Βέλτιστη σχεδίαση συστήματος αποθήκευσης με στοχαστική παραγωγή από ανανεώσιμες πηγές ενέργειας

Abstract

Τα συστήματα αποθήκευσης ηλεκτρικής ενέργειας μπορούν να είναι ωφέλιμα για εφαρμογές όπως η ελάττωση της αυξομείωσης της παραγόμενης ισχύος των γεννητριών, η κάλυψη της αιχμής του φορτίου και η αντιστάθμιση τόσο της στοχαστικότητας της παραγωγής από ανανεώσιμες πηγές ενέργειας όσο και του στατιστικού λάθους που ενέχει η πρόβλεψη τους. Η βέλτιστη χρήση συστημάτων αποθήκευσης ηλεκτρικής ενέργειας μπορεί να συμβάλει στην μείωση του κόστους παραγωγής των συμβατικών γεννητριών και στην αύξηση της απορρόφησης ενέργειας από ανανεώσιμες πηγές από το δίκτυο. Ωστόσο, η εύρεση της βέλτιστης λύσης όσον αφορά τις διαστάσεις ενός συστήματος αποθήκευσης ενέργειας είναι ένα απαιτητικό πρόβλημα. Σκοπός της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι ο καθορισμός του βέλτιστου μεγέθους μιας μπαταρίας υπό την προϋπόθεση ότι το σύστημα λειτουργεί με στρατηγική προβλεπτικού ελέγχου (Model Predictive Control – MPC) και ότι η πρόβλεψη της παραγωγής από ανανεώσιμες πηγές ενέργειας περιέχει σφάλματα. Κατασκευάζεται και επιλύεται ένα στοχαστικό μοντέλο προβλεπτικού ελέγχου δύο σταδίων, όπου η βέλτιστη χρησιμοποίηση της μπαταρίας καθορίζεται ταυτόχρονα με τα βέλτιστα επίπεδα παραγωγής ενέργειας και το μέγεθος της μπαταρίας. Στο πρόβλημα βελτιστοποίησης λαμβάνονται υπόψη τα σφάλματα στην πρόβλεψη της αιολικής παραγωγής με χρήση πιθανοτικών περιορισμών, σε αναλυτική μορφή. Αυτό επιτρέπει να λυθεί απευθείας το στοχαστικό πρόβλημα βελτιστοποίησης, χωρίς τη χρήση μεθόδων που βασίζονται σε δειγματοληψία, και να γίνει η διαστασιολόγηση της μπαταρίας συνυπολογίζοντας ένα ευρύ φάσμα πιθανών σεναρίων καθώς και ένα ευρύ φάσμα πιθανών σφαλμάτων πρόβλεψης. Στην υλοποίηση λαμβάνεται υπόψη το γεγονός ότι τα σφάλματα της πρόβλεψης και κάθε απόφαση σε μια χρονική στιγμή επηρεάζουν τον τρόπο λειτουργίας της συσκευής μεταγενέστερα και χρησιμοποιείται η μέθοδος του ορίζοντα πρόρρησης (Receding Horizon Control) για τη λειτουργία του συστήματος και την βέλτιστη χρήση της διαθέσιμης αποθηκευμένης ενέργειας.