Ανάλυση Υβριδικού Συστήματος Παραγωγής Ηλεκτρικής Ενέργειας που συνδυάζει ΑΠΕ και Μπαταρίες Μολύβδου-Οξέος

Abstract

Στην παρούσα διπλωματική εργασία αναπτύσσεται και διερευνάται ένα δυναμικό μοντέλο που προσομοιώνει την λειτουργία ενός αυτόνομου υβριδικού συστήματος παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας, που συνδυάζει ανανεώσιμες πηγές ενέργειας και αποθήκευση μέσω μπαταριών μολύβδου-οξέος. Το υπό μελέτη σύστημα περιλαμβάνει μία ανεμογεννήτρια, η οποία χρησιμοποιεί μια σύγχρονη γεννήτρια μονίμων μαγνητών, και μία φωτοβολταϊκή γεννήτρια, οι οποίες αποτελούν τις κύριες ενεργειακές πηγές του, ενώ μια συστοιχία μπαταριών μολύβδου-οξέος χρησιμοποιείται για να τροφοδοτεί την ισχύ του φορτίου, σε περιπτώσεις που αυτή υπερβαίνει την ισχύ της παραγωγής. Μια συστοιχία υπερπυκνωτών λειτουργεί επικουρικά, για να καλύψει πιθανές διακυμάνσεις της παραγόμενης ισχύος, που μπορεί να οφείλονται σε ταχείες διακυμάνσεις της ταχύτητας του ανέμου και της ηλιακής ακτινοβολίας. Η διασύνδεση των επιμέρους υποσυστημάτων και η διαχείριση της ισχύος πραγματοποιούνται μέσω ενός κοινού ζυγού ΣΡ, με χρήση κατάλληλων μετατροπέων ισχύος και ειδικά σχεδιασμένων ελεγκτών. Μετά την μοντελοποίηση των υποσυστημάτων, ακολουθεί η διαστασιολόγηση του συστήματος, με χρήση αναλυτικής μεθόδου που βασίζεται σε πραγματικά δεδομένα χρονοσειρών για την ταχύτητα του ανέμου, την ηλιακή ακτινοβολία, καθώς και την ημερήσια καμπύλη φορτίου. Ο έλεγχος του συστήματος, λαμβάνοντας υπόψη το ισοζύγιο παραγωγής-ζήτησης, δίνει έμφαση στην ποιότητα της παραγόμενης ισχύος. Παράλληλα, αξιοποιώντας τον επικουρικό ρόλο των υπερπυκνωτών, εξασφαλίζει την αποδοτική και οικονομική λειτουργία της συστοιχίας των μπαταριών, αυξάνοντας την διάρκεια ζωής της. Η συμπεριφορά του συστήματος εξετάζεται τόσο σε μόνιμη κατάσταση, όσο και σε μεταβατικές καταστάσεις, για την ανάλυση της ομαλής λειτουργίας του. Προτείνεται μια συγκεκριμένη τεχνική ελέγχου της ροής ισχύος, η οποία εξασφαλίζει ευσταθή λειτουργία και αδιάλειπτη παροχή ισχύος στο φορτίο και αξιολογείται ο ρόλος των υπερπυκνωτών στο ισοζύγιο ισχύος, στην αποδοτική χρήση της συστοιχίας των μπαταριών μολύβδου-οξέος και στην ποιότητα ισχύος του ζυγού ΣΡ.