Πρόγραμμα Αυτόματου Υπολογισμού Του Κόστους Σύνδεσης Αιολικών Πάρκων

Abstract

Οι εξελίξεις στην τεχνολογία των συστημάτων ηλεκτρικής ενέργειας και η διείσδυσητων ανανεώσιμων πηγών ενέργειας σε συνδυασμό με την απελευθέρωση της αγοράςενέργειας μεταβάλλουν καθημερινά τη δομή των συστημάτων ηλεκτρικής ενέργειας. Ταυπάρχοντα δίκτυα τροποποιούνται κατάλληλα προκειμένου να δεχτούν τις νέες μονάδεςδιεσπαρμένης παραγωγής ενώ οι διαχειριστές του συστήματος καλούνται ναδιευκολύνουν την είσοδο των παραγωγών στο δίκτυο εφαρμόζοντας κατάλληλεςπολιτικές σύνδεσης. Βασικό σημείο των πολιτικών αυτών είναι ο καθορισμός τουκόστους σύνδεσης.Η παρούσα διπλωματική εργασία διαπραγματεύεται τη σύνδεση αιολικών πάρκων στοηλεκτρικό δίκτυο και αυτοματοποιεί τον υπολογισμό του κόστους σύνδεσης,λαμβάνοντας υπόψη την ισχύ εξόδου της μονάδας παραγωγής, την απόστασή της από τοσύστημα και τους τεχνικούς περιορισμούς από την ποιότητα ισχύος και ταχαρακτηριστικά του δικτύου.Αρχικά περιγράφεται η δομή της απελευθερωμένης αγοράς ενέργειας και οι αλλαγέςπου επέφερε στα συστήματα ηλεκτρικής ενέργειας. Η μελέτη μεταφέρεται στην αιολικήενέργεια, τα κύρια χαρακτηριστικά της και τις πιθανές συνέπειες από τη διείσδυσημεγάλων ποσοτήτων αιολικής ενέργειας στο δίκτυο. Παράλληλα εξετάζονται οι ευρέωςχρησιμοποιούμενοι τύποι ανεμογεννητριών και το επενδυτικό κόστος ενός αιολικούπάρκου, τμήμα του οποίου αποτελεί το κόστος σύνδεσης.Στη συνέχεια μελετώνται οι σημαντικότερες πολιτικές υπολογισμού του κόστουςσύνδεσης και οι διαφορές μεταξύ χρεώσεων σύνδεσης και χρεώσεων χρήσης τουσυστήματος. Παράλληλα, περιγράφεται το θεσμικό πλαίσιο που ισχύει στην Ελλάδασχετικά με τη διαδικασία και τους τύπους σύνδεσης. Αυτό αποτελεί την βάση τουαλγορίθμου υπολογισμού του κόστους σύνδεσης. Έχοντας αναλύσει την πολιτικήυπολογισμού του κόστους σύνδεσης που εφαρμόζεται στην Ελλάδα, εξετάζονται οιτεχνικές προϋποθέσεις που πρέπει να πληρούν τα αιολικά πάρκα προκειμένου νασυνδεθούν στο ηλεκτρικό δίκτυο. Γίνεται διαχωρισμός ανάλογα με το αν η σύνδεσηγίνεται στο δίκτυο διανομής ή στο σύστημα μεταφοράς.Στο δεύτερο μέρος της εργασίας, εισάγεται ο αλγόριθμος υπολογισμού του κόστουςσύνδεσης ενός Α/Π στο δίκτυο. Εξετάζει τρία διαφορετικά σενάρια σύνδεσης, καθένααπό τα οποία περιγράφεται μέσω διαγραμμάτων ροής. Παράλληλα, αναλύονται τακριτήρια επιλογής του κάθε σεναρίου σύνδεσης και τα στοιχεία κόστους των έργωνσύνδεσης. Αυτά περιλαμβάνουν τις γραμμές μέσης και υψηλής τάσης για τη διασύνδεσηκαθώς και τον εξοπλισμό του τυχόν Υ/Σ ανύψωσης που απαιτείται. Έπειτα, ο αλγόριθμοςυλοποιείται σε περιβάλλον MATLAB και εξετάζονται οι δυνατότητές του μέσωορισμένων εφαρμογών. Τέλος, επιχειρείται η σύγκριση των αποτελεσμάτων τουπρογράμματος με τα αποτελέσματα μελετών σύνδεσης Α/Π που είχε εκπονήσει οΔΕΣΜΗΕ το 2002 και σχολιάζονται τα συμπεράσματα που προκύπτουν.The latest developments in energy systems technology and the integration ofsustainable forms of energy in collaboration with the deregulation of energy market havechanged lately the structure of the electricity system. The existing electric grids aremodified suitably in order to accommodate the distributed generation. Following thesedevelopments, the transmission system and the distribution network operators facilitatethe entrance of new generators by applying suitable connection pricing policies. Mainfocus of these policies is the allocation of connection charge to the grid.This diploma thesis concerns the connection of wind farms to the grid and automatesthe calculation of the connection cost, taking into account the wind farm power output, itsdistance from the power system and the technical constraints that arise from powerquality and the characteristics of the grid.First of all, we describe the structure of the deregulated energy market and itsconsequences on power systems. Then the wind power is examined, its characteristicsand the possible consequences from the integration of large quantities of wind farmpower to the grid. The connection cost is part of the investment cost of a wind farm so thelatter is analyzed too, along with the widely used wind generator types.Furthermore, we discuss about the main connection pricing policies and the differencebetween connection charge and use-of-system charge. The structural framework that isapplied in Greece concerning the connection process and the connection types is alsodescribed. This framework constitutes the basis of the algorithm that calculates theconnection cost. After analyzing the connection cost approach that is applied in Greece,we examine the technical constraints that wind farms must abide to in order to beconnected to the electricity grid. These are different based on the part of the grid that thegenerators are connected to, the distribution network or the transmission system.In the second part of the thesis, an algorithm that calculates the connection cost of awind farm to the grid is presented. It examines three different scenarios for the type ofconnection, and all of them are described through flow charts. The criteria under whicheach scenario is selected are also analyzed, along with the cost elements of theconnection assets. These involve the transmission and distribution lines that are used forthe connection and the equipment of the MV/HV substation. Using MATLAB, thealgorithm takes the shape of a computer program, the capabilities of which are examinedthrough case studies. Finally, the results of the program are compared to the results ofconnection studies that the Hellenic Transmission System Operator has conducted on realwind farms during 2002 and the final conclusions are examined.