Ανάπτυξη συστήματος βιώσιμης διαχείρισης ενέργειας μικροδικτύου με ενσωμάτωση ηλεκτρικών οχημάτων και παραγωγή μέσω ανανεώσιμων πηγών ενέργειας

Καραμέρος, Αναστάσιος

Development of a sustainable energy management system with the integration of electric vehicles and production through renewable energy sources

Τμήμα Πολιτικών Μηχανικών (ΜΔΕ), Πανεπιστήμιο Πατρών

Η διπλωματική εργασία εκπονήθηκε στο πλαίσιο του Μεταπτυχιακού προγράμματος σπουδών του τμήματος Πολιτικών Μηχανικών του Πανεπιστημίου Πατρών. Σκοπός αυτής είναι η διερεύνηση του δυναμικού ενεργειακής απόδοσης ενός μικροδικτύου σε εγκατάσταση του τμήματος Πολιτικών Μηχανικών (Πανεπιστήμιο Πατρών), το οποίο περιλαμβάνει φωτοβολταϊκό σύστημα, συστήματα αποθήκευσης ενέργειας, σταθμούς φόρτισης ηλεκτρικών οχημάτων και στοιχεία μέτρησης και παρακολούθησης καταναλώσεων ενέργειας με ταυτόχρονη ενσωμάτωση των ηλεκτρικών οχημάτων. H αυξανόμενη πολυπλοκότητα των δικτύων ηλεκτρικής ενέργειας και ζήτηση καθώς και οι ανησυχίες για την περιβαλλοντική και ενεργειακή βιωσιμότητα εντείνουν την ανάγκη για λύσεις διαχείρισης ενέργειας και στρατηγικές μείωσης της ζήτησης ενέργειας. Η αποφόρτιση EV μετατοπίζει ένα σημαντικό μέρος της χρήσης της ενέργειας από συμβατικές πηγές σε χρήση ηλεκτρικής ενέργειας από μη συμβατικές πηγές για εξυπηρέτηση των αναγκών του κεντρικού δικτύου. Συνεπώς, οι στρατηγικές ενσωμάτωσης για την ενεργειακή απόδοση στα κτίρια και στον τομέα των μεταφορών έχουν ολοένα και μεγαλύτερη σημασία. Δεδομένου ότι η κατανάλωση ενέργειας από τις μεταφορές εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από τα ορυκτά καύσιμα, τα ηλεκτρικά οχήματα (Ε.V), που αποτελούν εναλλακτική λύση για τα συμβατικά οχήματα, μπορούν να συμβάλουν στη μείωση των επιπέδων εκπομπών. Επιπλέον, με τις τάσεις που ενθαρρύνουν οι κυβερνήσεις, έχουν αναληφθεί ισχυρές δεσμεύσεις σε διεθνές επίπεδο για την αύξηση της διείσδυσης των Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας (ΑΠΕ). Έτσι, ως φιλική προς το περιβάλλον και οικονομικά συμφέρουσα επιλογή για τη μεταφορά και τη διαχείριση της ενέργειας, τα EVs μπορούν να χρησιμοποιηθούν τόσο ως εργαλεία αποθήκευσης ενέργειας όσο και πηγές διαθέσιμων πόρων για την υποστήριξη της ενεργειακής ζήτησης των κτιρίων. Ως εκ τούτου, τα EVs μπορούν να συμβάλουν στην αύξηση της αξιοπιστίας του δικτύου ηλεκτροδότησης και στη μείωση των αιχμών ζήτησης ενέργειας από το δίκτυο μέσω της λειτουργίας οχήματος προς κτίριο ή το δίκτυο (V2B ή V2G). Η παρούσα μελέτη αναπτύσσει μια μεθοδολογία για την ενεργειακή διαχείριση σε έξυπνα microgrids με χαρακτηριστικά βελτιστοποίησης, όπου τα κτίρια, οι φωτοβολταϊκές εγκαταστάσεις, τα συστήματα αποθήκευσης και η φόρτιση / εκφόρτωση EVs μπορούν να ικανοποιήσουν αποτελεσματικά τις ενεργειακές απαιτήσεις και να αμβλύνουν τις αιχμές στη ζήτηση ενέργειας προτείνοντας έναν περιβαλλοντικά και οικονομικά βιώσιμο τρόπο. Καθώς τα χαρακτηριστικά του υπάρχοντος δικτύου είναι συγκεκριμένα ενώ οι απαιτήσεις από πλευράς των χρηστών αυξάνονται συνεχώς, αναπτύσσεται η παραπάνω μεθοδολογία, μέσω της ανάλυσης συμπεριφοράς κατανάλωσης ενέργειας των χρηστών, της μελέτης των τεχνικών χαρακτηριστικών και δυνατοτήτων των συστημάτων του μικροδικτύου και αναπτύσσονται σενάρια εφαρμογής, έτσι ώστε να γίνεται αποδοτικότερη χρήση των διαθέσιμων μέσων και ορθολογικότερη αξιοποίηση του υπάρχοντος δικτύου. Η μελέτη στοχεύει στην προώθηση της διάδοσης της έννοιας της ευφυούς κινητικότητας και της οικονομίας διαμοιρασμού, τομείς με ραγδαία ανάπτυξη, ερευνητικό ενδιαφέρον και πολλές δυνατότητες για ανάπτυξη βιώσιμων εφαρμογών. Η πιθανή ανάπτυξη νέων προϊόντων μελετάται στη συγκεκριμένη εργασία μέσω της ανάπτυξης υποθέσεων εργασίας και προτάσεων για μελέτη.

The increasing complexity of electricity networks, increasing demand as well as environmental and energy sustainability concerns intensify the need for energy management solutions and energy demand reduction strategies. EV charging shifts a significant portion of energy use from conventional sources to electricity use by the common grid. Consequently, integration strategies for energy efficiency in buildings and in the transportation sector are increasingly important. Since energy consumption from transport is heavily dependent on fossil fuels, electric vehicles (EVs), which are an alternative to conventional vehicles, can help to reduce emissions levels. In addition, with the trends encouraged by governments, strong international commitments have been made to increase the penetration of Renewable Energy Sources (RES). Thus, as an environmentally friendly and cost-effective option for energy transfer and management, EVs can be used as both energy storage tools and generators to support the energy demand of buildings. As a result, EVs can help increase the reliability of the power grid and reduce grid energy demand through V2G. The present study develops an optimized method for energy management in smart microgrids where buildings, photovoltaic facilities, storage systems and charging / unloading EVs can efficiently meet energy requirements and mitigate peak energy demand by proposing a economically viable way. As the features of the existing network are specific, while user requirements are constantly increasing, the above methodology is developed by analyzing the users’ energy consumption behavior, studying the technical features and capabilities of the micro systems, and developing application scenarios, so that make more efficient use of available media and rationalize existing network. The study aims to promote the dissemination of the concept of intelligent mobility and sharing economy, areas of rapid growth, research interest and many opportunities for developing sustainable applications. The potential development of new products is studied in this work through the development of job assumptions and study proposals.