Διαχείριση Ενέργειας | Φωτοβολταϊκά Πλαίσια | Βελτιστοποίηση | Αποθήκευση Ενέργειας | Μπαταρίες | Net Metering | Time of Use (ToU) | Real Time Pricing (RTP) | Energy Management | Photovoltaic Panels | Optimization | Energy storage | Batteries
28
18
Περιέχει : πίνακες, σχήματα, εικόνες
Στις μέρες μας, η διαχείριση παραγωγής-κατανάλωσης ενέργειας αποτελεί σημαντικό παράγοντα, για την εξοικονόμηση ενέργειας αλλά και για τη μείωση του κόστους στον τελικό καταναλωτή. Σε αυτό συμβάλλουν αποτελεσματικά τρόποι διαχείρισης μέσω αυτόματων συστημάτων, που αποφασίζουν πώς θα κατανεμηθεί η ενέργεια ανά χρονική στιγμή.
Ορισμένοι από τους τρόπους αυτούς είναι η μετατόπιση των φορτίων υψηλής κατανάλωσης σε ώρες όπου η ενέργεια έχει μικρότερο κόστος, ή αξιοποίηση της αποθήκευσης ενέργειας από την ενέργεια των φωτοβολταϊκών με αποτέλεσμα να είναι διαθέσιμη την κατάλληλη στιγμή που τη ζητά ο χρήστης.
Η ενημέρωση των καταναλωτών για τα διαφορετικά προγράμματα τιμολόγησης και τους τρόπους που μπορούν να μειώσουν την κατανάλωση, βοηθά κατά πολύ στην μείωση του κόστους παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας, ειδικότερα σε ώρες όπου υπάρχει η υψηλότερη ζήτηση. Τα φωτοβολταϊκά συμβάλλουν στην μείωση του κόστους, αφού ο καταναλωτής, σε συγκεκριμένες ώρες δεν αγοράζει ενέργεια από το δίκτυο, αλλά αξιοποιεί εκείνη την χρονική στιγμή την ενέργεια που παράγουν, και την περίσσεια είτε την αποθηκεύει σε μπαταρίες είτε την δίνει στο δίκτυο προς όφελός του. Ανάλογα με την χώρα εγκατάστασης του φωτοβολταϊκού συστήματος, υπάρχουν διαφορετικοί τρόποι τιμολόγησης της ενέργειας. Στην Ελλάδα πιο διαδεδομένος είναι ο τρόπος του ενεργειακού συμψηφισμού μέσω συστήματος net metering. Στο εξωτερικό, ακολουθούνται και νεότερα προγράμματα όπως net metering 2, συστήματα που ολοένα και αξιοποιούνται από περισσότερες χώρες.
Στην διπλωματική εργασία θα μελετηθεί η βέλτιστη διαχείριση ενέργειας-κατανάλωσης σε φωτοβολταϊκό σύστημα με αποθήκευση ενέργειας, μέσω αλγορίθμου βελτιστοποίησης, ο οποίος ενσωματώνει και βέλτιστο προγραμματισμό έναρξης λειτουργίας των ελεγχόμενων φορτίων, με σκοπό:
• το μέγιστο καθαρό κέρδος και
• το ελάχιστο ενεργειακό κόστος για τον καταναλωτή.
Στο πρώτο κεφάλαιο παρουσιάζεται το πρόβλημα της ενέργειας και η ανάγκη εύρεσης εναλλακτικών πηγών όπως οι ανανεώσιμες πηγές ενέργειας. Στο δεύτερο κεφάλαιο γίνεται αναφορά για τα είδη ενέργειας, ανανεώσιμων και μη, των φωτοβολταϊκών, των εναλλακτικών τρόπων τιμολόγησης όπως net metering στην Ελλάδα και στο εξωτερικό. Στο τρίτο κεφάλαιο αναφέρονται τα είδη φωτοβολταϊκών, οι μηχανισμοί λειτουργίας τους, οι μπαταρίες και τα χαρακτηριστικά τους, τα ελεγχόμενα και μη φορτία, και το προφίλ χρήσης του καταναλωτή. Στο τέταρτο κεφάλαιο, γίνεται παρουσίαση του αλγορίθμου βελτιστοποίησης, των αντικειμενικών συναρτήσεων που θα εξεταστούν και του προγράμματος που θα χρησιμοποιηθεί. Στο πέμπτο κεφάλαιο θα παρουσιαστούν τα αποτελέσματα των προσομοιώσεων, εξετάζοντας τα διαφορετικά σενάρια. Τέλος στο έκτο κεφάλαιο ακολουθούν τα συμπεράσματα που δείχνουν ότι με κατάλληλο φωτοβολταϊκό σύστημα συγκεκριμένης ισχύος και μπαταρίας σε συνδυασμό με δυναμική τιμολόγηση, μπορεί να επιτευχθεί η βέλτιστη διαχείριση ενέργειας-κατανάλωσης, με τελικό όφελος στον καταναλωτή.
Nowadays, energy production-consumption management is an important factor, for energy savings but also for reducing costs to the consumer. This is facilitated by efficient management systems through automated systems, which decide how energy will be distributed over time. Some of these ways are to shift high-consumption loads to less costly energy hours, or to utilize energy storage so that it is available at the right time.
Informing consumers about the different pricing programs and ways they can reduce consumption greatly helps to reduce the cost of electricity generation, especially at times when there is the highest demand. Photovoltaics help reduce costs, since the consumer, at certain times does not buy energy from the grid, but utilizes at that time the energy they produce, and the excess is either stored in batteries or given to the grid. Depending on the country of installation of the photovoltaic system, there are different ways of pricing energy. In Greece, the method of energy netting through a net metering system is more widespread. Abroad, newer programs are followed such as net metering 2, systems that are increasingly used by more countries.
The dissertation will study the optimal management of energy-consumption in a photovoltaic system with energy storage, through an optimization algorithm, which also incorporates optimal scheduling of start-up of controlled loads, with the aim of:
• maximum net gain and
• minimum energy cost for the consumer.
The first chapter presents the problem of energy and the need to find alternative sources such as renewable energy sources. The second chapter reports on the types of energy, renewable and non-renewable, photovoltaic, alternative pricing methods such as net metering in Greece and abroad. The third chapter lists the types of photovoltaics, their operating mechanisms, their batteries and characteristics, controlled and non-controlled loads, and the user profile of the consumer. In the fourth chapter, the optimization algorithm, the objective functions that will be examined and the program that will be used are presented. The fifth chapter will present the results of the simulations, examining the different scenarios. Finally, in the sixth chapter follow the conclusions that show that with an appropriate photovoltaic system of specific power and battery in combination with dynamic pricing, the optimal management of energy-consumption can be achieved, with final benefit to the consumer.
Διαχείριση παραγωγής – κατανάλωσης ενέργειας σε εγκαταστάσεις φωτοβολταϊκών συστημάτων με αποθήκευση ενέργειας