Ανάλυση Της Επίδρασης Της Βέλτιστης Αμφίδρομης Λειτουργίας (vehicle-to-grid, V2g) Των Ηλεκτρικών Οχημάτων Στα Δίκτυα Ηλεκτρικής Ενέργειας

Abstract

Τα τελευταία χρόνια παρατηρείται ραγδαία ανάπτυξη του κλάδου των ηλεκτρικών οχημάτων, η οποία οφείλεται κυρίως στις συνεχείς αυξήσεις στις τιμές των καυσίμων καθώς και στα πολύ σημαντικά προβλήματα που δημιουργούνται από τους εκπεμπόμενους ρύπους των συμβατικών αυτοκινήτων στο περιβάλλον. Η εξάπλωσή τους στον τομέα των μεταφορών αναμένεται να είναι ευρεία τα επόμενα χρόνια σε παγκόσμια κλίμακα. Ωστόσο, η επερχόμενη μαζική διείσδυση των ηλεκτρικών οχημάτων αποτελεί μια πρόκληση για τα δίκτυα ηλεκτρικής ενέργειας, εξαιτίας του επιπρόσθετου φορτίου που δημιουργούν στο δίκτυο. Έτσι, κρίνεται απαραίτητο να ευρεθούν τρόποι εξυπηρέτησης των ενεργειακών αναγκών των ηλεκτρικών οχημάτων οι οποίοι θα οδηγήσουν στην ομαλότερη λειτουργία του δικτύου και στο βέλτιστο οικονομικό αποτέλεσμα.Σκοπός της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η ανάπτυξη ενός αλγορίθμου φόρτισης των ηλεκτρικών οχημάτων ο οποίος μας δίνει τη δυνατότητα να έχουμε ροή ισχύος τόσο από το δίκτυο προς το ηλεκτρικό όχημα (Grid-to-Vehicle, G2V) όσο και αντίστροφα (Vehicle-to-Grid, V2G), καθώς και η μελέτη της επίδρασης που έχει αυτός ο αλγόριθμος σε ένα πραγματικό δίκτυο. Τα αποτελέσματα αυτού του αλγορίθμου θα συγκριθούν με τα αντίστοιχα αποτελέσματα άλλων τριών αλγορίθμων υπολογισμού των ενεργειακών αναγκών ενός στόλου ηλεκτρικών οχημάτων για να παρουσιαστούν τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματα αυτής της μεθόδου. Οι τρεις εναλλακτικές στρατηγικές φόρτισης είναι: η μη ελεγχόμενη φόρτιση, η οποία ξεκινά με την επιστροφή του οχήματος στο σπίτι μετά την τελευταία μετακίνηση, η φόρτιση με διζωνικό τιμολόγιο, στην οποία έχουμε μετατόπιση της φόρτισης των οχημάτων σε ώρες όπου έχουμε το ελάχιστο ενεργειακό κόστος, και η ελεγχόμενη φόρτιση με ελαχιστοποίηση κόστους και ταυτόχρονη βελτιστοποίηση της λειτουργίας του δικτύου (Valley Filling). Στη συνέχεια, οι τέσσερις αυτοί αλγόριθμοι εφαρμόζονται σε δύο διαφορετικά δίκτυα, στο δίκτυο διανομής της Σπερχειάδας και στο ενεργειακό δίκτυο της Κρήτης. Στη Σπερχειάδα, στόχος μας είναι να δούμε τι πλεονεκτήματα παρουσιάζει η στρατηγική V2G έναντι των άλλων στρατηγικών στην ομαλότητα του δικτύου, μελετώντας τις απώλειες του δικτύου και το προφίλ και τη διακύμανση της τάσης στους ζυγούς. Όσο για την Κρήτη, στόχος μας είναι να βρούμε το πως επηρεάζουν οι διαφορετικοί αλγόριθμοι την οικονομική λειτουργία του δικτύου της, υπολογίζοντας την επίδραση τους στο συνολικό κόστος του συστήματος, στον προγραμματισμό των μονάδων παραγωγής, στους εκπεμπόμενους ρύπους από τις μονάδες παραγωγής και άλλα παρόμοια στοιχεία. Η ανάπτυξη των αλγορίθμων γίνεται στο προγραμματιστικό περιβάλλον του Matlab.Στο κεφάλαιο 1 γίνεται μια ανασκόπηση της τεχνολογίας των ηλεκτρικών οχημάτων, των υποδομών φόρτισής τους και των προτύπων που έχουν δημιουργηθεί για τη σύνδεσή τους στο δίκτυο ηλεκτρικής ενέργειας. Στα κεφάλαια 2 με 4 παρουσιάζονται τα εργαλεία που χρησιμοποιήθηκαν για τον προσδιορισμό των ενεργειακών αναγκών των ηλεκτρικών οχημάτων, για τη δικτυακή ανάλυση της διείσδυσής τους και για την οικονομική αποτίμηση της διείσδυσής τους, αντίστοιχα. Στο κεφάλαιο 5 παρουσιάζονται τα αποτελέσματα των προσομοιώσεων στη λειτουργία των δύο δικτύων για κάθε στρατηγική φόρτισης αλλά και συγκριτικά αποτελέσματα μεταξύ αυτών. Τέλος, στο κεφάλαιο 6 έχουμε μια σύνοψη των κυριότερων συμπερασμάτων της παραπάνω ανάλυσης.