Εκτίμηση της συνεισφοράς των πηγών διεσπαρμένης παραγωγής σε δείκτες αξιοπιστίας του συστήματος ηλεκτρικής ενέργειας της Κρήτης.

Abstract

Οι πηγές Διεσπαρμένης Παραγωγής (Distributed Generation) συμβάλλουν σημαντικά στη βελτίωση της αξιοπιστίας των Συστημάτων Ηλεκτρικής Ενέργειας (ΣΗΕ). Η διαθέσιμη ισχύς τους όχι μόνο ενισχύει εν γένει το σύστημα παραγωγής του εκάστοτε ΣΗΕ, όμως εξαιτίας του ότι πρόκειται για διεσπαρμένη διαθέσιμη ισχύ, συμβάλλει σημαντικά στην ενίσχυση της τοπικής αξιοπιστίας. Για το λόγο αυτό, η συγκεκριμένη μεταπτυχιακή διατριβή πραγματεύεται τη διερεύνηση της πιθανής συμβολής της αξιοσημείωτης εγκατεστημένης ισχύος διεσπαρμένης παραγωγής, στο ΣΗΕ Κρήτης. Σε πρώτο στάδιο, εκτιμάται η συμβολή των επιπλέον 20MW φωτοβολταϊκών (Φ/Β) εγκαταστάσεων στην παροχή εγγυημένης ισχύος στο ΣΗΕ Κρήτης και στην ενίσχυση της αξιοπιστίας του συστήματος παραγωγής. Η ισχύς των 20MW επιλέχθηκε ως το όριο ισχύος, όπως έχει οριστεί από την Ρυθμιστική Αρχή Ενέργειας, για τις επιπλέον Φ/Β εγκαταστάσεις, για την αυτόνομη λειτουργία του συστήματος. Στη συνέχεια, η έρευνα εστιάζεται στο μεταβατικό στάδιο του ΣΗΕ Κρήτης, πριν τη διασύνδεσή του με το ηπειρωτικό, κατά το οποίο αναμένεται να εφαρμοστεί απόφαση για τον περιορισμό των εκπομπών ορισμένων ρύπων στην ατμόσφαιρα. Στην περίπτωση αυτή υιοθετείται σενάριο το οποίο θέτει εκτός τις παλαιότερες θερμικές μονάδες ατμού του ΣΗΕ Κρήτης. Πρόκειται για απομάκρυνση συνολικής εγκατεστημένης ισχύος 100MW, προαναγγέλλοντας ένα σημαντικό πρόβλημα σχετικά με την αξιοπιστία του συστήματος. Η συγκεκριμένη διατριβή επισημαίνει το σοβαρό αυτό πρόβλημα, αξιολογώντας τα επίπεδα αξιοπιστίας του συστήματος παραγωγής στην κατάσταση αυτή. Εξετάζονται τρόποι βελτίωσης της αξιοπιστίας, οι οποίοι επικεντρώνονται στην παραγωγή των επιπλέον 20MW Φ/Β εγκαταστάσεων, στην εξέταση διαφόρων σεναρίων συνδρομής των υφιστάμενων Η/Ζ ιδιωτών, καθώς και στον συνδυασμό των δύο αυτών περιπτώσεων. Όμως η διατριβή θέλοντας να τονίσει τη σημασία των πηγών διεσπαρμένης παραγωγής και σε επίπεδο τοπικότητας, εξετάζει τη συμβολή τους σε επίπεδο αξιοπιστίας υποσταθμού, με έμφαση στην περίπτωση των Η/Ζ. Για τον λόγο αυτό πραγματοποιείται καταγραφή των πηγών διεσπαρμένης παραγωγής του ΣΗΕ Κρήτης με ταξινόμηση “ανά υποσταθμό” του δικτύου. Η μελέτη εστιάζεται στον υποσταθμό της Σταλίδας στην ανατολική Κρήτη, με κριτήριο το υψηλό φορτίο και πιο συγκεκριμένα την υψηλή φόρτιση του, συγκριτικά με τους μετασχηματιστές (2x50MVA) Υ.Τ / Μ.Τ που διαθέτει, ιδιαίτερα την περίοδο του καλοκαιριού. Οι παραπάνω αναλύσεις προκύπτουν από τη μεθοδολογία που παραθέτει η εν λόγω διατριβή, η οποία βασίζεται σε πιθανοτική ανάλυση. Οι εκτιμήσεις στηρίζονται στους συμβατικούς δείκτες αξιοπιστίας LOLP, EENS και LOLE οι οποίοι εκτιμώνται ανά μήνα και ανά τύπο ώρας, λαμβάνοντας υπόψιν το Ρυθμό Μη Προγραμματισμένων Διακοπών (ΡΜΠΔ) των εγκατεστημένων θερμικών μονάδων αλλά και των Η/Ζ στις σχετικές περιπτώσεις. Αξίζει να σημειωθεί ότι η διατριβή αυτή πρωτοτυπεί, εισάγοντας έναν νέο δείκτη αξιοπιστίας. Πρόκειται για τον δείκτη LWLOLE (Load With LOLE), ο οποίος ποσοτικοποιεί την πιθανή ισχύ που δεν μπορεί να καλυφθεί από τις διαθέσιμες πηγές παραγωγής για ένα συγκεκριμένο χρονικό διάστημα. Συνοψίζοντας, η διατριβή αυτή αποδεικνύει ότι η συνεισφορά της διεσπαρμένης παραγωγής αναμένεται να είναι σημαντική αναφορικά με τη βελτίωση της αξιοπιστίας του ΣΗΕ Κρήτης, ιδιαίτερα στο δύσκολο μεταβατικό στάδιο πριν την διασύνδεση του με το ηπειρωτικό. Τέλος, αποτελεί σημαντικό εφόδιο για τον διαχειριστή του συστήματος, καθώς ο ίδιος με το νέο δείκτη LWLOLE έχει την πληροφορία για τη μέγιστη πιθανή απώλεια ισχύος ανά μήνα και ανά τύπο ώρας, ώστε να εφαρμόσει τις κατάλληλες τεχνικές για τη συντήρηση του απαιτούμενο επιπέδου αξιοπιστίας.

The contribution of Distributed Generation (DG), to Electrical Power Systems’ Reliability is significant. The installed capacity of DG sources not only increases the overall capacity of the generation system, but also contributes significantly to enhance local reliability. For that reason, this dissertation assesses the contribution of the remarkable installed DG capacity of the Power System of Crete on its reliability indices. First, the capacity credit of 20MW additional photovoltaic (PV) installations is estimated and then further calculations are made in order to assess the improvement of the reliability of the generation system. The capacity of 20MW was selected as the power limit, which has been set by Regulatory Authority for Energy (RAE), for the additional PV plants in case of the autonomous operation of the Power System of Crete. As a next step, this research focuses on the transitional stage of the Power System of Crete, before being interconnected with the mainland. Such a decision is expected to turn off the older steam units of the Power System of Crete, in order to limit emissions of certain pollutants into the atmosphere according to EC Directives. The installed capacity of these units is about 100MW, which indicates a major problem as regards to the reliability of the generation system. This serious problem is highlighted by estimating the reliability level of the production system in this situation. Therefore, this thesis examines how this problem could be addressed, focusing on the contribution of 20MW additional PV installations, the consideration of different capacity scenarios of the existing gensets, and by combining these two cases. However, this dissertation seeks to prove how important is the DG production at the local level, by considering their contribution to substation reliability, with emphasis on the case of existing gensets. Consequently, the DG sources of the Power System of Crete are collected with an extra classification by the substation to whom they belong. This analysis focuses on the case of Stalis substation in eastern Crete, due to the high load demand or more specifically the high loading of its transformers (2x50MVA High to Medium Voltage), especially in summer period. The results of this research derived from the methodology that was followed, which is based on a probabilistic analysis. The reliability evaluation is based on the conventional reliability indices LOLP, EENS, LOLE, which are classified by month and hour type, taking into account the Forced Outage Rate (FOR) of the installed conventional units and gensets, where necessary. It is worth mentioning that this thesis introduces a new reliability index. This is the LWLOLE (Load With LOLE) index, which represents the maximum value of load expected not to be supplied from the thermal units, for a specified time period. To summarize, this dissertation proves that the contribution of DG sources is expected to be significant in terms of improving the reliability indexes of the power system of Crete, especially during the difficult transition stage before its interconnection with the mainland. Finally, the new index LWLOLE, reflect the highest probable load not to be supplied for each month and hour type. As a result, this study gives to the operator of the system the information needed, in order to apply the most appropriate corrective actions.