Συμβολή στη βέλτιστη διαχείριση διεσπαρμένων ενεργειακών πόρων

Abstract

The advent of new types of distributed resources such as flexible loads and local generating units poses significant challenges to the operation of the electricity system in total and to the incorporation of such resources in the market procedures. The present PhD thesis focuses on analyzing the impact of the operation of distributed resources as those mentioned above to the electricity system operation and the manner in which these resources operate. To this end, an hourly unit commitment and economic dispatch algorithm is applied in order to test the impacts of load shifting in the operation of the electricity system in terms of energy quantities and in economic terms. Furthermore, a bilevel model is formulated and put to use in order to study the interaction of an Aggregator, responsible for representing various distributed resources in the market operations, with his customers. Aiming toward minimizing the energy procurement cost, the Aggregator optimally selects the retail prices announced to his customers as well as the amount of energy acquired from the network. Based on these prices, the entities possessing any type of distributed resource optimally select the amount of energy to be produced, demanded or curtailed. The full problem of the participation of the Aggregator in the market procedures is studied next. An appropriate bilevel formulation models the decision making process of the Aggregator that is no longer influenced only by the characteristics of the distributed resources under his control. The outcome of the market clearing process, to which the Aggregator submits appropriate production bids and load declarations, affects his decision regarding the formulation of such bids and declarations. Last but not least, the problem of a regulatory authority responsible for the long-term scheduling of the electricity system is formulated as a bilevel problem, with a view to optimally select the incentives given to investors in wind energy projects that minimize the energy procurement cost.

Η παρουσία Διεσπαρμένων Πόρων (ΔΠ) υπό τη μορφή ευέλικτων φορτίων και τοπικής παραγωγής στα συστήματα ηλεκτρικής ενέργειας θέτει σημαντικές προκλήσεις αναφορικά με τον τρόπο λειτουργίας των συστημάτων αυτών αλλά και αναφορικά με τον τρόπο ένταξης των πόρων στις διαδικασίες της αγοράς. Η παρούσα διδακτορική διατριβή εστιάζεται στην ανάλυση των επιπτώσεων σε επίπεδο συστήματος από τη λειτουργία τέτοιων πόρων αλλά και στον τρόπο ένταξής τους και λειτουργίας τους. Για τον σκοπό αυτό υλοποιείται αλγόριθμος ωριαίας ένταξης μονάδων και κατανομής φορτίου και εξετάζονται σενάρια μετατόπισης της ζήτησης από τις ώρες αιχμής στις ώρες εκτός αιχμής χωρίς μείωση της συνολικής ενέργειας. Στη συνέχεια, με εφαρμογή διεπίπεδου μοντέλου μελετάται η αλληλεπίδραση ενός Διαχειριστή ΔΠ, που λειτουργεί ως μεσάζων μεταξύ των ΔΠ και της αγοράς ηλεκτρικής ενέργειας, με τους πελάτες του. Με στόχο την ελαχιστοποίηση του κόστους προμήθειας του φορτίου του, ο Διαχειριστής ΔΠ αποφασίζει για τα βέλτιστα επίπεδα λιανικών τιμών και ενέργειας από το δίκτυο. Βάσει των τιμών αυτών, οι ΔΠ επιλέγουν τα βέλτιστα επίπεδα ενέργειας προς παραγωγή, κατανάλωση ή περικοπή. Ακολούθως, το πρόβλημα της συμμετοχής του Διαχειριστή ΔΠ στις διαδικασίες της Αγοράς μορφοποιείται ως διεπίπεδο μοντέλο λήψης αποφάσεων, με τις αποφάσεις του Διαχειριστή ΔΠ να επηρεάζονται πλέον όχι μόνο από τα χαρακτηριστικά των ΔΠ αλλά και από την εκκαθάριση της αγοράς ενέργειας στην οποία συμμετέχει υποβάλλοντας κατάλληλα διαμορφωμένες Δηλώσεις Φορτίου και Προσφορές Παραγωγής. Τέλος, διαμορφώνεται ως διεπίπεδο μοντέλο το πρόβλημα μίας ρυθμιστικής αρχής, υπεύθυνης για τον μακροπρόθεσμο σχεδιασμό ενός συστήματος ηλεκτρικής ενέργειας, που επιδιώκει να ενθαρρύνει τις επενδύσεις σε έργα αιολικής ενέργειας, σε τέτοιο βαθμό ώστε να επιτυγχάνεται η εξυπηρέτηση του φορτίου με το ελάχιστο κόστος.