των Ν. Χατζηαργυρίου, Θ. Λαγού
Το βασικό εμπόδιο που αντιμετωπίζει η περαιτέρω διείσδυση των ΑΠΕ στο ηλεκτρικό σύστημα είναι η πλεονάζουσα ενέργεια, δηλαδή η έλλειψη επαρκούς φορτίου το οποίο θα τροφοδοτήσουν οι ΑΠΕ κατά τη διάρκεια της μέγιστης παραγωγής τους. Σε αυτές τις περιπτώσεις είναι προφανής η ανάγκη εγκατάστασης συστημάτων αποθήκευσης της πλεονάζουσας ενέργειας και κατασκευής νέων διασυνδέσεων, ώστε να αυξηθούν οι εξαγωγές ενέργειας ειδικά σε συνθήκες ετεροχρονισμού του φορτίου και των κλιματολογικών συνθηκών των διαδυνδεδεμένων συστημάτων. Μια άλλη σημαντική δυσκολία για αύξηση της διείσδυσης των ΑΠΕ στο ηλεκτρικό σύστημα είναι η έλλειψη ηλεκτρικού χώρου, δηλαδή η αδυναμία των δικτύων μεταφοράς και διανομής να υποδεχθούν περισσότερες εγκαταστάσεις αιολικών πάρκων και φωτοβολταικών σταθμών χωρίς να παραβιάζονται οι συνθήκες ασφαλούς λειτουργίας τους. Αυτό συμβαίνει επειδή η έγχυση ηλεκτρικού ρεύματος από στοχαστικές και μη ελεγχόμενες πηγές ενέργειας μπορεί να προκαλέσει τάσεις και ρεύματα εκτός των ασφαλών ορίων λειτουργίας. Για παράδειγμα, σε επαρχιακά δίκτυα διανομής η παραγωγή φωτοβολταικών σε απομακρυσμένους ζυγούς κατά τις μεσημβρινές ώρες μπορεί να προκαλέσει αντίστροφες ροές ρεύματος και σημαντικές υπερτάσεις. Ένα άλλο πρόβλημα είναι η αύξηση των ρευμάτων σφάλματος στους υποσταθμούς διανομής από την παρουσία των διεσπαρμένων ΑΠΕ, αν και αυτά περιορίζονται συνήθως από τους ηλεκτρονικούς μετατροπείς που τις διασυνδέουν. Εκτός της αποθήκευσης, τα προβλήματα αυτά μπορούν να επιλυθούν κυρίως με την ενίσχυση των δικτυακών υποδομών, δηλαδή με ενίσχυση των υποσταθμών και κατασκευή νέων, αντικατάσταση των αγωγών με μεγαλύτερης διατομής αγωγούς, κλπ. Η ανάπτυξη όμως νέων δικτυακών υποδομών απαιτεί σημαντικές επενδύσεις και τουλάχιστον μία δεκαετία για την υλοποίηση τους και έτσι δεν μπορεί να αποτελέσει άμεση λύση.
Το άμεσο μέτρο που εφαρμόζεται στη χώρα μας, όπως και σε άλλες χώρες, είναι οι οριζόντιες περικοπές στην παραγωγή των ΑΠΕ ώστε να υπάρξει η δυνατότητα περισσότερων εγκαταστάσεων. Επιβάλλονται δηλαδή μόνιμοι περιορισμοί στη μέγιστη ισχύ παραγωγής των φωτοβολταικών (72% της εγκατεστημένης ισχύος) και αντίστοιχοι των αιολικών πάρκων ο οποίος εκτιμάται ότι αντιστοιχεί σε 5% της παραγόμενης ετήσιας ενέργειας. Επιπλέον, προβλέπεται περιορισμός κατά μέγιστον 5% στην ετήσια δυνατότητα παραγωγής ενέργειας των σταθμών όταν απαιτείται από τις λειτουργικές συνθήκες. Σύμφωνα μάλιστα με το νέο νομοσχέδιο του ΥΠΕΝ προβλέπεται η κατάργηση των λειτουργικών περιορισμών στην εγχεόμενη ηλεκτρική ενέργεια σε ετήσια βάση, ενώ διατηρείται ο στατικός περιορισμός του 5%. Σύμφωνα με μελέτη του ΑΠΘ οι ήδη ισχύοντες περιορισμοί έχουν οδηγήσει σε περικοπές 500 GWh εγχεόμενης από ΑΠΕ (άρα και αμειβόμενης) ηλεκτρικής ενέργειας οι οποίες αναμένεται να ξεπεράσουν τις 1,5 TWh το 2025. Οι απώλειες αυτές ανανεώσιμης ενέργειας και των σχετικών εσόδων, οι οποίες μάλιστα είναι εξαιρετικά απρόβλεπτες, αυξάνουν το επιχειρηματικό ρίσκο των επενδυτών, κλονίζουν την επενδυτική εμπιστοσύνη στις ΑΠΕ και απασχολούν ιδιαίτερα και τις τράπεζες για τις χρηματοδοτήσεις παλιών αλλά και νέων έργων.
Γενικά, η εγκατάσταση των σταθμών ΑΠΕ στα δίκτυα αξιολογείται με βάση στατικά κριτήρια. Στα δίκτυα διανομής π.χ. εξετάζεται αν η ετήσια διάμεσος τιμή της τάσης σε οποιονδήποτε κόμβο δεν αποκλίνει περισσότερο από 5% από την ονομαστική και η διακύμανση της τάσης γύρω από τη διάμεσο τιμή δεν υπερβαίνει το ±3%. Για την αξιολόγηση αυτών των κριτηρίων, πραγματοποιούνται μελέτες ροής φορτίου για τις ακραίες συνθήκες μέγιστου/ελάχιστου φορτίου – ελάχιστης/μέγιστης παραγωγής, χωρίς να λαμβάνεται υπόψη η πιθανότητα να συμβούν αυτές οι ακραίες συνθήκες. Ετσι η μέθοδος αυτή οδηγεί σε πολύ συντηρητικά αποτελέσματα ως προς την εγκατάσταση νέων ΑΠΕ και ως προς τη διαστασιολόγηση τους.
Μια εναλλακτική προσέγγιση είναι η θεώρηση της στοχαστικότητας που χαρακτηρίζει τις ΑΠΕ αλλά και τα φορτία με στόχο να υπολογίζεται η πιθανότητα παραβίασης των ορίων λειτουργίας του συστήματος από την εγκατάσταση τους. Μια μέθοδος που υλοποιεί αυτή την προσέγγιση αναπτύχθηκε στα πλαίσια του ερευνητικού προγράμματος ENERGYS που υποστηρίχτηκε από το ΕΚΙ (Εκπαιδευτικό Κέντρο Ικανοτήτων) του ΕΜΠ. Οι στοχαστικές συμπεριφορές των φορτίων και των παραγωγών του δικτύου διανομής μοντελοποιήθηκαν ως πιθανοτικές κατανομές με χρήση χρονοσειρών πραγματικών μετρήσεων μιας συγκεκριμένης χρονικής περιόδου (ενός έτους). Με βάση τις κατανομές αυτές επιλέχθηκαν κατάλληλα συσχετισμένα δείγματα για την επίλυση της πιθανοτικής ροής φορτίου με τη μέθοδο Monte Carlo. Με αυτό τον τρόπο υπολογίζονται οι πιθανοτικές κατανομές των τάσεων (και των ρευμάτων) στους ζυγούς του δικτύου, γνωρίζουμε δηλαδή όλο το φάσμα των τιμών και την πιθανότητα τους. Έτσι, μπορεί να αξιολογηθεί εάν η πιθανότητα παραβίασης των λειτουργικών περιορισμών του δικτύου παραμένει μικρότερη από ένα προκαθορισμένο αποδεκτό όριο. Μπορεί π.χ. να υπολογιστεί η συνολική πιθανότητα παραβίασης των ορίων τάσεων ή ρευμάτων, η οποία μπορεί κατά προσέγγιση να θεωρηθεί και ως το ποσοστό του χρόνου λειτουργίας της εγκατάστασης κατά τον οποίο παραβιάζονται τα όρια. Με αυτό το δεδομένο ένας επενδυτής γνωρίζει το εκτιμώμενο ποσοστό του χρόνου αποκοπής της μονάδας του ή τουλάχιστον την πιθανότητα αποκοπής πριν αποφασίσει για την υλοποίηση του έργου του. Ο διαχειριστής από την πλευρά του διαθέτει ένα αντικειμενικό τρόπο για να δώσει προσφορά σύνδεσης μίας ή περισσότερων νέων μονάδων παραγωγής σε συγκεκριμένους ζυγούς του δικτύου με βάση την αποδεκτή πιθανότητα παραβίασης των ορίων (και αποκοπής). Μπορεί επίσης να διεξάγει μελέτες βελτιστοποίησης (μεγιστοποίησης) της δυνατότητας εγκατάστασης ισχύος ΑΠΕ σε συγκεκριμένους κόμβους ή σε έναν ολόκληρο κλάδο του δικτύου διανομής, αντί μόνο να εγκρίνει ή απορρίπτει συγκεκριμένες αιτήσεις σύνδεσης.
Εφαρμογή αυτής της μεθόδου με πραγματικά δεδομένα μιας γραμμής διανομής 20 kV με 230 κόμβους που εξυπηρετεί ένα εγκατεστημένο φορτίο 12.5 MVA και 13 φωτοβολταικούς σταθμούς των 6.2 MW, έδειξε ότι με τη μεθοδολογία που εφαρμόζει ο διαχειριστής η μέγιστη ισχύς που θα μπορούσε να εγκατασταθεί σε κάποιο απομακρυσμένο ζυγό (κόμβο) είναι 370 ΚW, ενώ με την προτεινόμενη στοχαστική μέθοδο μπορούν να συνδεθούν στον ίδιο ζυγό 530 kW (αύξηση 40%). Αν δε θεωρήσουμε ένα σύνολο 5 ζυγών, η ισχύς που θα επιτρεπόταν να εγκατασταθεί με τον εφαρμοζόμενο αλγόριθμο θα ήταν 1.95 MW, έναντι 3 MW με την προτεινόμενη στοχαστική μέθοδο (αύξηση 50%). Σε αυτές τις περιπτώσεις βέβαια οι επενδυτές των έργων θα πρέπει να αποδεχθούν ότι η παραγωγή τους έχει 5% πιθανότητα να αποκοπεί. Αν και τα ανωτέρω αποτελέσματα εξήχθησαν από μία εφαρμογή σε δίκτυα διανομής, πιστεύουμε ότι η στοχαστική θεώρηση είναι γενική και μπορεί να εφαρμοσθεί με τις κατάλληλες τροποποιήσεις και σε δίκτυα μεταφοράς.
Νίκος Χατζηαργυρίου, Ομότ. Καθηγητής ΕΜΠ, πρώην πρόεδρος ΔΕΔΔΗΕ,
Θάνος Λαγός, διδάκτορας ΕΜΠ
Πηγή: energypress.gr
