Ενεργειακή μετάβαση της Κρήτης προς την κλιματική ουδετερότητα.

Abstract

Βασικό πεδίο έρευνας της παγκόσμιας ακαδημαϊκής κοινότητας αποτελεί ο τρόπος με τον οποίο μπορεί να γίνει με ασφάλεια η αλλαγή σύνθεσης του ενεργειακού μίγματος από το οποίο τροφοδοτούνται τα σύγχρονα συστήματα ηλεκτρικής ενέργειας (Σ.Η.Ε.), από ρυπογόνα ορυκτά καύσιμα σε πράσινες μορφές ενέργειας. Στην παρούσα μεταπτυχιακή διατριβή αναλύθηκε το Σ.Η.Ε. της Κρήτης και μελετήθηκε τι ανάγκες υπάρχουν σε πρόσθετη εγκατεστημένη ισχύ ανανεώσιμων πηγών ενέργειας (Α.Π.Ε.), καθώς και συστημάτων αποθήκευσης ηλεκτρικής ενέργειας, προκειμένου το σύστημα να οδηγηθεί στην λεγόμενη «Κλιματική Ουδετερότητα». Για τον σκοπό αυτό υλοποιήθηκε ένας αλγόριθμος τεχνικής και οικονομικής ανάλυσης του προτεινόμενου ενεργειακού μίγματος του συστήματος, ο οποίος βασίζεται στα ωριαία φορτία ζήτησης της νήσου και στα δεδομένα της ωριαίας παραγωγής, τόσο των αιολικών όσο και των φωτοβολταϊκών. Στο πρώτο κεφάλαιο παρουσιάζονται οι αποφάσεις της Ευρωπαϊκής Ένωσης σχετικά με το ζήτημα της επιτακτικότητας της ενεργειακής μετάβασης σε πράσινες μορφές ενέργειας. Επιπροσθέτως, παρουσιάζονται οι περιορισμοί που δημιουργούνται από την χρήση συστημάτων Α.Π.Ε. και ο τρόπος με τον οποίο δύναται να περιοριστούν, ο οποίος σχετίζεται με την χρήση συστημάτων αποθήκευσης ηλεκτρικής ενέργειας μέσω ηλεκτροχημικών συσσωρευτών και μέσω συστημάτων παραγωγής και αποθήκευσης υδρογόνου. Στο τέλος του κεφαλαίου γίνεται μία συνοπτική παρουσίαση των τεχνολογιών αποθήκευσης ηλεκτρικής ενέργειας. Στο δεύτερο κεφάλαιο γίνεται μία εκτενής ανάλυση του τωρινού ενεργειακού προφίλ του Σ.Η.Ε. της Κρήτης τόσο σε τεχνικό όσο και σε οικονομικό επίπεδο. Παρουσιάζονται οι βασικοί δείκτες του ενεργειακού συστήματος για τα τελευταία έτη, βάσει των δημοσιευμένων δεδομένων του Διαχειριστή Ελληνικού Δικτύου Διανομής Ηλεκτρικής Ενέργειας και του Ανεξάρτητου Διαχειριστή Μεταφοράς Ηλεκτρικής Ενέργειας. Στο τρίτο κεφάλαιο περιγράφεται ο αλγόριθμος που χρησιμοποιήθηκε για την κάλυψη του ωριαίου ηλεκτρικού φορτίου της Κρήτης για ένα έτος. Ακολούθως παρατίθενται βασικοί ορισμοί, οι οποίοι κρίνονται αναγκαίοι για την κατανόηση της οικονομοτεχνικής αξιολόγησης, που συνοδεύει κάθε προτεινόμενη σχεδίαση του συστήματος και τέλος περιγράφεται ο αλγόριθμος της οικονομοτεχνικής ανάλυσης που χρησιμοποιήθηκε. Στο τέταρτο κεφάλαιο παρουσιάζονται τα αποτελέσματα του αλγορίθμου λειτουργίας και ανάπτυξης του Σ.Η.Ε. της Κρήτης για τρία εναλλακτικά σενάρια που διερευνήθηκαν. Τέλος, ακολουθούν τα συμπεράσματα των τριών σεναρίων που εξετάστηκαν, καθώς και η βιβλιογραφία που χρησιμοποιήθηκε. Συνοψίζοντας, η ενεργειακή μετάβαση του Σ.Η.Ε. της Κρήτης αποτελεί μία συνάρτηση δύο παραμέτρων, ο ένας σχετίζεται με το ποσοστό διείσδυσης των Α.Π.Ε. στο ενεργειακό μίγμα και ο άλλος σχετίζεται οικονομική βιωσιμότητα των επενδύσεων που θα πρέπει να υλοποιηθούν. Η πλήρης κάλυψη του φορτίου από Α.Π.Ε. φαίνεται να μην είναι ρεαλιστική, εάν δεν μειωθεί το οικονομικό κόστος της αποθήκευσης ηλεκτρικής ενέργειας, διότι ύστερα από ένα επίπεδο διείσδυσης ισχύος Α.Π.Ε., η τιμή του κόστους της παραγωγής της ηλεκτρικής ενέργειας παρουσιάζει μία αρκετά μεγάλη αύξηση.

One key priority of the scientific community is global warming and the energy policies that will lead to a secure energy transition of the electrical power systems, based on renewable energy sources (R.E.S.). The subject of this dissertation is the analysis of the operation of the electrical power system of Crete and the determination of the necessary additional electrical power from R.E.S. and energy storage systems that has to be installed, in order to drive the electrical power system to «Climate Neutrality». For that purpose, a novel algorithm of technical and economic analysis is presented. This algorithm analyses the power system operation and exhibits benefits and drawbacks of ultrahigh share of R.E.S., based on hourly load demand, hourly wind parks production and hourly photovoltaic parks production of Crete. The first chapter presents the current energy policy agenda that will contribute to CO2 emissions reduction in European Union countries. In addition, chapter 1 analyzes a global state – of -the- art review of energy storage systems technologies. The second chapter describes the current mode of operation of the electrical power system of Crete, both technically and economically. This section presents the key indicators that evaluate the electrical power system during the last years, based on the publicized data by the hellenic electricity distribution network operator (hedno) and the independent power transmission Operator (ipto). The third chapter outlines the algorithm that was utilized to supply the electrical load demand of Crete for one year. Then, basic definitions that are related with economics are listed, in order to understand the economotechnical study that accompanies each proposed power system design. The chapter concludes with the analysis of the algorithm used in the economotechnical study. In chapter four, three different scenarios are presented, that analyze the operation of the Cretan electrical power system, according to the algorithms that were described in chapter three. The dissertation concludes with a summary of the three simulations and a bibliography of the sources that were used. To summarize, this dissertation indicated that energy transition of an electrical power system relies on two parameters. The first one is related with the R.E.S. electrical power utilization and the second one is related with the financial viability of investments that will be implemented. It seems to be unrealistic to supply full electrical load demand with R.E.S. electrical power, without further reduction of energy storage systems cost, because after a certain value of R.E.S. power utilization, the production cost cannot be recovered.