Ανάπτυξη Βέλτιστων Στρατηγικών Ένταξης Αιολικών Πάρκων στην Αγορά Ηλεκτρικής Ενέργειας μέσω Αξιοποίησης Εργαλείων Πρόγνωσης και Συνεργασίας με Τεχνολογίες Αποθήκευσης Ενέργειας
1. Περίληψη
Αναλογιζόμενοι την επερχόμενη κατάργηση των αποζημιώσεων στη βάση μιας σταθερής εγγυημένης τιμής (feed-in-tariff) και τη μετάβαση σε σχήματα δυναμικής αποζημίωσης με εφαρμογή μηχανισμών υποστήριξης feed-in-premium για τους νέους παραγωγούς αιολικής ενέργειας, η συγκεκριμένη έρευνα στοχεύει στο σχεδιασμό βέλτιστων στρατηγικών ένταξης για νέα αιολικά πάρκα (Α/Π). Βασικά εργαλεία για την ανάπτυξη των εν λόγω στρατηγικών θα αποτελέσουν αφενός η αξιοποίηση προηγμένων μεθόδων πρόγνωσης για την πρόβλεψη της αιολικής παραγωγής και της οριακής τιμής του συστήματος, αφετέρου η εξέταση υβριδικών σχημάτων Α/Π-αποθήκευσης ενέργειας με σκοπό την κατά το δυνατόν ελεγχόμενη, υπό εγγυημένους όρους συμμετοχή των Α/Π στο πλαίσιο λειτουργίας της αγοράς ηλεκτρικής ενέργειας. Οι συγκεκριμένες στρατηγικές εν τέλει αποσκοπούν σε μεγιστοποίηση του οικονομικού οφέλους σε επίπεδο παραγωγού ή συνεταιρισμού παραγωγών Α/Π, σε συνδυασμό με ελαχιστοποίηση των εμφανιζόμενων -λόγω της προοδευτικής αύξησης της εγκατεστημένης αιολικής ισχύος- απορρίψεων αιολικής ενέργειας σε επίπεδου ηλεκτρικού δικτύου.
2. Mεθοδολογία
ΠΕ1: Βιβλιογραφική Έρευνα
Κατά τη διάρκεια του πρώτου Πακέτου Εργασίας (ΠΕ) θα πραγματοποιηθεί βιβλιογραφική έρευνα με σκοπό τον καθορισμό των κύριων τεχνολογικών και οικονομικών χαρακτηριστικών των σύγχρονων συστημάτων αποθήκευσης ενέργειας, τη μελέτη των μηχανισμών και δομών λειτουργίας των αγορών ηλεκτρικής ενέργειας γενικά και της ελληνικής αγοράς ειδικότερα, και τέλος τη διερεύνηση εξελιγμένων μεθόδων και εργαλείων πρόγνωσης αναφορικά με τη δυνατότητα πρόβλεψης ανεμολογικών δεδομένων / αιολικής παραγωγής και της ΟΤΣ σε ορίζοντα 24ώρου (24h-ahead) με ωριαίο βήμα πρόγνωσης και με έμφαση σε ΤΝΔ.
ΠΕ2: Συλλογή & Επεξεργασία Δεδομένων
Όπως ήδη αναφέρθηκε, η εκπαίδευση των μοντέλων πρόβλεψης απαιτεί μακροχρόνια και λεπτομερή δεδομένα εισόδου (χρονοσειρές) ώστε να καταστεί δυνατή η ερμηνεία των μηχανισμών που διέπουν τη διαμόρφωση της ΟΤΣ και της αιολικής παραγωγής (τόσο σε επίπεδο Α/Π, όσο και σε επίπεδο ΕΔΣ). Πέραν της συλλογής των όσο το δυνατόν επαρκέστερων δεδομένων, απαραίτητη είναι και η επεξεργασία τους (πρωτογενή δεδομένα), αφενός για να εξαιρεθούν ακραίες τιμές, να ανακτηθούν κενές εγγραφές, να ελεγχθεί η χρονική συνέπεια των διαφορετικών χρονοσειρών, κλπ, αφετέρου για να καθορισθούν τα όρια μεταβολής, τα επίπεδα αβεβαιότητας και η ευαισθησία των τιμών σε μεταβολές διαφορετικής εμβέλειας.
ΠΕ3: Μοντέλα Πρόγνωσης ΤΝΔ
Στο ΠΕ3 θα πραγματοποιηθεί ανάπτυξη των μοντέλων πρόγνωσης της ΟΤΣ και της αιολικής παραγωγής σε βάθος 24ώρου, ανά ώρα της ημέρας και για μέση, ελάχιστη και μέγιστη τιμή αντιστοίχως. Για το σκοπό αυτό θα δοκιμαστούν διαφορετικές δομές ΤΝΔ, συναρτήσεις ενεργοποίησης (βηματική, σιγμοειδής, γραμμική, κλπ), τεχνικές εκμάθησης (π.χ. back propagation, γενετικοί αλγόριθμοι, κλπ), αριθμοί νευρώνων κ.ά., λαμβάνοντας υπόψη και τα κύρια συμπεράσματα της σχετικής βιβλιογραφικής έρευνας. Τα μοντέλα θα αναπτυχθούν και θα δοκιμαστούν με χρήση πραγματικών δεδομένων ΟΤΣ και αιολικής παραγωγής (χρησιμοποίηση n-1 ετών για εκπαίδευση των ΤΝΔ με σκοπό την πρόβλεψη του n έτους), ενώ τα αποτελέσματα θα αξιολογηθούν με βάση στατιστικούς δείκτες αξιοπιστίας (π.χ. mean bias error, root mean square error, coefficient of determination και index of agreement) ώστε να αναδειχθούν οι βέλτιστες δομές ΤΝΔ, οι προγνώσεις των οποίων θα υιοθετηθούν στη συνέχεια για την ανάπτυξη των στρατηγικών ένταξης υβριδικών συνδυασμών Α/Π-αποθήκευσης ενέργειας.
ΠΕ4: Ανάπτυξη και Εφαρμογή Στρατηγικών Ένταξης
Κατά τη διάρκεια του ΠΕ4 θα σχεδιασθούν και στη συνέχεια θα προσομοιωθούν μέσω ανάπτυξης κατάλληλου υπολογιστικού κώδικα οι στρατηγικές ένταξης Α/Π στη χονδρεμπορική αγορά ηλεκτρικής ενέργειας. Οι εν λόγω στρατηγικές ένταξης, με ορίζοντα 24ώρου (day-ahead), θα βασιστούν στη συνεργασία των Α/Π με συστήματα αποθήκευσης ενέργειας, ενσωματώνοντας επίσης τα αποτελέσματα των μοντέλων πρόβλεψης του ΠΕ3 και αποσκοπώντας στη μεγιστοποίηση του οικονομικού οφέλους σε επίπεδο παραγωγού Α/Π και συνεταιρισμού παραγωγών Α/Π, σε όρους κύκλου ζωής. Τα διαφορετικά σενάρια που θα αναπτυχθούν θα λαμβάνουν υπόψη τους μεταβλητά μεγέθη Α/Π και αποθηκευτικής ικανότητας σε συνδυασμό με διαφορετικό χρονικό ορίζοντα πρόβλεψης (διαφορετικά επίπεδα ρίσκου και διαφορετικός αριθμός και χρονικά σημεία εκτέλεσης κύκλων φόρτισης/εκφόρτισης) ώστε να καθορισθούν βέλτιστα όρια εφαρμογής. Τα τελευταία θα προκύψουν από τον καθορισμό περιοχών για τις οποίες επιτυγχάνεται αφενός ελαχιστοποίηση του ρίσκου πρόγνωσης, το οποίο συνεπάγεται μειωμένη ανάγκη για αποθηκευτική ικανότητα, αφετέρου ικανή αποθηκευτική ικανότητα ώστε να αποφεύγεται η απαίτηση για εκτέλεση πολυάριθμων κύκλων φόρτισης/εκφόρτισης που σηματοδοτούν επιταχυνόμενη μείωση της ζωής της μονάδας αποθήκευσης ενέργειας.
ΠΕ5: Αξιολόγηση Στρατηγικών σε Επίπεδο ΕΔΣ
Στο ΠΕ5 θα πραγματοποιηθεί μοντελοποίηση λειτουργίας του ΕΔΣ σε επίπεδο συμμετέχοντος καυσίμου - ηλεκτροπαραγωγικής πηγής ώστε να αξιολογηθεί η αποτελεσματικότητα των ανωτέρω στρατηγικών ένταξης και σε επίπεδο επιτευχθείσας διείσδυσης της αιολικής ενέργειας στο ΕΔΣ. Στο σημείο αυτό είναι σημαντικό να σημειωθεί πως εξαιτίας περιορισμών του δικτύου όπως ο δυναμικός (οπότε και τίθεται άνω όριο συμμετοχής των Α/Π επί της στιγμιαίας ζήτησης) και τα τεχνικά ελάχιστα των θερμικών μονάδων, η σημαντική αύξηση της εγκατεστημένης αιολικής ισχύος πάνω από ένα όριο προκαλεί απορρίψεις αιολικής ενέργειας, οι οποίες είναι δυνατόν να περιοριστούν με τη χρήση αποθηκευτικών μέσων. Ως εκ τούτου, τίθεται δεύτερο κριτήριο βελτιστοποίησης, πέραν της μεγιστοποίησης του οικονομικού οφέλους σε επίπεδο παραγωγού/συνεταιρισμού, αυτή τη φορά αναφορικά με την ανάγκη για ικανοποίηση δεδομένων στόχων διείσδυσης ΑΠΕ σε επίπεδο ΕΔΣ. Με την εφαρμογή και του δεύτερου κριτηρίου βελτιστοποίησης αναμένεται συρρίκνωση της περιοχής βέλτιστων λύσεων, οδηγούμενη κυρίως προς συνδυασμούς που θα επιβάλλουν μεγαλύτερη αποθηκευτική ικανότητα και πιθανή αναπροσαρμογή των στρατηγικών ένταξης, λαμβάνοντας πλεόν υπόψη και την πιθανότητα απόρριψης της απευθείας εγχυόμενης αιολικής παραγωγής στο ηλεκτρικό δίκτυο.
ΠΕ6: Διάχυση των Αποτελεσμάτων
Στο ΠΕ6 θα πραγματοποιηθεί διάχυση των ερευνητικών αποτελεσμάτων καθώς και παρακολούθηση της προόδου που καταγράφεται στη διάρκεια του 24μήνου ανά τακτά χρονικά διαστήματα, με βάση και τις απαιτήσεις της πρόσκλησης.
3. Χρονοδιάγραμμα
Στο ακόλουθο διάγραμμα Gantt εμφανίζεται το χρονοδιάγραμμα της έρευνας ανά μήνα υλοποίησης, ενώ παράλληλα επισημαίνονται τα παραδοτέα του έργου που πέραν των τριμηνιαίων και εξαμηνιαίων εκθέσεων προόδου (Ε1-Ε12), της έκθεσης εκτενούς ανασκόπησης της έρευνας (Ε13), της δημιουργίας του ιστοχώρου (Ι1) καθώς και των τεσσάρων δημοσιεύσεων που προβλέπονται στα πλαίσια της έρευνας (Δ1-Δ4), συμπεριλαμβάνουν τα εξής ακόλουθα:
