Βελτιστη Ροη Φορτιου Σε Δικτυα Ηλεκτρικης Ενεργειας Και Σε Υβριδικους Ενεργειακους Διανομεις

Abstract

Οι εξελίξεις στην τεχνολογία των συστημάτων ηλεκτρικής ενέργειας και η διείσδυση των εναλλακτικών μορφών ενέργειας σε συνδυασμό με τις αυξανόμενες απαιτήσεις των φορτίων που συνδέονται αλλάζουν καθημερινά την εικόνα των δικτύων μεταφοράς και διανομής ενέργειας. Τα υπάρχοντα δίκτυα ενισχύονται και τροποποιούνται κατάλληλα ενώ δημιουργούνται και νέα για την καλύτερη εξυπηρέτηση και την κάλυψη της ζήτησης των καταναλωτών. Στις μέρες μας η βέλτιστη κατανομή των φορτίων είναι ένα πρόβλημα πολύπλοκο αλλά ιδιαίτερα σημαντικό , γιατί εξασφαλίζει την ικανοποίηση της ζήτησης των καταναλωτών με το μικρότερο ενεργειακό κόστος.Στην παρούσα διπλωματικής εργασία γίνεται μια προσπάθεια προσέγγισης και ανάλυσης του προβλήματος της βέλτιστης ροής φορτίου στα δίκτυα ηλεκτρικής ενέργειας, λαμβάνοντας υπόψη το σύνολο των περιορισμών που προκύπτουν από τα χαρακτηριστικά του δικτύου, των γεννητριών και των φορτίων. Προτείνονται διάφορες μέθοδοι επίλυσης , οι οποίες στην πλειοψηφία τους χρησιμοποιούν επαναληπτικούς αλγόριθμους αριθμητικής ανάλυσης για την προσέγγιση της βέλτιστης λύσης, καθώς τα δίκτυα ηλεκτρικής ενέργειας είναι ιδιαίτερα εκτεταμένα και αποτελούνται από πολυάριθμους ζυγούς και φορτία. Οι εφαρμογές που παρουσιάζονται έγιναν στο περιβάλλον της MATLAB ,χρησιμοποιώντας το πρόγραμμα MATPOWER καθώς επίσης και στο περιβάλλον προσομοίωσης POWERWORLD. Στη συνέχεια μελετάμε το μοντέλο μόνιμης κατάστασης των υβριδικών συστημάτων ενέργειας, τα οποία περιλαμβάνουν πολλαπλούς ενεργειακούς φορείς και γίνεται μια προσπάθεια κατάστρωσης του προβλήματος βέλτιστης ροής φορτίου , βασιζόμενη στη γνωστή θεωρία βέλτιστης ροής φορτίου των συστημάτων ηλεκτρικής ενέργειας. Εισάγεται η έννοια του ενεργειακού διανομέα , που αποτελεί την κυρίαρχη καινοτομία των συστημάτων αυτών, αφού λειτουργεί ως κόμβος στον οποίο εισέρχονται οι διαφορετικές μορφές ενέργειας και στον οποία αυτές αλληλεπιδρούν μεταξύ τους. Η ιδιαιτερότητα που παρουσιάζουν τα νέα αυτά δίκτυα εντοπίζεται στην παρουσία διαφορετικών μορφών ενέργειας, οι οποίες μέσω του ενεργειακού διανομέα μετατρέπονται από τη μια μορφή στην άλλη, αποθηκεύονται στο εσωτερικό του ή διανέμονται για την κάλυψη της ζήτησης των φορτίων. Χωρίς αμφιβολία, τα υβριδικά συστήματα ενέργειας με πολλαπλούς ενεργειακούς φορείς είναι εκείνα που φαίνεται να κυριαρχούν τα επόμενα χρόνια, καθώς παρέχουν τεράστια ευελιξία στον προγραμματισμό της παραγωγής και στην κάλυψη της ζήτησης. Ιδιαίτερα τα συνδυασμένα συστήματα ηλεκτρικής ενέργειας και φυσικού αερίου που δίνουν τη δυνατότητα συμπαραγωγής θερμότητας και ηλεκτρισμού αναμένεται να αναπτυχθούν πολύ τις επόμενες δεκαετίες. Στα πλαίσια της εργασίας μελετήσαμε το βασικό μοντέλο των συστημάτων αυτών και προσεγγίσαμε τη βέλτιστη ροή φορτίου, μέσω της οποίας επιλέγεται η συνεισφορά κάθε ενεργειακού φορέα στη ζήτηση του φορτίου , ώστε να ελαχιστοποιείται το κόστος παραγωγής και να τηρούνται οι λειτουργικοί περιορισμοί του συστήματος. Από τα παραδείγματα υβριδικών συστημάτων που μελετήθηκαν προκύπτουν πολλά χρήσιμα συμπεράσματα για τη λειτουργία των δικτύων αυτών και γίνονται εμφανή τα πλεονεκτήματά τους.