Μοντελοποίηση προβλήματος βέλτιστης ένταξης συμβατικών μονάδων και κατανομής φορτίου με ενσωμάτωση τεχνολογιών ΑΠΕ (αιολικά, φωτοβολταϊκά) και Υβριδικών Σταθμών Παραγωγής

Abstract

Στον τομέα του ηλεκτρισμού η επανάσταση των Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας, η ανάγκη για μεγιστοποίηση της αξιοπιστίας, η ανάγκη ικανοποίησης της ζήτησης και η συμμόρφωση με το εθνικό και κοινοτικό δίκαιο δημιουργούν την ανάγκη ανάπτυξης διάφορων κατάλληλων εργαλείων και μεθόδων. Στην παρούσα διπλωματική εργασία παρουσιάζεται ο σχεδιασμός ενός γραμμικού, μικτού – ακεραίου μαθηματικού μοντέλου αναζήτησης βέλτιστης λύσης του προβλήματος της ένταξης μονάδων ηλεκτροπαραγωγής. Επίσης, παρατίθενται τα σενάρια προσομοιώσεων που μελετήθηκαν, με τα αποτελέσματά τους, στο ευρύτερο πλαίσιο επίλυσης του προβλήματος του Ημερήσιου Ενεργειακού Προγραμματισμού. Στόχος του μοντέλου είναι η ελαχιστοποίηση του ημερήσιου κόστους παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας ενός αυτόνομου Συστήματος Ηλεκτρικής Ενέργειας, όπως ένα Μη Διασυνδεδεμένο Νησί (ΜΔΝ), ώστε να ελαχιστοποιηθεί το κόστος της συμβατικής παραγωγής, μέσω της κατάρτισης του ωριαίου προγράμματος ένταξης θερμικών μονάδων, ώστε πάντοτε να ικανοποιείται το συνολικό φορτίο. Κατά την επίλυση λαμβάνονται υπόψιν οι λειτουργικοί, και άλλοι, περιορισμοί που επιβάλλονται από τον Κώδικα ΜΔΝ, με απώτερο σκοπό την ασφαλή λειτουργία του συστήματος. To μοντέλο επιτρέπει την επαναληπτική επίλυση του προβλήματος της ένταξης μονάδων, για οποιοδήποτε χρονικό ορίζοντα. Η ανάπτυξη του μοντέλου γίνεται στο λογισμικό GAMS (Generic Algebraic Modeling System) και για την επίλυση χρησιμοποιείται ο επιλυτής CPLEX, ενσωματώνοντας τα απαραίτητα δεδομένα εισόδου μέσω ενός αρχείου excel. Τα αποτελέσματα των μοντελοποιήσεων αποθήκευονται επίσης σε αρχείο excel, επιτρέποντας την μετα – επεξεργασία. Το μοντέλο περιλαμβάνει πηγές ΑΠΕ όπως τα φωτοβολταϊκά και τα αιολικά πάρκα καθώς επίσης και Υβριδικούς Σταθμούς Παραγωγής, και εξετάζεται η συμπεριφορά του συστήματος σε περιπτώσεις ακραίας διείσδυσής τους. Τα αποτελέσματα είναι ενθαρρυντικά, και δείχνουν με σαφήνεια την ανάγκη μεγαλύτερης διείσδυσης στο δρόμο για ένα οικονομικά βιώσιμο, οικολογικό και “πράσινο” τεχνολογικά ηλεκτρικό σύστημα. In the field of electricity the revolution of Renewable Sources of Energy, the requirement of maximizing the reliability of electrical systems, the constant need for serving the electricity load and the obligation of compliance to the national and European laws point to the necessity of development and elaboration of suitable methods and techniques. This diploma thesis presents a linear mixed – integer mathematical programming model, for solving the Unit Commitment problem, as part of the Day Ahead Scheduling, and providing optimal solution. Afterwards, follows the definitions of the scenarios that were simulated, and the results that they provided along with commentation. The aim of the designed model, is to minimize the production cost. In order to succeed that, conditions of an autonomous not interconnected island power system are simulated, and the establishment of the hourly program of Unit Commitment is attempted. During the problem solving, operational constraints, as set through the regulatory framework (Operation Code for Non-Interconnected Islands) are being considered, in order to maintain the system between bounds of safe operation. The model can be resolved repetitive for as many days as the operator needs. The model is designed and developed with the GAMS tool (Generic Algebraic Modeling System) and solved using the solver CPLEX. The usage of this particular solver is to provide and execute the suitable solving methods. Input data, as well as output data, are being imported, and exported accordingly, to excel files, so that pre – process and post – process editing is easily made. The model includes stations using renewable energy sources such as photovoltaics, wind parks and Hybrid Power Infrastructure and their extreme penetration to the traditional generation system is examined. The results stand for themselves, pointing in clarity that a technical, economical and ecological sustainable generating system can be constructed by progressively reducing the needs for operating conventional production units.