Ανάλυση περιφερειακών αγορών εξισορρόπησης ισχύος

Η παρούσα διατριβή έχει ως αντικείμενο την ανάπτυξη καινοτόμων μοντέλων επίλυσης των αγορών εξισορρόπησης ισχύος, καθώς και προχωρημένων μεθόδων βραχυπρόθεσμου προγραμματισμού και μεσοπρόθεσμης ανάλυσης του Συστήματος Ηλεκτρικής Ενέργειας (ΣΗΕ), σε εθνικό και περιφερειακό επίπεδο, με τριπλό στόχο: (1) να ευνοηθεί η ενσωμάτωση ευρείας κλίμακας Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας (ΑΠΕ), (2) να επιτραπεί η σύζευξη των αγορών εξισορρόπησης ισχύος στην Ευρώπη, (3) να αναλυθεί η αξιόπιστη λειτουργία του ΣΗΕ σε μεσοπρόθεσμο επίπεδο. Η διεξαχθείσα έρευνα χωρίζεται σε δύο στάδια: (α) το στάδιο της βραχυπρόθεσμης ανάλυσης συστημάτων κεντρικής κατανομής (π.χ. Ελληνικό ΣΗΕ), της διερεύνησης της ευέλικτης λειτουργίας τους και της ενσωμάτωσης αυτών στις συζευγμένες αγορές εξισορρόπησης της Ευρώπης, (β) το στάδιο της μεσοπρόθεσμης ανάλυσης περιφερειακών αγορών εξισορρόπησης ισχύος, η οποία περιλαμβάνει προχωρημένες μεθόδους για τη μελέτη επάρκειας ισχύος και ευελιξίας του πανευρωπαϊκού ΣΗΕ. Στα πλαίσια της βραχυπρόθεσμης ανάλυσης αρχικά αναπτύσσεται ένα καινοτόμο αιτιοκρατικό μοντέλο βέλτιστης ένταξης και οικονομικής κατανομής μονάδων παραγωγής ΗΕ για την προ/ενδο-ημερήσια Διαδικασία Ενοποιημένου Προγραμματισμού (ΔΕΠ), το οποίο διατηρεί τους αναγκαίους τεχνικούς περιορισμούς των ΣΗΕ κεντρικής κατανομής αλλά ταυτόχρονα σέβεται τα προγράμματα που προκύπτουν από προηγούμενες διαδικασίες της αγοράς (προθεσμιακή ή τρέχουσα αγορά ΗΕ). Ακολούθως, το μοντέλο επαναδιατυπώνεται (α) ως ένα αιτιοκρατικό μοντέλο «πολλαπλού χρονικού βήματος», το οποίο επιτρέπει την προμήθεια ενός νέου τύπου εφεδρείας «ευέλικτου ρυθμού» σε ενδο-ωριαίο επίπεδο, με παράλληλη πιθανοκρατική ποσοτικοποίηση των απαιτήσεων ευελιξίας του ΣΗΕ, και (β) ως ένα προχωρημένο μοντέλο στοχαστικής βελτιστοποίησης, το οποίο δεσμεύει ενδογενώς την απαιτούμενη ευελιξία, υιοθετώντας ταυτόχρονα την έννοια του «πολλαπλού χρονικού βήματος». Έπειτα, η έρευνα εστιάζει στην Αγορά Εξισορρόπησης Πραγματικού Χρόνου (ΑΕΠΧ). Προκειμένου να καταστεί εφικτή η σύζευξη της ΑΕΠΧ συστημάτων κεντρικής κατανομής με περιφερειακές ΑΕΠΧ στην Ευρώπη (συστήματα αποκεντρωμένης κατανομής) -ένα πρόβλημα που δεν έχει αντιμετωπιστεί μέχρι τώρα από την ερευνητική κοινότητα- προτείνεται αναλυτικός αλγόριθμος επίλυσης διαδοχικών σταδίων ο οποίος παρέχει τη δυνατότητα μετατροπής των προσφορών ενέργειας εξισορρόπησης πριν από την περιφερειακή επίλυση, επιτυγχάνοντας έτσι την έμμεση ικανοποίηση των περιορισμών του ΣΗΕ κεντρικής κατανομής. Στα πλαίσια της μεσοπρόθεσμης ανάλυσης, το ζήτημα της εξισορρόπησης ισχύος μελετάται υπό το πρίσμα της μακροχρόνιας επάρκειας ισχύος του πανευρωπαϊκού ΣΗΕ. Με δεδομένες τις αυξημένες προκλήσεις λόγω της αβεβαιότητας και μεταβλητότητας της παραγωγής ΑΠΕ σε (ενδο)ημερήσιο επίπεδο, η διατριβή αντιμετωπίζει το ζήτημα ευρύτερα ως «επάρκεια ευελιξίας», αναπτύσσοντας ένα προχωρημένο μοντέλο προσομοίωσης της ωριαίας λειτουργίας του ΣΗΕ για μελλοντικά έτη. Το μοντέλο διενεργεί κυλιόμενες εκκαθαρίσεις της προ-ημερήσιας ΔΕΠ, της ενδο-ημερήσιας ΔΕΠ και της ΑΕΠΧ, αποτυπώνοντας όλο το φάσμα των αβεβαιοτήτων του ΣΗΕ και ενσωματώνοντας αναλυτικά νέες πηγές εξισορρόπησης όπως η διαχείριση ζήτησης. Η εκτέλεση ετήσιων Monte Carlo προσομοιώσεων σε συστοιχία υπολογιστών υψηλών επιδόσεων για την ευρύτερη περιφέρεια 21 χωρών του Ευρωπαϊκού ΣΗΕ οδηγεί στην εξαγωγή δεικτών οι οποίοι αποτυπώνουν τις πολύπλευρες πτυχές του ζητήματος της «επάρκειας ευελιξίας».