ιπλωματική Εργασία του φοιτητή του Τμήματος Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών της Πολυτεχνικής Σχολής του Πανεπιστημίου Πατρών

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΠΑΤΡΩΝ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΚΑΙ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ ΤΟΜΕΑΣ: ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ, ΜΕΤΑΦΟΡΑΣ, ΙΑΝΟΜΗΣ, & ΧΡΗΣΙΜΟΠΟΙΗΣΕΩΣ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ιπλωματική Εργασία του φοιτητή του Τμήματος Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών της Πολυτεχνικής Σχολής του Πανεπιστημίου Πατρών Περικλή Κρόμπα του Γεωργίου Αριθμός Μητρώου: 6291 Θέμα Επίδραση στην ποιότητα ισχύος του συστήματος διανομής υπό υψηλή διείσδυση αιολικών συστημάτων μεταβλητών στροφών Επιβλέπων Αντώνιος Θ.Αλεξανδρίδης Αριθμός ιπλωματικής Εργασίας: Πάτρα, Νοέμβριος 2010

ΠΙΣΤΟΠΟΙΗΣΗ Πιστοποιείται ότι η ιπλωματική Εργασία με θέμα Επίδραση στην ποιότητα ισχύος του συστήματος διανομής υπό υψηλή διείσδυση αιολικών συστημάτων μεταβλητών στροφών Του φοιτητή του Τμήματος Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών Περικλή Κρόμπα του Γεωργίου Αριθμός Μητρώου: 6291 Παρουσιάστηκε δημόσια και εξετάστηκε στο Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών στις.../../ Ο Επιβλέπων Ο ιευθυντής του Τομέα Καθηγητής Αντώνιος Θ.Αλεξανδρίδης Καθηγητής Αντώνιος Θ.Αλεξανδρίδης

Αριθμός ιπλωματικής Εργασίας: Θέμα: Επίδραση στην ποιότητα ισχύος του συστήματος διανομής υπό υψηλή διείσδυση αιολικών συστημάτων μεταβλητών στροφών Φοιτητής: Περικλής Κρόμπας Επιβλέπων: Αντώνιος Θ.Αλεξανδρίδης Περίληψη Στα σύγχρονα συστήματα ηλεκτρικής ενέργειας, η άεργος ισχύς που παράγουν τα αιολικά πάρκα είναι ένα πολύ σοβαρό ζήτημα που πρέπει να μελετηθεί τόσο στη μόνιμη κατάσταση όσο και στη δυναμική και μεταβατική μετά από σφάλματα και μεγάλες διαταραχές. Στην παρούσα διπλωματική εργασία εκπονείται μελέτη που αφορά την κατανεμημένη παραγωγή και ιδιαίτερο βάρος δίνεται στην ανεμογεννήτρια μεταβλητών στροφών με επαγωγική μηχανή διπλής τροφοδοσίας (DFIG) και τα όρια που παρουσιάζει η λειτουργία της από περιοριστικούς παράγοντες όπως : 1) ρεύμα του στάτη, 2) τάση του δρομέα, 3) ρεύμα του δρομέα. Αρχικά μελετάται η γενική δομή ενός συστήματος ηλεκτρικής ενέργειας καθώς και τα βασικά χαρακτηριστικά του δυκτίου. Περιγράφεται επίσης σύντομα η κανονική λειτουργία και η ευστάθεια των συστημάτων ηλεκτρικής ενέργειας καθώς και πως μπορεί να γίνει ρύθμιση της τάσης και της αέργου ισχύος δύο μεγεθών με ισχυρή συσχέτιση. Στην συνέχεια προχωράμε στην περιγραφή της διεσπαρμένης παραγωγής και την διείσδυσή της στο δύκτιο. Παρουσιάζονται τα πλεονεκτήματα καθώς και τα μειονεκτήματά της όπου αυτά υπάρχουν και περιγράφονται κάποια πολύ βασικά είδη της δίνοντας έμφαση στα είδη των ανεμογεννητριών. Στο κύριο μέρος της εργασίας περιγράφεται αρχικά το μοντέλο της ανεμογεννήτριας μεταβλητών στροφών με επαγωγική μηχανή διπλής τροφοδοσίας (DFIG) και παρουσιάζεται η θεωρητική επίδραση των παραπάνω περιοριστικών παραγόντων στην λειτουργία της. Στόχος της μελέτης είναι η προσομοίωση των παράπάνω σε μια πραγματική μηχανή κάτι που γίνεται στο Simulink του Matlab. Α) παρουσίαζονται τα όρια από τους τρείς περιοριστικούς παράγοντες. Β) περιγράφεται η επίδραση του μετασχηματισμού από αστέρα σε τρίγωνο στα τυλίγματα του στάτη. Γ) Σχεδιάζονται όλα τα όρια μαζί και παρατηρούμε ότι το όριο που κυριαρχεί σχετικά με την παραγωγή αέργου ισχύος είναι το ρεύμα του δρομέα ενώ το όριο που κυριαρχεί σχετικά με την απορρόφηση αέργου ισχύος είναι το ρεύμα του στάτη. Δ) Τέλος παρατηρούμε ότι η τάση του

δρομέα επιδρά σαν όριο μόνο σε μεγάλες τιμές της ολίσθησης ( είτε αρνητικής είτε θετικής ), αλλά κοντά στα όριά της είναι πολύ ευαίσθητη στις αλλαγές της τιμής της ολίσθησης. Abstract In the modern regulations of transport of energy, reactive power by wind farms is a major concern that should be studied during both steady-state and dynamic-fault condition. This diploma thesis forms the distribution systems and particular weight is given in the wind turbine of variable speed with doubly fed induction generator (DFIG) and the operation limits from these factors: 1) stator current, 2) rotor voltage, 3) rotor current. Initially is studied the general structure of system of electric energy and the basic characteristics of the grid. Also are shortly described the regular operation and the stability of systems of electric and the regulation of voltage and reactive power- two sizes with powerful cross-correlation. Then we are going on with the description of distribution systems and the impact that wind turbines have in the grid where were connected. The advantages are presented as well as the disadvantages where these exist and we describe some of the very basic types of distributed generation giving accent in the types of wind generators. In the main part of work is described initially the model of wind turbine of variable speed with doubly fed induction generator (DFIG) and is presented the effect of the restrictive factors in the operation. Objective of study is the simulation in a real machine something that becomes in the Simulink of Matlab. A) The limitations in reactive power production, caused by the rotor current, the rotor voltage and the stator current are derived. B) The influence of switching from D to Y coupling of the stator is investigated. C) It is concluded that the limiting factor regarding reactive power production will typically be the rotor current limit, and that the limit for reactive power absorption will be the stator current limit. D) Further, it is concluded that the rotor voltage will only have a limiting effect at high positive and negative slips, but near the limitation, the reactive power capability is very sensitive to small changes in the slip.

Πίνακας περιεχομένων Περίληψη..1 Περιεχόμενα...3 Κεφάλαιο 1..7 Γενική περιγραφή συστημάτων ηλεκτρικής ενέργειας...7 1.1 Εισαγωγή.7 1.2 Δομή συστήματος ηλεκτρικής ενέργειας.8 1.3 Βασικά χαρακτηριστικά ηλεκτρικού δικτύου-φορτία...10 1.4 Κανονικές συνθήκες λειτουργίας 11 1.5 Ευστάθεια συστηματων ηλεκτρικής ενέργειας.13 1.6 Ρύθμιση τάσης-αέργου ισχύος.17 1.6.1 Εισαγωγή.17 1.6.2 Σύστημα ρύθμισης της τάσης μέσω σύγχρονης γεννήτριας...19 1.6.3 Έλεγχος της τάσης μέσω μετασχηματιστών...20 1.6.4 Έλεγχος της τάσης με πυκνωτές παράλληλα συνδεδεμένους...21 1.6.5 Μείωση της επαγωγικής αντίδρασης γραμμής με χωρητική αντιστάθμιση σειράς...22 1.6.6 Αντιστάθμιση πτώσης τάσης της γραμμής...23 1.6.7 Μέθοδοι ρύθμισης της τάσης στις διάφορες βαθμίδες του συστήματος...24 Κεφάλαιο 2...27 Διεσπαρμένη παραγωγή...27 2.1 Εισαγωγή...27 2.2 Διείσδυση της διασπαρμένης παραγωγής...30 2.3 Πλεονεκτήματα-μειονεκτήματα της διασπαρμένης παραγωγής...33 3

2.4 Είδη διασπαρμένης παραγωγής...37 2.4.1Ανεμογεννήτριες...37 2.4.1.1 Επαγωγική μηχανή σταθερών στροφών...38 2.4.1.2 Με ηλεκτρικά μεταβαλλόμενη αντίσταση ρότορα...39 2.4.1.3 Μεταβαλλόμενων στροφών με μετατροπέα στον δρομέα (Επαγωγική μηχανή διπλής τροφοδοσίας,dfig)...40 2.4.1.4 Μεταβαλλόμενων στροφών με έλεγχο της ολικής ροής στον στάτη...41 2.4.2 Φωτοβολται κά...42 2.4.3 Μικρά υδρουλεκτρικά...43 2.4.4 Μονάδες βιομάζας...46 2.4.5 Κυψέλες καυσίμου...47 Κεφάλαιο 3...50 Ανεμογεννήτριες μεταβλητών στροφών με επαγωγική μηχανή διπλής τροφοδοσίας (DFIG)...50 3.1 Εισαγωγή...50 3.2 Χαρακτηριστικά ανέμου...56 3.3 Το μοντέλο της DFIG...60 3.4 Η επίδραση των περιορισμών...65 3.4.1 Δίθυρα...65 3.4.1.1 Πίνακας Ζ...66 3.4.1.2 Πίνακας Υ...67 3.4.1.3 Πίνακες G,B...68 3.4.2 Ανάλυση περιοριστικών παραγόντων...69 4

3.4.2.1 Το ρεύμα του δρομέα σαν όριο...69 3.4.2.2 Η τάση του δρομέα σαν όριο...74 3.4.2.3 Το ρεύμα του στάτη σαν όριο...78 3.4.3 Συνδιασμός περιοριστικών παραγόντων...81 3.5 Επίδραση του διακόπτη αστέρα-τριγώνου...81 3.6 Άεργος ισχύς από τον μετατροπέα στην πλευρά του δυκτίου...82 3.7 Τελικό διάγραμμα P-Q 83 Κεφάλαιο 4...86 Προσομοίωση-εφαρμογή...86 4.1Εισαγωγή...86 4.2 Προσομοιώσεις...88 4.2.1 Με περιοριστικό παράγοντα το ρεύμα δρομέα I...88 4.2.2 Με περιοριστικό παράγοντα την τάση δρομέα V...96 4.2.3 Με περιοριστικό παράγοντα το ρεύμα στάτη Ι...102 4.2.4 Προσομοίωση και σύγκριση όλων των περιοριστικών παραγόντων...106 4.2.5 Επίδραση του μετασχήμτισμού αστέρα-τριγώνου...116 Κεφάλαιο 5...121 Συμπεράσματα μελέτης...121 Εξήγηση χρησιμοποιούμενων όρων...123 Αναφορές...129 5

6

Κεφάλαιο 1o Γενική περιγραφή συστημάτων ηλεκτρικής ενέργειας 1.1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ Ο σκοπός ενός συστήματος ηλεκτρικής ενέργειας (ΣΗΕ) είναι η παροχή ηλεκτρικής ενέργειας σε μια εξυπηρετούμενη περιοχή καταναλώσεως. Το σύστημα πρέπει να έχει μελετηθεί και να λειτουργεί σωστά και να ικανοποιεί τις ακόλουθες απαιτήσεις: I) Πρέπει να παρέχει ηλεκτρική ενέργεια οπουδήποτε υπάρχει ζήτηση. II) Η ζήτηση πραγματικής και αέργου ισχύος μεταβάλλεται με το χρόνο και το σύστημα πρέπει να μπορεί να ικανοποιεί αυτή τη συνεχώς μεταβαλλόμενη ζήτηση. III) Η παρεχόμενη ενέργεια πρέπει να ικανοποιεί ορισμένους όρους ποιότητας. Τρεις βασικοί παράγοντες συνιστούν την ποιότητα αυτή. 1) Σταθερή συχνότητα, 2) Σταθερή τάση, 3) Υψηλή αξιοπιστία τροφοδοτήσεως. 7

III) Η ενέργεια πρέπει να παρέχεται με τα ελάχιστα οικονομικά και οικολογικά κόστη. 1.2. ΔΟΜΗ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ Σε ένα σύστημα ηλεκτρικής ενέργειας είναι δυνατόν να διακριθούν τα εξής διάφορα συστήματα: I) Το Σύστημα Παραγωγής. II) Το Σύστημα Μεταφοράς. IV) Το Σύστημα Διανομής. Το σύστημα παραγωγής περιλαμβάνει τους σταθμούς παραγωγής, όπου παράγεται το ηλεκτρικό ρεύμα, μαζί με τους υποσταθμούς ανύψωσης της τάσης για τη μεταφορά του υπό υψηλή τάση. Το σύστημα μεταφοράς περιλαμβάνει τα δίκτυα των γραμμών υψηλής τάσης, τους υποσταθμούς ζεύξεως των δικτύων αυτών, τους υποσταθμούς μετασχηματισμού μεταξύ των διαφόρων τάσεων του δικτύου, και τους υποσταθμούς υποβιβασμού της τάσης σε μέση τάση προς τροφοδότηση των δικτύων διανομής. Με το σύστημα μεταφοράς η ηλεκτρική ενέργεια μεταφέρεται από τους σταθμούς παραγωγής προς τις περιοχές κατανάλωσης. Το σύστημα διανομής περιλαμβάνει τα δίκτυα διανομής μέσης και χαμηλής τάσης μερικές φορές και υψηλής τάσης στα οποία δίκτυα υπάγονται και οι υποσταθμοί διανομής μέσω των οποίων η μέση τάση υποβιβάζεται σε χαμηλή τάση. Με τα δίκτυα διανομής η ηλεκτρική ενέργεια διανέμεται στις μικρότερες περιοχές φορτίου και παρέχεται στους καταναλωτές μέσης και χαμηλής τάσης. Ένα σύστημα παραγωγής και μεταφοράς μπορεί να λειτουργεί μεμονωμένο ή διασυνδεδεμένο με ένα ή περισσότερα άλλα γειτονικά συστήματα. Η διασύνδεση γίνεται συνήθως σε επίπεδο εθνικών συστημάτων και προσφέρει ορισμένα τεχνικά και 8

οικονομικά πλεονεκτήματα στη λειτουργία του κάθε συστήματος. Η βασική δομή του συστήματος παριστάνεται στο σχήμα 1.1. ~ ~ ΥΤ ΜΤ ΧΤ Σχήμα 1.1.Δομή ηλεκτρικού συστήματος μεταφοράς ενέργειας 9

1.3. ΒΑΣΙΚΑ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΔΙΚΤΥΟΥ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ Τρία γενικά, αλλά βασικά, χαρακτηριστικά σχεδίασης και αναφοράς ενός ηλεκτρικού δικτύου είναι η τάση, η ισχύς βραχυκυκλώσεως και η στάθμη μόνωσης αυτού. Τάση του δικτύου είναι η μέγιστη τάση λειτουργίας των ηλεκτρικών γραμμών. Ισχύς βραχυκύκλωσης του δικτύου είναι η συμβατική ισχύς που αντιστοιχεί στη μέγιστη ισχύ, η οποία αποδίδεται στο δίκτυο σε περίπτωση τριφασικού βραχυκυκλώματος μέσα σ αυτό. Η στάθμη μόνωσης του δικτύου αναφέρεται συνήθως στην τιμή της κρουστικής αντοχής αυτού, δηλαδή της διηλεκτρικής αντοχής της μόνωσης του εξοπλισμού των υποσταθμών σε κρουστικές υπερτάσεις τυποποιημένης μορφής. Το σύστημα με τη σειρά του τροφοδοτεί με ηλεκτρική ενέργεια κάποια συσκευή ή συγκρότημα συσκευών που γενικά αναφέρονται με τον όρο, φορτίο ή φορτία αντίστοιχα. Τα διάφορα φορτία μπορούν να καταταγούν στις εξής κατηγορίες: I) Κινητήρες (πάσης φύσης και τύπου). II) Συσκευές θέρμανσης. III) IV) Ηλεκτρικές συσκευές. Φωτιστικά σώματα. Από ηλεκτρική άποψη υπάρχουν τεράστιες διαφορές μεταξύ των διαφόρων φορτίων σε ότι αφορά το μέγεθος, τη συμμετρία (μονοφασικό ή τριφασικό), τη σταθερότητα (ως προς το χρόνο, τη συχνότητα και τη τάση) και την περίοδο λειτουργίας (συστηματική ή τυχαία λειτουργία). Είναι απαραίτητο για τις μελέτες του συστήματος να είναι γνωστή η μεταβολή των φορτίων, συναρτήσει της τάσης και της συχνότητας. Εάν 10

το φορτίο αποτελείται από μια σύνθετη αντίσταση είναι απλό να βρεθούν οι σχέσεις αυτές αναλυτικά. Εύκολα αποδεικνύεται ότι: P = P(f, V ) (1.1) Q = Q(f, V ) (1.2) Όπου φυσικά P και Q είναι τα μεγέθη που παριστάνουν την ενεργό και την άεργο ισχύ αντίστοιχα. Σε πολλές περιπτώσεις στην πράξη ενδιαφέρουν οι μεταβολές ΔP και ΔQ της ισχύος των φορτίων, οι προκαλούμενες από μικρές σχετικώς μεταβολές Δf και Δ V της συχνότητας και της τάσης. Από τις παραπάνω εξισώσεις έχουμε: ΔP ( P / f) Δf + ( P / V ) Δ V (1.3) ΔQ ( Q / f) Δf + ( Q / V ) Δ V (1.4) Αυτές οι παράγωγοι αποτελούν χαρακτηριστικές παραμέτρους των φορτίων και το περιγράφουν πλήρως, όσον αφορά τάση και συχνότητα περί τις ονομαστικές τους τιμές, διαφέρουν δε πολύ για διαφορετικής φύσης φορτία. 1.4. ΚΑΝΟΝΙΚΕΣ ΣΥΝΘΗΚΕΣ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ Η λειτουργία ενός συστήματος ηλεκτρικής ενέργειας πρέπει να είναι καλή και ασφαλής, οι δύο δε αυτές έννοιες χαρακτηρίζουν τις κανονικές συνθήκες λειτουργίας του δικτύου. Ο όρος καλή λειτουργία αφορά περισσότερο τους καταναλωτές, ο δε όρος ασφαλής το σύστημα. Τα παραδεκτά όρια διακύμανσης της παρεχόμενης τάσης στην περιοχή του καταναλωτή είναι ± 5% επί της ονομαστικής τιμής της τάσεως, δηλαδή για χαμηλή τάση τα 230 V. 11

Επίσης, τα όρια διακύμανσης της συχνότητας πρέπει να είναι πολύ στενά. Στα σύγχρονα συστήματα ηλεκτρικής ενέργειας η συχνότητα πρέπει να διατηρείται υπό κανονικές συνθήκες μέσα σε ± 0.05 Ηz. Η συχνότητα σχετίζεται στενά με το ισοζύγιο της πραγματικής ισχύος στο συνολικό δίκτυο. Ο ρυθμός παραγωγής ενέργειας πρέπει να ισούται με το ρυθμό κατανάλωσης (συν τις απώλειες). Στην πράξη το φορτίο του συστήματος μπορεί μόνο κατά προσέγγιση να προβλεφθεί. Οι διακυμάνσεις του έχουν τυχαίο χαρακτήρα και είναι πρακτικά αδύνατη μια τέλεια σύμπτωση μεταξύ παραγωγής και ζήτησης. Θα υπάρχει πάντοτε ένα μικρό περίσσευμα ή έλλειμμα παραγωγής και αυτή η διαφορά θα προκαλεί διακυμάνσεις της συχνότητας. Η αλληλεξάρτηση φορτίου συχνότητας αποτελεί ένα από τα σπουδαιότερα φαινόμενα του συστήματος ηλεκτρικής ενέργειας. Η ροή της ενεργού ισχύος για ορισμένες θέσεις μονάδων, φορτία και διάταξη δικτύου δια των γραμμών μεταφοράς εξαρτάται από τις τάσεις των ζυγών και τις γωνίες τους. Η ροή της αέργου ισχύος για τις ίδιες συνθήκες εξαρτάται από τα μεγέθη των τάσεων των ζυγών του δικτύου. Το σύστημα χαρακτηρίζεται σαν ευσταθές, όταν, υφιστάμενο μία διαταραχή από οποιαδήποτε αιτία, ενώ λειτουργεί σε ορισμένη μόνιμη κατάσταση, τείνει να επανέλθει σε μόνιμη κατάσταση λειτουργίας, είτε την αρχική, είτε άλλη. Μόνιμη κατάσταση λειτουργίας χαρακτηρίζεται η συνήθης κατάσταση λειτουργίας του συστήματος, κατά την οποία αυτό εκτελεί τον σκοπό του, δηλαδή παράγει, μεταφέρει και διανέμει τη ζητούμενη σε κάθε στιγμή από την κατανάλωση ισχύ. Πρέπει να σημειωθεί ότι όσο μεγαλύτερη η ισχύς φόρτισης του συστήματος τόσο δυσχερέστερη είναι η ευστάθεια λειτουργίας. Διακρίνονται δύο είδη ευστάθειας, η Στατική Ευστάθεια και η Μεταβατική Ευστάθεια. Η στατική ευστάθεια είναι σχετική με βραδείες διαταραχές στατικής μορφής, χωρίς μεταβολή στο σύστημα. Πρόκειται συγκεκριμένα για μεταβολές της φορτίσεως του συστήματος λόγω μεταβολών του φορτίου. 12

Το όριο φορτίσεως του συστήματος, μέχρι το οποίο υφίσταται στατική ευστάθεια λειτουργίας, καλείται όριο στατικής ευστάθειας. Η μεταβατική ευστάθεια αναφέρεται στις απότομες και μεγάλες διαταραχές δυναμικής μορφής, οι οποίες μπορεί να είναι αποτέλεσμα, ή να συνεπάγονται μεταβολή των στοιχείων, τα οποία συνθέτουν το σύστημα. Συνήθεις διαταραχές δυναμικής μορφής είναι τα βραχυκυκλώματα. 1.5. ΕΥΣΤΑΘΕΙΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ Τα ΣΗΕ είναι δυναμικά μη γραμμικά συστήματα τα οποία υφίστανται συνεχώς διάφορες μικρές ή σοβαρότερες διαταραχές προερχόμενες από μεταβολές της ζήτησης και της παραγωγής, από διακοπές ή ζεύξεις στοιχείων του συστήματος, καθώς και από βραχυκυκλώματα ή άλλα σφάλματα. Η μελέτη της δυναμικής συμπεριφοράς των δικτύων καλύπτει μια μεγάλη περιοχή φαινομένων διαφορετικής φύσεως: ηλεκτρικά, μηχανικά και θερμικά φαινόμενα. Η μεταβατική συμπεριφορά του συστήματος διαρκεί χρονικά από μερικά χιλιοστά του δευτερολέπτου (υπερτάσεις χειρισμών, γραμμών ή καλωδίων) έως πολλά λεπτά (φαινόμενα μεταβολής της συχνότητας και ανταλλαγής ισχύος μεταξύ διασυνδεδεμένων δικτύων ή φαινόμενα τάσεως). Η ευστάθεια αποτελεί μία από τις βασικές ιδιότητες που πρέπει να διέπει την λειτουργία ενός ΣΗΕ. Η απαίτηση για ευστάθεια είναι περισσότερο επιτακτική όσο πιο εκτεταμένο είναι το σύστημα και όσες περισσότερες διασυνδέσεις έχει με γειτονικά συστήματα. Το σύστημα χαρακτηρίζεται γενικά ευσταθές, όταν υφιστάμενο διαταραχή από οποιαδήποτε αιτία, ενώ λειτουργεί σε ορισμένη μόνιμη κατάσταση, τείνει να επανέλθει σε μόνιμη κατάσταση λειτουργίας ίδια ή παρόμοια με την αρχική. Σαν μόνιμη κατάσταση λειτουργίας ορίζουμε μια συνήθη κατάσταση λειτουργίας του συστήματος κατά την οποία 13

εκτελεί τον σκοπό του, δηλαδή παράγει, μεταφέρει και διανέμει σε κάθε στιγμή την ζητούμενη κατανάλωση. Διακρίνονται τα εξής είδη ευστάθειας : Η ευστάθεια μονίμου καταστάσεως ή σημείου λειτουργίας που σχετίζεται με την ευστάθεια ενός σημείου ισορροπίας και αφορά την απόκριση του συστήματος σε αργές και βαθμιαίες (μικρές) διαταραχές. Επίσης ονομάζεται στατική ευστάθεια ή ευστάθεια μικρών διαταραχών.η στατική ευστάθεια εξαρτάται από το εξεταζόμενο σημείο λειτουργίας, αλλά όχι από τη διαταραχή, που θεωρείται απείρως μικρή κατά την ανάλυση ευστάθειας. Για την ανάλυση της στατικής ευστάθειας μπορούμε να γραμμικοποιήσουμε το σύστημα γύρω από το εξεταζόμενο σημείο λειτουργίας και να χρησιμοποιήσουμε τεχνικές ιδιοτιμών και ιδιοδιανυσμάτων. Η μεταβατική ευστάθεια ή ευστάθεια μεγάλων διαταραχών που αναφέρεται στην απόκριση του συστήματος σε μεγάλες (σοβαρές) και απότομες διαταραχές (συνήθεις διαταραχές αυτού του τύπου είναι και τα βραχυκυκλώματα). Η μεταβατική ευστάθεια εξετάζει αν ένα σύστημα ηλεκτρικής ενέργειας είναι σε θέση να επανέρθει σε κανονική λειτουργία μετά από μια συγκεκριμένη μεγάλη διαταραχή και άρα εξαρτάται από το μέγεθος και το είδος της διαταραχής.επίσης μπορούμε να κατηγοριοποιήσουμε τα φαινόμενα αστάθειας σε ένα ΣΗΕ ανάλογα με την φύση των εμπλεκόμενων φαινομένων. Έτσι διακρίνουμε τις παρακάτω κατηγορίες ευστάθειας : Η ευστάθεια γωνίας δρομέα αναφέρεται στην ικανότητα ενός συνόλου συνδεδεμένων σύγχρονων μηχανών να παραμένουν σε συγχρονισμό μετά από την υποβολή τους σε κάποια διαταραχή. Αστάθεια εμφανίζεται στη μορφή μη αποσβενυόμενων ηλεκτρομηχανικών ταλαντώσεων (στατική αστάθεια) ή μονότονης επιτάχυνσης του δρομέα που οδηγεί σε απώλεια συγχρονισμού (μεταβατική αστάθεια). Το χρονικό πλαίσιο της ευστάθειας γωνίας είναι αυτό των ηλεκτρομηχανικών φαινομένων, με διάρκεια μερικών δευτερολέπτων και άρα τα φαινόμενα αστάθειας γωνίας κατατάσσονται στη βραχυπρόθεσμη χρονική κλίμακα. 14

Η ευστάθεια συχνότητας αντιστοιχεί στην ικανότητα του συστήματος να διατηρεί τη συχνότητα κοντά στην ονομαστική τιμή μετά από μια σοβαρή διαταραχή (μεταβατική ευστάθεια). Αστάθεια συχνότητας προκαλείται λόγω αναντιστοιχίας μεταξύ της παραγόμενης και της καταναλισκόμενης ενεργού ισχύος. Σε μεγάλα διασυνδεδεμένα ΣΗΕ, η εμφάνιση αστάθειας συχνότητας είναι πιθανή μόνο σε «νησιδοποιημένα» τμήματα του συστήματος μετά από μεγάλη διαταραχή. Η ευστάθεια τάσεως αναφέρεται στην ικανότητα ενός συστήματος να διατηρήσει ικανοποιητικές τάσεις σε όλους τους ζυγούς μετά από μια διαταραχή. Αστάθεια τάσης προκαλείται από την αδυναμία του συστήματος να τροφοδοτήσει την απαιτούμενη ισχύ στα φορτία και κινητήρια δύναμή της αποτελούν οι μηχανισμοί αποκατάστασης φορτίου. Αστάθεια τάσης μπορεί επίσης να προκληθεί με την επίδραση μικρών (στατική) ή μεγάλων διαταραχών (μεταβατική). Ένα Σύστημα Ηλεκτρικής Ενέργειας διατρέχει μεγαλύτερο κίνδυνο απώλειας της ευσταθούς λειτουργίας του όσο αυξάνεται το φορτίο του. Στις μέρες μας η διαρκής αύξηση των αναγκών σε ηλεκτρική ενέργεια θα έπρεπε να επιβάλλει την αύξηση της ικανότητας μεταφοράς των ηλεκτρικών δικτύων. Ωστόσο λόγω οικονομικών και περιβαλλοντικών περιορισμών δυσχεραίνεται η κατασκευή νέων γραμμών μεταφοράς, για την ικανοποίηση των αυξημένων ενεργειακών απαιτήσεων. Αυτό έχει σαν αποτέλεσμα την εντατικότερη χρήση των ήδη διαθέσιμων δικτύων ΣΗΕ. Σαν συνέπεια της λειτουργίας των δικτύων υπό εντατικότερες συνθήκες εμφανίστηκαν νέες μορφές ασταθούς συμπεριφοράς στα ΣΗΕ. Κύριο χαρακτηριστικό αυτών των νέων φαινομένων αστάθειας είναι η βαθμιαία βύθιση της τάσης, που μπορεί να καταλήξει και σε απότομη κατάρρευση. Αν και το πρόβλημα εντοπίζεται συνήθως σε έναν αριθμό ζυγών του δικτύου δεν λείπουν και οι περιπτώσεις όπου επεκτείνεται και στο υπόλοιπο σύστημα. Τα φαινόμενα αυτά περιλαμβάνονται στην έννοια της «αστάθειας τάσεως» που αναφέρθηκε παραπάνω. Στη συνέχεια δίνουμε έναν γενικό ορισμό της έννοιας αυτής. Η αστάθεια τάσεως πηγάζει από την απόπειρα των δυναμικών φορτίου να αποκαταστήσουν την κατανάλωση ισχύος πέρα από την 15

ικανότητα φόρτισης του συνδυασμένου συστήματος παραγωγής και μεταφοράς. Συνεπώς η αστάθεια τάσεως σχετίζεται με το όριο της μέγιστης μεταφερόμενης ισχύος σε ένα σημείο του δικτύου Ηλεκτρικής Ενέργειας. Μετά την υπέρβαση του ορίου αυτού η διαδικασία ανάκτησης της ισχύος του φορτίου γίνεται ασταθής, καταλήγοντας σε μείωση αντί για αύξηση της απορροφώμενης ισχύος. Η διαδικασία αυτή αποτελεί την κύρια αιτία των προβλημάτων αστάθειας τάσεως. Για το λόγο αυτό τα φαινόμενα αυτά αναφέρονται και ως αστάθεια φορτίου. Η αστάθεια τάσης επομένως συνδέεται με την δυναμική φύση των φορτίων του συστήματος. Πολλά είδη φορτίων, όπως οι κινητήρες επαγωγής ή τα θερμοστατικά φορτία, έχουν την τάση να αποκαθιστούν την απορροφώμενη ισχύ τους ύστερα από μια διαταραχή στο δίκτυο, που μειώνει την τάση τροφοδοσίας τους και άρα και την καταναλισκόμενη ισχύ. Παρόμοια αποτελέσματα επιφέρει έμμεσα και η λειτουργία διατάξεων όπως τα Συστήματα Αλλαγής Τάσης υπό Φορτίο (ΣΑΤΦ), τα οποία επαναφέρουν την τάση στους ζυγούς του φορτίου αποκαθιστώντας έτσι και την ισχύ, λόγω της εξάρτησής της από την τάση. Η εξέλιξη της αστάθειας τάσεως ενός συστήματος μπορεί να έχει διάρκεια από μερικά δευτερόλεπτα έως και μερικές δεκάδες λεπτά. Έτσι μπορούμε να ορίσουμε έναν ακόμα διαχωρισμό στην αστάθεια τάσης ως προς τη χρονική κλίμακα εξέλιξης των φαινομένων που την προκαλούν. Διακρίνουμε τη βραχυπρόθεσμη αστάθεια τάσης, που σχετίζεται με δυναμικά φορτία γρήγορης απόκρισης, όπως οι κινητήρες επαγωγής, και τη μακροπρόθεσμη αστάθεια τάσης που συνδέεται με πιο βραδεία φαινόμενα αποκατάστασης ισχύος φορτίου, όπως είναι στα ΣΑΤΦ και στα θερμοστατικά φορτία. Η αστάθεια τάσης καταλήγει συνήθως σε μία από τις ακόλουθες περιπτώσεις : Μια μόνιμη κατάσταση λειτουργίας σε χαμηλό έως απαράδεκτο επίπεδο τάσεων στο σύστημα μεταφοράς, που προφανώς δεν αντιστοιχεί σε μία αποδεκτή μόνιμη κατάσταση. Η κατάσταση εμφανίζεται συνήθως όταν οι μηχανισμοί που συνεισφέρουν στην αστάθεια συναντούν τα όρια 16

λειτουργίας τους (για παράδειγμα το περιθώριο ρύθμισης των ΣΑΤΦ των μετασχηματιστών). Μια επιτάχυνση του φαινομένου που οδηγεί στην απότομη βύθιση των τάσεων στην περιοχή εμφάνισης του προβλήματος. Η κατάληξη αυτή ονομάζεται κατάρρευση τάσεως και έχει σαν αποτέλεσμα την μερική ή ολική σβέση του συστήματος. Κοντά στο σημείο κατάρρευσης, η χρονική απόκριση των τάσεων γίνεται ολοένα και πιο γρήγορη και καταλήγει σε μια κατακόρυφη πτώση τη χρονική στιγμή της κατάρρευσης. Δηλαδή στο σημείο της κατάρρευσης έχουμε μια ασυνέχεια στη λειτουργία του συστήματος, οφειλόμενη στη δυναμική του συστήματος και όχι σε εξωτερικά αίτια. Η έννοια της κατάρρευσης αποδίδεται συνοπτικά με τον παρακάτω ορισμό : Ο όρος κατάρρευση χρησιμοποιείται για μια απότομη (πρακτικά ακαριαία) καταστροφική μετάβαση της κατάστασης ενός συστήματος, η οποία οφείλεται συνήθως σε εμφάνιση αστάθειας πιο γρήγορης χρονικής κλίμακας από την εξεταζόμενη. 1.6. ΡΥΘΜΙΣΗ ΤΑΣΗΣ ΑΕΡΓΟΥ ΙΣΧΥΟΣ 1.6.1. Εισαγωγή. Το πρόβλημα της διατήρησης της τάσης μεταξύ των επιτρεπόμενων ορίων περιπλέκεται από το γεγονός ότι το σύστημα τροφοδοτείται από πολλές πηγές και τροφοδοτεί φορτία σε όλες τις βαθμίδες του συστήματος. Συνεπώς, δεν πρόκειται για τη διατήρηση της τάσης σε μια μόνο, αλλά σε όλες τις βαθμίδες του συστήματος. Για το λόγο αυτόν η ρύθμιση της τάσης δεν μπορεί να γίνεται μόνο από τις γεννήτριες, που είναι φυσιολογικά οι πηγές αέργου όπως και ενεργού ισχύος, αλλά πρέπει να γίνεται και με άλλα μέσα σε περισσότερες θέσεις του δικτύου. Το πρόβλημα επομένως δεν αφορά μόνο τις μονάδες 17

παραγωγής αλλά ολόκληρο το σύστημα ηλεκτρικής ενέργειας και απαιτεί τη διάθεση ειδικού εξοπλισμού για το σκοπό αυτό. Η κατάλληλη επιλογή και χρησιμοποίηση του εξοπλισμού αυτού είναι από τα σημαντικότερα προβλήματα σχεδίασης και λειτουργίας του συστήματος. Τα μέσα με τα οποία επιτυγχάνεται ρύθμιση ή έλεγχος της τάσεως είναι τα εξής: I) Tα συστήματα διεγέρσεως των γεννητριών. II) Τα συστήματα αλλαγής της τάσης υπό φορτίο των μετασχηματιστών ισχύος. II) III) IV) Οι μετασχηματιστές ρυθμίσης τάσης. Πηγές αέργου ισχύος, όπως σύγχρονοι και στατοί εγκάρσιοι πυκνωτές. Η χωρητική αντιστάθμιση σειράς και η εγκάρσια επαγωγική αντιστάθμιση των γραμμών μεταφοράς. Οι ομοιότητες μεταξύ του προβλήματος ελέγχου ενεργού ισχύος συχνότητας και του προβλήματος ελέγχου τάσης αέργου ισχύος, είναι σημαντικές, οπωσδήποτε όμως τα προβλήματα είναι διαφορετικά, όπως και διαφορετικά είναι και τα δύο μεγέθη, η συχνότητα και η τάση. Το πρώτο εκφράζει την ενεργειακή ισορροπία του συστήματος, ενώ το δεύτερο χαρακτηρίζει την καλή λειτουργία του δικτύου. Η συχνότητα είναι ενιαία σε όλο το σύστημα, η τάση όμως διαφέρει από σημείο σε σημείο.η τάση του δικτύου είναι μέγεθος πιο ευαίσθητο στις μεταβολές του φορτίου από τη συχνότητα, αλλά και η απόκλισή της από την κανονική τιμή λιγότερο κρίσιμη για τη λειτουργία του συστήματος, από την απόκλιση της συχνότητας. Γι αυτό και οι ανοχές στη ρύθμιση, όπως και στη διακύμανση της τάσης είναι πολύ μεγαλύτερες. Ενώ η συχνότητα ρυθμίζεται με ακρίβεια, π.χ. 0.03%, τα όρια της ακρίβειας για τις τάσεις των ζυγών είναι της τάξης του ±1%. Επίσης, ενώ η συχνότητα επαναφέρεται στην κανονική τιμή της με τη δευτερεύουσα ρύθμιση, στην περίπτωση της τάσης είναι ανεκτά μόνιμα σφάλματα και συνεπώς δεν απαιτείται δευτερεύουσα ρύθμιση. Η ανάγκη ελέγχου της τάσης, όπως και της συχνότητας, προκύπτει από τις μεταβολές του φορτίου κατά την διάρκεια της ημέρας, η οποία αποτελεί τη χαρακτηριστική χρονική 18

περίοδο. Η κύρια προσπάθεια ρύθμισης της τάσης στρέφεται στην αντιμετώπιση των ωρών μεγάλης ζήτησης, κατά τις οποίες παρουσιάζεται και η μεγαλύτερη ζήτηση αέργου ισχύος και δημιουργούνται οι μεγαλύτερες μειώσεις της τάσεων των ζυγών. Σε ένα διασυνδεδεμένο δίκτυο, η τήρηση των τάσεων των ζυγών εντός των ορίων συνδυάζεται με τη βελτιστοποίηση των ροών, δηλαδή την κατανομή της αέργου ισχύος κατά τρόπο που να ελαχιστοποιούνται οι πραγματικές απώλειες. Οι τιμές των τάσεων για κάθε κατάσταση λειτουργίας προκύπτουν από την μελέτη των ροών φορτίου, όπως θα διαπιστώσουμε στο επόμενο κεφάλαιο.κατά τη διάρκεια των ωρών χαμηλής ζήτησης φορτίου, το πρόβλημα αντιστρέφεται. Η ζήτηση αέργου ισχύος είναι πολύ μικρή και αν το δίκτυο περιλαμβάνει μεγάλες γραμμές ή καλώδια, είναι δυνατό να δημιουργηθεί περίσσευμα αέργου ισχύος και υπερτάσεις στους ζυγούς. Στην περίπτωση αυτή το πρόβλημα του ελέγχου της τάσης έγκειται στην απορρόφηση του περισσεύματος αυτού, κατά διαφόρους τρόπους. Ένας τρόπος είναι η υπερδιέγερση των γεννητριών, οπότε αυτές απορροφούν άεργο ισχύ. Αυτό όμως έχει το μειονέκτημα της μείωσης των ΗΕΔ και συνεπώς των περιθωρίων ευστάθειας του συστήματος. Συνηθισμένη τεχνική, για την περίπτωση αυτή, αποτελεί η επαγωγική αντιστάθμιση του δικτύου μεταφοράς, με την εγκατάσταση εγκάρσιων επαγωγικών πηνίων στα τέρματα των μεγάλων γραμμών. Η βέλτιστη κατανομή της αέργου ισχύος κατά τη διάρκεια του ελαχίστου βασίζεται στην αντιμετώπιση του δημιουργούμενου περισσεύματος MVAR. Εκτός από τις ακραίες καταστάσεις φορτίου του συστήματος υπάρχουν όλες οι ενδιάμεσες, για τις οποίες ισχύουν άλλα δεδομένα και για τον έλεγχο της τάσης εφαρμόζονται διάφορα αντίστοιχα προγράμματα. 1.6.2. Σύστημα Ρύθμισης της Τάσης Μέσω Σύγχρονης Γεννήτριας. Η ρύθμιση της τάσης του συστήματος ηλεκτρικής ενέργειας αρχίζει από τις γεννήτριες. Ο ρυθμιστής τάσεως δρα μέσω του συστήματος διεγέρσεως της γεννήτριας, το οποίο ελέγχει την παραγόμενη ηλεκτρεγερτική δύναμη. Με τον όρο σύστημα διέγερσης, ή 19

σύστημα ρυθμίσης τάσης εννοείται συνήθως το πλήρες σύστημα ελέγχου τάσης μιας γεννήτριας. Υπάρχουν διάφοροι τύποι και κατηγορίες συστημάτων διέγερσης. Οι τρεις βασικές κατηγορίες είναι οι ακόλουθες: I) Στρεφόμενες διεγέρτριες συνεχούς ρεύματος. II) III) Στρεφόμενες διεγέρτριες εναλλασσόμενου ρεύματος. Στατικά συστήματα διεγέρσεως. 1.6.3. Έλεγχος της Τάσης Μέσω Μετασχηματιστών. Όπως έχει ήδη αναφερθεί λόγω της συνεχούς μεταβολής των φορτίων στο σύστημα, κατά την διάρκεια ενός 24ώρου οι τιμές των τάσεων του δικτύου μεταβάλλονται αργά κατά τη διάρκεια της ημέρας, μειώνονται κατά τις ώρες μεγάλου φορτίου και αυξάνονται κατά τις νυχτερινές ώρες. Η διακύμανση αυτή της τάσης πρακτικά δεν είναι δυνατόν να ελεγχθεί μόνο από τα συστήματα ρύθμισης τάσης των γεννητριών, ούτε οικονομικά με την εγκατάσταση σε κάθε ζυγό πηγών αέργου ισχύος. Μπορεί όμως ο έλεγχος αυτός να γίνει κατά τρόπο εφικτό με αλλαγή της σχέσεως μετασχηματισμού των μετασχηματιστών ισχύος, ή με ειδικούς μετασχηματιστές ρύθμισης τάσης. Οι μετασχηματιστές που χρησιμοποιούνται στην περίπτωση αυτή είναι: I) Μετασχηματιστές ρύθμισης τάσης. II) III) Μετασχηματιστές ρύθμισης του μεγέθους της τάσης. Μετασχηματιστές ρύθμισης της φασικής γωνίας της τάσης. 20

1.6.4. Έλεγχος της Τάσης με Πυκνωτές Παράλληλα Συνδεδεμένους. Το μεγαλύτερο μέρος των φορτίων τα οποία τροφοδοτούνται από ένα σύστημα ηλεκτρικής ενέργειας είναι επαγωγικού χαρακτήρα και συνεπώς απαιτούν τη χορήγηση αέργου ισχύος από το σύστημα. Επί πλέον αυτής πρόσθετη άεργος ισχύς καταναλίσκεται σαν απώλειες (Ι 2 Χ) αέργου ισχύος του δικτύου μεταφοράς και διανομής. Μερικές από τις επιπτώσεις της κυκλοφορίας της αέργου ισχύος στο σύστημα είναι: I) Πρόσθετες απώλειες ενεργού ισχύος (Ι 2 R) στις γραμμές και τον εξοπλισμό. II) III) Αυξημένη εγκατεστημένη ισχύς γραμμών και εξοπλισμού και επομένως αυξημένες επενδύσεις κεφαλαίων. Πτώση τάσης από την παραγωγή προς τις θέσεις των φορτίων. Καταβάλλεται προσπάθεια να κατανεμηθεί η άεργος ισχύς στο σύστημα ώστε να ελαχιστοποιηθούν οι απώλειες ενεργού ισχύος. Εδώ όμως μας ενδιαφέρει κυρίως η τρίτη συνέπεια και συγκεκριμένα η μέθοδος της έγχυσης αέργου ισχύος στο σύστημα με πυκνωτές παράλληλα συνδεδεμένους για τη βελτίωση της τάσης του δικτύου. Η εφαρμογή της μεθόδου αυτής για τη βελτίωση της τάσεως έχει γενικότερα σαν αποτέλεσμα και την πιο οικονομική λειτουργία του συστήματος. Οι εγκάρσιοι πυκνωτές αντισταθμίσεως διαχωρίζονται σε σύγχρονους και στατούς. 21

1.6.5. Μείωση της Επαγωγικής Αντίδρασης Γραμμής με Χωρητική Αντιστάθμιση Σειράς. Απομένει η αντιστάθμιση της επαγωγικής αντίδρασης της γραμμής με πυκνωτή συνδεδεμένο εν σειρά με αυτή, το λεγόμενο πυκνωτή σειράς. Η χρησιμοποίηση πυκνωτών σειράς στις γραμμές είναι πιο πρόσφατη τεχνική από τη χρησιμοποίηση εγκαρσίων πυκνωτών και όχι τόσο διαδεδομένη. Η τεχνική αυτή βρίσκεται ακόμη σε πειραματικό στάδιο. Μετά από μια πρόχειρη μελέτη αποδεικνύεται ότι, ενώ ο εγκάρσιος πυκνωτής δημιουργεί μια σταθερή ανύψωση της τάσης κατά προσέγγιση ανεξάρτητη από το ρεύμα του φορτίου, η ανύψωση της τάσης, η οποία προκαλείται από τον πυκνωτή σειράς είναι ανάλογη προς το ρεύμα του φορτίου. Για μηδενικό φορτίο δεν υπάρχει ανύψωση της τάσης με τους πυκνωτές σειράς, ενώ η πλήρης ανύψωση της τάσης εμφανίζεται μόνο με πλήρες φορτίο.επίσης μια άλλη σημαντική διαφορά είναι ότι, σε αντίθεση με τον εγκάρσιο πυκνωτή, ο πυκνωτής σειράς δεν αυξάνει την ικανότητα φορτίσεως της γραμμής, όταν το όριο φορτίσεως καθορίζεται από τη θερμοκρασία. Επιπλέον, η ικανότητα του πυκνωτή σειράς να τροφοδοτεί την άεργο ισχύ των φορτίων, είναι αμελητέα, ενώ η συμβολή του εγκάρσιου πυκνωτή στην ροφοδότηση αυτή είναι μεγάλη. Η διαφορά αυτή οφείλεται στο γεγονός ότι ο εγκάρσιος πυκνωτής στην πραγματικότητα εξυπηρετεί τη ζήτηση σε άεργο ισχύ του φορτίου, ενώ ο πυκνωτής σειράς απλώς αντισταθμίζει μέρος της αέργου ζητήσεως της γραμμής. Τελικά υπάρχουν μερικές μάλλον σοβαρές δυσκολίες σχετικά με την εφαρμογή των πυκνωτών σειράς, οι πιο γνωστές από τις οποίες είναι: I) Οι πυκνωτές σειράς υποβάλλονται κανονικά σε μια τάση η οποία είναι της τάξης της πτώσης τάσης της γραμμής, δηλαδή της τάξης του 5% της πλήρους τάσεως της γραμμής. Εν τούτοις, εάν στη γραμμή εμφανιστεί κάποιο βραχυκύκλωμα, το οποίο συμβαίνει μετά τον πυκνωτή σειράς, εμφανίζεται κατά μήκος του πυκνωτή μία τάση ίση με την τάση της γραμμής. Δεν θα ήταν οικονομικό να σχεδιασθεί ο πυκνωτής για την τάση αυτή, δεδομένου ότι το μέγεθος και η τιμή του πυκνωτή αυξάνουν με το τετράγωνο της τάσης. Συνεπώς, η λύση είναι να τοποθετηθεί ένα 22

διάκενο παράλληλα με τον πυκνωτή. Εάν η τάση λάβει επικίνδυνες τιμές για τον πυκνωτή, το διάκενο διασπάται και την περιορίζει. II) Κατά την εκκίνηση επαγωγικών ή σύγχρονων κινητήρων μέσω ενός πυκνωτή σειράς, είναι δυνατόν να αναπτυχθούν συνθήκες συντονισμού. Η συνηθέστερη αντιμετώπιση της συνθήκης αυτής γίνεται με τη σύνδεση μιας κατάλληλης αντίστασης παραλλήλα με τον πυκνωτή. Η αντίσταση αυτή φυσικά συνεπάγεται πρόσθετες απώλειες, αλλά μπορεί να αποσυνδεθεί μετά την εκκίνηση του κινητήρα. III) Υπάρχει η δυνατότητα δημιουργίας συνθηκών σιδηροσυντονισμού μεταξύ μετασχηματιστών και πυκνωτών σειράς και παραγωγής υποαρμονικών υπερτάσεων στον πυκνωτή. Οι υπερτάσεις αυτές συνήθως αρχίζουν τη στιγμή κατά την οποία ενεργοποιείται ο μετασχηματιστής και διατηρούνται έως ότου το προστατευτικό διάκενο εξαλείψει την ανωμαλία με τη διάσπασή του. 1.6.6. Αντιστάθμιση Πτώσης Τάσης της Γραμμής. Οι μέθοδοι ρύθμισης χρησιμοποιούνται κυρίως για τη ρύθμιση της τάσης, βάσει των μεταβολών του φορτίου στις θέσεις ρύθμισης. Μερικές φορές η ρύθμιση γίνεται σύμφωνα με ένα ωρολόγιο πρόγραμμα, το οποίο συντάσσεται βάσει των ημερήσιων μεταβολών του φορτίου. Όταν η τάση πρέπει να μεταβάλλεται άμεσα προς τις στιγμιαίες μεταβολές του φορτίου, εφαρμόζεται η μέθοδος της αντιστάθμισης της πτώσης τάσης της γραμμής. Η μέθοδος αυτή είναι αυτόματη και γίνεται μέσω του συστήματος αλλαγής τάσεως υπό φορτίο των μετασχηματιστών ισχύος, ή μετασχηματιστών ρύθμισης της τάσης. Κατά τη μέθοδο αυτή, κριτήριο της ρύθμισης είναι η πτώση τάσης της γραμμής, η οποία τροφοδοτείται από το μετασχηματιστή. Όταν διαπιστώνεται αύξηση της πτώσης τάσης της γραμμής, λόγω αύξησης του φορτίου, γίνεται ανύψωση της δευτερογενούς τάσης και υποβιβασμός όταν ανιχνεύεται μείωση της πτώσης τάσης. Κατά τον τρόπο αυτόν είναι δυνατόν να 23

επιτευχθεί σταθερή τάση σε ένα απομακρυσμένο σημείο του δικτύου, π.χ. στους τερματικούς ζυγούς μιας γραμμής με ρύθμιση της τάσης στην αρχή της. 1.6.7. Μέθοδοι Ρύθμισης της Τάσης στις Διάφορες Βαθμίδες του Συστήματος. Η επιλογή των μέσων ρύθμισης της τάσης σε ένα δίκτυο διανομής, εξαρτάται από την πυκνότητα του φορτίου και από το είδος του δικτύου. Γενικά, με την αύξηση της πυκνότητας του φορτίου οι γραμμές διανομής γίνονται μικρότερες, συνεπώς μειώνεται η πτώση τάσης κατά μήκος αυτών και η φόρτισή τους εξαρτάται μάλλον από την ικανότητα φόρτισης, παρά από την τάση. Εκτός από το είδος του δικτύου διανομής (υπόγειο, ή εναέριο) και την έκτασή του, ρόλο στην διαμόρφωση των τάσεων παίζουν και η δομή και η λειτουργική διάταξη του δικτύου. Δίκτυα διανομής με βροχοειδή διάταξη έχουν συνήθως καλύτερα επίπεδα τάσης από τα ακτινικά, λόγω κυρίως της ευχέρειας που έχουν για καλύτερη κατανομή του φορτίου στις γραμμές. Τα ακτινικά δίκτυα διανομής μέσης ή χαμηλής τάσης παρουσιάζουν τα σοβαρότερα προβλήματα ρύθμισης της τάσης, ιδιαίτερα εάν έχουν γραμμές μεγάλου μήκους και αντίστασης. Κλασσικές λύσεις για τη ρύθμιση της τάσης σε ένα ακτινικό δίκτυο διανομής μέσης τάσης είναι η ρύθμιση της τάσης των ζυγών αναχώρησης των γραμμών μέσω των μετασχηματιστών ισχύος, η χρησιμοποίηση εγκάρσιων πυκνωτών στους ζυγούς αυτούς και η εγκατάσταση ρυθμιστών τάσης σε διάφορες θέσεις του δικτύου. Στις γραμμές χαμηλής τάσης η μόνη ρύθμιση τάσης, η οποία μπορεί να γίνει μετά την αρχική ρύθμιση της τάσης του μετασχηματιστή διανομής ( από τις επαφές της αλλαγής τάσης ) εκτός φορτίου, είναι μέσω εγκάρσιων πυκνωτών, εγκατεστημένων κυρίως στα τέρματα των γραμμών. Οι ρυθμιστές τάσης, οι οποίοι παρεμβάλλονται στα δίκτυα διανομής ρυθμίζονται γενικά αυτόματα και το ίδιο συμβαίνει πολλές 24

φορές και με τους πυκνωτές, λόγω της ανύψωσης της τάσης, την οποία προκαλούν σε περιόδους μικρού φορτίου. Τελικά έχουμε: Ι) Ρύθμιση της τάσεως στα δίκτυα μεταφοράς. Γενικά, τα συστήματα αντιστάθμισης έχουν εξελιχθεί σημαντικά κατά τα τελευταία χρόνια, λόγω της μεγάλης τεχνικής και οικονομικής σημασίας, την οποία έχει για τα σύγχρονα μεγάλα δίκτυα μεταφοράς και διασύνδεσης ο έλεγχος της τάσης και της ροής της αέργου ισχύος.τέλος, χρησιμοποιούνται εκτεταμένα συστήματα αλλαγής της τάσης υπό φορτίο στους μετασχηματιστές ισχύος και μετασχηματιστές ρύθμισης της τάσης. 25

26

Κεφάλαιο 2ο Κατανεμημένη παραγωγή 2.1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ Παράλληλα με την αύξηση του φορτίου, έγινε κατανοητό πως θα έπρεπε να δημιουργηθεί ένα ηλεκτρικό σύστημα που θα είναι πιο αποτελεσματικό, αξιόπιστο, αλλά και οικονομικότερο. Δημιουργήθηκε έτσι ένα σύστημα, όπου η παραγωγή της ηλεκτρικής ενέργειας γινόταν σε συγκεκριμένα σημεία του δικτύου, από μεγάλες μονάδες παραγωγής, οι οποίες τροφοδοτούσαν τα φορτία με ενέργεια μέσω συστημάτων μεταφοράς και διανομής της ηλεκτρικής ενέργειας. Με την επικράτηση επομένως αυτού του συστήματος, οι τοπικές μονάδες παραγωγής περιορίστηκαν και τελικά εξαφανίστηκαν εντελώς από τη διαδικασία παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας. Η δομή του συστήματος ηλεκτρικής ενέργειας πήρε τελικά τη μορφή που παρουσιάζεται στο σχήμα 1.1. Όπως φαίνεται από το σχήμα 1.1, οι σταθμοί παραγωγής παράγουν την ηλεκτρική ισχύ και αφού γίνει ανύψωση της τάσης, το ρεύμα μεταφέρεται υπό υψηλή τάση προς τις περιοχές κατανάλωσης του φορτίου. Στη συνέχεια έχουμε υποβιβασμό μέσω μετασχηματιστών σε 27

μέση και χαμηλή τάση για να γίνει διανομή του φορτίου προς τους καταναλωτές. Τα τελευταία χρόνια όμως, άρχισε να δημιουργείται και πάλι ενδιαφέρον για παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας σε διάφορα σημεία του δικτύου, όπως για παράδειγμα στο σύστημα διανομής. Αυτό οδήγησε στη δημιουργία του όρου κατανεμημένη παραγωγή, που είναι αυτό ακριβώς που περιγράφεται από τον όρο, δηλαδή παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας από πολλές μονάδες,κατανεμημένες στο σύστημα. Οι μονάδες διασπαρμένης παραγωγής χαρακτηρίζονται από το γεγονός ~ ~ ΥΤ WT ΜΤ WT PV ΧΤ Σχήμα 2.1 Δομή ηλεκτρικού συστήματος μεταφοράς ενέργειας με σταθμούς κατανεμημένης παραγωγής 28

ότι δεν είναι τοποθετημένες σε ένα συγκεκριμένο, κεντρικό, σημείο, αλλά βρίσκονται διασκορπισμένες στο σύστημα. Συνήθως τοποθετούνται στο δίκτυο διανομής, ενώ κατά κανόνα οι δυνατότητες παραγωγής τους είναι μικρότερες από 50-100 MW. Ένα σύστημα ηλεκτρικής ενέργειας όπως αυτό διαμορφώνεται από την παρουσία μονάδων διασπαρμένης παραγωγής φαίνεται στο σχήμα 2.1. Η κατανεμημένη παραγωγή αποτελείται από φωτοβολταϊκά και αιολικά πάρκα, από συμπαραγωγή θερμότητας και ηλεκτρισμού, από μικρά υδροηλεκτρικά, από βιομάζα και άλλες μορφές ανανεώσιμων πηγών ενέργειας. Η ανάγκη για μείωση της χρήσης συμβατικών μορφών ενέργειας για περιβαλλοντικούς λόγους, με τη συμμετοχή εναλλακτικών, καθαρότερων μορφών ενέργειας στην παραγωγή ηλεκτρισμού οδήγησε στη διασπαρμένη παραγωγή. Εξαιτίας της φύσης των ανανεώσιμων μορφών ενέργειας, η διασπαρμένη παραγωγή έχει μικρή σχετικά δυνατότητα παραγωγής, ενώ θα πρέπει να βρίσκεται σε συγκεκριμένο γεωγραφικό σημείο, όπου για παράδειγμα υπάρχει άνεμος, ήλιος, ή οτιδήποτε απαιτείται για την εκάστοτε μορφή ενέργειας. Άρα, οι μονάδες αυτές θα βρίσκονται διασκορπισμένες μέσα στο δίκτυο με μικρές δυνατότητες παραγωγής η κάθε μία. Η ισχύς στα συστήματα ηλεκτρικής ενέργειας με κεντρική παραγωγή ρέει από την υψηλή προς την χαμηλή τάση. Με τη διείσδυση όμως της διασπαρμένης παραγωγής, η ροή της ηλεκτρικής ισχύος μπορεί να αντιστραφεί, αν η διείσδυση αυτή είναι αρκετά σημαντική. Ακόμη μπορεί σε κάποιες περιπτώσεις να έχουμε αντίστροφη πορεία του ρεύματος, αν υπερκαλύπτεται το φορτίο ενός ζυγού και των φορτίων στα κατάντη αυτού από την παραγωγή της διασπαρμένης μονάδας που βρίσκεται στο ζυγό αυτό. Έτσι, οι τάσεις και οι ροές ισχύος μεταβάλλονται και καθορίζονται πλέον από τις μονάδες παραγωγής που υπάρχουν κατανεμημένες στο δίκτυο καθώς και τα φορτία. Ο συντελεστής ισχύος με τον οποίο μπορεί να λειτουργήσουν οι μονάδες αυτές μεταβάλλει τις τάσεις στο δίκτυο, ενώ μπορεί να υπάρξουν και αρμονικές συνιστώσες στο ρεύμα από την παρουσία 29

ηλεκτρονικών ισχύος. Αυτές οι μεταβολές έχουν πολύ σημαντικές επιπτώσεις στα χαρακτηριστικά του δικτύου. 2.2. ΔΙΕΙΣΔΥΣΗ ΤΗΣ ΚΑΤΑΝΕΜΗΜΕΝΗΣ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ Ο στόχος της Ευρωπαικής Ένωσης για διπλασιασμό του παρόντος μεριδίου των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας στην παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας, φθάνοντας το 12% της πρωτογενούς κατανάλωσης της Ε.Ε.,θεωρείται γενικά ως ένας ρεαλιστικός στόχος και ένα αναγκαίο πρώτο βήμα για την εναρμόνιση με τις διεθνεις δεσμεύσεις για την προστασία του περιβάλλοντος.παρά την αξιόλογη τεχνολογική πρόοδο που έχει επιτευχθεί τελευταία και την αυξανόμενη ανταγωνιστηκότητα των τεχνολογιών ΑΠΕ, η ενσωμάτωση σε μεγάλη κλίμακα των ανανεώσιμων πηγών στο ενεργειακό σύστημα δεν είναι εύκολη υπόθεση. Οι διαθέσιμες τεχνικές επιλογές που θα αναλυθούν και παρακάτω μπορούν να ικανοποιήσουν τις διάφορες φιλοδοξίες μόνο αν εξετάζονται στα πλαίσια ενός συνολικού σχεδιασμού και χρησιμοποιούνται σε σύνθετα υβριδικά σχήματα που στόχο έχουν την μεγιστοποίηση της αποδοτικότητας.έτσι ενώ κατά βάση είναι θεμιτό τα δίαφορα συστήματα ΑΠΕ να αποτελούνται αποκλειστικά από τεχνολογίες ανανεώσιμων πηγών ενέργειας και στο 100% της τροφοδοσίας από κεντρικά συστήματα ΑΠΕ, στην πράξη η ενεργειακή τροφοδοσία συχνά περιλαμβάνει ενεργειακές πηγές ορυκτών καυσίμων για λογους υποστήριξης και εφεδρείας.επίσης, όταν εφαρμόζονται μεμονωμένα οι τεχνολογίες των ΑΠΕ μειονεκτούν σε σύγκριση με τις παραδοσιακές τεχνολογίες παραγωγής ενέργειας από ορυκτά καύσιμα καθώς αδυνατούν να παρέχουν σταθερή ισχύ αδιάλλειπτα με αποδεκτά υψηλές τιμές δυναμικού. Για το λόγο αυτό, προκειμένου να μεγιστοποιηθεί η συμβολή των ΑΠΕ, θα πρέπει αυτές οι τεχνολογίες να εισέλθουν σε υβριδικά σχήματα.αυτά τα ολοκληρωμένα συστήματα μπορεί να αποτελούνται από τεχνολογίες παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας από ΑΠΕ,μαζί με άλλες τεχνολογίες 30

ΑΠΕ,αποθήκευσης ενέργειας ή τεχνολογίες ρύθμισης της ισχύος, και μπορούν να εφαρμοζονται είτε κεντρικα σε μικρές απομονωμένες περιοχές είτε κατανεμημενα στο δύκτιο αναλογα με τις συνθήκες και τις δυνατότητες της κάθε τοποθεσίας, ώστε να παράγουν σταθερή και αξιόπιστη ισχυ στο δύκτιο. Τελευταία παρατηρείται μια σημαντική αύξηση του ενδιαφέροντος που επιδεικνύουν οι κυβερνήσεις προς τις ΑΠΕ. Οι πιο ελπιδοφόρες τεχνολογίες ΑΠΕ σήμερα βασίζονται στον άνεμο και την ηλιακή ενέργεια τόσο για ηλεκτροπαραγωγή όσο και για παραγωγή θερμότητας. Στον πίνακα 2.1 μπορούμε να δούμε το ποσοστό της διείσδυσης των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας σε ορισμένες χώρες της Ευρώπης για τα έτη 1997 και 2010 με βάση τους στόχους που έχουν τεθεί αν φυσικα επιτευχθούν. Παραγωγή από ΑΠΕ το 1997 (% επί του συνόλου της παραγωγής) Παραγωγή από ΑΠΕ το 2010 (% επί του συνόλου της παραγωγής) Βέλγιο 1.10 6.00 Δανία 8.70 29.0 Γερμανία 4.50 12.5 Ελλάδα 8.60 20.1 Ισπανία 19.9 29.4 Γαλλία 15.0 21.0 Ιρλανδία 3.60 13.2 31

Παραγωγή από ΑΠΕ το 1997 (% επί του συνόλου της παραγωγής) Παραγωγή από ΑΠΕ το 2010 (% επί του συνόλου της παραγωγής) Ιταλία 16.0 25.0 Λουξεμβούργο 2.10 5.70 Ολλανδία 3.50 9.00 Αυστρία 70.0 78.1 Πορτογαλία 38.5 39.0 Φινλανδία 24.7 31.5 Σουηδία 49.1 60.0 Ηνωμένο Βασίλειο 1.70 10.0 ΠΙΝΑΚΑΣ 2.1: Παραγωγή από ΑΠΕ το 1997 και στόχοι για το 2010 για χώρες της Ε.Ε. Όπως φαίνεται από τα παραπάνω η διείσδυση της διασπαρμένης παραγωγής το 2010 θα αποτελεί το 8% ως 20% της δυνατότητας παραγωγής ισχύος στην Ευρώπη 32

2.3. ΠΛΕΟΝΕΚΤΗΜΑΤΑ, ΜΕΙΟΝΕΚΤΗΜΑΤΑ ΤΗΣ ΔΙΕΣΠΑΡΜΕΝΗΣ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ. Τα οφέλη από την διείσδυση της διεσπαρμένης παραγωγής είναι τα ακόλουθα. Α) Περιβαλλοντικά οφέλη. Το κυριότερο όφελος από τη χρήση διεσπαρμένης παραγωγής είναι περιβαλλοντικό. Οι ανανεώσιμες πηγές ενέργειας παράγουν μηδενικούς, ή ελάχιστους ρύπους βοηθώντας έτσι στη μείωση των εκπομπών αερίων, υπευθύνων για το φαινόμενο του θερμοκηπίου, όπως είναι το διοξείδιο του άνθρακα. Δίνεται έτσι η δυνατότητα σε χώρες που έχουν αναλάβει υποχρεώσεις για μείωση των εκπομπών ρύπων, να εκπληρώσουν τις υποχρεώσεις αυτές. Περιορίζεται η χρήση καυσίμων που υπάρχουν σε περιορισμένες ποσότητες, όπως είναι ο λιγνίτης, το πετρέλαιο, κλπ. Η μείωση των εκπομπών CO 2 επιβάλεται λόγω της συνεισφοράς τους στην αύξηση της θερμοκρασίας του πλανήτη. Οι εκπομπές CO 2 που σχετίζονται με τη χρήση ηλεκτρικής ενέργειας εξαρτώνται από το καύσιμο που χρησιμοποιείται και από τον βαθμό απόδοσης της μονάδας παραγωγής. Οι Σύγχρονες Λιγνιτικές Μονάδες με βαθμό απόδοσης 45% εκπέμπουν 0,79kg CO2 ανά παραγόμενη KWh ενώ αντίστοιχες Μονάδες Πετρελαίου εκπέμπουν 0,75kg CO2 και οι μονάδες Φ.Α. 0,43kg CO2. Oι παλαιότερες βέβαια Λιγνιτικές Μονάδες με βαθμό απόδοσης 33% εκπέμπουν 1,33kg CO2 ανά παραγόμενη KWh. Η μέση τιμή εκπομπών CO 2 ανά κάθε παραγόμενη kwh εξαρτάται από το μείγμα των ορυκτών καυσίμων που χρησιμοποιείται κατά την ηλεκτροπαραγωγή, και για τις διασυνδεδεμένες περιοχές στο ηπειρωτικό ηλεκτρικό δίκτυο της Ελλάδας ανέρχεται στα 0,85 kg / kwh.από το 2005, και σύμφωνα με το πρωτόκολλο του Κιότο, για κάθε επιπρόσθετο τόνο εκπομπής από το όριο που έχει θέσει η κυβέρνηση για την εκάστοτε επιχείρηση, υπάρχει πρόστιμο 40 Ευρώ. Την περίοδο 2008 2012 το πρόστιμο αυτό θα φτάσει τα 100 Ευρώ για κάθε επιπλέον τόνο.για να αποφύγει αυτά τα πρόστιμα η κάθε επιχείρηση θα πρέπει να μειώσει τις 33

εκπομπές της ή να αγοράσει από κάποια άλλη επιχείρηση δικαιώματα εκπομπών. Πρέπει να επιλέξει εκείνο που της κοστίζει λιγότερο. Έτσι, για παράδειγμα, αν το κόστος μείωσης των εκπομπών για μια επιχείρηση Α είναι 5 Ευρώ ανά τόνο, ενώ το κόστος για αγορά δικαιωμάτων είναι 10 Ευρώ ανά τόνο τότε θα πρέπει να μειώσει τις εκπομπές της ώστε να συμμορφωθεί με τα όρια που έχουν τεθεί. Μια επιχείρηση Β με κόστος μείωσης εκπομπών 15 Ευρώ ανά τόνο, θα προτιμήσει να αγοράσει δικαιώματα με τιμή 10 Ευρώ ανά τόνο (υποτιθέμενη τιμή αγοράς), αφού αυτό είναι οικονομικότερο για αυτή. Σε πρώτη φάση, δηλαδή, θα μειώσουν τις εκπομπές τους οι επιχειρήσεις που έχουν μικρό κόστος μείωσης εκπομπών. Β) Ασφάλεια τροφοδοσίας. Η παραγωγή από διαφορετικές μορφές ενέργειας σε διάφορα σημεία του δικτύου έχει το πλεονέκτημα ότι η παραγωγή ηλεκτρισμού δεν εξαρτάται πλέον αποκλειστικά από συγκεκριμένες συμβατικές πηγές, αλλά στηρίζεται σε πολλές διαφορετικές πηγές, ώστε αν για κάποια αιτία, που μπορεί να είναι οικονομική, πολιτική, εκλείψει μια μορφή να μπορεί να χρησιμοποιηθεί κάποια άλλη. Γ) Απελευθέρωση αγοράς ηλεκτρισμού. Παράλληλα, δίνεται η δυνατότητα για απελευθέρωση της αγοράς και τη συμμετοχή ιδιωτών στην παραγωγή. Τα τελευταία χρόνια, οι κυβερνήσεις έχουν αρχίσει να δίνουν κίνητρα σε ιδιώτες για την εγκαταστάση παραγωγής από ανανεώσιμες πηγές ενέργειας. Έτσι, μέρος της ζήτησης μπορεί πλέον να καλύπτεται από εναλλακτικές πηγές ενέργειας. Δ) Τεχνικά οφέλη. Ι) Ένα από τα σημαντικότερα τεχνικά οφέλη που προκύπτουν από την διασπαρμένη παραγωγή είναι η μείωση των απωλειών του συστήματος. 34

Αφού μέρος της ισχύος θα καλύπτεται από τις διεσπαρμένες στο δίκτυο μονάδες, δε θα χρειάζεται τόσο μεγάλη ποσότητα ισχύος να παράγεται από τις κεντρικές μονάδες και να μεταφέρεται σε μεγάλες αποστάσεις, πράγμα το οποίο θα εισήγαγε μεγάλες απώλειες ισχύος στο σύστημα. ΙΙ) Η παρουσία μονάδων διασπαρμένης παραγωγής αυξάνει γενικά την τάση στην περιοχή όπου εγκαθίστανται. Έτσι, σε περιοχές όπου υπάρχει πρόβλημα με το επίπεδο της τάσης, μπορεί να συνεισφέρει θετικά. III) Αν ο σχεδιασμός της μονάδας γίνει σωστά, μπορούν να υπάρξουν οφέλη ως προς την ποιότητα ισχύος που φθάνει στους καταναλωτές, αλλά και της αξιοπιστίας, αν και πολλές φορές η παρουσία μονάδων διασπαρμένης παραγωγής έχει αρνητικές επιπτώσεις στην ποιότητα ισχύος. Ε) Οικονομικά οφέλη. Ι) Η παρουσία της διασπαρμένης παραγωγής προκαλεί μείωση των απωλειών του δικτύου μεταφοράς, άρα απαιτείται μικρότερη παραγωγή από τις κεντρικές μονάδες πράγμα που έχει τελικά οικονομικό αντίκτυπο. ΙΙ) Η λειτουργία πολλών μονάδων διασπαρμένης παραγωγής, μπορεί υπό συγκεκριμένες προϋποθέσεις να οδηγήσει σε μείωση της τιμής του ρεύματος που πληρώνει ο καταναλωτής. ΙΙΙ) Τέλος με την τοποθέτηση διασπαρμένης παραγωγής, δίνεται η δυνατότητα για μικρότερες επενδύσεις στο δίκτυο. Η τοποθέτηση μιας μονάδας διασπαρμένης παραγωγής θα έχει ως συνέπεια τη μείωση του ρεύματος σε κάποιο άλλο σημείο του δικτύου προς την μεριά της παραγωγής, και λαμβάνοντας υπόψη την αυξητική τάση του φορτίου, το ρεύμα θα επιστρέψει στην τιμή αυτή μετά από κάποιο χρονικό διάστημα, με αποτέλεσμα να αναβληθεί η επένδυση σε κάποιο μετασχηματιστή ή στην αναβάθμιση καλωδίων μεταφοράς που βρίσκονται κοντά στο όριο τους. Τα μειονεκτήματα από την διείσδυση της διασπαρμένης παραγωγής είναι τα ακόλουθα. 35

Α) Οικονομικά μειονεκτήματα. Η παραγωγή από ανανεώσιμες πηγές ενέργειας, δεν έχει φθάσει σε επίπεδο να μπορεί να ανταγωνιστεί οικονομικά τις μεγάλες μονάδες παραγωγής, με αποτέλεσμα να απαιτείται επιχορήγηση από το κράτος για να μπορεί η επένδυση σε αυτές να είναι βιώσιμη. Β) Τεχνικά μειονεκτήματα. Ι) Η σύνδεση ανανεώσιμων πηγών ενέργειας στο δίκτυο μπορεί να προκαλέσει προβλήματα στην ποιότητα ισχύος του δικτύου. ΙΙ) Μπορούν να προκληθούν μεταβολές και διακυμάνσεις στην τάση του δικτύου όπως για παράδειγμα γρήγορες μεταβολές της τάσης που έχουν ως συνέπεια τη διακύμανση της φωτεινότητας των λαμπτήρων πυρακτώσεως προκαλώντας οπτική ενόχληση (flicker). ΙΙΙ) Μπορεί να υπάρξει επίσης και αρμονική παραμόρφωση στο δίκτυο εξαιτίας των ηλεκτρονικών ισχύος των εγκαταστάσεων παραγωγής. Για να μην υπάρχουν σημαντικές επιπτώσεις από τα παραπάνω, έχουν θεσπιστεί ορισμένοι κανόνες και όρια στις διακυμάνσεις της τάσης και την αρμονική παραμόρφωση που πρέπει να τηρούνται ώστε να δίνεται η δυνατότητα στις μονάδες να συνδέονται στο δίκτυο. Γ) Αδυναμία πρόβλεψης και συνεχούς παραγωγής ηλεκτρικής ισχύος. Δεν μπορεί να υπάρξει ακριβής πρόβλεψη για την ικανότητα παραγωγής, όπως συμβαίνει για παράδειγμα με τα αιολικά πάρκα. Πρέπει να γίνεται μετεωρολογική πρόβλεψη, που δεν μπορεί όμως να προβλέψει ακριβώς την ποσότητα ισχύος που θα είναι δυνατό να παραχθεί. Σε μικρά χρονικά διαστήματα μπορούν να υπάρχουν μεγάλες αποκλίσεις στη δυνατότητα παραγωγής ή ακόμα και απώλεια της παραγωγής εξαιτίας της φύσης ορισμένων πηγών όπως είναι για παράδειγμα ο άνεμος. Έτσι υπάρχει 36

συγκεκριμένο ποσοστό της ζήτησης που μπορεί να καλυφθεί από ανανεώσιμες πηγές, η διείσδυση είναι δηλαδή περιορισμένη και πρέπει να υπάρχει πάντα εφεδρεία συμβατικών μονάδων παραγωγής. Αυτό το πρόβλημα αφορά κυρίως τα αυτόνομα συστήματα ηλεκτρικής ενέργειας. Δ) Περιβαλλοντικά μειονεκτήματα. Τα περιβαλλοντικά ζητήματα που μπορεί να προκύψουν, είναι η παραγωγή θορύβου από τα αιολικά πάρκα και αισθητικά ζητήματα από την παρουσία των μονάδων σε συγκεκριμένες τοποθεσίες. Έτσι πολλές φορές υπάρχουν αντιδράσεις από τοπικούς παράγοντες κατά της τοποθέτησης ανανεώσιμων πηγών ενέργειας. 2.4 ΕΙΔΗ ΚΑΤΑΝΕΜΗΜΕΝΗΣ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ Η Κατανεμημένη Παραγωγή αναφέρεται κυρίως σε ανεμογεννήτριες,τα μικρά υδρουλεκτρικά, τα φωτοβολταϊκά, οι μονάδες βιομάζας αλλά και γεννήτριες κινούμενες από παλινδρομικές μηχανές,μικροστρόβιλους και τα κύτταρα καυσίμου. Για να έχουμε βέλτιστη αξιοποίηση της δεύτερης κατηγορίας ΚΠ επιδιώκουμε και την αξιοποίηση της αποβαλόμμενης θερμότητας,οπότε οδηγούμαστε στα συστήματα συνδυασμένης παραγωγής θερμότητας και ηλεκτρικής ενέργειας.ερμότητας, οπότε 2.4.1 ΑΝΕΜΟΓΕΝΝΗΤΡΙΕΣ Παρατηρώντας από την μεριά του δυκτίου, οι ανεμογεννήτριες που υπάρχουν διαθέσιμες στην αγορά σήμερα μπορούν να χωριστούν σε 5 κατηγορίες όπως φαίνεται και στα σχήματα 2.2,2.3,2.4,2.5. Ακολουθεί παρακάτω μια πολύ σύντομη περιγραφή αυτών. 37

4.1.1 Επαγωγική μηχανή σταθερών στροφών Ο δρομέας αυτού του τύπου ανεμογεννήτριας διατηρεί σχεδόν σταθερό αριθμό στροφών ο οποίος εξαρτάται μόνο από την αναλογία του κιβωτίου ταχυτήτων, την συχνότητα του δυκτίου και το σχεδιασμό της ίδιας της γεννήτριας ενώ είναι ανεξάρτητη της ταχύτητας του ανέμου.ο στάτης της μηχανής σταθερων στροφών συνδέεται άμεσα με το δύκτιο όπως φαίνεται στο σχήμα 2.2..Επειδή λοιπόν η άεργος ισχύς μεταφέρεται σε αυτήν από τον κόμβο του δυκτίου είναι αναγκαία η σύνδεση μιας «τράπεζας» πυκνωτών για να γίνεται αντιστάθμιση της φανταστικής ισχύος όποτε αυτό χρειάζεται. Σχήμα 2.2. Επαγωγική μηχανή σταθερών στροφών με πυκνωτές αντιστάθμισης (SCIG : squirrel cage induction generator ) 38

Η δυνατότητα παραγωγής περιορίζεται από τον αεροδυναμικό σχεδιασμό των πτερυγίων στην περίπτωση που η μέθοδος του ελέγχου απώλειας στήριξης (stall control) χρησιμοποιείται. Για τις μεγαλύτερες μονάδες μέχρι 2.4 MW, ο έλεγχος συχνά τροποποιείται ελαφρώς χρησιμοποιώντας active stall control. Προκειμένου να αυξηθεί η δυνατότητα παραγωγής, η γεννήτρια σταθερών στροφών έχει δύο τυλίγματα στάτη. Το ένα χρησιμοποιείται στις χαμηλές ταχύτητες ανέμου και το άλλο χρησιμοποιείται για ταχύτητες μέσου και ισχυρού ανέμου. 2.4.1.2 Επαγωγική Μηχανή με ηλεκτρικά μεταβαλλόμενη αντίσταση ρότορα Αυτός ο τύπος γεννήτριας ουσιαστικά είναι πανομοιότυπος με τον προηγούμενο όπως φαίνεται και στο Σχήμα 2.3.Ο στάτης συνδέεται και εδώ άμεσα με το δύκτιο και μια τράπεζα πυκνωτών υπάρχει για να παράγει την άεργο ισχύ όποτε είναι αναγκαίο.το χαρακτηριστικό της γνώρισμα είναι η μεταβλητή αντισταση που τοποθετούμε στο τύλιγμα του δρομέα (αποτελούμενο συνήθως από ηλεκτρονικό μετατροπέα με αντιπαράλληλα θυρίστορ) και το οποίο μας επιτρέπει να ρυθμίζουμε την ροπή της γεννήτριας άρα και την ταχύτητά της όπως ακριβώς και σε μια απλή ασύγχρονη μηχανή. 39

Σχήμα 2.3. γεννήτρια με ηλεκτρικά μεταβαλλόμενη αντίσταση δρομέα 2.4.1.3 Γεννήτρια Μεταβαλλόμενων στροφών με μετατροπέα στον δρομέα (Επαγωγική μηχανή διπλής τροφοδοσίας,dfig) Αυτό το είδος γεννήτριας θα παρουσιαστεί και αργότερα.το Σχήμα 2.4 παρουσιάζει την γεννήτρια μεταβλητών στροφών με έναν μικρής κλίμακας converter σαν ανατροφοδότηση στον δρομέα της,γνωστή και ως DFIG (Doubly-Fed Induction Generator).Σε αυτόν τον τύπο γεννήτριας ο στάτης είναι συνδεδεμένος άμεσα με το δίκτυο ενώ τα τυλίγματα του δρομέα είναι συνδεδεμένα με τον μετατροπέα. Ο μετατροπέας εκτιμάται περίπου στο 30% της ισχύς της γεννήτριας.συνήθως η μεταβολή της ταχύτητας κυμαίνεται σε ένα εύρος μεταξύ του -40% (υποσύγχρονη λειτουργία) και +30% (υπερσύγχρονη λειτουργία) της σύγχρονης ταχύτητας.τέλος μέσω του μετατροπέα μας 40

δίνεται η δυνατότητα να ελέγξουμε την άεργο ισχύ.αυτό το είδος θα το εξετάσουμε διεξοδικά και αργότερα. Σχήμα 2.4. Επαγωγική μηχανή μεταβαλλόμενων στροφών με μετατροπέα στον δρομέα (Επαγωγική μηχανή διπλής τροφοδοσίας,dfig) 2.4.1.4 Γεννήτρια Μεταβλητών στροφών με έλεγχο της ολικής ισχύς στον στάτη Σχήμα 2.5 Επαγωγική μηχανή μεταβλητών στροφών με έλεγχο της ολικής ισχύς στον στάτη (SG:σύγχρονη γεννήτρια IG:επαγωγικη μηχανή) 41

Όπως φαίνεται και στο σχήμα 2.5 αυτός ο τύπος ανεμογεννήτριας μπορεί να είναι είτε σύγχρονη είτε επαγωγικού τύπου.στην περίπτωση που είναι σύγχρονη η γεννήτρια η διέγερση μπορεί να γίνεται είτε με μόνιμους μαγνήτες είτε από ξεχωριτή πηγή συνεχούς ρεύματος.το κιβώτιο ταχυτήτων σχεδιάζεται έτσι ώστε η μέγιστη ταχύτητα δρομέα να αντιστοιχεί στην ονομαστική ταχύτητα της γεννήτριας.ορισμένες ανεμογεννήτριες αυτού του είδους δεν εχουν καθόλου κιβώτιο ταχυτήτων.σε αυτές τις περιπτώσεις χρησιμοποιούνται μηχανές παλλαπλών πόλων με μεγαλη διάμετρο.η διαφορά της με την επαγωγική μηχανή διπλής τροφοδοσίας (DFIG) έγκειται στο γεγονός ότι τώρα πλέον ελέγχουμε την συνολική ισχύ της γεννήτριας κάτι που σημαίνει ακριβέστερα και καλύτερα αποτελέσματα αλλά και μεγαλύτερο κόστος. 2.4.2 ΦΩΤΟΒΟΛΤΑΙΚΑ Η ηλιακή ακτινοβολία παρέχει ένα τεράστιο ποσό ενέργειας στη Γη.Το ποσό ενέργειας που παρέχεται από τον ήλιο και προσπίπτει στην επιφάνεια της γης ισοδυναμεί με 10.000 φορές την παγκόσμια κατανάλωση.το φως του ήλιου φτάνει στην γη με δύο συνιστώσες.το άμεσο φως και το έμμεσο ή διάχυτο.τα Φ/Β εκμεταλεύονται και τις δύο αυτές συνιστώσες για την παραγωγή ηλεκτρισμού.παρ όλα αυτά δεν μπορεί όλη η ποσότητα της ηλιακής ακτινοβολίας να μετατραπεί σε ηλεκτρική ενέργεια καθώς τα φωτοβολταικά λειτουργούν κυρίως με το ορατό φως και έτσι χάνεται ένα μεγαλο κομμάτι της ηλιακής ακτινοβολίας(υπεριώδης, υπέρυθρη ακτινοβολία). Η κατασκευή ηλιακών κυψελών είναι μια σύνθετη διαδικασία και το κύριο συστατικό τους είναι συνήθως το πυρίτιο (μονοκρυσταλλικό, πολυκρυσταλλικό ή και άμορφο Σχήμα 2.6). Η τοποθέτηση των Φ/Β είναι και αυτή μια πολύ σημαντική διαδικασία ώστε να επιτευχθεί η μέγιστη αποδοση των ηλιακών κυψελών. 42

Σχήμα 2.6 Είδη κυψελών πυριτίου 2.4.3 Μικρά υδρουλεκτρικά Η Υδροηλεκτρική Ενέργεια είναι η ενέργεια η οποία βασίζεται στην εκμετάλλευση της μηχανικής ενέργειας του νερού των ποταμών και της μετατροπής της σε ηλεκτρική ενέργεια με τη βοήθεια στροβίλων και ηλεκτρογεννητριών. Η ενέργεια αυτή διαχέεται στη φύση από δίνες και ρεύματα, καθώς το νερό ρέει κατηφορικά σε ρυάκια, χείμαρρους και ποτάμια μέχρι να φτάσει στη θάλασσα. Όσο μεγαλύτερος είναι ο όγκος του 43

αποθηκευμένου νερού και όσο ψηλότερα βρίσκεται, τόσο περισσότερη είναι η ενέργεια που περιέχει. Σχήμα 2.7. Απλοποιημένη απεικόνιση μιας υδροηλεκτρικής μονάδας Η δυνατότητα (από)ταμίευσης ενέργειας ως (υδρο-) δυναμικής (και όχι ως θερμικής - με τα γνωστά προβλήματα απωλειών-, ή ηλεκτρικής - σε πανάκριβους και ως εκ τούτου περιορισμένης χωρητικότητας συσσωρευτές-), καθώς επίσης η ανανεωσιμότητά της καθιστούν την υδροηλεκτρική ενέργεια σημαντική εναλλακτική / συμπληρωματική λύση στο ενεργειακό- περιβαλλοντικό πρόβλημα, δεδομένης και της "καθαρότητάς" της. Επιπλέον δεν πρέπει να ξεχνάμε ότι οι υδατοπτώσεις είναι δυνατόν να χρησιμοποιούνται και για άλλες ανάγκες: ύδρευση, άρδευση, ανάσχεση χειμάρρων, διαχείριση υδάτων, συντήρηση υδροβιότοπων, αναψυχή, αθλητισμό. Το σύνολο των έργων και εξοπλισμού μέσω των οποίων μετατρέπεται η υδραυλική ενέργεια σε μηχανική και στη συνέχεια σε ηλεκτρική, ονομάζεται Υδροηλεκτρικό έργο (ΥΗΕ). Τα Μικρής κλίμακας 44

Υδροηλεκτρικά έργα (ΜΥΗΕ) είναι κυρίως "συνεχούς ροής", δηλαδή δεν περιλαμβάνουν σημαντική περισυλλογή νερού και επομένως δεν απαιτείται η κατασκευή μεγάλων φραγμάτων και ταμιευτήρων, αν και όπου αυτά υπάρχουν ήδη και μπορούν να χρησιμοποιηθούν εύκολα είναι επιβοηθητικά. Εξ' ορισμού δηλαδή ένας μικρός υδροηλεκτρικός σταθμός αποτελεί ένα έργο απόλυτα συμβατό με το περιβάλλον, καθώς το σύνολο των επιμέρους παρεμβάσεων του έργου μπορεί να ενταχθεί αισθητικά και λειτουργικά στα χαρακτηριστικά του περιβάλλοντος, αξιοποιώντας τους τοπικούς πόρους. Η υδροηλεκτρική ενέργεια είναι μια πρακτικά ανεξάντλητη πηγή ενέργειας, που στηρίζεται στην εκμετάλλευση των ποταμών και των τεχνητών ή φυσικών φραγμάτων. Στην Ελλάδα, τα υδροηλεκτρικά έργα παρέχουν το 7% - 9% της συνολικά παραγόμενης ενέργειας. Σύμφωνα με μελέτες, αξιοποιείται μόνο 1/3 του οικονομικά αξιοποιήσιμου υδροδυναμικού, το οποίο θα μπορούσε να καλύψει μέχρι και το 25% των αναγκών. Βεβαίως, πρέπει να υπολογίσουμε ότι το υδάτινο δυναμικό επηρεάζεται ήδη αρνητικά από την κλιματική αλλαγή. Τα μεγάλα υδροηλεκτρικά φράγματα, παρά τη συμβολή τους στη σταθερότητα του συστήματος, έχουν σημαντικές αρνητικές συνέπειες στο περιβάλλον και υπάρχει αντιπαράθεση παγκοσμίως για το εάν πρέπει ή όχι να εντάσσονται στις Ανανεώσιμες Πηγές Ενέργειας. Σήμερα βρίσκονται σε λειτουργία 62 μικροί υδροηλεκτρικοί σταθμοί, συνολικής ισχύος περίπου 130 MW. Αλλα 200 περίπου μικρά υδροηλεκτρικά έχουν αδειοδοτηθεί, που μπορεί να αποδώσουν ακόμα 300 MW εγκατεστημένης ισχύος. Το πρόβλημα βέβαια των μικρών υδροηλεκτρικών είναι ότι εξαρτώνται από τη ροή του νερού και δεν μπορεί να γίνει αποταμίευση. Η ανάγκη αποθήκευσης ενέργειας αυξάνεται όσο πιο μεγάλη είναι η διείσδυση ανανεώσιμων πηγών ενέργειας στο σύστημα. Καθώς οι ΑΠΕ δεν εμφανίζονται ακριβώς την ώρα της ζήτησης και οι άλλες μορφές αποθήκευσης ενέργειας είναι πολύ ακριβές (π.χ. μπαταρίες, στοιχεία καυσίμου κ.λπ.), η αποθήκευση ενέργειας σε ταμιευτήρες νερού είναι η πιο αποδοτική μέθοδος. Οι απώλειες ενέργειας είναι 10% - 30%, ποσοστό εξαιρετικό μικρό. Σε μια υβριδική μονάδα παραγωγής ενέργειας από αέρα - νερό, όταν φυσάει 45

παίρνουμε ενέργεια από τις ανεμογεννήτριες και με το περίσσευμα ανεβάζουμε νερό σε έναν ταμιευτήρα. Στη νηνεμία παίρνουμε ενέργεια από την πτώση του νερού. Η κατασκευή μιας τέτοιας μονάδας θα ξεκινήσει άμεσα στις Ράχες Ικαρίας. 2.4.4 Μονάδες βιομάζας Σχήμα 2.7. Μια μορφή βιομάζας: pellets (συσσωματώματα) τα οποία προκύπτουν από τη μηχανική συμπίεση πριονιδιού, χωρίς την προσθήκη χημικών ή συγκολλητικών ουσιών Με τον όρο βιομάζα ονομάζουμε οποιοδήποτε υλικό παράγεται από ζωντανούς οργανισμούς (όπως είναι το ξύλο και άλλα προϊόντα του δάσους, υπολείμματα καλλιεργειών, κτηνοτροφικά απόβλητα, απόβλητα βιομηχανιών τροφίμων κ.λπ.) και μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως καύσιμο για παραγωγή ενέργειας. Η ενέργεια της βιομάζας (βιοενέργεια ή πράσινη ενέργεια) είναι δευτερογενής ηλιακή ενέργεια. Η ηλιακή ενέργεια μετασχηματίζεται από τα φυτά μέσω της φωτοσύνθεσης. Οι βασικές πρώτες ύλες που χρησιμοποιούνται, είναι το νερό και ο άνθρακας, που είναι άφθονα στη φύση. 46

Η μόνη φυσικά ευρισκόμενη πηγή ενέργειας με άνθρακα που τα αποθέματά της είναι ικανά ώστε να μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως υποκατάστατο των ορυκτών καυσίμων, είναι η βιομάζα. Αντίθετα από αυτά, η βιομάζα είναι ανανεώσιμη καθώς απαιτείται μόνο μια σύντομη χρονική περίοδος για να αναπληρωθεί ό,τι χρησιμοποιείται ως πηγή ενέργειας. Εν γένει, για τις διάφορες τελικές χρήσεις υιοθετούνται διαφορετικοί όροι. Έτσι, ο όρος "βιοισχύς" περιγράφει τα συστήματα που χρησιμοποιούν πρώτες ύλες βιομάζας αντί των συνήθων ορυκτών καυσίμων (φυσικό αέριο, άνθρακα) για ηλεκτροπαραγωγή, ενώ ως "βιοκαύσιμα" αναφέρονται κυρίως τα υγρά καύσιμα μεταφορών που υποκαθιστούν πετρελαϊκά προϊόντα, π.χ. βενζίνη ή ντίζελ. Βασικό πλεονέκτημα της βιομάζας είναι ότι είναι ανανεώσιμη πηγή ενέργειας και ότι παρέχει ενέργεια αποθηκευμένη με χημική μορφή. Η αξιοποίηση της μπορεί να γίνει με μετατροπή της σε μεγάλη ποικιλία προϊόντων, με διάφορες μεθόδους και τη χρήση σχετικά απλής τεχνολογίας. Σαν πλεονέκτημά της καταγράφεται και το ότι κατά την παραγωγή και την μετατροπή της δεν δημιουργούνται οικολογικά και περιβαλλοντολογικά προβλήματα. Από την άλλη, σαν μορφή ενέργειας η βιομάζα χαρακτηρίζεται από πολυμορφία, χαμηλό ενεργειακό περιεχόμενο, σε σύγκριση με τα ορυκτά καύσιμα, λόγω χαμηλής πυκνότητας και/ή υψηλής περιεκτικότητας σε νερό, εποχικότητα, μεγάλη διασπορά, κλπ. Τα χαρακτηριστικά αυτά συνεπάγονται πρόσθετες, σε σχέση με τα ορυκτά καύσιμα, δυσκολίες στη συλλογή, μεταφορά και αποθήκευσή της. Σαν συνέπεια το κόστος μετατροπής της σε πιο εύχρηστες μορφές ενέργειας παραμένει υψηλό. 2.4.5 Κυψέλες καυσίμου Οι κυψέλες καυσίμου μπορούν να χαρακτηριστούν σαν κέντρα ενός συστήματος το οποίο χρησιμοποιεί το υδρογόνο ως καύσιμο. Είναι αυτές οι οποίες αναλαμβάνουν τη μετατροπή του καυσίμου σε χρήσιμη ηλεκτρική ενέργεια. 47

Σχήμα 2.8 Κυψέλη Καυσίμου. Ο πραγματικός αριθμός κυττάρων καυσίμων είναι η βαλμένη σε στρώσεις κυβική δομή στο κέντρο της εικόνας Η έννοια της κατάλυσης παίζει πολύ σημαντικό ρόλο στη λειτουργία μιας κυψέλης καυσίμου, και η έρευνα για τη βελτίωση της αποδόσεων της γίνεται κυρίως σε αυτόν τον τομέα, (τομέας εξ ορισμού μελετώμενος στην κλίμακα του νανομέτρου). Η κυψέλη καυσίμου αποτελεί ένα μηχανισμό για την ηλεκτροχημική μετατροπή της ενέργειας μετατρέποντας υδρογόνο και οξυγόνο σε νερό, παράγοντας ταυτόχρονα με τη διαδικασία αυτή, ηλεκτρισμό και θερμότητα. Ο ηλεκτρισμός παράγεται με τη μορφή συνεχούς ρεύματος. Η πρώτη κυψέλη φτιάχτηκε από τον Sir William Grove, το 1839. Ωστόσο η συστηματική έρευνα πάνω σε αυτές άρχισε μόλις τη δεκαετία του '60, όταν η NASA χρησιμοποίησε κυψέλες καυσίμου στο διαστημικό σκάφος Gemini και Apollo ως φθηνότερη λύση από την ηλιακή ενέργεια. 48

49

Κεφάλαιο 3ο Ανεμογεννήτριες μεταβλητών στροφών με επαγωγική μηχανή διπλής τροφοδοσίας (DFIG) 3.1 ΕΙΣΑΓΩΓΗ Η αλληλεπίδραση των ανεμογεννητριών με το δύκτιο αποτέλει ένα πολύ σημαντικό πρόβλημα.παρατηρώντας το σύστημα από την πλευρά του δυκτίου η σημαντικότερη σκέψη της αρχικής ανάπτυξης σχημάτων ανεμογεννητριών την δεκαετία του 80 ήταν ο αντίκτυπος που θα είχαν αυτές στην ποιότητα της ισχύος του συστήματος διανομής στα σημεία που αυτές συνδέονταν.αργότερα με την ανάπτυξη μεγαλύτερων αιολικών συστημάτων (μεγάλα υπεράκτια αιολικά πάρκα κτλ.) οι προηγούμενες επιπτώσεις έγιναν εμφανείς ακόμα και στο σύστημα μεταφοράς (υψηλής τάσης).γι αυτό και σε πολλές χώρες υπάρχουν κανόνες και απαιτήσεις για την σύνδεση των ανεμογεννητριών με το δίκτυο μεταφοράς. Ο κυρίαρχος στόχος των παραπάνω κανονισμών είναι ότι οι ανεμογεννήτριες θα μπορούν να παραμείνουν συνδεδεμένες στο δύκτιο 50

ακόμα και κατά την διάρκεια αλλά και μετά από σφάλματα στο σύστημα μεταφοράς.μια άλλη σημαντική προυπόθεση έχει να κάνει με την ικανότητα ελέγχου της ενεργού και αέργου ισχύος του αιολικού συστήματος για να γίνει ικανό αυτό να ελέγχει την συχνότητα και την τάση του κόμβου σύνδεσης με το δύκτιο.στόχος αυτού του κεφαλαίου είναι ο έλεγχος της αέργου ισχύος. Στην Δανία που είναι μια από τις πιό ανεπτυγμένες χώρες όσο αφορά την τοποθέτηση ΑΠΕ οι κανονισμοί για την σύνδεση αιολικών πάρκων στο σύστημα μεταφοράς απαιτούν από τον ιδιώτη που θέλει να κάνει την επένδυση να προμηθευτεί ένα διάγραμμα P-Q.Αυτό το διάγραμμα είναι γνωστό ως διάγραμμα μόνιμης κατάστασης. Από την άλλη υπάρχουν και απαιτήσεις της δυναμικής συμπεριφοράς κατά την διάρκεια αλλα και μετά από σφάλματα στο δύκτιο μεταφοράς. 51

Σχήμα 3.1 Ολοκληρωμένο σεδιάγραμμα μιάς ανεμογεννήτριας DFIG 52