Επίδραση φόρτισης ηλεκτρικών οχημάτων στα μεγέθη ενός μικροδικτύου με αυξημένη διείσδυση Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας

Ρίζου, Βαρβάρα Κ.; Rizou, Varvara K.

Τhe impact of charging of electrical vehicles on the microgrid’s important features, when the penetration of Renewable Energy Sources is increased

Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών. Τομέας Ηλεκτρικής Ισχύος

Σκοπός της παρούσας εργασίας είναι η μελέτη ενός μικροδικτύου υπό την επίδραση διαφορετικών πολιτικών λειτουργίας και οι επιπτώσεις που αυτές έχουν στα διάφορα μεγέθη ενός μικροδικτύου παρουσία ηλεκτρικών οχημάτων για διάφορα επίπεδα διείσδυσης Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας. Συγκεκριμένα μελετάται ένα δίκτυο χαμηλής τάσης 17 ζυγών, το οποίο περιλαμβάνει μια πληθώρα μονάδων διεσπαρμένης παραγωγής (μια μικροτουρμπίνα, μια κυψέλη καυσίμου, δύο σειρές φωτοβολταϊκών, μια ανεμογεννήτρια και δύο ενεργειακούς διανομείς με μια μονάδα συμπαραγωγής ηλεκτρισμού και θερμότητας και ένα boiler ο καθένας). Σε αυτό το δίκτυο συνδέονται 12 ηλεκτρικά οχήματα διασκορπισμένα σε όλους του κλάδους. Το δίκτυο εξετάζεται ως προς τρία σενάρια λειτουργίας (απουσία μονάδων διεσπαρμένης παραγωγής, ανεξάρτητη λειτουργία με παρουσία μονάδων συμπαραγωγής ηλεκτρισμού και θερμότητας και μικροδίκτυο), έτσι ώστε να δημιουργηθεί μια πιο ξεκάθαρη εικόνα της επίδρασης των ηλεκτρικών οχημάτων στο μικροδίκτυο. Οι προσομοιώσεις πραγματοποιούνται στο προγραμματιστικό περιβάλλον του Matlab και η μέθοδος βελτιστοποίησης που χρησιμοποιείται είναι ο αρμονικός αλγόριθμος. Αρχικά γίνεται μια σύγκριση των αποτελεσμάτων που προκύπτουν από τη βελτιστοποίηση μέσω του αρμονικού αλγορίθμου και της μεθόδου Lagrange. Στη συνέχεια για διάφορα επίπεδα διείσδυσης μελετώνται στην πολιτική του ιδανικού πολίτη παρουσία ηλεκτρικών οχημάτων, το κόστος λειτουργίας του δικτύου, η έγχυση ισχύος από το ανάντη δίκτυο, η παραγωγή των μονάδων διεσπαρμένης παραγωγής και μονάδων συμπαραγωγής, οι απώλειες ενέργειας και οι εκπομπές διοξειδίου του άνθρακα. Δεδομένου ότι οι εγκαταστάσεις ηλεκτροπαραγωγής πρέπει να αγοράζουν το σύνολο των δικαιωμάτων των εκπομπών τους, μελετάται επίσης το συνολικό κόστος λειτουργίας του δικτύου, ως άθροισμα του λειτουργικού κόστους και του κόστους αγοράς δικαιωμάτων εκπομπών. Τα ίδια μεγέθη μελετώνται και για την πολιτική του καλού πολίτη παρουσία ηλεκτρικών οχημάτων. Στο τέλος γίνεται σύγκριση της πολιτικής του καλού και του ιδανικού πολίτη για διάφορα επίπεδα διείσδυσης και μια συγκριτική μελέτη όλων των σεναρίων για διείσδυση διεσπαρμένης παραγωγής των 130 kW. Τα αποτελέσματα παρουσιάζονται αναλυτικά με συγκριτικά διαγράμματα που παρατίθενται στο κεφάλαιο 9.

The main purpose of this diploma thesis is to study the influence of various operation scenarios on a microgrid and the impact of these scenarios on the microgrid’s important features with the presence of electrical cars, when the penetration of Renewable Energy Sources is increased. More specifically, a 17-bus low voltage network with several distributed generation (DG) technologies (one microturbine, one fuel cell, two rows of solar panels, one windturbine, two hubs with a unit of combined heat and power (CHP) and a boiler each) is studied. 12 electrical cars are connected to this grid and are dispersed to all the branches of the grid. Three different scenarios were studied (absence of DG units, independent operation of the DG units with the presence of the CHPs and Microgrid), in order to clarify the impact of electrical cars on the grid. The simulations were conducted using Matlab and the optimization needed by each operation scenario was done by using the Harmonic Algorithm. First of all, the results of the Harmonic Algorithm and the Lagrange Method are compared. Then, for the Policy of Ideal Citizen and the Policy of Good Citizen the following features of the grid are studied: its operational cost, the power injection from the upstream grid, the DGs’ and the CHPs’ production, losses and carbon dioxide emissions. Since all electricity production units will have to buy all of their emissions allowances, the total cost of each scenario can be calculated as the sum of the operational cost and the emissions allowances cost. Above all, the two policies are compared for different levels of penetration of Renewable Energy Sources. Also, all scenarios are compared for a DGs’ penetration of 130kW. The results are presented in the ninth (9th ) chapter via comparative diagrams