Βέλτιστος Προγραμματισμός Της V2g Λειτουργίας Των Ηλεκτρικών Οχημάτων Για Την Παροχή Ενέργειας Και Επικουρικών Υπηρεσιών Στο Δίκτυο

Abstract

Τα τελευταία χρόνια, σε παγκόσμιο επίπεδο παρατηρείται μια συστηματική προσπάθεια για τον εξηλεκτρισμό του τομέα των μεταφορών, καθώς οι τιμές των καυσίμων παραμένουν υψηλές, ενώ οι ανησυχίες για τις επιπτώσεις των εκπεμπόμενων ρύπων στο περιβάλλον γίνονται εντονότερες. Ωστόσο, η επερχόμενη διείσδυση των ηλεκτρικών οχημάτων αποτελεί και μία πρόκληση για τα δίκτυα ηλεκτρικής ενέργειας. Η λειτουργία και ο προγραμματισμός τους θα πρέπει να αναπροσαρμοστούν για να διαχειριστούν το επιπρόσθετο φορτίο των ηλεκτρικών οχημάτων έτσι ώστε να αποφευχθούν πιθανές πρόωρες επενδύσεις. Η εξυπηρέτηση των ενεργειακών αναγκών των οχημάτων θα πρέπει να γίνεται με το βέλτιστο οικονομικό τρόπο, διασφαλίζοντας παράλληλα την ομαλή λειτουργία του δικτύου.Η αποθηκευτική χωρητικότητα των συσσωρευτών ενός στόλου ηλεκτρικών οχημάτων μπορεί να αξιοποιηθεί επιχειρηματικά από τους παρόχους ηλεκτρικής ενέργειας (με την υποστήριξη των εταιρειών τηλεπικοινωνιακών και πληροφοριακών συστημάτων). Η δυνατότητα αμφίδρομης ροής ισχύος από το δίκτυο προς το ηλεκτρικό όχημα (Grid-to-Vehicle - G2V) και ανάστροφα (Vehicle-to-Grid - V2G), επιτρέπει την ανάπτυξη νέων επιχειρηματικών μοντέλων για την παροχή ενέργειας και επικουρικών υπηρεσιών στους διαχειριστές του συστήματος ηλεκτρικής ενέργειας. Η διαχείριση της ενεργειακής λειτουργίας (φόρτιση/εκφόρτιση) των συσσωρευτών των ηλεκτρικών οχημάτων στη διασυνδεδεμένη λειτουργία τους απαιτεί τη θεσμοθέτηση ενός νέου ενεργειακού παίχτη, ονόματι "Aggregator". Σκοπός της παρούσας διπλωματικής είναι η ανάπτυξη ενός αλγορίθμου, ο οποίος θα αξιοποιηθεί από έναν κεντρικό διαχειριστή ενός στόλου ηλεκτρικών οχημάτων (Aggregator) με σκοπό να προγραμματίσει βέλτιστα την παροχή ενέργειας και επικουρικών υπηρεσιών (ρύθμιση συχνότητας και στρεφόμενη εφεδρεία) στο δίκτυο, κατά τέτοιο τρόπο, ώστε να επιτυγχάνεται μέγιστο οικονομικό κέρδος για το διαχειριστή αυτόν. Επιπρόσθετα, αναπτύχθηκε ένας αλγόριθμος για τον καθορισμό της λειτουργίας (operational set-points) κάθε οχήματος, σε πραγματικό χρόνο, βάσει του αρχικού ενεργειακού προγραμματισμού.Στο κεφάλαιο 1 γίνεται μια ιστορική αναδρομή στις τεχνολογίες ηλεκτρικών οχημάτων και περιγράφεται η λειτουργία των αγορών ενέργειας και επικουρικών υπηρεσιών. Στο κεφάλαιο 2, αναλύεται και στοιχειοθετείται η δυνατότητα συμμετοχής των ηλεκτρικών οχημάτων στις αγορές αυτές μέσω της V2G λειτουργίας. Στο κεφάλαιο 3, περιγράφεται η μοντελοποίηση του προβλήματος αφενός μέσω ενός συστήματος μεταβλητών και εξισώσεων, που απαρτίζουν τον αλγόριθμο βελτιστοποίησης και αφετέρου μέσω διαγραμμάτων ροής, που απαρτίζουν τον αλγόριθμο της φάσης κατανομής. Στο κεφάλαιο 4, το παραπάνω πρόβλημα «μεταφράζεται» σε μορφή κατανοητή από το προγραμματιστικό περιβάλλον GAMS. Στο κεφάλαιο 5, αξιολογείται η αποδοτικότητα των αλγορίθμων αυτών μέσω προσομοιώσεων με πραγματικά δεδομένα αγορών ηλεκτρικής ενέργειας (ERCOT), ενώ στο κεφάλαιο 6 συνοψίζονται τα κυριότερα συμπεράσματα της ανάλυσης αυτής.