Συμβολή στην παροχή υπηρεσιών ευελιξίας από διεσπαρμένους ενεργειακούς πόρους

Abstract

Η αυξανόμενη διείσδυση ανανεώσιμων πηγών ενέργειας και η σταδιακή απόσυρση συμβατικών θερμικών μονάδων μεταβάλλουν ριζικά τον τρόπο λειτουργίας των συστημάτων ηλεκτρικής ενέργειας. Η ανάγκη για ευελιξία εντείνεται λόγω της στοχαστικής παραγωγής και της αυξανόμενης ζήτησης που προκαλεί ο εξηλεκτρισμός μεταφορών και θέρμανσης, ενώ σημαντικό μέρος του διαθέσιμου δυναμικού ευελιξίας εντοπίζεται πλέον στα δίκτυα διανομής μέσω διεσπαρμένων ενεργειακών πόρων. Η παρούσα διατριβή εξετάζει πώς η ευελιξία αυτή μπορεί να ποσοτικοποιηθεί με αξιοπιστία και να αξιοποιηθεί για την υποστήριξη της ασφαλούς και οικονομικά αποδοτικής λειτουργίας του συστήματος ηλεκτρικής ενέργειας. Συνολικά, διαμορφώνεται ένα ολοκληρωμένο και συνεκτικό πλαίσιο για τον ορισμό, την εκτίμηση και την αξιοποίηση της ευελιξίας των διεσπαρμένων ενεργειακών πόρων, εστιάζοντας στη συνεργασία διαχειριστών μεταφοράς και διανομής, στην ακριβή εκτίμηση της διαθέσιμης ευελιξίας υπό αβεβαιότητα και στην τεχνοοικονομική αποτίμηση της αξίας της στην ελληνική αγορά εξισορρόπησης. Στο πρώτο μέρος της διατριβής ορίζεται η έννοια της ευελιξίας και αναδεικνύεται η σημασία της για τα σύγχρονα συστήματα ηλεκτρικής ενέργειας στα διάφορα επίπεδα τάσης. Παρουσιάζονται οι βασικές κατηγορίες πηγών ευελιξίας και τα τεχνικά χαρακτηριστικά τους, καθώς και η ικανότητά τους να παρέχουν ανοδική και καθοδική ευελιξία σε ενεργό και άεργο ισχύ. Επιπλέον, εξετάζονται μοντέλα συνεργασίας διαφορετικά μοντέλα συνεργασίας μεταξύ διαχειριστών συστήματος μεταφοράς και διανομής για την παροχή επικουρικών υπηρεσιών. Μέσα από τη συγκριτική ανάλυση αποτιμώνται τα πλεονεκτήματα και οι περιορισμοί κάθε μοντέλου ως προς την οικονομική αποδοτικότητα, τις απαιτήσεις επικοινωνίας και τη δυνατότητα εφαρμογής τους με βάση το ισχύον ρυθμιστικό πλαίσιο. Το δεύτερο μέρος της διατριβής εστιάζει στην εκτίμηση της συνολικής ευελιξίας του δικτύου διανομής στο σημείο διασύνδεσης με το σύστημα μεταφοράς. Υιοθετείται μια bottom-up προσέγγιση και προτείνεται μια μεθοδολογία βελτιστοποίησης, η οποία υπολογίζει απευθείας τη μέγιστη δυνατή παροχή ευελιξίας. Η διαδικασία βασίζεται σε διαδοχικές επιλύσεις κατά μήκος επιλεγμένων κατευθύνσεων στο επίπεδο ενεργού-άεργου ισχύος (P-Q), με στόχο τον προσδιορισμό των οριακών σημείων της καμπύλης ευελιξίας. Τα οριακά σημεία ενώνονται ώστε να προκύψει μια συνεκτική αναπαράσταση του συνόλου ευελιξίας. Η τελική αποτύπωση εκφράζεται ως ένα κυρτό πολύγωνο, το οποίο δύναται να ενσωματωθεί στα υφιστάμενα εργαλεία βελτιστοποίησης των Διαχειριστών Συστήματος Μεταφοράς ως ένα σύνολο γραμμικών περιορισμών. Στην προτεινόμενη μεθοδολογία εισάγονται επαναληπτικές στρατηγικές δειγματοληψίας που επιλέγουν τις επόμενες κατευθύνσεις με βάση την πληροφορία που έχει ήδη αποκτηθεί στα προηγούμενα βήματα, επιτυγχάνοντας αυξημένη υπολογιστική απόδοση. Παράλληλα, η αβεβαιότητα ενσωματώνεται με σενάρια που διατηρούν τις χωρικές και χρονικές συσχετίσεις των ανανεώσιμων πηγών ενώ οι χρονικοί περιορισμοί ευέλικτων μονάδων, όπως οι μπαταρίες, μοντελοποιούνται σε ένα μοντέλο βελτιστοποίησης πολλαπλών περιόδων, επιτρέποντας την εκτίμηση τόσο της αναμενόμενης όσο και της δυσμενέστερης λύσης για τις καμπύλες ευελιξίας επόμενης ημέρας. Επιπλέον, προτείνεται μια στατιστική προσέγγιση εκτίμησης της κατανομής πιθανότητας της ευελιξίας με χρήση της μεθόδου Kernel Density Estimation, από την οποία μπορούν να προκύψουν τιμές με προκαθορισμένο επίπεδο εμπιστοσύνης. Στο τρίτο μέρος πραγματοποιείται μια τεχνοοικονομική αξιολόγηση για το ελληνικό σύστημα ηλεκτρικής ενέργειας, με στόχο την αποτίμηση του λειτουργικού και οικονομικού οφέλους από την ένταξη της ευελιξίας του δικτύου διανομής στην αγορά εξισορρόπησης. Η ανάλυση βασίζεται σε πραγματικά δεδομένα του 2023, τα οποία ενσωματώνονται στο μοντέλο βέλτιστης ένταξης και οικονομικής κατανομής της προ-ημερήσιας Διαδικασίας Ενοποιημένου Προγραμματισμού. Αξιοποιώντας δεδομένα του Ελληνικού Χρηματιστηρίου Ενέργειας, εξετάζεται η συμβολή φορτίων χαμηλής και μέσης τάσης στη μείωση του κόστους εξισορρόπησης και στην ενίσχυση της αξιοπιστίας του συστήματος.