, την ποιότητα ζωής των ανθρώπων. Στο δεύτερο κεφάλαιο, εξηγείται η σημαντικότητα της διεσπαρμένης παραγωγής, και οι τρόποι με τους οποίους επιτυγχάνεται. Μία νέα ιδέα, μέσω της οποίας θα αντιμετωπιστούν διάφορα περιστατικά έλλειψης ηλεκτρικής ενέργειας, προβλήματα ποιότητας ισχύος, ή ακόμα και συνεχόμενα black out. Στο τρίτο κεφάλαιο, γίνεται εισαγωγή στην έννοια του μικροδικτύου, εφόσον αυτό θα μας απασχολήσει στη συνέχεια. Στόχος μας είναι να αντιμετωπίσουμε τα κτίρια, στα οποία θα πετύχουμε διαχείριση ενέργειας, σαν μια ενιαία οντότητα. Οι μικρές κατανεμημένες μονάδες παραγωγής του μικροδικτύου, θα παρέχουν υπηρεσίες εφεδρείας και ελεγχόμενης παροχής πραγματικής και άεργου ισχύος, θα δίνουν την δυνατότητα ομαλής μετάβασης σε νησιδοποιημένη λειτουργία και κάλυψη των τοπικών φορτίων. Στο τέταρτο κεφάλαιο, παρουσιάζεται η έννοια του ευφυούς ελέγχου, και γίνεται ανάλυση, με σκοπό την άμεση κατανόησή του. Η μέθοδος της ασαφούς λογικής θα μας απασχολήσει στη συνέχεια, αφού μέσω αυτής θα κατασκευάσουμε δύο ελεγκτές, οι οποίοι θα διαχειρίζονται την παραγωγή ενέργειας από τις ΑΠΕ, και θα υποδεικνύουν το πόσο καλή κάλυψη του φορτίου πετυχαίνουμε. Στο πέμπτο κεφάλαιο, αναλύουμε τον τρόπο με τον οποίο συνδέεται η ασαφής λογική και η διαχείριση ενέργειας του υπό μελέτη μικροδικτύου. Πραγματοποιείται η κατασκευή του μικροδικτύου με την ενσωμάτωση μονάδων ΑΠΕ, αφού πρώτα γίνει μελέτη και επεξεργασία των ενεργειακών καταναλώσεων των τριών κτιρίων του μικροδικτύου. 8

ΠΙΝΑΚΑΣ ΣΥΝΤΟΜΕΥΣΕΩΝ A/Γ: Ανεμογεννήτρια ΑΠΕ: Ανανεώσιμες Πηγές Ενέργειας Μ/Σ: Μετασχηματιστής ΣΗΕ: Συστήματα Ηλεκτρικής Ενέργειας ΗΕ: Ηλεκτρική Ενέργεια ΣΗΘ: Μονάδες Συμπαραγωγής Ηλεκτρισμού Θερμότητας DER: Διεσπαρμένη Παραγωγή Μονάδα Η/Ζ: Ηλεκτροπαραγωγό Ζεύγος ZEB: Zero Energy Building ΖΝΧ: Ζεστό νερό χρήσης ΕΛΟΤ: Ελληνικός Οργανισμός Τυποποίησης ΕΜΥ: Εθνική Μετεωρολογική Υπηρεσία MPP: Σημείο λειτουργίας μέγιστης ισχύος(φ/β) AVR: Αυτόματος σταθεροποιητής τάσης 9

ΠΙΝΑΚΑΣ ΣΧΗΜΑΤΩΝ Σχήμα 1.1: Απεικόνιση της έξυπνης πόλης Σχήμα 2.2.1 : Απεικόνιση διεσπαρμένης παραγωγής[9] Σχήμα 2.3.1:Επισκόπηση του μελλοντικού συστήματος ηλεκτρικής ενέργειας με υψηλή διείσδυση των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας[10] Σχήμα 2.3.2: Παράγοντες διαμόρφωσης smart grid[11] Σχήμα 2.3.3: Όραμα των Smart grids[11] Σχήμα 3.1:Τυπική διαμόρφωση μονάδων παραγωγής με δίκτυο χαμηλής εναλλασσόμενης τάσης[7] Σχήμα 3.3:Τυπική διαμόρφωση μονάδων παραγωγής για σύνδεση με δίκτυο συνεχής τάσης [7] Σχήμα3.5: Απλοποιημένη τοπολογία μικροδικτύου Σχήμα 3.7: Αναπαράσταση έξυπνου δικτύου Σχήμα 4.1:Χαρακτηριστική συνάρτηση συμμετοχής ενός κλασσικού ή crisp συνόλου (αριστερά) και ενός ασαφούς συνόλου (δεξιά) [12] Σχήμα 4.2.1:Παράδειγμα τριγωνικών συναρτήσεων συμμετοχής από το fuzzy toolbox του matlab [12] Σχήμα 4.2.2:Παράδειγμα τραπεζοειδών συναρτήσεων συμμετοχής από το fuzzy toolbox του matlab [12] Σχήμα 4.2.3:Παράδειγμα καμπανοειδών συναρτήσεων συμμετοχής από το fuzzy toolbox του matlab. 10

Σχήμα 4.2.4:Παράδειγμα γκαουσιανής συνάρτησης συμμετοχής από το fuzzy toolbox του matlab Σχήμα 4.2.5:Παράδειγμα σιγμοειδών συναρτήσεων συμμετοχής από το fuzzy toolbox του matlab. Σχήμα 4.3.1:Τομή 2 ασαφών συνόλων[16] Σχήμα 4.3.2:Γινόμενο 2 ασαφών συνόλων[16] Σχήμα 4.3.3: Ένωση 2 ασαφών συνόλων[16] Σχήμα 4.3.4:Αλγεβρικό άθροισμα 2 ασαφών συνόλων[16] Σχήμα 4.3.5:Συμπλήρωμα ενός ασαφούς συνόλου[16] Σχήμα 4.6.1:Βαθμίδες ενός ασαφούς ελεγκτή[13] Σχήμα 5.2:Ενεργειακή πολιτική που ακολουθεί ένας διαχειριστής κτιρίου[17] Σχήμα 5.4: Αναπαράσταση μικροδικτύου συνδεδεμένο με το εθνικό δίκτυο Πίνακας 5.4.1.1:Μηνιαίες καταναλώσεις για το κτίριο-1 Σχήμα 5.4.1.2:Γραφική απεικόνιση των μηνιαίων καταναλώσεων στο κτίριο-1 Πίνακας 5.4.1.3:Μηνιαίες καταναλώσεις για το κτίριο-2 Σχήμα 5.4.1.4: Γραφική απεικόνιση των μηνιαίων καταναλώσεων στο κτίριο-2 Πίνακας 5.4.1.5:Μηνιαίες καταναλώσεις για το κτίριο-3 Σχήμα 5.4.1.6:Γραφική απεικόνιση των μηνιαίων καταναλώσεων στο κτίριο-3 Σχήμα 5.4.1.7:Καμπύλη ενέργειας για την Α/Γ των 50KW Σχήμα 5.4.1.8:Καμπύλη ισχύος 11

Σχήμα 5.4.2:Επεξεργαστής του Ασαφούς Συστήματος Συμπερασμού Σχήμα 5.4.2.1:Γενικό μοντέλο του πρώτου ελεγκτή Σχήµα 5.4.2.2:Επίδραση της θερμοκρασίας στην I-V χαρακτηριστική ενός ηλιακού κελιού[19] Σχήμα 5.4.2.3 :Είσοδος-θερμοκρασία Σχήμα 5.4.2.4:Επίδραση της ηλιακής ακτινοβολίας στην I-V χαρακτηριστική ενός ηλιακού κελιού[19] Σχήμα 5.4.2.6:Είσοδος- σκιές Σχήμα 5.4.2.7:Είσοδος-ταχύτητα ανέμου Σχήμα 5.4.2.8:Καμπύλη ισχύος Σχήμα 5.4.2.9 :Είσοδος-ταχύτηταα ανέμου Σχήμα 5.4.2.10:Είσοδος βήμα πτερυγίου Σχήμα 5.4.2.11:Έξοδος παραγωγή Φ/Β Σχήμα 5.4.2.12 :Έξοδος-παραγωγή Α/Γ Σχήμα 5.4.2.13:Πίνακας διατύπωσης κανόνων Σχήμα 5.4.2.14:Πίνακας διατύπωσης κανόνων Σχήμα 5.4.2.15:Πίνακας διατύπωσης κανόνων Σχήμα 5.4.2.16:Πίνακας διατύπωσης κανόνων Σχήμα 5.4.2.17:Πίνακας διατύπωσης κανόνων Σχήμα 5.4.2.18:Παράθυρο διαμόρφωσης κανόνων 12

Σχήμα 5.4.2.19: Αποτελέσματα ασαφούς συστήματος συμπερασμού Σχήμα 5.4.2.20: Αποτελέσματα ασαφούς συστήματος συμπερασμού Σχήμα 5.4.2.2.1:Γενικό μοντέλο του δεύτερου ελεγκτή Σχήμα 5.4.2.2.2 :Είσοδος -Παραγωγή Φ/Β Σχήμα 5.4.2.2.3:Είσοδος Παραγωγή Α/Γ Σχήμα 5.4.2.2.4:Έξοδος Κάλυψη φορτίου Σχήμα 5.4.2.2.5:Ηλεκτροπαραγωγό Ζεύγος Σχήμα 5.4.2.2.6:Έξοδος-Η/Ζ Σχήμα 5.4.2.2.7:Διατύπωση κανόνων Σχήμα 5.4.2.2.8:Τρόπος Διατύπωσης κανόνων για τον δεύτερο ελεγκτή Σχήμα 5.4.2.2.9:Αποτελέσματα του ασαφούς συστήματος συμπερασμού του δεύτερου ελεγκτή Σχήμα 5.4.2.3.1:Αποτέλεσματα του ασαφούς συστήματος συμπερασμού για το πρώτο σενάριο Σχήμα 5.4.2.3.2:Αποτέλεσματα του ασαφούς συστήματος συμπερασμού για το πρώτο σενάριο Σχήμα 5.4.2.3.3:Αποτέλεσματα του ασαφούς συστήματος συμπερασμού για το δεύτερο σενάριο Σχήμα 5.4.2.3.4:Αποτέλεσματα του ασαφούς συστήματος συμπερασμού για το δεύτερο σενάριο 13

Σχήμα 5.4.2.3.5:Αποτέλεσματα του ασαφούς συστήματος συμπερασμού για το τρίτο σενάριο Σχήμα 5.4.2.3.6:Αποτέλεσματα του ασαφούς συστήματος συμπερασμού για το τρίτο σενάριο Σχήμα 5.4.2.3.7:Αποτέλεσματα του ασαφούς συστήματος συμπερασμού για το τέταρτο σενάριο Σχήμα 5.4.2.3.8:Αποτέλεσματα του ασαφούς συστήματος συμπερασμού για το τέταρτο σενάριο 14

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 Έξυπνη πόλη Μεγάλο ενδιαφέρον εμφανίζει η διασύνδεση μικρών μονάδων παραγωγής στα συστήματα διανοµής χαµηλής τάσης, που αποτελούν ένα νέο τύπο συστήματος ισχύος που ονοµάζεται Μικροδίκτυο (Microgrid). Τα µικροδίκτυα µπορούν να συνδέονται στο κεντρικό δίκτυο ισχύος ή µπορούν να λειτουργούν αυτόνοµα. Το κύριο χαρακτηριστικό τους είναι ότι οι μονάδες παραγωγής παρέχουν τόση ηλεκτρική ενέργεια, ώστε να καλύπτονται, ανά πάσα στιγµή, οι απαιτήσεις των καταναλωτών, δηλαδή η παραγωγή ακολουθεί συνεχώς το φορτίο. Η προσαρμοστικότητα του συστήματος ενέργειας στις ανάγκες των καταναλωτών, που οδηγεί στην ελαχιστοποίηση της συνολικής κατανάλωσης ενέργειας και στην αυξημένη αξιοπιστία του, είναι από τα βασικότερα πλεονεκτήματα του. Για να είναι εφικτή η δημιουργία του μικροδικτύου, απαραίτητη προϋπόθεση είναι η δημιουργία μιας έξυπνης πόλης, η οποία θα εντάξει νέες τεχνολογίες με σκοπό την ομαλότερη ένταξη των μικροδικτύων στο υπάρχον κύριο δίκτυο. Η νέα εποχή των ενεργειακών πόλεων είναι προ των πυλών, με τα έξυπνα δίκτυα, τους έξυπνους μετρητές και τα έξυπνα κτίρια να διαμορφώνουν τις πόλεις του μέλλοντος, όπως παρατηρούμε και στο σχήμα 1.1. Σχήμα 1.1: Απεικόνιση της έξυπνης πόλης 15

Τα παρακάτω δεδομένα φαίνεται πως θα αλλάξουν το ενεργειακό τοπίο και θα επηρεάσουν τον τρόπο σκέψης, σχεδιασμού και κατασκευής των κτιρίων, του δημόσιου, οικιακού και εμπορικού τομέα, όπως επίσης και τον μελλοντικό τρόπο με τον οποίο θα λειτουργεί στο σύνολό της μία πόλη. [1] Τα δεδομένα και οι επικρατούσες τάσεις Η παγκόσμια στροφή στην παραγωγή ενέργειας από ανανεώσιμες πηγές ενέργειας για την ταχύτερη δυνατή απεμπλοκή από τα ορυκτά καύσιμα. Μέχρι το 2020, σύμφωνα με τις ευρωπαϊκές οδηγίες οι οποίες ενσωματώθηκαν στην εθνική νομοθεσία, το 80% των συμβατικών μετρητών ηλεκτρικού ρεύματος της επικρατείας θα έχουν αντικατασταθεί με έξυπνους μετρητές. Η ηλεκτροκίνηση αποτελεί πλέον βασική προτεραιότητα των εταιριών κατασκευής αυτοκινήτων. 1.1 Έξυπνη πόλη και μικροδίκτυο Ο ρόλος του κτιρίου ως καταναλωτής Σε όλα τα κτίρια βρίσκονται εγκατεστημένοι συμβατικοί μετρητές ηλεκτρικής ενέργειας, οι οποίοι καταγράφουν τις αντίστοιχες καταναλώσεις. Στη συνέχεια κάποιοι υπάλληλοι-καταγραφείς περνάνε από όλους τους μετρητές, και καταγράφουν τις ενδείξεις, τις οποίες στη συνέχεια μεταφέρουν στον πάροχο ηλεκτρικής ενέργειας, ο οποίος εκδίδει τον λογαριασμό και τον αποστέλλει στον καταναλωτή. Τότε ο καταναλωτής μαθαίνει την ηλεκτρική ενέργεια που κατανάλωσε. Είναι όμως αργά καθότι δεν μπορεί να κάνει τίποτα για να βελτιστοποιήσει την ενεργειακή του συμπεριφορά αφού δεν είχε ενημέρωση σε πραγματικό χρόνο. Ο ρόλος του κτιρίου ως καταναλωτής-παραγωγός Τα τελευταία χρόνια, με την υποστήριξη της Ευρωπαϊκής Ένωσης και του κράτους, έχουν εγκατασταθεί σε πολλά κτίρια, πολλά συστήματα ΑΠΕ και ιδιαίτερα φωτοβολταϊκά συστήματα. Τα κτίρια με εγκατεστημένες ΑΠΕ συμπεριφέρονται τόσο ως καταναλωτές, άρα ζητάνε ενέργεια από το δίκτυο, όσο και ως παραγωγοί, οπότε πουλάνε την παραγόμενη ενέργειά τους στο δίκτυο. Η ηλεκτρική ενέργεια που παράγεται από τα φωτοβολταικά συστήματα αποτελεί συνήθως επενδυτικό προϊόν και γι αυτό η απόδοσή τους παρακολουθείται σε 16

πραγματικό χρόνο από εξειδικευμένα συστήματα τηλεμετρίας με απώτερο στόχο την ενημέρωση του ιδιοκτήτη για την απόδοση της επένδυσής του. [1] Προβλήματα και περιορισμοί της τωρινής λειτουργίας μιας πόλης Με τον τρόπο που λειτουργεί μία πόλη σήμερα υπάρχουν τα εξής προβλήματα και περιορισμοί: Ο διαχειριστής του δικτύου ηλεκτρικής ενέργειας δεν έχει εικόνα της κατανάλωσης ανά καταναλωτή σε πραγματικό χρόνο. Αυτό δημιουργεί μεγάλα προβλήματα διαχείρισης και συντονισμού στην μεταφορά και στη διανομή της ηλεκτρικής ενέργειας. Φανταστείτε τις δυνατότητες λήψης αποφάσεων σε επίπεδο ενεργειακής πολιτικής μόνο και μόνο με το να ξέρει ένα κράτος σε πραγματικό χρόνο το ενεργειακό του αποτύπωμα. Επιπλέον η μη καταγραφή σε πραγματικό χρόνο, επιτρέπει την κλοπή της ηλεκτρικής ενέργειας στα διάφορα σημεία του δικτύου διανομής. Ο διαχειριστής του δικτύου δεν μπορεί να αξιοποιήσει στο μέγιστο την αποκεντρωμένη παραγωγή περίσσιας ηλεκτρικής ενέργειας από ΑΠΕ. Όπως ειπώθηκε και παραπάνω, υπάρχει ήδη ένας μεγάλος αριθμός εγκατεστημένων φωτοβολταϊκών συστημάτων σε κτίρια κάθε τύπου. Το πρόβλημα είναι ότι υπάρχει αποκεντρωμένη παραγωγή περίσσιας ηλεκτρικής ενέργειας την οποία δεν μπορεί να την αξιοποιήσει το δίκτυο στο σύνολό του καθότι δεν υπάρχει ένα έξυπνο δίκτυο (smart grid) το οποίο να διοχετεύει την παραγόμενη ενέργεια όπου είναι απαραίτητη. Πως θα λειτουργεί μία ενεργειακά έξυπνη πόλη; Βασικό χαρακτηριστικό μίας έξυπνης πόλης θα είναι η πλήρης αξιοποίηση της παραγόμενης περίσσιας ηλεκτρικής ενέργειας από ΑΠΕ καθώς αυτή θα μπορεί να διοχετεύεται στις αντίστοιχες περιοχές της πόλης που είναι απαραίτητη. Επιταχύνεται δραστική μείωση της κατανάλωσης ενέργειας η οποία παράγεται από ορυκτά καύσιμα, μείωση των εκπομπών CO2 και κατά συνέπεια εξοικονόμηση φυσικών και οικονομικών πόρων. Τέλος μία έξυπνη πόλη θα πρέπει να υποστηρίξει και να διαχειριστεί την ανερχόμενη αγορά του ηλεκτρικού αυτοκινήτου. 17

1.2 Βασικά χαρακτηριστικά για τη λειτουργία μίας έξυπνης πόλης: 1. Το έξυπνο δίκτυο (Smart Grid) Όταν αναφερόμαστε στο έξυπνο δίκτυο (Smart Grid) εννοούμε ένα μοντέρνο Ηλεκτρικό Δίκτυο το οποίο χρησιμοποιεί Τεχνολογίες Πληροφοριακών και Επικοινωνιακών Συστημάτων (ICT-Information and Communications Technologies) για τη συλλογή πληροφοριών που σχετίζονται με τους παρόχους και τους καταναλωτές ηλεκτρικής ενέργειας. Επιπλέον το έξυπνο δίκτυο μπορεί και καθορίζει την ανταπόκρισή του ανάλογα με τις συλλεγόμενες πληροφορίες. Προκειμένου να λειτουργήσει ένα έξυπνο δίκτυο χρειάζονται κατάλληλες μετρητικές διατάξεις, οι οποίες θα συλλέγουν σε πραγματικό χρόνο, τόσο την καταναλισκόμενη, όσο και την αποκεντρωμένα, παραγόμενη ηλεκτρική ενέργεια των βασικών καταναλωτών μίας πόλης, δηλαδή τα κτίρια. Τέτοιες διατάξεις είναι οι έξυπνοι μετρητές ηλεκτρικής ενέργειας οι οποίοι προσφέρουν τη λεγόμενη έξυπνη μέτρηση (smart metering). [1] 2. Ο έξυπνος μετρητής Οι έξυπνοι μετρητές αποτελούν το βασικό παράγοντα για την ανάπτυξη και την λειτουργία των έξυπνων δικτύων. Ένας έξυπνος μετρητής είναι αμφίδρομης επικοινωνίας και μετατρέπει ένα παθητικό καταναλωτή σ ένα ενεργό καταναλωτή, επιτρέποντας του να αλληλεπιδρά με το δίκτυο και κατά συνέπεια να συμμετέχει στην εξοικονόμηση ενέργειας της πόλης. Έτσι ο ίδιος ο καταναλωτής θα επωφελείται εξοικονομώντας χρήματα, από τα επερχόμενα πολυζωνικά τιμολόγια χρέωσης της ηλεκτρικής ενέργειας, αρκεί να έχει την υποδομή να τα αξιοποιήσει. Σε περίπτωση που σ ένα κτίριο υπάρχει εγκαταστημένο ένα σύστημα ΑΠΕ π.χ. ένα φωτοβολταϊκό σύστημα, ένας έξυπνος μετρητής θα μεταδίδει τα χαρακτηριστικά της παραγόμενης ηλεκτρικής ενέργειας από τις ΑΠΕ. [1] 18

Μερικές από τις βασικές λειτουργίες των έξυπνων μετρητών είναι οι παρακάτω : Μέτρηση της ηλεκτρικής ενέργειας εξ αποστάσεως σε πραγματικό χρόνο από τον διαχειριστή του δικτύου Δυνατότητα απομακρυσμένης διακοπής και επανασύνδεσης του καταναλωτή Ασφαλής μετάδοση των μετρητικών δεδομένων Πρόληψη και ανίχνευση της κλοπής ρεύματος Ο καταναλωτής μπορεί να έχει σε πραγματικό χρόνο τα δεδομένα της κατανάλωσής του προκειμένου να προσαρμόζει την ενεργειακή του συμπεριφορά. [1] 3. Το έξυπνο κτίριο (Smart-grid ready building) Για να υπάρξει έξυπνη πόλη απαραίτητη προϋπόθεση είναι τα έξυπνα κτίρια. Η αντικατάσταση των συμβατικών μετρητών με έξυπνους μετρητές ηλεκτρικής ενέργειας είναι ένα πολύ σπουδαίο πρώτο βήμα αλλά όχι αρκετό καθώς, μετρώντας μόνο την ηλεκτρική ενέργεια δεν σημαίνει ότι αυτή θα αξιοποιηθεί στο μέγιστο. Τις τελευταίες δύο δεκαετίες η έννοια του έξυπνου κτιρίου και οι τεχνολογίες ανάπτυξης αυτού λαμβάνουν όλο και περισσότερη προσοχή. Πολλοί ορισμοί έχουν προταθεί προκειμένου να εκφραστεί το τι είναι ένα έξυπνο κτίριο αλλά καθώς η βιομηχανία κατασκευής κτιρίων και η τεχνολογία των επικοινωνιών αναπτύσσεται, μοιραία αλλάζει και ο τρόπος με τον οποίο προσεγγίζουμε την έννοια του έξυπνου κτιρίου. Τα ευφυή κτίρια έτσι μπορούν να λειτουργούν πάντοτε προς όφελος του χρήστη, να είναι ευέλικτα και προσαρμοστικά στις αλλαγές του καιρού, να εκμεταλλεύονται τους φυσικούς πόρους μέσω συστημάτων αυτοματισμού και ελέγχου και, το σημαντικότερο, να κάνουν οικονομία ενέργειας.[1] 19

1.3 Προϋποθέσεις για να είναι ένα κτίριο ευφυές 1.Προσαρμοστικότητα στο κλίμα Ένα κτίριο, το οποίο είναι ικανό να αλλάζει συμπεριφορά ανάλογα με την εποχή είναι σίγουρα υψηλής ευφυΐας. Στην περίπτωση που η εξωτερική θερμοκρασία αρχίζει να αυξάνεται, το έξυπνο κτίριο θέτει αυτομάτως σε λειτουργία τους ανεμιστήρες, ενώ μόνο όταν η ζέστη δεν είναι πλέον ανεκτή αρχίζουν να λειτουργούν τα κλιματιστικά. Το γεγονός αυτό είναι σημαντικό αν σκεφτεί κανείς ότι οι περισσότεροι από εμάς ζούμε και εργαζόμαστε, ιδιαίτερα κατά τους θερινούς μήνες, σε συνθήκες συνεχούς κλιματισμού.[8] 2.Φυσική θέρμανση και δροσιά Ένα ευφυές κτίριο οφείλει να εκμεταλλεύεται όσο το δυνατόν περισσότερο την ηλιακή ενέργεια. Όσο για τον φυσικό αερισμό και τη δροσιά επιτυγχάνονται μέσω των παραθύρων, όταν φυσικά αυτό επιτρέπεται από τις εξωτερικές συνθήκες, καθώς και μέσω των ανεμιστήρων οροφής και σε μικρότερο βαθμό από τον κλιματισμό. Το υψηλό IQ των συγκεκριμένων κτιρίων έχει προβλέψει ακόμη και τον νυχτερινό αερισμό, ο οποίος παρέχεται συνήθως από εξαεριστήρες οροφής ή απλώς με τη βοήθεια ανοιχτών παραθύρων.[8] 3.Φυσικός φωτισμός Το στοιχείο που καταδεικνύει περισσότερο από κάθε άλλο τον υψηλό δείκτη νοημοσύνης ενός κτιρίου είναι η ύπαρξη φυσικού φωτός. Ένα ευφυές κτίριο διαθέτει παράθυρα και φεγγίτες, ώστε ο τεχνητός φωτισμός να χρησιμοποιείται μόνο συμπληρωματικά και προφανώς αφού αρχίσει να σκοτεινιάζει. Όταν μάλιστα πρόκειται για κτίριο γραφείων υπάρχουν πλαϊνά παράθυρα ώστε όλες οι θέσεις εργασίες να εξυπηρετούνται με φυσικό φως, ενώ έχει επίσης προβλεφθεί και ο φωτισμός εργασίας,δηλαδή το τεχνητό φως για κάθε εργαζόμενο χωριστά.[8] 4.Αυτοέλεγχος του κτιρίου και οικονομία ενέργειας Έξυπνο κτίριο δεν σημαίνει πάντα και περισσότερες μηχανολογικές εγκαταστάσεις. Απλώς και αυτές είναι σχεδιασμένες ώστε να συμπεριφέρονται και να αντιδρούν έξυπνα. Αν, για παράδειγμα, ένα σύννεφο εμφανιστεί ξαφνικά στον ουρανό, ο τεχνητός φωτισμός εντείνεται. Αν οι αισθητήρες του κτιρίου δεν αντιλαμβάνονται πλέον την ύπαρξη ατόμων στον χώρο τα φώτα σβήνουν αυτομάτως. Εξάλλου ο κλιματισμός και η θέρμανση τίθενται σε λειτουργία ανάλογα με την εξωτερική θερμοκρασία. Με αυτό τον τρόπο επιτυγχάνεται μείωση στη κατανάλωση ενέργειας, τουλάχιστον κατά το ήμισυ, σε σύγκριση με τα συμβατικά κτίρια.[8] 20

5.Υλικά Τα υλικά που χρησιμοποιούνται για την κατασκευή των συγκεκριμένων κτιρίων δεν διαφέρουν ιδιαίτερα από εκείνα των αντίστοιχων συμβατικών. Απλώς πρόκειται για υλικά που αντέχουν περισσότερο στον χρόνο, έχουν ελάχιστη ανάγκη συντήρησης και συμβάλλουν στην εξοικονόμηση ενέργειας.[8] Συνεργασία» με το περιβάλλον Η ανάγκη για μια διαφορετική φιλοσοφία όσον αφορά τον σχεδιασμό των κτιρίων άρχισε να φαίνεται τη δεκαετία του '70, κατά τη διάρκεια της πρώτης ενεργειακής κρίσης. Τότε άρχισε να επαναπροσδιορίζεται σταδιακά η σχέση μεταξύ κτιρίου και χρήστη, καθώς και η αναγκαιότητα της «συνεργασίας» του κτιρίου με το εξωτερικό περιβάλλον. Και αυτό ακριβώς πρεσβεύει η βιοκλιματική αρχιτεκτονική. Στοχεύει στην κατασκευή κτιρίων φιλικών προς το περιβάλλον, που παρέχουν ταυτόχρονα στους χρήστες άνεση και καλύτερες συνθήκες ζωής και εργασίας. [8] 21

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 Διεσπαρμένη Παραγωγή Ηλεκτρικής Ενέργειας (Distributed Generation) 2.1Εισαγωγή Η πλειοψηφία των ηλεκτρικών δικτύων ανά τον κόσμο δομήθηκε πάνω στην διαπίστωση ότι το κόστος της παραγόμενης ενέργειας μειώνεται με την αύξηση του μεγέθους των σταθμών παραγωγής ενέργειας. Η διαπίστωση αυτή ήταν καθοριστικός παράγοντας για την δομή των ηλεκτρικών δικτύων, καθώς τα βασικότερα κριτήρια για την ηλεκτροπαραγωγή ήταν το κόστος και η απόδοση. Έτσι οι νέοι θερμικοί σταθμοί, είτε αυτοί χρησιμοποιούσαν λιγνίτη ή πετρέλαιο, είτε πυρηνικά καύσιμα, κατασκευάζονταν με όλο και μεγαλύτερη ισχύ ώστε να μειωθεί το κόστος της παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας. Το κριτήριο αυτό άφηνε σε δεύτερη μοίρα παράγοντες οι οποίοι σχετίζονταν με το μέγεθος και την τοποθεσία των ηλεκτρικών σταθμών παραγωγής όπως το περιβαλλοντικό κόστος και την εκμετάλλευση της παραγόμενης θερμότητας. Η πρακτική αυτή είχε ως αποτέλεσμα την γιγαντοποίηση των θερμικών σταθμών παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας, παράλληλα με την κατασκευή ολοένα και μεγαλύτερων δικτύων μεταφοράς της ηλεκτρικής ενέργειας με γραμμές υψηλής και πολύ υψηλής τάσης (μέχρι και 700KV). Μέχρι και τώρα λοιπόν, ένα τυπικό ηλεκτρικό δίκτυο, βασίζεται στην συγκεντρωμένη παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας από λίγους και μεγάλης ισχύος σταθμούς, την μεταφορά της σε αστικά κέντρα με γραμμές υψηλής τάσης και στη συνέχεια τη διανομή της ηλεκτρικής ενέργειας με γραμμές μέσης και χαμηλής τάσης. [2] Μέχρι τώρα βασικότερος παράγοντας καθορισμού της περιοχής εγκατάστασης ενός μεγάλου εργοστασίου παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας, ήταν αφενός η εύκολη μεταφορά της πρώτης ύλης που θα χρησιμοποιεί και κατά δεύτερο η εύκολη απόρριψη της παραγόμενης θερμότητας. Η πρακτική αυτή θεωρείται όχι μόνο σπάταλη, αλλά και επιζήμια για το περιβάλλον. Και ο λόγος είναι ότι η απόδοση των θερμικών εργοστασίων παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας είναι μικρή (το πολύ 30% έως 35% σε μονάδες συνδυασμένου κύκλου), καθώς το μεγαλύτερο μέρος της πρωτογενούς ενέργειας (1/2 έως και 3/4 αυτής) χάνεται υπό μορφή θερμότητας (ζεστό νερό ή υδρατμός). 22

Διεσπαρμένη Παραγωγή Η ιδέα της διεσπαρμένης παραγωγής εισήχθη από το Ινστιτούτο Ερευνών Ηλεκτρικής Ενέργειας (EPRI) στις αρχές του 90. Το EPRI ορίζει ως διεσπαρμένη παραγωγή «την ολοκληρωμένη ή αυτόνομη χρήση μικρών ενεργειακών μονάδων από εγκαταστάσεις, πελάτες ή τρίτους, σε εφαρμογές που ωφελούν το ηλεκτρικό σύστημα, συγκεκριμένους καταναλωτές, ή και τους δύο». Γενικά, ως διεσπαρμένη παραγωγή μπορεί να οριστεί «η παραγωγή ηλεκτρικής ισχύος μέσα σε ένα διεσπαρμένο δίκτυο ή στο δίκτυο αλλά στη μεριά του καταναλωτή»,όπως φαίνεται και στο σχήμα 2.2.1. [5] 2.2 Τα βασικά χαρακτηριστικά της διεσπαρμένης παραγωγής είναι: Η διεσπαρμένη παραγωγή δεν είναι κεντρικά σχεδιαζόμενη και αναπτυσσόμενη (από την εταιρεία ηλεκτρισμού). Δεν υπάρχει κεντρικός προγραμματισμός λειτουργίας των μονάδων από το διαχειριστή του συστήματος. Η ισχύς των μονάδων που εγκαθίστανται δεν υπερβαίνει τα 50-100 MW αλλά συνήθως είναι της τάξης κάποιων ΚW. Είναι συνδεδεμένη στο δίκτυο διανομής Σχήμα 2.2.1 : Απεικόνιση διεσπαρμένης παραγωγής[9] 23

2.3 Παράγοντες που επηρεάζουν την επιλογή κατάλληλης διεσπαρμένης πηγής Εφεδρική ισχύς Για να αποκτήσουμε ένα οικονομικό σύστημα παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας DER όταν το κεντρικό δίκτυο είναι εκτός λειτουργίας, πρέπει πρώτα να υπολογιστεί πόσο συχνά το DER θα πρέπει να ξεκινήσει και πόσες ώρες το χρόνο θα πρέπει να λειτουργήσει. Για τις εφεδρικές εφαρμογές ισχύος τα καύσιμα και τα κόστη συντήρησης είναι χαμηλά επειδή οι διακοπές λειτουργίας συνήθως συμβαίνουν μόνο λίγες ώρες ανά έτος, και κατά συνέπεια τα κόστη κεφαλαίου θα πρέπει να είναι χαμηλά. Οι κινητήρες πετρελαίου αποτελούν μία πολύ φθηνή επιλογή, αλλά μπορούν να παρουσιάσουν περιβαλλοντικές προκλήσεις. Οι μηχανές φυσικού αερίου και διπλών καυσίμων είναι πιο φιλικές προς το περιβάλλον από τα πετρελαιοκίνητα οχήματα. Επιπλέον, οι μικροτουρμπίνες μπορεί αποτελούν μια καλή επιλογή για τις μικρές εφαρμογές (λιγότερο από 100 KW) και οι στρόβιλοι καύσης μπορεί να είναι καλοί για τις μεγαλύτερες εφαρμογές, όπου το φυσικό αέριο είναι διαθέσιμο και οι εκπομπές είναι πρόβλημα. Τα συστήματα UPS είναι καλά ταιριασμένα στις εφαρμογές όπου οι διακοπές λειτουργίας διαρκούν λιγότερο από περίπου 15 λεπτά.[3] Χαμηλού Κόστους Ενέργεια. Αν το καύσιμο χαμηλού κόστους είναι διαθέσιμο, ή της ηλεκτρικής ενέργειας τα ποσοστά είναι υψηλά σε κάποια περιοχή, ή και τα δύο, μπορεί κάποιος να ελαττώσει το λογαριασμό ρεύματος με την παραγωγή ενός μέρους ή του σύνολο της ισχύος του. Οι τουρμπίνες καύσης προτιμώνται για μεγαλύτερες εφαρμογές καθώς έχουν χαμηλότερο κόστος συντήρησης και πολύ χαμηλότερες εκπομπές από τις παλινδρομικές μηχανές. Τα φωτοβολταϊκά, αν και έχουν υψηλό κόστος, έχουν μεγάλη διάρκεια ζωής. Οι ανεμογεννήτριες είναι λιγότερο ακριβές από τις συστοιχίες φωτοβολταϊκών και σε περιοχές με υψηλές μέσες ταχύτητες ανέμου, μπορούν να προσφέρουν μια σημαντική ποσότητα ενέργειας. Τα υβριδικά συστήματα όπως τα φωτοβολταϊκά ή αιολικά με μπαταρίες, είναι πιο ακριβά, αλλά λειτουργούν πέρα από μια ευρύτερη σειρά των κοστών καυσίμων και των εφαρμογών από τις ενιαίες τεχνολογίες. [3] Αυτόνομα συστήματα Μια πηγή μπορεί να λειτουργεί εικοσιτέσσερις ώρες το εικοσιτετράωρο και συνεχώς να ταιριάζει την παραγωγή με τη ζήτηση. Επομένως, απαιτείται υψηλή απόδοση για την ελαχιστοποίηση του κόστους των καυσίμων και των εκπομπών. Τα κόστη συντήρησης είναι επίσης ένας σοβαρός παράγοντας, και η αξιοπιστία ένας ακόμα ύψιστης σημασίας. Οι μηχανές και οι στρόβιλοι καύσης είναι συχνά οι 24

πρώτες επιλογές από την άποψη του κόστους κεφαλαίου. Οι μηχανές και οι μικροτουρμπίνες προτιμώνται συνήθως για τις μικρότερες εφαρμογές, ενώ οι στρόβιλοι καύσης για τις μεγαλύτερες. Οι κυψέλες καυσίμου είναι ακριβότερες στο να εγκατασταθούν αλλά και πιο επιθυμητές από περιβαλλοντική άποψη. Τα φωτοβολταϊκά, οι ανεμοστρόβιλοι, και τα υβριδικά συστήματα είναι ωφέλιμα σε περιοχές χωρίς επαρκείς προμήθειες ορυκτών καυσίμων ή όπου η περιβαλλοντική αδειοδότηση είναι δύσκολη, καθώς και σε εφαρμογές εκτός δικτύου όπου οι επεκτάσεις του δικτύου είναι πολύ ακριβές.[3] Σχήμα 2.3.1: Επισκόπηση του μελλοντικού συστήματος ηλεκτρικής ενέργειας με υψηλή διείσδυση των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας[10] 25

Σχήμα 2.3.2: Παράγοντες διαμόρφωσης smartgrid [11] Σχήμα 2.3.3: Όραμα Smartgrids [11] 26

2.4 Μονάδες Διεσπαρμένης Παραγωγής Τα Φ/Β συστήματα Τα Φ/Β συστήματα αποτελούνται από συστοιχίες πάνελ (κατά βάση πυριτίου) που μετατρέπουν την ηλιακή ενέργεια σε ηλεκτρική υπό συνεχή τάση (DC) και από κυκλώματα ισχύος, τους αντιστροφείς (inverters) που μετατρέπουν την συνεχή τάση σε εναλλασσόμενη (ΑC), κατάλληλη για το δίκτυο. Η εγκατεστημένη ισχύς των Φ/Β συστημάτων κυμαίνεται συνήθως από μερικά KW έως μερικές εκατοντάδες MW στα πολύ μεγάλα Φ/Β πάρκα, τα οποία όμως λόγω της υψηλής ισχύος συνδέονται απευθείας στο σύστημα μεταφοράς(εντάσσονται στη διεσπαρμένη παραγωγή). Οι Ανεμογεννήτριες (αιολικά πάρκα) Η ονομαστική ισχύς μιας ανεμογεννήτριας κυμαίνεται συνήθως από 200 KW μέχρι 2MW. Όσον αφορά τις ανεμογεννήτριες που προορίζονται για υπεράκτια αιολικά πάρκα, η ονομαστική τους ισχύς μπορεί να φτάσει έως και 8MW. Η εγκατεστημένη ισχύς ενός αιολικού πάρκου κυμαίνεται από μερικά MW μέχρι 1-2GW, με τις πολύ μεγάλες εγκαταστάσεις να απαιτούν την σύνδεση απευθείας στο σύστημα μεταφοράς. Οι μονάδες βιομάζας-βιοκαυσίμων Οι μονάδες βιομάζας- βιοκαυσίμων είναι μικρές μονάδες παρόμοιες με τις συμβατικές με τη διαφορά ότι ως καύσιμο χρησιμοποιούν βιομάζα ή βιοκαύσιμο. Οι μονάδες εντάσσονται στις ΑΠΕ επειδή δεν αλλοιώνουν το ισοζύγιο του CO2 και δεν παράγουν τοξικά καυσαέρια, όπως τα οξείδια του θείου και του αζώτου. Η εγκατεστημένη ισχύς τους ποικίλει από μερικά KW μέχρι μερικά MW. Οι μικροί υδροηλεκτρικοί σταθμοί Σε αντίθεση με τα μεγάλα υδροηλεκτρικά εργοστάσια, οι μικροί σταθμοί εκμεταλλεύονται την φυσική ροή και τις φυσικές υδατοπτώσεις του νερού χωρίς την κατασκευή τεχνιτών λιμνών και μεγάλων φραγμάτων. Επιπλέον, η εγκατεστημένη ισχύ τους φθάνει μέχρι τα 300KW. Οι μονάδες Συμπαραγωγής Ηλεκτρισμού-Θερμότητας (ΣΗΘ) (CHP Cogeneration) Το κύριο πλεονέκτημα της ΣΗΘ είναι η καλύτερη αξιοποίηση του ενεργειακού περιεχομένου του καυσίμου σε σύγκριση με τις απλές βιομηχανικές εγκαταστάσεις που παράγουν ατμό ή θερμό νερό για τις ανάγκες κάποιου σταδίου της παραγωγικής τους διαδικασίας και ταυτόχρονα αγοράζουν το ρεύμα που χρειάζονται για άλλες διεργασίες από προμηθευτές ΗΕ. Τα συστήματα συμπαραγωγής αποτελούνται από τρία βασικά μέρη, έναν κινητήρα για την 27

οδήγηση μιας γεννήτριας (συνήθως ατμοστρόβιλος, αεριοστρόβιλος ή σε μικρότερες εφαρμογές εμβολοφόρος μηχανή εσωτερικής καύσης), την ίδια τη γεννήτρια, και έναν μηχανισμό ανάκτησης θερμότητας που συνήθως περιλαμβάνει κάποιον λέβητα. 2.5 Πλεονεκτήματα Διεσπαρμένης Παραγωγής Η διεσπαρμένη παραγωγή συνδέεται με μία ευρεία γκάμα τεχνολογιών, όπως των ανανεώσιμων τεχνολογιών. Με τη χρήση των ανανεώσιμων πηγών διεσπαρμένης παραγωγής, μειώνεται το συνολικό φορτίο αιχμής της εταιρείας διανομής ηλεκτρικής ενέργειας. Συνεπώς αποφεύγεται η αποσυμφόρηση των ήδη υπαρχόντων γραμμών. Προσφέρονται πλεονεκτήματα στους καταναλωτές, οι οποίοι ευνοούνται από τις κλιματικές συνθήκες της περιοχής όπου ζουν και μπορούν έτσι να αξιοποιήσουν τις ΑΠΕ. Είναι αρκετά πιο πρακτικό και εύκολο να βρεθούν τοποθεσίες για ΑΠΕ και άλλες διεσπαρμένες παραγωγές από ότι για ένα μεγάλο, κεντρικό εργοστάσιο παραγωγής ισχύος, και μάλιστα οι μονάδες αυτές είναι πιο εύκολο και κυρίως πιο γρήγορο να συνδεθούν στο δίκτυο. [3] Τα σημαντικότερα τεχνικά οφέλη αξιοπιστίας που προσφέρει η διεσπαρμένη παραγωγή είναι η υποστήριξη και η σταθερότητα στην παροχή τάσης, η αξιοπιστία άεργου ισχύος, η δυνατότητα αυτόνομης εκκίνησης (black start) και η εφεδρεία για απρόβλεπτα φαινόμενα. Υπό προϋποθέσεις, η διεσπαρμένη παραγωγή μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως εφεδρική ισχύς σε περίπτωση διακοπής ρεύματος, καθώς και σε περιπτώσεις βύθισης τάσης, ώστε να ενισχυθεί η ποιότητα της ισχύος που παρέχεται τοπικά. Με την αύξηση τη διείσδυσης των ΑΠΕ, αλλά και άλλων μονάδων διεσπαρμένης παραγωγής, εκτός από την υψηλότερη απόδοση ενέργειας, μειώνεται η ανάγκη για εισαγωγή ΗΕ. [3] 28

Προϋποθέσεις για την αύξηση της διείσδυσης της Διεσπαρμένης Παραγωγής Η βασική προϋπόθεση για την αύξηση της διείσδυσης της διεσπαρμένης παραγωγής στα ΣΗΕ είναι η εισαγωγή εποπτείας και ελέγχου στα δίκτυα διανομής, ώστε να καταστεί εφικτή η αποφυγή των προβλημάτων ευστάθειας. Τα τρέχοντα δίκτυα διανομής χαρακτηρίζονται από τον παθητικό τρόπο λειτουργίας τους, το χαμηλό επίπεδο αυτοματισμού και τις μειωμένες δυνατότητες κεντρικής διαχείρισης. 29

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3-Μικροδίκτυο 3.1Μικροδίκτυο (MICROGRID) Η έννοια του μικροδικτύου (Microgrid) προσδιορίζεται ως ένα εν δυνάμει ηλεκτρικά απομονωμένο σύνολο γεννητριών που τροφοδοτούν κατ αποκλειστικότητα όλη τη ζήτηση ενός συνόλου καταναλωτών. Συμπεριλαμβάνει πηγές κατανεμημένης παραγωγής ισχύος από λίγα kw μέχρι 1-2MW, συσκευές αποθήκευσης όπως πυκνωτές, μπαταρίες, σφονδύλους και ελέγξιμα φορτία. Ένα μικροδίκτυο μπορεί να εγκατασταθεί εκεί όπου υπάρχουν διαθέσιμες φυσικές πηγές ενέργειας και μπορούν να καλύπτουν τις καταναλώσεις της περιοχής που εγκαθίστανται. Η κλίμακα του μικροδικτύου ποικίλει, από μια οικία που χρησιμοποιεί ένα υβριδικό σύστημα φωτοβολταϊκών και γεννήτριας ντίζελ ή βιοκαυσίμων, ένα νοσοκομείο που χρησιμοποιεί κυψέλες καυσίμου για την παραγωγή ΗΕ και ζεστού νερού, μέχρι και μια πόλη που τροφοδοτείται από σταθμούς βιομάζας, γεννήτριες ντίζελ και αιολικά πάρκα. Μια συνδυασμένη χρήση των νέων τεχνολογιών συμπαραγωγής και ΑΠΕ, θα μπορούσε ίσως να κάνει την τιμή της ΗΕ στο μικροδίκτυο ανταγωνιστική αυτής των κεντρικών δικτύων.[4] Βασικό γνώρισμα των μικροδικτύων είναι ο συντονισμένος έλεγχος τους, ώστε τελικά να εμφανίζονται ως μία ενιαία οντότητα στο δίκτυο με το δικό της αποκεντρωμένο σύστημα ελέγχου, το οποίο δεν επιβαρύνει τα συστήματα ελέγχου του ευρισκόμενου δικτύου με τον έλεγχο κάθε μιας μονάδας ξεχωριστά. Ένα άλλο βασικό γνώρισμα των μικροδικτύων είναι η δυνατότητα τους να λειτουργούν όχι μόνο διασυνδεδεμένα με το δίκτυο μέσης τάσης,, αλλά και απομονωμένα (ή νησιδοποιημένα) όταν διακοπεί η διασύνδεση με το κύριο δίκτυο, με οργανωμένο και ελεγχόμενο τρόπο παρέχοντας στους καταναλωτές αυξημένη αξιοπιστία και βελτιωμένα επίπεδα ποιότητα ισχύος. Αυτή η δυνατότητα βεβαίως απαιτεί εξελιγμένες υποδομές προστασίας, ελέγχου και τηλεπικοινωνιών, προκειμένου να είναι σε θέση να απομονώσουν το μικροδίκτυο και να παράσχουν σταθερή, αυτόνομη λειτουργία. Η διαρκής όμως πρόοδος στον τομέα των τηλεπικοινωνιών και των ελεγκτών των πηγών διεσπαρμένης παραγωγής συμβάλλει ώστε τέτοια λειτουργία να γίνεται ολοένα και περισσότερο εύκολο να επιτευχθεί τόσο τεχνικά όσο και οικονομικά.[4] 30

3.2 Προσδιορισμός AC δικτύου Όλες οι μονάδες παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας με εναλλασσόμενη AC ισχύ είναι άμεσα συνδεδεμένες με το ζυγό εναλλασσόμενης τάσης (AC bus link) και με το κύριο σύστημα μετατροπής ισχύος για τη σταθερή σύζευξη τους. Παραδείγματα τέτοιων μονάδων που παράγουν στην έξοδο τους AC ισχύ είναι οι ανεμογεννήτριες, το βιοαέριο και οι στρόβιλοι. Αυτά συνήθως συνδέονται άμεσα ή μπορεί να χρειαστούν AC/DC/AC μετατροπείς ισχύος για να επιτρέπουν τη σταθερή σύζευξη τους με τα δίκτυα χαμηλής τάσης εναλλασσόμενου ρεύματος. Στην περίπτωση αυτή, το δίκτυο χαμηλής τάσης AC μπορεί να διασυνδεθεί με το κεντρικό σύστημα μέσω ενός μετασχηματιστή. Επιπλέον, τα φορτία AC συνδέονται απευθείας, ενώ τα φορτία DC έχουν ανάγκη τους μετατροπείς ρεύματος AC/DC για να συνδεθούν με τα δίκτυα AC. Από την άλλη πλευρά, οι μονάδες παραγωγής που παράγουν έξοδο συνεχούς ρεύματος (π.χ. οι ηλιακές φωτοβολταϊκές συστοιχίες, οι κυψέλες καυσίμου και οι συσκευές αποθήκευσης ενέργειας (μπαταριές)) μπορούν να συνδεθούν με τη γραμμή των δικτύων AC χρησιμοποιώντας DC/AC μετατροπείς. Το σχήμα 3.1 δείχνει την τυπική διαμόρφωση των μονάδων παραγωγής με την έξοδο ΑC ισχύος (π.χ. ανεμογεννήτριες) και αυτά με την DC έξοδο ισχύος (π.χ. συστήματα Φ/Β και κυψέλες καυσίμου) συνδεδεμένα με το δίκτυο χαμηλής τάσης εναλλασσόμενου ρεύματος.[3] Σχήμα 3.1:Τυπική διαμόρφωση μονάδων παραγωγής με δίκτυο χαμηλής εναλλασσόμενης τάσης[7] 31

3.3 Προσδιορισμός DC μικροδικτύου Με την έννοια του έξυπνου δικτύου, τα DC δίκτυα χαμηλής τάσης, όπως αυτά που χρησιμοποιούνται για τη βιομηχανική τροφοδοσία και για τα εμπορικά κτίρια, αυξάνονται καθημερινά. Στο μέλλον, το σύστημα διανομής DC θα γίνει ένας εναλλακτικός τρόπος για να τροφοδοτεί όλες τις ηλεκτρικές συσκευές που συνδέονται με ένα σύστημα ζυγών συνεχούς τάσης και θα ελέγχεται βέλτιστα από ένα σύστημα ενεργειακής διαχείρισης. Οι μονάδες παραγωγής DC και οι συσκευές αποθήκευσης ενέργειας παράγουν το συνεχές ρεύμα που εύκολα μπορεί να συνδεθεί με το DC ζυγό (DC bus link). Μια συσκευή μπορεί επίσης να φορτιστεί και να εκφορτιστεί από το δίκτυο και τα φορτία που είναι συνδεδεμένα σε αυτό. Το σχήμα 3.3 απεικονίζει το δίκτυο DC με τις μονάδες παραγωγής συνδεδεμένες με αυτό μέσω της κοινής γραμμής DC. Για το σκοπό αυτό, οι μονάδες παραγωγής AC (π.χ. ανεμογεννήτριες) για τη σύνδεση τους με το δίκτυο DC χρειάζονται μετατροπείς, ενώ οι μονάδες παραγωγής DC συνδέονται άμεσα όπως φαίνεται στο σχήμα 3.3.[3] Σχήμα 3.3: Τυπική διαμόρφωση μονάδων παραγωγής για σύνδεση με δίκτυο συνεχής τάσης [7] 32

3.4 Σημαντικότητα εμφάνισης των Dc Μικροδικτύων Το σύστημα ηλεκτρικής ενέργειας σχεδιάστηκε για να μετακινεί από τον κεντρικό σταθμό εναλλασσόμενο ρεύμα (AC), μέσω των γραμμών μεταφοράς υψηλής τάσης και των γραμμών διανομής τάσεως, προς τα κτίρια που χρησιμοποιούν στην πλειοψηφία εναλλασσόμενο ρεύμα. Όμως πολλές ηλεκτρονικές συσκευές χρειάζονται συνεχές ρεύμα (DC). Ωστόσο, όλες αυτές οι συσκευές συνεχούς ρεύματος απαιτούν τη μετατροπή του εναλλασσόμενου ρεύματος του κτιρίου σε συνεχές, μια μετατροπή δηλαδή που χρησιμοποιεί αναποτελεσματικούς ανορθωτές. Επιπλέον, η κατανεμημένη ανανεώσιμη πηγή ενέργειας (όπως το φωτοβολταϊκό πάνελ) που παράγει συνεχές ρεύμα, θα πρέπει να μετατραπεί σε AC ώστε να συνδεθεί με το ηλεκτρικό σύστημα του κτιρίου και αργότερα να μετατραπεί σε DC για τελικές χρήσεις. Αυτές οι μετατροπές AC-DC οδηγούν σε σημαντικές απώλειες ενέργειας. Γι αυτό και μια πιθανή λύση είναι ένα μικροδίκτυο DC, το οποίο είναι ένα δίκτυο συνεχούς ρεύματος στο εσωτερικό ενός κτιρίου που ελαχιστοποιεί ή εξαλείφει εντελώς τις απώλειες, οι οποίες προκύπτουν από τις μετατροπές. Στο σύστημα του μικροδικτύου DC, το εναλλασσόμενο ρεύμα (ΑC) μετατρέπεται σε συνεχές κατά την είσοδό του στο DC δίκτυο χρησιμοποιώντας ένα ανορθωτή υψηλής απόδοσης, και στη συνέχεια διανέμεται στο DC εξοπλισμό που εξυπηρετείται από το δίκτυο συνεχούς ρεύματος. Κατά μέσο όρο, το σύστημα αυτό μειώνει τις AC σε DC απώλειες μετατροπής από 32% στο 10%. Επιπλέον, μια στέγη, με φωτοβολταϊκά πάνελ (PV) και άλλες κατανεμημένες πηγές ενέργειας DC, μπορεί να τροφοδοτήσει άμεσα σε DC εξοπλισμούς, μέσω του μικροδικτύου DC, χωρίς την απώλεια ενέργειας της διπλής μετατροπής (DC-AC-DC ή ΑC-DC), η οποία θα χρειαζόταν εάν η DC παραγωγή τροφοδοτούνταν από ένα AC σύστημα. [3] 33

3.5 Πλεονεκτήματα Μικροδικτύων 1) Μειωμένη περιβαλλοντική επίδραση, λόγω των μειωμένων εκπομπών αερίων 2) Η μείωση της απόστασης μεταξύ των φορτίων και των μικροπαραγωγών συμβάλλει στη: Βελτίωση του προφίλ της τάσης, λόγω της καλύτερης στήριξης από την άεργο ισχύ Μείωση των απωλειών κατά τη μεταφορά και τη διανομή Μείωση της συμφόρησης ισχύος στη μεταφορά και στη διανομή 3) Βελτίωση της ποιότητας ισχύος και της αξιοπιστίας, μέσω : Της αποκέντρωσης της παραγωγής Της καλύτερης αντιστοίχησης παροχής και ζήτησης ενέργειας Της μείωσης του χρόνου διακοπών και της βελτίωσης του χρόνου επανεκκίνησης της παραγωγής με χρήση της ισχύος των μικροπαραγωγών. 4) Εξοικονόμηση χρημάτων μέσω: Χρησιμοποίησης της αποβαλλόμενης θερμότητας όταν λειτουργούν CHP μονάδες Ενσωμάτωσης πολλών μικροπαραγωγών, ώστε να αυξηθεί η τοπική παραγωγή και να μειωθεί το κόστος απωλειών κατά τη διανομή και τη μεταφορά 5) Κέρδη από τη συμμετοχή στην αγορά ενέργειας: Μείωση της πίεσης που ασκούν οι εταιρείες παραγωγής ενέργειας Τα μικροδίκτυα μπορούν να χρησιμοποιηθούν στην παροχή βοηθητικών υπηρεσιών. Η ευρεία εφαρμογή μικροπαραγωγών με σύνδεση και άμεση λειτουργία (plug and play) μπορεί να οδηγήσει σε μείωση της τιμής της ενέργειας στην αγορά. 34

Σχήμα3.5: Απλοποιημένη τοπολογία μικροδικτύου 3.6 Δομή μικροδικτύου Οι βασικές μονάδες που χαρακτηρίζουν ένα μικροδίκτυο είναι : Αντιστροφείς: Οι περισσότερες μικροπηγές του μικροδικτύου(σχήμα 3.5) συνδέονται με το υπόλοιπο δίκτυο μέσω των μετατροπέων. [4] Μονάδες Αποθήκευσης Οι βασικές μονάδες αποθήκευσης είναι: Ηλεκτρικοί συσσωρευτές ή κοινώς μπαταρίες και κυρίως μπαταρίες μολύβδου οξέος, που αποτελούν μονάδες αποθήκευσης ΗΕ μετά την ηλεκτροχημική μετατροπή της. Σφόνδυλοι(flywheels). Πρόκειται για διατάξεις όπου μέσω ενός κινητήραγεννήτριας μπορεί να γίνει αποθήκευση με την μορφή κινητικής ενέργειας σε μια στρεφόμενη μάζα. Υπεραγώγιμες διατάξεις. Εφαρμογές με διατάξεις που χρησιμοποιούν υγρό ήλιο είναι ήδη σε εμπορική εκμετάλλευση, ενώ επίσης διατάξεις υγρού αζώτου αναμένονται στο άμεσο μέλλον. [4] 35

3.7 ΕΞΥΠΝΑ ΔΙΚΤΥΑ Οι νέες απαιτήσεις των ΣΗΕ μπορούν να ικανοποιηθούν με τη μετατροπή σε έξυπνα δίκτυα (smart grid) των ήδη υπαρχόντων δικτύων. Οι εφαρμογές και οι εμπειρίες πάνω στα μικροδίκτυα μπορούν να βοηθήσουν σε αυτό το μετασχηματισμό. Κατά το Διεθνή Οργανισμό Ενέργειας ορίζεται ως «έξυπνο δίκτυο ένα ηλεκτρικό δίκτυο που χρησιμοποιεί ψηφιακές και άλλες προηγμένες τεχνολογίες για να παρακολουθεί και να διαχειρίζεται τη μεταφορά ενέργειας από όλες τις πηγές παραγωγής, ώστε να ικανοποιεί τα μεταβαλλόμενα ηλεκτρικά φορτία των καταναλωτών.[6] Τα έξυπνα δίκτυα συντονίζουν τις ανάγκες και τις δυνατότητες όλων των γεννητριών, τους χειριστές του δικτύου, τους καταναλωτές και όλους όσους σχετίζονται με την αγορά ηλεκτρικής ενέργειας, με απώτερο στόχο να λειτουργούν όλα τα μέρη του συστήματος όσο γίνεται πιο αποδοτικά, ελαχιστοποιώντας τα κόστη και τις περιβαλλοντικές επιπτώσεις, και μεγιστοποιώντας την αξιοπιστία του συστήματος, την ευελιξία και την ευστάθεια». [6] Ο ορισμός της έννοιας του έξυπνου δικτύου διαφέρει σημαντικά από χώρα σε χώρα. Στις Ηνωμένες Πολιτείες Αμερικής, για παράδειγμα, το έξυπνο δίκτυο προσδιορίζεται από τα ακόλουθα χαρακτηριστικά: δυνατότητα αυτόματης επιδιόρθωσης (selfhealing) μετά από διαταραχές ισχύος, ενεργή συμμετοχή του καταναλωτή στην απόκριση της ζήτησης (demand response), προστασία από φυσικούς και ηλεκτρονικούς κινδύνους, δυνατότητα σύνδεσης με όλα τα πιθανά μέσα παραγωγής και αποθήκευσης ενέργειας, προώθηση νέων προϊόντων, υπηρεσιών και σχημάτων αγοράς, καθώς και βελτιστοποίηση της αξιοποίησης των πόρων και της λειτουργικής αποδοτικότητας. Στην Ευρώπη, τα έξυπνα δίκτυα περιγράφονται ως ευέλικτα, καθώς μπορούν να ανταποκριθούν στις αλλαγές και τις προκλήσεις, και ως προσπελάσιμα, αφού μπορούν να συνδεθούν σε αυτά ΑΠΕ, αλλά και άλλες πηγές παραγωγής υψηλής απόδοσης, με χαμηλές ή μηδενικές εκπομπές διοξειδίου του άνθρακα. Επιπλέον, χαρακτηρίζονται ως αξιόπιστα, καθώς είναι ασφαλή απέναντι σε κινδύνους, ενώ διασφαλίζουν υψηλή ποιότητα παρεχόμενης ισχύος, η οποία συμβαδίζει με την ψηφιακή εποχή. Τέλος, είναι οικονομικά ελκυστικά, λόγω των καινοτομιών που περιλαμβάνουν, της αποδοτικής διαχείρισης ενέργειας, αλλά και των ισότιμων όρων ανταγωνισμού. [6] Τα έξυπνα δίκτυα είναι απαραίτητη προϋπόθεση για την ταχύτατη διείσδυση των ΑΠΕ στην ηλεκτροπαραγωγή και την επακόλουθη μείωση των εκπομπών αερίων του θερμοκηπίου τις επόμενες δεκαετίες, σε ασφαλή για τον πλανήτη επίπεδα. Η ενσωμάτωσή τους θα μπορούσε να αλλάξει τις απαιτήσεις ρύθμισης της τάσης και της συχνότητας του δικτύου, σε σχέση με την κεντρική παραγωγή ενέργειας. [6] 36

Το έξυπνο δίκτυο μπορεί να βοηθήσει στο ζήτημα της μεταβαλλόμενης παροχής ανανεώσιμης ενέργειας, στη ρύθμιση τάσης και συχνότητας, καθώς και στα ζητήματα αποσταθεροποίησης που ανακύπτουν με τις κατανεμημένες ΑΠΕ. Στα σημερινά δίκτυα, η ευφυΐα εφαρμόζεται μόνο τοπικά στα συστήματα προστασίας και στα κέντρα ελέγχου ενέργειας. [6] Για να μετασχηματίσουμε τα κλασσικά δίκτυα σε έξυπνα δίκτυα, όπως φαίνεται στο σχήμα 3.7, χρειάζονται επεξεργαστές και αισθητήρες σε κάθε συσκευή, υποσταθμό και μονάδα παραγωγής. Κάθε επεξεργαστής με το λογισμικό του πρέπει να εκτιμά τις λειτουργικές συνθήκες, να επικοινωνεί και να συνεργάζεται με τους υπόλοιπους επεξεργαστές, σχηματίζοντας μία μεγάλη υπολογιστική πλατφόρμα. [6] Σχήμα 3.7: Αναπαράσταση έξυπνου δικτύου Χαρακτηριστικά του Ευφυούς Ηλεκτρικού Δικτύου Η αμφίδρομη ροή πληροφορίας περί της ΗΕ καθώς και η διαχείριση της πληροφορίας αυτής σχεδόν σε πραγματικό χρόνο (near -realtime ). Το ευφυές ηλεκτρικό δίκτυο χαρακτηρίζεται από αυτόματη αποκατάσταση βλαβών και διαθέτει τη δυνατότητα αυτοΐασης (self healing). Βέλτιστη αξιοποίηση του εξοπλισμό του ΣΗΕ Υψηλή διείσδυση ΑΠΕ στο μείγμα παραγωγής ΗΕ Η ενσωμάτωση έξυπνων μετρητών 37

ΤΑ ΠΛΕΟΝΕΚΤΗΜΑΤΑ ΕΝΟΣ ΔΙΑΣΥΝΔΕΔΕΜΕΝΟΥ ΚΑΙ ΠΙΟ ΕΞΥΠΝΟΥ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ Οι διασυνοριακές ηλεκτρικές διασυνδέσεις φέρνουν μεγαλύτερα οφέλη στην ενεργειακή ασφάλεια, την εξοικονόμηση ενέργειας και την ανάπτυξη ενός ηλεκτρικού συστήματος που βασίζεται στις ΑΠΕ. Ενεργειακή ασφάλεια: Ένα διασυνδεδεμένο δίκτυο έχει αυξημένο επίπεδο ενεργειακής ασφάλειας, αφού για την ίδια εγκατεστημένη ισχύ, υπάρχουν πολλές περισσότερες επιλογές διαχείρισης του συστήματος εξασφαλίζοντας έτσι την ποσότητα και την ποιότητα της κάλυψης της ζήτησης. [10] Εξοικονόμηση ενέργειας: Ένα πιο διασυνδεδεμένο σύστημα επιτρέπει την καλύτερη χρήση της εγκατεστημένης ισχύος, μειώνοντας έτσι την ανάγκη για μεγαλύτερη ικανότητα παραγωγής ενέργειας. Ένα παρόμοιο αποτέλεσμα προκύπτει από τη διαχείριση της ζήτησης, δηλαδή την προσαρμογή της ζήτησης στην προσφορά, αντί για το αντίθετο που συμβαίνει συνήθως. Έτσι με την εκμετάλλευση των δυνατοτήτων της διαχείρισης της ζήτησης, πετυχαίνουμε καλύτερη διαχείριση του φορτίου. [10] Ανανεώσιμες πηγές: Η μείωση των παγκόσμιων εκπομπών τουλάχιστον κατά 30% έως το 2020 και 80% έως το 2050 είναι αναγκαία προκειμένου να αποτραπούν οι χειρότερες επιπτώσεις των κλιματικών αλλαγών. Για να επιτευχθεί αυτός ο σκοπός, θα πρέπει να υπάρχει μέγιστη διείσδυση των ΑΠΕ στο ενεργειακό μας μίγμα, τουλάχιστον κατά 50% έως το 2030 και κοντά στο 100% έως το 2050.[10] Οι κυριότερες τεχνολογικές εξελίξεις των έξυπνων δικτύων αφορούν: Έξυπνους Μετρητές Διατάξεις που μετρούν την καταναλισκόμενη ενέργεια ενός καταναλωτή και τηλεμεταδίδουν τα στοιχεία μέτρησης στην Επιχείρηση Ηλεκτρισμού Τεχνολογίες Τηλεπικοινωνιών Επιτρέπουν στις Επιχειρήσεις Ηλεκτρισμού να επικοινωνούν με τους καταναλωτές, τους παραγωγούς και τις διατάξεις του δικτύου Τεχνολογίες Διατάξεων και Αισθητήρων Δικτύου Διατάξεις που αφορούν τον έλεγχο και την επιτήρηση του έξυπνου δικτύου Τεχνολογίες Αποθήκευσης Ενέργειας Μπαταρίες, αεροθύλακες υπερπίεσης, υβριδικοί σταθμοί παραγωγής και τεχνολογίες χημικής αποθήκευσης Τεχνολογίες Διασύνδεσης Ηλεκτρικών Οχημάτων με το Δίκτυο Ένας από τους λόγους για τους οποίους τα έξυπνα δίκτυα έχουν εξαιρετικά περιθώρια εξέλιξης στην Ελλάδα, είναι η περίπτωση των μικροδικτύων. Παράδειγμα μικροδικτύου αποτελούν τα νησιά, λόγω των ιδιαίτερων αναγκών τους σε ενέργεια, του μοναδικού τους περιβάλλοντος και του απομονωμένου χαρακτήρα τους, και είναι ιδανικά για την ανάπτυξη και την εφαρμογή έξυπνων δικτύων, πρώτα σε μικρή κλίμακα και κατόπιν στην προσαρμοσμένη επανάληψη σε ευρύτερα δίκτυα. 38

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4-Ευφυής έλεγχος και ασαφής λογική 4.1. Εισαγωγή στον ευφυή έλεγχο και στην ασαφή λογική Στην παρούσα διπλωματική εργασία η μέθοδος που επελέγη, όσον αφορά την διαχείριση ενέργειας, του μικροδίκτυου που μελετάμε, είναι ο ευφυής έλεγχος και ειδικότερα η μέθοδος της ασαφούς λογικής. Οι λόγοι που συντέλεσαν στην επιλογή αυτή, αναφέρονται παρακάτω: Ο ευφυής έλεγχος αντιμετωπίζει το πρόβλημα του ελέγχου των διαδικασιών με τρόπο που διαφέρει ριζικά από τον συμβατικό έλεγχο. Ο ευφυής έλεγχος έχει ως βάση τη γνώση και την εμπειρία του ανθρώπουχειριστή και δεν απαιτεί εξειδικευμένη γνώση της ελεγχόμενης διαδικασίας. Ουσιαστικά ο ευφυής έλεγχος αναζητά λύσεις του ελέγχου της διαδικασίας από την πλευρά του ανθρώπου χειριστή της διαδικασίας. Η κύρια βάση των ευφυών ελεγκτών είναι οι λεκτικοί κανόνες της μορφής «εάν (αίτια) τότε (συμπεράσματα)», οι οποίοι είναι όμοιοι με αυτούς με τους οποίους εκπαιδεύονται οι χειριστές των διαδικασιών. [12] Ο θεωρητικός φορέας μέσω του οποίου γίνεται η υλοποίηση μιας μεγάλης κατηγορίας ευφυών συστημάτων είναι η ασαφής λογική (fuzzy logic) η οποία εισήχθη για 1η φορά από τον Lotfi A Zadeh στο Berkley των ΗΠΑ στα μέσα της δεκαετίας του 1960. Η θεωρία της ασαφούς λογικής βασίζεται στην προϋπόθεση πως ο περιβάλλων χώρος αποτελείται από στοιχεία που ανήκουν σε ένα σύνολο με διαφορετικούς βαθμούς συμμετοχής. [14] 39

4.2 Βασικοί όροι Στην κλασσική θεωρία συνόλων, ένα σύνολο αποτελείται από ένα πεπερασμένο αριθμό ή άπειρο αριθμό στοιχείων, και μπορεί να αναπαρασταθεί από την αρίθμηση των στοιχείων. Τα στοιχεία όλων των συνόλων υπό μελέτη ανήκουν σε ένα υπερσύνολο αναφοράς. Τα στοιχεία ενός υπερσυνόλου αναφοράς που περιέχει το σύνολο υπό μελέτη, ανήκουν ή όχι στο υπό μελέτη σύνολο Α. [12] Αυτό εκφράζεται μέσω της χαρακτηριστικής συνάρτησης του Boole του σαφούς συνόλου Α : fa(x) = 1, αν x Α = 0, αν x A (1) Ασαφές σύνολο ορίζεται αυτό το σύνολο, το οποίο επιτρέπει στα μέλη του να έχουν διαφορετικούς βαθμούς συμμετοχής στο διάστημα [0,1] και εκφράζεται ως ένα σύνολο διατεταγμένων ζευγών με τον εξής τρόπο: Α = {μα (x)/x}}= Σ{μα(x) /x} για x X (2) Για την συνεχή και την διακριτή περίπτωση αντίστοιχα.[15] Για τα ασαφή σύνολα μπορεί επίσης να οριστεί μια συνάρτηση, η συνάρτηση συμμετοχής (Membership function). Αυτή μας δείχνει το βαθμό κατά τον οποίο το σύνολο x ανήκει στο σύνολο Α, δηλαδή: μα(x): X [0, 1] (3) 40

Στην θεωρία των συνόλων η συνάρτηση συμμετοχής μα(x) παίρνει μόνο τιμές 0 και 1. Αυτού του είδους τα σύνολα ονομάζονται crisp sets ενώ σύνολα τα οποία παίρνουν και άλλες τιμές ονομάζονται ασαφή.[12] Σχήμα 4.1: Χαρακτηριστική συνάρτηση συμμετοχής ενός κλασσικού ή crisp συνόλου (αριστερά) και ενός ασαφούς συνόλου (δεξιά) [12] Σε μια απλούστερη μορφή η συνάρτηση συμμετοχής μπορεί να γραφτεί ως εξής: μα(x) = {μ1(x )/x1, μ2(x )/x2.. μn(x )/xn} (4) 41

4.3 Συναρτήσεις συμμετοχής Τα ασαφή σύνολα αναπαρίστανται μέσω διαφόρων τύπων συναρτήσεων συμμετοχής. [16] Οι πιο σημαντικές από αυτές είναι: 1.Τριγωνική: Αυτή εκφράζεται μέσω των 3 παραμέτρων a,b,c και δίνεται από την σχέση: 0, x a ή x c triangle(x;a,b,c) =, a x b (5), b x c Σχήμα 4.2.1: Παράδειγμα τριγωνικών συναρτήσεων συμμετοχής από το fuzzy toolbox του matlab [12] 42

2.Τραπεζοειδής: Αυτή εκφράζεται με 4 παραμέτρους και ο τύπος της είναι ο εξής: Trapezoid(x;a,b,c,d)=max(min((x-a)/(b-a),1,(d-x)/(d-c)),0) (6) Σχήμα 4.2.2 : Παράδειγμα τραπεζοειδών συναρτήσεων συμμετοχής από το fuzzy toolbox του matlab [12] 3.Καμπανοειδής: Η συνάρτηση αυτή εκφράζεται με 3 παραμέτρους και δίνεται από την παρακάτω σχέση: bell(x; a, b, c) = (7) Σχήμα 4.2.3: Παράδειγμα καμπανοειδών συναρτήσεων συμμετοχής από το fuzzy toolbox του matlab. 43

4.Γκαουσιανή: Μια γκαουσιανή συνάρτηση συμμετοχής εκφράζεται από τις παραμέτρους σ και c όπου το σ καθορίζει το πλάτος και το c το κέντρο της συνάρτησης συμμετοχής. Ορίζεται από την σχέση: Gaussian(x;σ,c)= e x c 2 ( ) (8) Σχήμα 4.2.4: Παράδειγμα γκαουσιανής συνάρτησης συμμετοχής από το fuzzy toolbox του matlab 5.Σιγμοειδής: Είναι η συνάρτηση που την χαρακτηρίζουν οι παράμετροι α,c και ορίζεται ως: 1 Sigmoid(x;a,c)= a( x c) 1 e (9) Όπου το α ελέγχει την κλίση στο σημείο διασταύρωσης x=c. Σχήμα 4.2.5 : Παράδειγμα σιγμοειδών συναρτήσεων συμμετοχής από το fuzzy toolbox του matlab. 44

4.4 Οι Πράξεις μεταξύ ασαφών συνόλων Κενό σύνολο Α είναι εκείνο για το οποίο η συνάρτηση συμμετοχής του είναι παντού 0. (μα(x)=0) Η συνάρτηση του συμπληρώματος ενός ασαφούς συνόλου ορίζεται ως: μα (x) = 1 μα(x) x X (10) Πράξεις μεταξύ 2 ασαφών συνόλων Α και Β Ένωση: ( x) ( x) ( x) = max[ ( x), ( x)] x X (11) Τομή: (x) ( x) ( x) min[ ( x), (x)] x X (12) Γινόμενο: ( x) ( x) ( x) x X (13) Αλγεβρικό άθροισμα: (x) ( x) ( x) (x) ( x) x X (14) Αν η συνάρτηση συμμετοχής ενός ασαφούς συνόλου Α είναι μικρότερη ή ίση με τη συνάρτηση συμμετοχής ενός ασαφούς συνόλου Β, τότε το ασαφές σύνολο Α είναι υποσύνολο (subset) του ασαφούς συνόλου Β: (A B) ( x) (x) x X (15) Όταν λέμε ισότιμα ασαφή σύνολα Α και Β, αναφερόμαστε σε εκείνα των οποίων οι συναρτήσεις συμμετοχής είναι όμοιες. A B (x) ( x) x X (16) 45

Σχήμα 4.3.1 : Τομή 2 ασαφών συνόλων[16] Σχήμα 4.3.2: Γινόμενο 2 ασαφών συνόλων[16] Σχήμα 4.3.3: Ένωση 2 ασαφών συνόλων[16] Σχήμα 4.3.4: Αλγεβρικό άθροισμα 2 ασαφών συνόλων[16] Σχήμα 4.3.5 : Συμπλήρωμα ενός ασαφούς συνόλου[16] 46

4.5 Λεκτικοί Τροποποιητές ή Φράκτες Τα ασαφή σύνολα συνδέονται με ασαφείς έννοιες που χρησιμοποιούνται καθημερινά στη φυσική γλώσσα του ανθρώπου, όπως είναι για παράδειγμα οι λεκτικοί όροι «κοντό», «μικρός» και «μεγάλος». Από τις ασαφείς αυτές έννοιες μπορούν να παραχθούν άλλες με την χρήση λεκτικών τροποποιητών ή φρακτών όπως «πολύ», «πάρα πολύ», «σχεδόν, «επιπλέον» και «λιγότερο». Αν «Α» ένας λεκτικός όρος και μα(x) η συνάρτηση συμμετοχής του, τότε σύμφωνα με τα παραπάνω οι τροποποιημένοι όροι του που θα παραχθούν, θα έχουν τις αντίστοιχες συναρτήσεις συμμετοχής : «Πολύ Α» μ πολύ Α(x)=μΑ 2 (x) «Πάρα Πολύ Α» μ πάρα πολύ Α(x)=μΑ 4 (x) «Επιπλέον Α» μ επιπλέον Α(x)=μΑ 1.25 (x) «Λιγότερο Α» μ λιγότερο Α(x)=μΑ 0.75 (x) «Ελαφρά Α» μ ελαφρά Α(x)= μα(x) 4.6 Ασαφείς Κανόνες Ο ασαφής κανόνας είναι ένας μηχανισμός με τον οποίο αναπαριστούμε τη γνώση, η οποία έχει προκύψει από την ανθρώπινη σκέψη μας. Τα μέρη από τα οποία αποτελείται ο ασαφής κανόνας είναι τα παρακάτω: το τμήμα υπόθεσης (premise part) το τμήμα απόφασης (consequent part) 47

Τρόπος διατύπωσης ασαφή κανόνα: If x is A then y is B με το «if x is A» να είναι η υπόθεση και το «then y is B» να είναι η απόφαση. [16] Όπου Α,Β =ασαφή σύνολα, x =η τιμή μιας μεταβλητής εισόδου y=η έξοδος του συστήματος που εκφράζει την απόφαση του κανόνα Στη συνέχεια το ασαφές συμπέρασμα αποασαφοποιείται με το μηχανισμό της αποασαφοποίησης (defuzzyfication), και προκύπτει μια crisp τιμή που είναι το τελικό αριθμητικό συμπέρασμα που μπορεί να χειριστεί η υπολογιστική μηχανή ή ένα αισθητήριο. Ο κανόνας του οποίου η έξοδος είναι ένα ασαφές σύνολο ονομάζεται κανόνας τύπου mamdani προς τιμή του Ebrahim Mamdani που ήταν από τους πρώτους που εφάρμοσε την ασαφή λογική. Για περισσότερες από μία εισόδους οι κανόνες επεκτείνονται στις αντίστοιχες μορφές: If x 1 is A 1 and x 2 is A 2 and. x n is A n then y is B 4.7 Έννοια Ασαφών Ελεγκτών Ένας ασαφής ελεγκτής αποτελείται από τα εξής δομικά στοιχεία(σχήμα 4.6.1) [17]: Την βάση δεδομένων πραγματικού χρόνου όπου καταχωρούνται οι τιμές των μεταβλητών που συλλέγονται από την φυσική διαδικασία από τις διάφορες τοπικές μονάδες ελέγχου καθώς και οι έξοδοι του ελεγκτή που ανά τακτά χρονικά διαστήματα μεταφέρονται και πάλι στις τοπικές μονάδες ελέγχου μέσω του τοπικού βιομηχανικού δικτύου. Την βάση γνώσης στην οποία καταχωρείται η κωδικοποιημένη γνώση για τον έλεγχο της διαδικασίας. Τα ασαφή σύνολα τα οποία είναι καταχωρημένα σε ειδικό αρχείο. Το μηχανισμό συμπερασμού που χρησιμοποιεί αυτά σύνολα προκειμένου να αποδώσει πράξεις ελέγχου στην διαδικασία. 48

Το σύστημα ανάπτυξης μέσω του οποίου επιτυγχάνεται η επικοινωνία του μηχανικού με το περιβάλλον του ελεγκτή. Τον ασαφοποιητή όπου οι φυσικές μεταβλητές της διαδικασίας μετατρέπονται στην γλώσσα ασαφών συνόλων. Το μηχανισμό συμπερασμού όπου συνεπάγονται τα ασαφή σύνολα των συμπερασμάτων. Τον από-ασαφοποιητή όπου τα ασαφή σύνολα των συμπερασμάτων μετατρέπονται σε σαφείς δράσεις ελέγχου προς μετάδοση στους ενεργοποιητές της διαδικασίας.[13] Σχήμα 4.6.1: Βαθμίδες ενός ασαφούς ελεγκτή[13] 49

Oι είσοδοι σε έναν ασαφή ελεγκτή είναι σήματα (δηλαδή σαφείς μεταβλητές) και επομένως πρέπει ο σχεδιαστής ενός ασαφούς ελεγκτή να κάνει την ακόλουθη διαδικασία: Λεκτικός διαμερισμός των εισόδων Διατύπωση των κανόνων Καθορισμός του τύπου της ασαφούς συνεπαγωγής Οι πιο γνωστοί τύποι ασαφούς συνεπαγωγής είναι: του Mamdani, όπου χρησιμοποιείται ο τελεστής max -min, ο οποίος λαμβάνει το μικρότερο από τους βαθμούς συμμετοχής των ασαφοποιημένων τιμών και παράγει το βαθμό εκπλήρωσης (degree of fulfillment) του κάθε κανόνα. Ο βαθμός εκπλήρωσης του κανόνα δηλώνει τη βαρύτητα που έχει το αποτέλεσμα του κανόνα. του Larsen, όπου χρησιμοποιείται ο τελεστής max -product, ο οποίος πολλαπλασιάζοντας τους βαθμούς συμμετοχής των ασαφοποιημένων τιμών υπολογίζει το βαθμό εκπλήρωσης του κανόνα. [13] 50

Κεφάλαιο 5-Διαχείριση ενέργειας μικροδικτύου με τη χρήση της ασαφούς λογικής 5.1Εισαγωγή Η κάλυψη έως και του 20% του φορτίου των τριών κτιρίων του Πανεπιστημίου Πατρών, αποτελεί τον πυρήνα, γύρω από τον οποίο εξελίσσεται η παρούσα διπλωματική εργασία. Απαραίτητη προϋπόθεση είναι ο σχεδιασμός του μικροδικτύου που μελετάμε, να γίνει λαμβάνοντας υπόψη τη γεωγραφική θέση, το φυσικό περιβάλλον, και γενικότερα τις ιδιαιτερότητες της περιοχής και της κάθε σχολής. Με τον κατάλληλο σχεδιασμό, πετυχαίνουμε τη βέλτιστη λειτουργία του μικροδικτύου. Για την εφαρμογή όλων των παραπάνω στα κτίρια των σχολών, πρέπει να υπάρχει ενεργειακή διαχείριση των κτιρίων. 5.2 Ενεργειακή Διαχείριση Κτιρίων Η ενεργειακή διαχείριση των κτιρίων αποτελεί μία οργανωμένη και συνεχή δραστηριότητα, η οποία αποτελείται από ένα προγραμματισμένο σύνολο διοικητικών, τεχνικών και οικονομικών δράσεων και στοχεύει στην εξασφάλιση υπηρεσιών, καταφέρνοντας την ελάχιστη δυνατή κατανάλωση.(σχήμα 5.2) Η λογική αυτή στοχεύει: Στην οικονομική αποδοτικότητα Στη διατήρηση ή στη βελτίωση της ασφάλειας και της ποιότητας εργασίας και της παροχής υπηρεσιών στα κτίρια Στην βελτίωση της ποιότητας του περιβάλλοντος Στον έλεγχο του συνολικού ενεργειακού κόστους [17] 51

Σχήμα 5.2: Ενεργειακή πολιτική που ακολουθεί ένας διαχειριστής κτιρίου[17] Ο σκοπός τη ενεργειακής διαχείρισης είναι: Οι εκτεταμένοι έλεγχοι καταγραφές και οι μετρήσεις στα κτίρια Ο προσδιορισμός κατάλληλων στόχων ενεργειακής κατανάλωσης Μελέτες τεχνοοικονομικής σκοπιμότητας Δημιουργία ενεργειακών εκθέσεων-αναφορών Εκπαίδευση του τεχνικού προσωπικού για τη συντήρηση των κτιρίων Επίβλεψη κατασκευής ενεργειακών εφαρμογών Σύντομος έλεγχος δεδομένων: Στοιχεία κατασκευής του κτιρίου ή του μηχανολογικού εξοπλισμού Οι ώρες λειτουργίας 0ι απαιτήσεις σε ισχύ και σε θερμοκρασία Η κατανάλωση ενέργειας 52

5.3 Προτεινόμενες λύσεις για παροχή ενέργειας στο μικροδίκτυο Φωτοβολταϊκά Πάνελ Η εγκατάσταση φωτοβολταϊκών συστημάτων είναι ένα πολύ βασικό στοιχείο για την επίτευξη ενός κτιρίου μηδενικής κατανάλωσης ενέργειας όχι μόνο για την κάλυψη μέρους του ηλεκτρικού του φορτίου, αλλά και για την εξαγωγή ενέργειας στο δίκτυο. Όπως ειπώθηκε και στους ορισμούς του ΖΕΒ, η εξαγόμενη ενέργεια είναι απαραίτητη έτσι ώστε να αντισταθμιστεί η χρήση ενέργειας από άλλες μορφές ενέργειας. Ανεμογεννήτρια Η χρήση της ανεμογεννήτριας αποτελεί και αυτή μέσο για την παραγωγή ενέργειας. Σε μέρη ιδιαίτερα όπου υπάρχει μεγάλο δυναμικό, μπορούν να χρησιμοποιηθούν πολύ αποδοτικά. Γεωθερμική αντλία θερμότητας νερού Για τις ανάγκες ψύξης και θέρμανσης χρησιμοποιείται σε πολλές περιπτώσεις η γεωθερμική αντλία θερμότητας. Εκμεταλλεύεται την σταθερή θερμοκρασία του εδάφους, και έτσι με την ηλεκτροκινούμενη αντλία, το νερό διαρρέεται μέσω των σωλήνων που είναι τοποθετημένοι είτε οριζόντιοι είτε κάθετα στην γη. Έτσι απάγει θερμότητα από το κτίριο κατά την διάρκεια του καλοκαιριού ενώ προσάγει θερμότητα κατά την διάρκεια του χειμώνα. Το κόστος εγκατάστασης είναι αρκετά μεγάλο λόγω της γεώτρησης. Ηλιακοί συλλέκτες Τοποθετούνται κυρίως για την παραγωγή ΖΝΧ αλλά και ορισμένες φορές για την θέρμανση του κτιρίου. Συστήματα θέρμανσης με ΑΠΕ Σε αυτή την περίπτωση μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε λέβητες με καύσιμα όπως τη βιομάζα ή όπως είναι αρκετά διαδεδομένο με το καύσιμο να είναι pellets, θρύμματα ξύλου, ή καυσόξυλα. Συμπαραγωγή Ηλεκτρισμού και θερμότητας Μία πολύ καλή σκέψη, είναι η εγκατάσταση μονάδας Συμπαραγωγής. Η χαμένη θερμότητα από την μετατροπή της ηλεκτρικής ενέργειας χρησιμοποιείται για την παροχή θέρμανσης στο κτίριο. 53

5.4 ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΤΟΥ ΜΙΚΡΟΔΙΚΤΥΟΥ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗΣ Το μοντέλο που χρησιμοποιήσαμε,όπως φαίνεται και στο σχήμα 5.4, αποτελείται από: 1. υπάρχον AC δίκτυο 2. μετατροπείς AC/DC 3. DC δίκτυο διανομής 4. Αντιστροφείς 5. Μονάδες ΑΠΕ Η σημαντικότητα DC ισχύος στο μικροδίκτυο μείωση των ενεργειακών απωλειών αύξηση της αποδοτικότητας του συστήματος ευκολότερος έλεγχος οι γραμμές μεταφοράς ως γραμμές μετάδοσης σημάτων Παράμετροι λειτουργίας που διαχερίζεται ο Διαχειριστής Δικτύου: την ενέργεια που παράγεται από τα ηλιακά Φ/Β συστήματα, και την Α/Γ απαιτήσεις των AC και DC φορτίων την επιλογή ΑΠΕ Σχήμα 5.4: Αναπαράσταση μικροδικτύου-συνδεδεμένο με το εθνικό δίκτυο 54

MΑΡΤΙΟΣ ΜΑΙΟΣ ΙΟΥΛΙΟΣ ΣΕΠΤΕΜ ΝΟΕΜΒ ΙΑΝΟΥΑ 5.4.1 Διαστασιολόγηση Παρακάτω παρουσιάζεται η κατανάλωση ενέργειας(kwh), σε 3 κτίρια του Πανεπιστημίου Πατρών, το πρώτο κτίριο ανήκει στους Ηλεκτρολόγους Μηχανικούς(κτίριο-1), το δεύτερο κτίριο βρίσκεται στους Μηχανολόγους(κτίριο-2), και το τρίτο κτίριο ανήκει στη σχολή των Πολιτικών Μηχανικών(κτίριο-3). Τα διαγράμματα που ακολουθούν, σχεδιάστηκαν τοποθετώντας στον οριζόντιο άξονα τον χρόνο(μήνες) και στον κάθετο άξονα τις μέσες μηνιαίες καταναλώσεις κάθε κτιρίου αντίστοιχα. ΜΗΝΑΣ- ΚΑΤΑΝΑΛΩΣΗ(ΚWh) ΚΤΙΡΙΟ1 MΑΡΤΙΟΣ 47000 ΑΠΡΙΛΙΟΣ 40000 ΜΑΙΟΣ 40000 ΙΟΥΝΙΟΣ 42000 ΙΟΥΛΙΟΣ 46000 ΑΥΓΟΥΣΤΟΣ 37000 ΣΕΠΤΕΜΒΡΙΟΣ 46000 ΟΚΤΩΒΡΙΟΣ 33000 ΝΟΕΜΒΡΙΟΣ 28000 ΔΕΚΕΜΒΡΙΟΣ 39000 ΙΑΝΟΥΑΡΙΟΣ 46000 ΦΕΒΡΟΥΑΡΙΟΣ 52000 Πίνακας 5.4.1.1:Μηνιαίες καταναλώσεις για το κτίριο-1 60000 40000 20000 0 ΚΑΤΑΝΑΛΩΣΗ(Κwh) ΚΑΤΑΝΑΛΩΣΗ( Κwh) Σχήμα 5.4.1.2 : Γραφική απεικόνιση των μηνιαίων καταναλώσεων στο κτίριο-1 Παρατηρούμε την peak τιμή κατανάλωσης τον μήνα Φεβρουάριο, που είναι 52000KWh. 55

ΜΑΡΤΙΟΣ ΜΑΙΟΣ ΙΟΥΛΙΟΣ ΣΕΠΤΕΜ ΝΟΕΜΒΡ ΙΑΝΟΥΑ ΚΤΙΡΙΟ2- ΚΑΤΑΝΑΛΩΣΕΙΣ(ΚWh) ΜΗΝΑΣ ΜΑΡΤΙΟΣ 22000 ΑΠΡΙΛΙΟΣ 23000 ΜΑΙΟΣ 22000 ΙΟΥΝΙΟΣ 26000 ΙΟΥΛΙΟΣ 30900 ΑΥΓΟΥΣΤΟΣ 19000 ΣΕΠΤΕΜΒΡΙΟΣ 29000 ΟΚΤΩΒΡΙΟΣ 27000 ΝΟΕΜΒΡΙΟΣ 26000 ΔΕΚΕΜΒΡΙΟΣ 30000 ΙΑΝΟΥΑΡΙΟΣ 30000 ΦΕΒΡΟΥΑΡΙΟΣ 31000 Πίνακας 5.4.1.3:Μηνιαίες καταναλώσεις για το κτίριο-2 40000 30000 20000 10000 0 ΚΑΤΑΝΑΛΩΣΕΙΣ(ΚWh) ΚΑΤΑΝΑΛΩΣΕΙΣ( ΚWh) Σχήμα 5.4.1.4 : Γραφική απεικόνιση των μηνιαίων καταναλώσεων στο κτίριο-2 Παρατηρούμε την peak τιμή κατανάλωσης τον μήνα Φεβρουάριο, που είναι 31000KWh. 56

ΜΑΡΤΙΟΣ ΜΑΙΟΣ ΙΟΥΛΙΟΣ ΣΕΠΤΕΜ ΝΟΕΜΒ ΙΑΝΟΥΑ ΚΤΙΡΙΟ 3-ΜΗΝΑΣ ΚΑΤΑΝΑΛΩΣΕΙΣ(KWh) ΜΑΡΤΙΟΣ 23000 ΑΠΡΙΛΙΟΣ 17000 ΜΑΙΟΣ 16000 ΙΟΥΝΙΟΣ 23000 ΙΟΥΛΙΟΣ 32000 ΑΥΓΟΥΣΤΟΣ 20000 ΣΕΠΤΕΜΒΡΙΟΣ 32000 ΟΚΤΩΒΡΙΟΣ 19000 ΝΟΕΜΒΡΙΟΣ 21000 ΔΕΚΕΜΒΡΙΟΣ 25000 ΙΑΝΟΥΑΡΙΟΣ 29000 ΦΕΒΡΟΥΑΡΙΟΣ 35000 Πίνακας 5.4.1.5:Μηνιαίες καταναλώσεις για το κτίριο-3 40000 30000 20000 10000 0 ΚΑΤΑΝΑΛΩΣΕΙΣ(KWh) ΚΑΤΑΝΑΛΩΣΕΙ Σ(KWh) Σχήμα 5.4.1.6 : Γραφική απεικόνιση των μηνιαίων καταναλώσεων στο κτίριο-3 Παρατηρούμε την peak τιμή κατανάλωσης τον μήνα Φεβρουάριο, που είναι 35000KWh. 57

Από τις παραπάνω γραφικές παραστάσεις καταλήγουμε στην διεξαγωγή των παρακάτω συμπερασμάτων: Και για τα τρία κτίρια, που μελετάμε, και αποτελούν μέρος του μικροδικτύου, ο χειρότερος μήνας από άποψη κατανάλωσης είναι ο Φεβρουάριος. Ο μήνας Φεβρουάριος είναι ένας μήνας με ιδιαίτερα χαρακτηριστικά, τα οποία οδηγούν στην ανάγκη για αυξημένη κατανάλωση ενέργειας. Οι καιρικές συνθήκες είναι άσχημες, με δεδομένη τη χαμηλή θερμοκρασία, την ελάχιστη ηλιοφάνεια, και τους ισχυρούς ανέμους στην περιοχή του Ρίου, όπου και βρίσκεται το Πανεπιστήμιο Πατρών. Έτσι η σωστή διαχείριση ενέργειας που θα πετύχουμε, θα βασιστεί στα δεδομένα του μήνα Φλεβάρη. Οι μεγάλες τιμές των καταναλώσεων οφείλονται στους παρακάτω λόγους: στην ανεπιθύμητη απώλεια θερμότητας από τον εσωτερικό χώρο προς το περιβάλλον, η οποία οδηγεί στη μεγάλη κατανάλωση ενέργειας για θέρμανση κτιρίου. Οι απώλειες θερμότητας των τριών κτιρίων, εξαρτώνται από το κλίμα στην περιοχή του Ρίου, από την θέση των τριών κτιρίων, αλλά και από τα δομικά χαρακτηριστικά τους. Στις μεγάλες ανάγκες για φωτισμό των αιθουσών, καθόλη τη διάρκεια της μέρας, καθώς ο Φεβρουάριος είναι εντατικός μήνας μαθημάτων αλλά και εξεταστικής. Η διαρκής λειτουργία των ηλεκτρικών μηχανών, και του ηλεκτρομηχανολογικού εξοπλισμού που βρίσκονται στα εργαστήρια των τριών σχολών. Όλα τα παραπάνω δεδομένα έχουν κάποιες σημαντικές επιπτώσεις, τις οποίες πρέπει να επισημάνουμε: Η μεγάλη κατανάλωση των τριών κτιρίων οδηγεί σε ενεργειακή επιβάρυνση του κυρίως δικτύου σε ώρες αιχμής. Σε περίπτωση κάποιας βλάβης, ή αποκοπής κάποιας γραμμής από το κυρίως δίκτυο, ή ενός blackout, τα κρίσιμα φορτία παύουν να καλύπτονται. Αυτή η κατάσταση είναι όχι μόνο ανεπιθύμητη αλλά και επικίνδυνη για τα κρίσιμα φορτία. Με βάση τα παραπάνω καταλήγουμε στο συμπέρασμα, πως αυτό που χρειαζόμαστε είναι ένα εν δυνάμει ηλεκτρικά απομονωμένο σύνολο γεννητριών που τροφοδοτούν ένα μέρος της ζήτησης των τριών κτιρίων. 58

Τα τρία κτίρια, μαζί με τις εγκαταστάσεις φωτοβολταΐκών πάνελ, την ανεμογεννήτρια και το ηλεκτροπαραγωγό ζεύγος αποτελούν το μικροδίκτυο, με το οποίο και θα ασχοληθούμε στη παρούσα διπλωματική εργασία. Οι καταναλώσεις, μας ενδιαφέρουν συνολικά, και των τριών κτιρίων, και όχι του κάθε κτιρίου ξεχωριστά. Έτσι για τον μήνα Φεβρουάριο, με την peak κατανάλωση ενέργειας, η συνολική ενέργεια που καταναλώνεται είναι 35.000+31.000+52.000=118.000KWh Η κάλυψη φορτίου με τη χρήση των ΑΠΕ, θα πραγματοποιηθεί μελετώντας τη μέση ημερήσια κατανάλωση του μήνα Φλεβάρη, η οποία είναι προσεγγιστικά 4000KWh. Στόχος της παρούσας διπλωματικής εργασίας, είναι χρησιμοποιώντας την μέθοδο του ευφυούς ελέγχου να πετύχουμε κάλυψη έως και 20% του συνολικού φορτίου, δηλαδή η μέγιστη ενέργεια που θα πάρουμε από τις ΑΠΕ είναι το 20% των 4.000 KWh, το οποίο είναι 800 ΚWh/ημερησίως. Μετά από μελέτη, η συμμετοχή των μονάδων ΑΠΕ στην παραγωγή θα είναι η εξής: - Τις 200 ΚWh θα μου τις δώσουν μία Ανεμογεννήτρια και -Τις 600 ΚWh θα μου τις παρέχει ένα σύνολο Φωτοβολταΐκών Πάνελ. 59

5.4.2 ΔΙΑΧΕΙΡΙΣΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΜΕ ΤΗ ΧΡΗΣΗ FUZZY ΕΛΕΓΚΤΩΝ O πρώτος στόχος που υλοποιείται παρακάτω είναι να κατασκευάσουμε έναν fuzzy ελεγκτή, ο οποίος θα δέχεται σαν είσοδο τους παράγοντες που επηρεάζουν την παραγωγή ενέργειας, από την ανεμογεννήτρια και την Φ/Β εγκατάσταση. Στη συνέχεια θα δημιουργήσουμε έναν άλλο fuzzy ελεγκτή, ο οποίος θα μας αποδεικνύει το πόσο καλή κάλυψη του 20% του φορτίου πραγματοποιείται μετά την ενσωμάτωση των ΑΠΕ, στο μικροδίκτυο που μελετάμε. Η υλοποίηση του συστήματος θα γίνει με το πρόγραμμα του Matlab και συγκεκριμένα με τη χρήση των εργαλείων του Fuzzy Logic Toolbox. Στις επόμενες σελίδες θα παρουσιαστεί βήμα- βήμα η υλοποίηση του συστήματος ελέγχου. Σαν πρώτο βήμα, ανατρέχουμε στο Matlab και εκτελούμε την εντολή fuzzy. Με αυτή την εντολή ανοίγει ένα καινούριο παράθυρο στο οποίο απεικονίζεται ένα διάγραμμα του Ασαφούς Συστήματος Συμπερασμού (Fuzzy Inference System). Σχήμα 5.4.2: Επεξεργαστής του ασαφούς συστήματος συμπερασμού Στο παραπάνω σχήμα, παρατηρούμε ότι στον επεξεργαστή του Ασαφούς Συστήματος Συμπερασμού οι μεταβλητές εισόδου τοποθετούνται από την αριστερή πλευρά, ενώ οι μεταβλητές εξόδου τοποθετούνται στη δεξιά πλευρά. 60

5.4.2.1 Υλοποίηση Πρώτου Ελεγκτή Στο μοντέλο που θα υλοποιήσουμε, οι είσοδοι είναι πέντε και οι έξοδοι είναι δύο. Οι είσοδοι, στην πραγματικότητα, αποτελούν τους παράγοντες από τους οποίους επηρεάζεται η παραγωγή ενέργειας από τα φωτοβολταΐκά πάνελ και την ανεμογεννήτρια που έχουμε εγκαταστήσει. Οι έξοδοι αντίστοιχα είναι η παραγωγή ενέργειας από τις μονάδες των ΑΠΕ του συστήματός μας. Στο παρακάτω σχήμα φαίνεται το γενικό μοντέλο του συστήματος, έχοντας τοποθετήσει όλες τις μεταβλητές. Σχήμα 5.4.2.1: Γενικό μοντέλο του πρώτου ελεγκτή Στη συνέχεια παρουσιάζονται αναλυτικά οι είσοδοι και οι έξοδοι του συστήματος και η αναπαράσταση αυτών στο πρόγραμμα του Μatlab. ΕΙΣΟΔΟΙ: Οι τέσσερις από τις πέντε εισόδους επηρεάζουν την παραγωγή της φωτοβολταΐκής μας εγκατάστασης και παρουσιάζονται παρακάτω: 61

1. Θερμοκρασία Η ισχύς και η αποδοτικότητα μίας ηλιακής κυψέλης εξαρτάται από τη θερμοκρασία της φωτοβολταϊκής μονάδας. Μία φωτοβολταϊκή μονάδα είναι ιδιαίτερα αποδοτική σε χαμηλές θερμοκρασίες. Σχήµα 5.4.2.2: Επίδραση της θερμοκρασίας στην I-V χαρακτηριστική ενός ηλιακού κελιού[19] Τα διαστήματα της παραμέτρου-θερμοκρασίας είναι τα εξής: Κρύο(Cold) Κανονικό(Normal) Ζεστό(hot) Σχήμα 5.4.2.3 : Είσοδος -θερμοκρασία 62

2. Ηλιακή ακτινοβολία H ένταση ηλιακής ακτινοβολίας επιδρά (σχεδόν ανάλογα) στο ρεύµα βραχυκύκλωσης του κελιού, ενώ η τάση ανοικτού κυκλώματος αυξάνεται ελαφρά µε την αύξηση της έντασης. Αποτέλεσµα των παραπάνω είναι η σχεδόν αναλογική σχέση ανάµεσα στην ισχύ του κελιού και την ένταση της ηλιακής ακτινοβολίας, για σταθερές φυσικά θερµοκρασίες κελιού. Σχήμα 5.4.2.4: Επίδραση της ηλιακής ακτινοβολίας στην I-V χαρακτηριστική ενός ηλιακού κελιού[19] Τα λεκτικά επίπεδα της μεταβλητής αυτής είναι τα παρακάτω διαστήματα: Χαμηλή Μεσαία υψηλή Σχήμα 5.4.2.5: Είσοδος ηλιακή ακτινοβολία 63

3. Σκίαση Η σκιά από φυτά ή οικοδομές, που πέφτει πάνω στη συσκευή μέτρησης της φωτοβολταϊκής εγκατάστασης προκαλεί σύντομη ή και συνεχή σκίαση της συσκευής μέτρησης. Επίσης, ακαθαρσίες από σκόνη, γύρη, χιόνι κ.α. μπορεί να προκαλέσουν σκίαση των φωτοβολταϊκών μονάδων. Η σκίαση αυτή έχει ως αποτέλεσμα οι φωτοβολταϊκές μονάδες να μπορούν να απορροφήσουν λιγότερη ηλιακή ακτινοβολία. Επομένως, η αποδοτικότητα των φωτοβολταϊκών μονάδων μειώνεται και ακολούθως μειώνεται και η τιμή του ποσοστού απόδοσης της φωτοβολταϊκής εγκατάστασης. Τα επίπεδα σκίασης είναι: Χαμηλό(Low) Υψηλό(High) Πολύ Υψηλό(Very high) Σχήμα 5.4.2.6: Είσοδος- σκιές 64

4. Ταχύτητα ανέμου Η ταχύτητα του ανέμου, μπορεί να παίξει σημαντικό ρόλο στον καθορισμό της θερμοκρασίας του στοιχείου καθότι μεγάλες ταχύτητες, έχουν ως αποτέλεσμα χαμηλότερες θερμοκρασίες λειτουργίας του φωτοβολταϊκού πλαισίου. Όταν οι άνεμοι είναι βόρειοι είναι συνήθως κρύοι, με αποτέλεσμα τα φωτοβολταϊκά να λειτουργούν σε χαμηλότερες θερμοκρασίες σε σχέση με αυτές που θα λειτουργούσαν εάν υπήρχε άπνοια, υπό τα ίδια ποσοστά της προσπίπτουσας ακτινοβολίας. Τα επίπεδα της ταχύτητας του ανέμου είναι τα παρακάτω διαστήματα: Ασθενής(Wake) Μεσαίος(Medium) Δυνατός(Strong) Σχήμα 5.4.2.7:Είσοδος-ταχύτητα ανέμου Στη συνέχεια θα εξετάσουμε τις λεκτικές μεταβλητές, οι οποίες αντιπροσωπεύουν τους παράγοντες που επηρεάζουν την παραγωγή ενέργειας της ανεμογεννήτριας. Αυτές είναι οι εξής: 65

Ταχύτητα ανέμου Σχήμα 5.4.2.8:Καμπύλη ισχύος Τα διαστήματα στα οποία κατηγοριοποιείται είναι τα εξής: Ασθενής (Wake) Μεσαίος (Medium) Δυνατός (Strong) Σχήμα 5.4.2.9 :Είσοδος-ταχύτητα ανέμου 66

Βήμα πτερυγίου Όσο πιο κοντά στο 0 είναι η τιμή του βήματος πτερυγίου, τόσο καλύτερη απόδοση έχω, ενώ όσο πλησιάζει τις 30 μοίρες, η απόδοσή μου ελαττώνεται. Τα διαστήματα, στα οποία χωρίζεται η μεταβλητή αυτή, είναι τα εξής: Άριστο Πολύ καλό Λίγο Σχήμα 5.4.2.10:Είσοδος βήμα πτερυγίου Στη συνέχεια θα καθορίσουμε τις λεκτικές μεταβλητές οι οποίες προσδιορίζουν τις μεταβλητές εξόδου. 67

Παραγωγή ενέργειας από Φ/Β Η πρώτη έξοδος είναι η παραγωγή ενέργειας από την εγκατεστημένη φωτοβολταΐκή εγκατάσταση. Τα διαστήματα στα οποία χωρίζεται η μεταβλητή αυτή είναι τα εξής: Λίγο Μέτριο Πολύ Σχήμα 5.4.2.11:Έξοδος παραγωγή Φ/Β 68

Παραγωγή ενέργειας από Α/Γ Η δεύτερη έξοδος που ορίστηκε είναι η παραγωγή ενέργειας από την Α/Γ και τα διαστήματα, στα οποία χωρίζεται η μεταβλητή αυτή, είναι τα εξής: Λίγο Μέτριο Πολύ Σχήμα 5.4.2.12 :Έξοδος-παραγωγή Α/Γ Διατύπωση Κανόνων Στη συνέχεια εκτελούμε στο Matlab την εντολή Εdit-Rules, και με βάση τις μεταβλητές εισόδου και τις μεταβλητές εξόδου διαμορφώνονται οι κανόνες. Οι κανόνες αυτοί έπειτα εισάγονται στο παράθυρο Rule Editor που προσφέρει το γραφικό περιβάλλον του FIS Editor. Η διαμόρφωση ενός κανόνα γίνεται με την επιλογή μίας ή περισσοτέρων λεκτικών μεταβλητών εισόδου και μίας μεταβλητής εξόδου, ώστε να έχουν την παρακάτω μορφή: 69

ΕΑΝ η είσοδος 1 είναι MF 1 (η πρώτη συνάρτηση της μεταβλητής εισόδου 1) ΚΑΙ η είσοδος 2 είναι MF 1 ΤΟΤΕ η έξοδος θα είναι MF 1 (η πρώτη συνάρτηση συμμετοχής της εξόδου 1) με βάρος 1. Κανόνες του συστήματος μας : Σχήμα 5.4.2.13:Πίνακας διατύπωσης κανόνων Σχήμα 5.4.2.14:Πίνακας διατύπωσης κανόνων 70

Σχήμα 5.4.2.15:Πίνακας διατύπωσης κανόνων Σχήμα 5.4.2.16:Πίνακας διατύπωσης κανόνων 71

Σχήμα 5.4.2.17:Πίνακας διατύπωσης κανόνων Οι παραπάνω κανόνες προέκυψαν, αφού εκτελέσαμε την εντολή Edit-Rules,και δημιουργήσαμε το παρακάτω παράθυρο κανόνων. Σχήμα 5.4.2.18:Παράθυρο διαμόρφωσης κανόνων 72

Συνεχίζοντας και εκτελώντας την εντολή View-Rules, εμφανίζονται τα αποτελέσματα του ασαφούς συστήματος συμπερασμού, στα οποία επεμβαίνουμε εμείς, και μεταβάλλοντας κάθε φορά τις τιμές των εισόδων, βλέπουμε τις αντίστοιχες εξόδους. Σχήμα 5.4.2.19: Αποτελέσματα ασαφούς συστήματος συμπερασμού Σχήμα 5.4.2.20: Αποτελέσματα ασαφούς συστήματος συμπερασμού 73

5.4.2.2 Υλοποίηση Ελεγκτή 2 Το σύστημα αυτό αποτελείται από δύο εισόδους και δύο εξόδους. Σαν είσοδοι ορίζονται η παραγωγή ενέργειας από την φωτοβολταΐκή εγκατάσταση και την ανεμογεννήτρια, και σαν έξοδοι η κάλυψη φορτίου και η χρήση του Η/Ζ. Σχήμα 5.4.2.2.1:Γενικό μοντέλο του δεύτερου ελεγκτή Θα εξετάσουμε τώρα αναλυτικά την κάθε είσοδο του δεύτερου ελεγκτή. 74

Παραγωγή ενέργειας από φωτοβολταΐκή εγκατάσταση Τα διαστήματα, στα οποία χωρίζεται η μεταβλητή, αυτή είναι τα εξής: Λίγο Μέτρια Πολύ Σχήμα 5.4.2.2.2 :Είσοδος -Παραγωγή Φ/Β Η επόμενη είσοδος που θα εξετάσουμε είναι η παραγωγή ενέργειας από ένα σύνολο ανεμογεννητριών. Τα διαστήματα, στα οποία χωρίζεται η μεταβλητή αυτή, είναι τα εξής: Λίγο Μέτρια Πολύ Σχήμα 5.4.2.2.3:Είσοδος Παραγωγή Α/Γ 75

Έπειτα θα ορίσουμε τις εξόδους του συστήματος με τις αντίστοιχες λεκτικές τους μεταβλητές. Κάλυψη φορτίου Όπου ορίζουμε τα παρακάτω διαστήματα: Λίγη Μέτρια Πολύ Σχήμα 5.4.2.2.4:Εξοδος Κάλυψη Φορτίου 76

Η δεύτερη έξοδος είναι το Ηλεκτροπαραγωγό Ζεύγος (Η/Ζ). Η λεκτική μεταβλητή που την περιγράφει είναι μία : Πλήρης κάλυψη από το Η/Ζ Το ηλεκτροπαραγωγό ζεύγος είναι ανεξάρτητη πηγή ηλεκτρικής ενέργειας (μονάδα παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας), η οποία χρησιμοποιείται: Ως εφεδρική πηγή στις εγκαταστάσεις που χρησιμοποιούν ως κύρια πηγή το δίκτυο μιας εταιρείας (π.χ. ΔΕΗ) και τροφοδοτεί μέρος ή ολόκληρη την ηλεκτρική εγκατάσταση κτιρίου, όταν η τάση ή και η συχνότητα γίνουν ακατάλληλες ή διακοπεί η παροχή από την κύρια πηγή Ως κύρια πηγή ηλεκτρικής ενέργειας στις εγκαταστάσεις όπου δεν φθάνει το δίκτυο της εταιρείας διανομής και Σε ειδικές περιπτώσεις, παράλληλα με το δίκτυο της εταιρείας διανομής, για να καλύψει την αιχμή του φορτίου της ηλεκτρικής εγκατάστασης Σχήμα 5.4.2.2.5: Ηλεκτροπαραγωγό ζεύγος 77

Σχήμα 5.4.2.2.6:Έξοδος-Η/Ζ Σχήμα 5.4.2.2.7:Διατύπωση κανόνων Σχήμα 5.4.2.2.8:Τρόπος Διατύπωσης κανόνων για τον δεύτερο ελεγκτή 78

Σχήμα 5.4.2.2.9: Αποτελέσματα του ασαφούς συστήματος συμπερασμού του δεύτερου ελεγκτή 79

5.4.2.3 Σενάρια Αποτελέσματα Στη συνέχεια θα επέμβουμε στους δύο ελεγκτές, θα μεταβάλλουμε κάθε φορά τα διαστήματα των εισόδων, και θα εξάγουμε, για κάθε φορά, εξόδους σε διαφορετικά διαστήματα. Έτσι θα προκύψουν τα παρακάτω σενάρια για διαφορετικές εποχές του χρόνου. 1o Σενάριο: Εποχή: Ηλιοφάνεια: Ταχύτητα ανέμου: Θερμοκρασία: Σκίαση: Βήμα πτερυγίου: Χειμώνας Mέτρια Μέτρια Χαμηλή Μηδενική 10 μοίρες Σχήμα 5.4.2.3.1 :Αποτελέσματα του ασαφούς συστήματος συμπερασμού για το πρώτο σενάριο 80

Παραγωγή Φ/Β: Παραγωγή Α/Γ : 289 ΚWh 181 ΚWh Κάλυψη φορτίου: 393( Μέτρια)- 49% Η/Ζ : 0 (δεν χρησιμοποιείται) Σχήμα 5.4.2.3.2 :Αποτελέσματα του ασαφούς συστήματος συμπερασμού για το πρώτο σενάριο Παρατηρούμε ότι: Η παραγωγή από Φ/Β είναι μέτρια (καλύπτει το 50% από το προβλεπόμενο), η παραγωγή από Α/Γ είναι πολύ, και στο τέλος προκύπτει ότι η κάλυψη φορτίου είναι μέτρια. Σε αυτή την περίπτωση την επιπλέον ενέργεια μας την παρέχει το δίκτυο της ΔΕΗ. Ο λόγος που η Φ/Β εγκατάσταση προσφέρει το μισό από το προβλεπόμενο ποσό ενέργειας, είναι ότι τους χειμερινούς μήνες η Φ/Β εγκατάσταση αποδίδει 50% λιγότερο σε σχέση με τους καλοκαιρινούς μήνες. 81

2o Σενάριο: Εποχή: Ηλιοφάνεια: Καλοκαίρι Άριστη Ταχύτητα ανέμου: Μέτρια Θερμοκρασία: Σκίαση: Βήμα πτερυγίου: Κανονική Χαμηλή 10,2 μοίρες Σχήμα 5.4.2.3.3 :Αποτελέσματα του ασαφούς συστήματος συμπερασμού για το δεύτερο σενάριο 82

Παραγωγή Φ/Β: Παραγωγή Α/Γ : Κάλυψη φορτίου: 560 ΚWh 180 ΚWh 737( Άριστη)-92,5% Η/Ζ : 0 (δεν χρησιμοποιείται) Σχήμα 5.4.2.3.4 :Αποτελέσματα του ασαφούς συστήματος συμπερασμού για το δεύτερο σενάριο Παρατηρούμε ότι : Η παραγωγή μας από τη Φ/Β εγκατάσταση κάτω από τις συγκεκριμένες συνθήκες είναι άριστη, όπως και η παραγωγή από την Α/Γ. Σε αυτή την περίπτωση καλύπτεται το 20% του συνολικού φορτίου των τριών κτιρίων από τις ΑΠΕ. 83

3o Σενάριο: Εποχή: Ηλιοφάνεια: Καλοκαίρι Χαμηλή Ταχύτητα ανέμου: Χαμηλή Θερμοκρασία: Σκίαση: Βήμα πτερυγίου: Υψηλή Χαμηλή 24,6 μοίρες Σχήμα 5.4.2.3.5 :Αποτελέσματα του ασαφούς συστήματος συμπερασμού για το τρίτο σενάριο 84

Παραγωγή Φ/Β: Παραγωγή Α/Γ : Κάλυψη φορτίου: 38,3 ΚWh 20,5 ΚWh 54,1( Λίγη)-6.76% Η/Ζ : 700-800 ΚWh Σχήμα 5.4.2.3.6 :Αποτελέσματα του ασαφούς συστήματος συμπερασμού για το τρίτο σενάριο Σε αυτό το σενάριο, αναλαμβάνει πλήρως το Η/Ζ, εφόσον η κάλυψη φορτίου από τις ΑΠΕ είναι λίγη, και αυτό οφείλεται στην υψηλή θερμοκρασία των Φ/Β πάνελ. 85

4o Σενάριο: Εποχή: Καλοκαίρι Ηλιακή ακτινοβολία: Yψηλή Ταχύτητα ανέμου: Θερμοκρασία: Σκίαση: Βήμα πτερυγίου: Χαμηλή Μέτρια Mέτρια 10 μοίρες Σχήμα 5.4.2.3.7 :Αποτελέσματα του ασαφούς συστήματος συμπερασμού για το τέταρτο σενάριο 86

Παραγωγή Φ/Β: Παραγωγή Α/Γ : Κάλυψη φορτίου: 289 ΚWh 102 ΚWh 394( Μέτρια)-49.25% Η/Ζ : 0(δεν χρησιμοποιείται) Σχήμα 5.4.2.3.8 :Αποτελέσματα του ασαφούς συστήματος συμπερασμού για το τέταρτο σενάριο Παρατηρούμε ότι η κάλυψη φορτίου είναι μέτρια,και αυτό οφείλεται στην ύπαρξη σκίασης στην φωτοβολταΐκή εγκατάσταση. Σε αυτή την περίπτωση την παραπάνω ενέργεια μας την παρέχει το κυρίως δίκτυο. 87

5.4.2.4 Επιλογή κατάλληλων Φ/Β, Α/Γ, Η/Ζ Οικονομοτεχνική μελέτη 1.Φωτοβολταΐκή εγκατάσταση Σκοπός της επένδυσης είναι η εγκατάσταση ενός Φ/Β σταθμού παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας ονομαστικής ισχύος 99.36kw p. Το διασυνδεδεμένο φωτοβολταϊκό σύστημα θα τοποθετηθεί στην στέγη βιομηχανικού κτιρίου. Το εμβαδόν που πρόκειται να καλύψουν τα φωτοβολταϊκά πλαίσια είναι 789m 2. Με το δεδομένο ότι η κλίση βιομηχανικής στέγης είναι 8 ο, αυτή θα είναι και η κλίση των πλαισίων καθ όλη τη διάρκεια του έτους. Εκτίμηση εγκατεστημένης ισχύος Τα Φ/Β πλαίσια της αγοράς έχουν πυκνότητα ισχύος περί τα 127-144W/m 2 και αυτό για πλαίσια της τάξης των 160-245Wp, με αποτέλεσμα για τη διαθέσιμη επιφάνεια (χωρίς σκιάσεις) η εκτίμηση της εγκατεστημένης ισχύος να είναι 88

Ο συντελεστής 0,9 στον πιο πάνω τύπο λαμβάνει υπόψη του τις αποστάσεις από panel σε panel και μεταξύ των σειρών τους, για λόγους μοντάζ. Εκτίμηση Ηλιακού Δυναμικού. Η Ελλάδα παρουσιάζει ένα ιδιαίτερα υψηλό δυναμικό, περίπου 1.400-1.800[(kWh/(m 2.yr)] ετησίως σε οριζόντιο επίπεδο, ανάλογα το γεωγραφικό πλάτος και το ανάγλυφο της περιοχής. Η ηλιακή ακτινοβολία είναι μια μορφή ενέργειας με σχεδόν σταθερή και προβλέψιμη ένταση (W/m 2 ) στην διάρκεια του χρόνου και της ημέρας. Η ηλιακή ακτινοβολία παρουσιάζει την μέγιστη ένταση της κατά την διάρκεια του μεσημεριού (μέγιστο ηλιακό ύψος), τόσο κατά τη θερινή όσο και κατά τη χειμερινή περίοδο. Η ηλιακή ενέργεια είναι μεγαλύτερη κατά τη θερινή περίοδο, λόγω της θέσης του ηλίου, αλλά και λόγω της αύξησης των ωρών ηλιοφάνειας (μείωση των νεφώσεων). Για τον υπολογισμό της προσπίπτουσας ηλιακής ακτινοβολίας σε οποιαδήποτε κεκλιμένη ή και περιστρεφόμενη επιφάνεια, είναι απαραίτητη η γνώση της ηλιακής ακτινοβολίας σε οριζόντιο επίπεδο. Στην Ελλάδα η Εθνική Μετεωρολογική Υπηρεσία (ΕΜΥ) καταγράφει εδώ και πολλά χρόνια τις ώρες ηλιοφάνειας ανά ημέρα (hr/day), αλλά και σε κάποιες περιπτώσεις την ολική ηλιακή ακτινοβολία (kwh/m 2 ) για διάφορες περιοχές της χώρας μας. Το σύστημα θα εγκατασταθεί στο πανεπιστήμιο Πατρών. Τα κλιματολογικά δεδομένα που παραθέτονται ποιο κάτω για την περιοχή της Πάτρας, έχουν αντληθεί από το Κέντρο Ανανεώσιμων Πηγών και Εξοικονόμησης Ενέργειας και από τον ισότοπο της Εθνικής Μετεωρολογικής Υπηρεσίας Μήνας Μέση Μηνιαία ολική ηλιακή ακτινοβολία στο οριζόντιο επίπεδο [kwh/(m 2.mo)] Μέση μηνιαία θερμοκρασία κατά την διάρκεια της ημέρας [ ο C] Μέση μηνιαία σχετική υγρασία [%] Μέση μηνιαία ειδική υγρασία [gr/kg] Μέση ταχύτητα του ανέμου [m/s] Jan. 55.0 11.4 69.1 5.2 2.5 Feb. 72.0 11.9 67.4 5.3 2.6 Mar. 124.0 13.8 67.1 6.0 2.6 Apr. 147.0 16.8 66.4 7.2 2.6 May 200.0 21.3 64.5 9.4 2.3 Jun. 215.0 25.3 61.9 11.5 2.3 Jul. 218.0 27.5 59.8 12.7 2.3 Aug. 197.0 28.0 59.3 12.8 2.2 Sep. 153.0 24.9 63.0 11.3 2.2 Oct. 107.0 20.5 66.9 9.1 2.1 Nov. 66.0 16.0 70.9 7.2 2.3 Dec. 53.0 12.8 71.2 5.9 2.4 Με δεδομένα εισόδου τα μετεωρολογικά στοιχεία της περιοχής όπως έχουν καταγραφεί και με τη χρήση του καθοριστικού μοντέλου που αναπτύχθηκε, 89

υπολογίζεται η μέση μηνιαία ολική ηλιακή ακτινοβολία για κλίσεις των Φ/Β πλαισίων σε σχέση με το οριζόντιο επίπεδο, προκειμένου να γίνει εκτίμηση για την κλίση στην οποία θα τοποθετηθούν τα πλαίσια. Τα αποτελέσματα της μεθόδου ομαδοποιήθηκαν στον πίνακα που ακολουθεί: Μηνιαία Ηλιακή Ενέργεια για τις βέλτιστες γωνίες κλίσης των Φ/Β (kwh/m 2.mo) Μήνας 7 ο -14 ο 23 ο -33 ο 42 ο -52 ο Jan. 66 83 91 Feb. 82 96 100 Mar. 134 145 145 Apr. 151 150 141 May 200 189 170 Jun. 212 195 173 Jul. 216 201 180 Aug. 201 196 181 Sep. 163 172 168 Oct. 121 140 146 Nov. 79 100 109 Dec. 66 86 96 Βέλτιστη κλίση σε Χειμερινή, Θερινή και Ετήσια περίοδο (kwh/m 2.mo) Χειμερινή 578 660 682 περίοδος Θερινή 1144 1102 1013 περίοδος Ετήσια περίοδο 1692 1753 1699 Παρόλα αυτά η απαίτηση να τοποθετηθούν τα Φ/Β πλαίσια στην βιομηχανική στέγη, μας οδήγησε να επιλεγεί κλίση 8 μοιρών των Φ/Β ως προς το οριζόντιο επίπεδο. Αυτό θα οδηγήσει σε απώλειες περί τις 60kWh ανά τετραγωνικό μέτρο εγκατεστημένων Φ/Β, που μεταφράζεται σε 3% απώλειες σε σχέση με τη βέλτιστη τιμή. Στην επόμενη απεικόνιση διακρίνουμε το επίπεδο του ορίζοντα του συστήματος, για επτά διαφορετικές ημερομηνίες του χρόνου. Στο διάγραμμα απεικονίζονται οι ποσοστιαίες σκιάσεις που δημιουργούνται κατά την διάρκεια του χρόνου. 90

Επιλογή INVERTER Οι μετατροπείς ισχύος αποτελούν τον πυρήνα ενός φωτοβολταϊκού συστήματος. Είναι υπεύθυνοι για την διοχέτευση της παραγόμενης ενέργειας στο δίκτυο της Δ.Ε.Η. Επίσης η φ/β εγκατάσταση πρόκειται να συνδεθεί στο δίκτυο ΧΤ μέσω τριών αγωγών. Στις τρεις φάσεις του δικτύου εξετάζεται το κατά πόσον είναι δυνατόν οι τρεις αυτοί αντιστροφείς να προσφέρουν μια υλοποίηση στην οποία θα υπάρχει συμμετρία ισχύος μεταξύ των τριών φάσεων. Στην παρούσα εγκατάσταση θα τοποθετηθούν 6 μετατροπείς ισχύος του οίκου DIEHL AKO, οι οποίοι θα είναι οι PLATINUM 17000TL3 συνολικής ισχύος 99kW. Οι επιλεγμένοι αντιστροφείς τριφασικού τύπου, διαθέτουν νέα σειρά αντιστρόφων ανορθωτών String χωρίς μετασχηματιστή με ανώτατο βαθμό απόδοσης 98.2% και MPP-Tracking ανώτατης κλάσης - υψηλή απόδοση χωρίς συμβιβασμούς μέσω καινοτόμων τεχνολογιών όπως η RACE και η DIVE. Οι αντιστροφείς Platinum TL3 είναι πλήρως εξοπλισμένοι με την πλέον σύγχρονη τεχνολογία, διακρίνονται για την εύκολη εγκατάσταση, την υψηλή απόδοση και την ασφαλή υποστήριξη του δικτύου. Χάρη στην τεχνολογία των πολλαπλών στοιχειοσειρών και το μεγάλο εύρος τιμών τάσης εισόδου, είναι κατάλληλοι για την διαστασιολόγηση του φωτοβολταϊκού συστήματος με κάθε τύπο φωτοβολταϊκού πλαισίου. 91

Επιλογή του Φ/Β πλαισίου Οι παράμετροι σύμφωνα με τις οποίες έγινε η επιλογή των πλαισίων ήταν η αξιοπιστία και η τεχνογνωσία της κατασκευάστριας εταιρείας, η μέγιστη ισχύς που παράγουν, η απόδοσή τους και φυσικά το κόστος. Ως πρώτο βήμα αποφασίζεται η επιλογή ενός πολυκρυσταλλικού πλαισίου, διότι είναι εύκολο να διαπιστωθεί ότι ενώ το κόστος των μονοκρυσταλλικών γεννητριών είναι αρκετά υψηλότερο από αυτό των πολυκρυσταλλικών(της τάξεως του 10-15%), η απόδοσή τους είναι καλύτερη μόνο κατά 1.5-3% από των πολυκρυσταλλικών, με αποτέλεσμα η καλύτερη απόδοση που εμφανίζουν να μην αντισταθμίζει το υψηλότερο κόστος αγοράς τους. Από άποψη ισχύος, συμφέρει περισσότερο η επιλογή ενός φωτοβολταϊκού πλαισίου με μεγάλη ισχύ, έναντι πολλών πλαισίων με μικρότερες ισχύς ειδικά για μεγάλες Φ/Β εγκαταστάσεις, που λειτουργούν ως σταθμοί παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας. Τα μεγάλα πλαίσια δουλεύονται πιο εύκολα στην εγκατάστασή τους, απαιτούνται λιγότερες συνδέσεις και το κόστος εγκατάστασης είναι μικρότερο. Επίσης το κόστος για πλαίσια μεγαλύτερα των 180Wp είναι ουσιαστικά σταθερό. Με γνώμονα τα παραπάνω καταλήγουμε στην επιλογή ισχύος του πλαισίου η οποία είναι 230Wp. Πρέπει να τονιστεί ότι η επιλογή πλαισίου εξαρτάται άμεσα από την επιλογή αντιστροφέα και ουσιαστικά δε μπορεί να γίνει χωρίς να ληφθούν υπόψη τα τεχνικά χαρακτηριστικά του τελευταίου. Ακόμα οι διαστάσεις του πλαισίου θα καθορίσουν τις βάσεις στήριξης που θα χρησιμοποιηθούν και γενικότερα τις απαραίτητες κατασκευαστικές υποδομές. Εκτός από τις διαστάσεις του πλαισίου και την ισχύ αιχμής του, ρόλο κλειδί έχουν τα μεγέθη τάσης και έντασης στο σημείο λειτουργίας μέγιστης ισχύος(μρρ), καθώς και το ρεύμα βραχυκύκλωσης και η τάση ανοιχτού κυκλώματος, που επηρεάζονται άμεσα από τα χαρακτηριστικά μεγέθη του αντιστροφέα. Τέλος άμεσα συνυφασμένη με τα παραπάνω είναι και η κυκλωματική διάταξη συστοιχίας. Τα πλαίσια που συνδέονται σε έναν αντιστροφέα πρέπει να έχουν τα ίδια ακριβώς χαρακτηριστικά,σε διαφορετική περίπτωση δεν υπάρχει η καλύτερη δυνατή εκμετάλλευση των δυνατοτήτων τους. Εξετάζοντας τα πλαίσια που έχουμε στη διάθεσή μας καταλήγουμε στο γεγονός ότι το πλαίσιο που είναι το ιδανικό για να συνδυαστεί με τον επιλεγμένο αντιστροφέα είναι το UPSOLARUP-M230P. Θα τοποθετηθούν 432 Φ/Β πλαίσια συνολικής ισχύoς 99.36KW p. Η απόδοση των πλαισίων είναι : 92

Διαστασιολόγηση των strings Με την κατάλληλη επιλογή των στοιχείων που αποτελούν ένα string(πλαίσια, καλώδια, ακροδέκτες σύνδεσης), επιλέγεται η διαστασιολόγηση με τέτοιο τρόπο, έτσι ώστε να αντέχουν το άθροισμα των ρευμάτων βραχυκύκλωσης των υπόλοιπων strings. Η συνδεσμολογία θα αποτελείται από 6 ομάδες των 3 ων παράλληλων αλυσίδων αποτελούμενες από 24 φωτοβολταϊκά πλαίσια η κάθε μία. Καταγραφικό σύστημα απομακρυσμένης παρακολούθησης Φ/Β συστήματος (WebMaster) Ο Platinum ViewMaster προσφέρει μια άνετη απομακρυσμένη παρακολούθηση του Φ/Β συστήματος μακριά από το σημείο εγκατάστασης των μετατροπέων, επιτρέποντας την συνολική επισκόπηση της λειτουργίας των μετατροπέων για τα τρέχοντα δεδομένα. Ο WebMaster αναγνωρίζει ανεξάρτητα διαταραχές και αποκλίσεις από τις καθορισμένες τιμές απόδοσης και σας ενημερώνει με έκθεση αυτού μέσω e-mail σε μια από τις προκαθορισμένες διευθύνσεις ηλεκτρονικού ταχυδρομείου. 93

Αποτελέσματα μελέτης Αποδοτικότητες, λόγος επίδοσης, αποδόσεις Η αποδοτικότητα της Φ/Β συστοιχίας (arrayyield, Ya) ορίζεται ως το πηλίκο της αποδιδόμενης ημερησίως (σε μηνιαία ή ετήσια βάση) ηλεκτρικής ενέργειας δια της ισχύος αιχμής της συστοιχίας. Έτσι έχουμε :Ya = Earray / Pp με μονάδες Wh/Wp/day και εκφράζει την ενέργεια που αποδίδει κάθε εγκατεστημένο kwp στην έξοδο της συστοιχίας σε μια ημέρα. Η αποδοτικότητα του Φ/Β συστήματος ορίζεται ως το πηλίκο της ημερησίως (σε μηνιαία ή ετήσια βάση) διαθέσιμης ηλεκτρικής ενέργειας στην έξοδο του μετατροπέα δια της ισχύος αιχμής. Έτσι έχουμε: Yf = Eoutsyst / Pp με μονάδες Wh/Wp/day και εκφράζει την ενέργεια που παίρνουμε στην έξοδο του συστήματος από κάθε εγκατεστημένο kwp σε μια ημέρα. Η αποδοτικότητα αναφοράς του Φ/Β συστήματος (referencesystemyield, Yr) είναι η ιδανική αποδοτικότητα του συστήματος χωρίς καμία απώλεια. Θεωρούμε δηλαδή ότι η συστοιχία λειτουργεί υπό συντελεστή απόδοσης που αντιστοιχεί στις πρότυπες συνθήκες ελέγχου και η προσπίπτουσα ολική ακτινοβολία φτάνει στην επιφάνεια των κυττάρων χωρίς να υφίσταται οπτικές απώλειες λόγω διάθλασης ή ανάκλασης. Οι υπόλοιπες απώλειες τόσο της συστοιχίας όσο και του μετατροπέα δεν λαμβάνονται υπόψη. Έτσι μπορούμε να γράψουμε : Yr = Earray,optimum / Pp. Η Yr συμπίπτει αριθμητικά με την προσπίπτουσα ακτινοβολία στο επίπεδο του συλλέκτη εκφρασμένη σε μονάδες kwh/m 2 /day. Υπό την προϋπόθεση ότι η μέγιστη προσπίπτουσα πυκνότητα ακτινοβολίας είναι 1000/m 2. 94

Ο λόγος επίδοσης (PerformanceRatio) μιας Φ/Β συστοιχίας (PRa) ή ενός Φ/Β συστήματος (PRs) ισούται με το πηλίκο της αποδιδόμενης ηλεκτρικής ενέργειας προς την ενέργεια Εarray (Gt, nstc) που θα απέδιδε η Φ/Β συστοιχία, αν λειτουργούσε ιδανικά χωρίς επιπλέον απώλειες δεχόμενη κάθε στιγμή την ίδια πυκνότητα ισχύος της ηλιακής ακτινοβολίας κατά τη διάρκεια της μέρας. Έτσι έχουμε: PRarray = Earray / Earray (Gt, nstc) για τη συστοιχία και PRs = Es / Earray (Gt, nstc) για το σύστημα συνολικά ενώ εναλλακτικά μπορούμε να γράψουμε PRs = Y f / Y r. Με βάση τα παραπάνω ορίζονται και τα ακόλουθα μεγέθη : Lc = Collection Loss = Y r Y a. Εκφράζει το σύνολο των απωλειών της συστοιχίας. Ls = SystemLoss = Y a Y f. Εκφράζει τις απώλειες του μετατροπέα. Ακολούθως παρουσιάζονται γραφήματα για τις απώλειες, τις αποδοτικότητες του και το λόγο επίδοσης του συστήματος. Στο παραπάνω γράφημα φαίνονται οι αποδοτικότητες και οι απώλειες του συστήματος για κάθε μήνα του έτους. Στο σχήμα αυτό μπορούμε να δούμε και τις συνολικές αποδοτικότητες και τις απώλειες του συστήματος για όλο το έτος. 95

Στο παραπάνω σχήμα φαίνεται ο λόγος επίδοσης PR του συστήματος για κάθε μήνα του έτους. Επίσης φαίνεται η συνολική επίδοση του συστήματος για όλο το έτος. Τα αναμενόμενα οικονομικά έσοδα της εγκατάστασης απεικονίζονται στα παρακάτω διαγράμματα όπως και πίνακας αναλυτικών οικονομικών εσόδων σε χιλιάδες : 96

Οικονομική προσφορά Ακολουθεί συνοπτική περιγραφή του εξοπλισμού που θα χρησιμοποιηθεί και των εργασιών που θα πραγματοποιηθούν, βάσει των οποίων θα προκύψει το τελικό κόστος. Εργασίες Σχεδιασμός Επίσκεψη κτιρίου, έλεγχος πρόσβασης, κτλ. Σχεδιασμός Φ/Β εγκατάστασης ( Σχέδια BeforebuildPlans) Σχέδια Φ/Β εγκατάστασης μετά την τοποθέτηση ( Σχέδια AfterbuildPlans) ΝΑΙ NAI NAI Έργα Υποδομής 97

Κατασκευή των απαραίτητων γειώσεων Υποδομή εγκατάστασης αντικεραυνικής προστασίας & Γείωσης ΝΑΙ ΝΑΙ Ηλεκτρομηχανολογικός Εξοπλισμός Φ/B πλαίσια UPSOLAR UP-M230P INVERTER PLATINUM 17000TL3 Σύστημα αντικεραυνικής προστασίας Ασφάλειες, καλώδια, πίνακες Σύστημα παρακολούθησης και διάγνωσης σφαλμάτων κατασκευής της εταιρίας DIEHL AKO τύπου ViewMaster Σύστημα απομακρυσμένης παρακολούθησης και διάγνωσης σφαλμάτων κατασκευής της εταιρίας DIEHL AKO τύπου WebMaster 432τεμ 6τεμ. ΝΑΙ ΝΑΙ ΟΧΙ (προαιρετικά) ΝΑΙ Εργασίες εγκατάστασης Εγκατάσταση σταθερών βάσεων Εγκατάσταση Φ/Β πλαισίων Εγκατάσταση και ρύθμιση μετατροπέων τάσης Εγκατάσταση ηλεκτρολογικού εξοπλισμού (καλώδια, πίνακες, ασφάλειες) Συνδέσεις δικτύου με Πίνακα Εγκατάσταση συστήματος θεμελιακής γείωσης Εγκατάσταση αντικεραυνικής προστασίας ΝΑΙ ΝΑΙ ΝΑΙ ΝΑΙ NAI NAI ΝΑΙ Λειτουργία-Απόδοση Γενικές δοκιμές λειτουργίας και απόδοσης των εγκαταστάσεων Τελικός έλεγχος αρτιότητας εγκατάστασης και λειτουργία ΝΑΙ ΝΑΙ Εξεταστικό Πρωτόκολλο Αποδοχής Διαδικασίες αποδοχής - Πάρκου( Αναφέρονται στη σύμβαση έργου) ΝΑΙ Σύνδεση Φ/Β σταθμού με ΔΕΗ ΟΧΙ Συνεργασία με τη ΔΕΗ για τη σύνδεση του σταθμού-( Θα είναι έτοιμος) NAI Έξοδα σύνδεσης σταθμού με ΔΕΗ (επιβαρύνουν τον πελάτη) ΟΧΙ Ασφάλιση Έργου ΟΧΙ Πρόσθετες εγγυήσεις (αναφέρονται αναλυτικότερα παρακάτω) ΟΧΙ Συντήρηση Φ/Β πάρκου ΟΧΙ Τελική τιμή έργου: 200.000,00 98

2.Ανεμογεννήτρια Αρχικά ξεκινάμε τη μελέτη με τα ετήσια ανεμολογικά δεδομένα της περιοχής. Μια ανεμογεννήτρια ισχύος 39,9kW παράγει αρκετή ενέργεια για να τροφοδοτήσει το μικροδίκτυο μας. 99

Χαρακτηριστικά Ανεμογεννήτριας 100