Βέλτιστη Συμμετοχή Αποθηκευτικής Διάταξης στις Αγορές Ηλεκτρικής Ενέργειας

Abstract

Η παρούσα διπλωματική εργασία αποσκοπεί στον προσδιορισμό της βέλτιστης στρατηγικής συμμετοχής αυτόνομων συστημάτων αποθήκευσης ενέργειας με μπαταρίες (stand-alone BESS) στην ελληνική αγορά ηλεκτρικής ενέργειας. Στόχος είναι η ποσοτικοποίηση της οικονομικής αξίας που προκύπτει από τη συν- δυαστική συμμετοχή σε πολλαπλές αγορές. Η ανάγκη για τέτοια ανάλυση προκύπτει από τον σημαντικό ρόλο των BESS στο πλαίσιο της ενεργειακής μετάβασης και την αυξημένη διείσδυση Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας, οι οποίες δημιουργούν σημαντικές ανάγκες ευελιξίας στο ηλεκτρικό σύστημα.

Αναπτύχθηκαν τέσσερα μοντέλα κλιμακούμενης πολυπλοκότητας: το Μοντέλο~M1 εξετάζει αποκλειστική συμμετοχή στην Αγορά Επόμενης Ημέρας, το Μοντέλο~M2 επεκτείνεται στην αγορά ενέργειας εξισορρόπησης, με τον περιορισμό ότι οι προσφορές στην αγορά εξισορρόπησης πρέπει να έχουν ίδια κατεύθυνση με αυτή των προσφορών στην προημερήσια αγορά, το Μοντέλο~M3 ενσωματώνει στο Μ2 την αγορά ισχύος εξισορρόπησης, και το Μοντέλο~M4 αίρει τον περιορισμό των δύο προηγούμενων μοντέλων, επιτρέποντας σημαντική αύξηση των κερδών μέσω της εκμετάλλευσης αλληλεπιδράσεων μεταξύ των προσφορών στις αγορές Επόμενης Ημέρας και Εξισορρόπησης. Η μεθοδολογία που υιοθετήθηκε βασίζεται στον Μικτό Ακέραιο Γραμμικό Προγραμματισμό (MILP), ο οποίος επιτρέπει τη διατύπωση μαθηματικών μοντέλων που ενσωματώνουν τεχνικούς περιορισμούς του συστήματος και ρυθμιστικές απαιτήσεις. Για την υλοποίηση χρησιμοποιήθηκε η Python σε συνδυασμό με τον επιλύτη Gurobi, με πραγματικά δεδομένα τιμών από την ελληνική αγορά για το έτος 2024.

Το εξεταζόμενο σύστημα αποθήκευσης διαθέτει ισχύ 40 MW, χωρητικότητα 160 MWh και απόδοση 90\%, ενώ λειτουργεί υπό ρυθμιστικούς και τεχνικούς περιορισμούς, συμπεριλαμβανομένου ημερήσιου ορίου 1,2 κύκλων φόρτισης. Το μοντέλο βελτιστοποίησης που αναπτύχθηκε εφαρμόστηκε για τη μελέτη συμμετοχής του εξεταζόμενου συστήματος αποθήκευσης στην αγορά ενέργειας (επόμενη ημέρα και εξισορρόπησης). Η ανάλυση, η οποία έγινε αρχικά για μία ενδεικτική ημέρα και επεκτάθηκε σε ετήσια αξιολόγηση για το 2024 επιβεβαιώνει τη συστηματική υπεροχή της συνδυαστικής συμμετοχής σε πολλαπλές αγορές. Πιο συγκεκριμένα, η δυνατότητα συμμετοχής στην αγορά εξισορρόπησης (Μοντέλα Μ2-Μ4), σε σχέση με αποκλειστική συμμετοχή στην αγορά επόμενης ημέρας (μοντέλο Μ1), επιφέρει έως και 6 φορές αύξηση των ημερήσιων κερδών, με την ενέργειας εξισορρόπησης να συνεισφέρει στο μεγαλύτερο μέρος των κερδών αυτών. Σημαντική αύξηση των κερδών παρατηρείται με τη δυνατότητα στρατηγικής κατανομής συναλλαγών και την αλληλοαντιστάθμιση θέσεων μεταξύ αγοράς ισχύος εξισορρόπησης και αγοράς επόμενης ημέρας (μοντέλο Μ4).

Διενεργήθηκε μελέτη ευαισθησίας για όλα τα μοντέλα ως προς τους κύκλους φόρτισης--εκφόρτισης, τη διάρκεια αποθήκευσης και την ονομαστική ισχύ της αποθηκευτικής διάταξης. Σημειώνεται ότι για το Μοντέλο M4 καταγράφεται μικρή ευαισθησία στους δύο πρώτους δείκτες (κύκλοι και διάρκεια), γεγονός που υποδεικνύει ότι η βέλτιστη συμμετοχή δεν συνεπάγεται αυξημένη φυσική καταπόνηση της διάταξης. Η εργασία ολοκληρώνεται με συμπεράσματα και προτάσεις για μελλοντικές επεκτάσεις της έρευνας.