Το ερευνητικό πρόγραμμα EMPOWER προωθεί την πράσινη και ψηφιακή ανάπτυξη των συστημάτων ηλεκτρικής ισχύος, κάτι που αποτελεί ένα από τους κύριους στόχους της Ευρώπης, της Κύπρου και του ερευνητικού κέντρου ΚΟΙΟΣ. Το EMPOWER για τον σκοπό αυτό εστιάζει στην ανάπτυξη έξυπνων συστημάτων ηλεκτρικής ισχύος, εφαρμόζοντας καινοτόμες ιδέες.
Επιδιώκοντας τη πράσινη ανάπτυξη, έχει τεθεί ως στόχος να οδηγηθούμε σε κλιματική ουδετερότητα μέχρι το 2050. Η κλιματική ουδετερότητα θα εξυπηρετηθεί με τη διείσδυση ανανεώσιμων πηγών ενέργειας που θα ξεπερνά το 70-80%, ώστε η ενεργειακή υποδομή να αποδεσμευτεί σε πολύ μεγάλο βαθμό από τα ορυκτά καύσιμα.
Όμως, η απρόβλεπτη και ανεξέλεγκτη λειτουργία των ανανεώσιμων πηγών, σε συνδυασμό με τον απομονωμένο χαρακτήρα της ενεργειακής υποδομής της Κύπρου, δημιουργούν κρίσιμες και επικίνδυνες προκλήσεις σε ότι αφορά την ευσταθή λειτουργία του συστήματος ηλεκτροδότησης. Για το λόγο αυτό, έξυπνες λύσεις και καινοτόμες ψηφιακές τεχνολογίες απαιτούνται, ώστε να αναβαθμίσουμε τη λειτουργική ευελιξία του συστήματος ηλεκτρικής ισχύος.
Στο πλαίσιο αυτό και για τη ψηφιακή ανάπτυξη του συστήματος ηλεκτρικής ισχύος, μέσω του EMPOWER έχουν εγκατασταθεί υπερσύγχρονοι μετρητές σε επιλεγμένους υποσταθμούς της Κύπρου, από τους οποίου λαμβάνονται μέχρι και 100 συγχρονισμένες μετρήσεις ανά δευτερόλεπτο. Οι μετρήσεις αυτές, σε συνδυασμό με ένα είδος υπερ-υπολογιστή, δίνουν τη δυνατότητα να δημιουργηθεί το ‘digital twin’, δηλαδή το ψηφιακό δίδυμο που αναπαριστά τη λειτουργία του συστήματος ηλεκτροδότησης ολόκληρης της Κύπρου. Μία τέτοια προηγμένη ερευνητική υποδομή, επιτρέπει να δημιουργηθούν ρεαλιστικές συνθήκες για τη διεξαγωγή καινοτόμου, πρωτοποριακής και εφαρμοσμένης ερευνάς, ώστε να επιτευχθεί η αποδοτική, έξυπνη και πράσινη λειτουργία των μελλοντικών συστημάτων ηλεκτρικής ισχύος.
Επιπρόσθετα, έχουν αναπτυχθεί αριθμός πιλοτικών συστημάτων αποθήκευσης ενέργειας όπου μπαταρίες, flywheels και συστήματα υδρογόνου σε συνδυασμό με έξυπνους μετατροπείς «inverters», έχουν χρησιμοποιηθεί για να ενισχύσουν την δυνατότητα διείσδυσης ανανεώσιμων πηγών. Πιο συγκεκριμένα, ένα πιλοτικό σύστημα αποθήκευσης ηλεκτρικής ενέργεια έχει εγκατασταθεί στον υποσταθμό του αιολικού πάρκου της Aeolian στην Αγία Άννα και ένα δεύτερο σε κτιριακές εγκαταστάσεις του Πανεπιστημίου Κύπρου.
Στην πρώτη περίπτωση, το πιλοτικό σύστημα στον υποσταθμό του αιολικού πάρκου εξυπηρετεί την υποστήριξη του τρόπου διάθεσης στο δίκτυο ηλεκτρισμού της παραγόμενης ενέργειας από τις ανεμογεννήτριες. Ένας καινοτόμος αλγόριθμος διαχειρίζεται τη λειτουργεία του συστήματος αποθήκευσης ενέργειας. Ο αλγόριθμος αυτός λαμβάνει υπόψη τις προβλέψεις, καθώς και την παραγωγή σε πραγματικό χρόνο της αιολικής ενέργειας από τις ανεμογεννήτριες και αποθηκεύει ή αποδεσμεύει ενέργεια. Σκοπός του αλγόριθμου να εξυπηρετείται η ευστάθεια στον τρόπο που το αιολικό σύστημα τροφοδοτεί το δίκτυο με ηλεκτρικό ρεύμα και να αποφεύγεται η ανεπιθύμητη αποκοπή ενέργειας σε περιπτώσεις που οι προβλέψεις παραγωγής δεν επαληθεύονται. Η εφαρμογή αυτή, προτείνει μια αποδοτική λύση που αν εφαρμοστεί σε μεγαλύτερη κλίμακα η ενσωμάτωση περισσότερων ανανεώσιμων πηγών ενέργεια θα είναι εφικτή χωρίς να υπάρχει ο κίνδυνος να οδηγηθεί το σύστημα ηλεκτρικής ενέργειας σε αστάθεια.
Στη δεύτερη πιλοτική εφαρμογή που το σύστημα αποθήκευσης ηλεκτρικής ενέργειας έχει τοποθετηθεί σε κτηριακές εγκαταστάσεις του ΠΚ, η εφαρμογή προσπαθεί να διαχειριστεί την αποθήκευση ενέργειας λαμβάνοντας υπόψη την κατανάλωση ηλεκτρικής ενέργειας των κτηρίων, παράλληλα με την παραγόμενη ηλεκτρική ενέργεια του φωτοβολταϊκού συστήματος που είναι εγκατεστημένο στα κτίρια αυτά. Με τη διαχείριση αυτή προτείνεται και εφαρμόζεται μια μέθοδος που αυξάνει τον βαθμό ηλεκτρικής αυτονομίας του κτιρίου. Η αύξηση της ηλεκτρικής αυτονομίας των κτιρίων, όταν αυτή εφαρμοστεί σε ένα μεγάλο ποσοστό καταναλωτών, θα δώσει τη δυνατότητα το ποσοστό ανανεώσιμων πηγών ενέργειας να φτάσει στο επιδιωκόμενο επίπεδο που θα εξυπηρετεί τους σκοπούς της απαιτούμενης πράσινης ανάπτυξης.
Στις πιο πάνω εφαρμογές τα ερευνητικά αποτελέσματά αναδεικνύουν ότι οι προηγμένοι αλγόριθμοι διαχείρισης και ελέγχου σε συνδυασμό με τις ευέλικτες μονάδες αποθήκευσης δύναται να επιτρέψουν την πράσινη μετάβαση των συστημάτων ηλεκτρικής ισχύος. Σημειώνεται ότι οι καινοτόμες λύσεις που έχουν αναπτυχθεί ως προϊόντα έρευνας από τις διεργασίες του EMPOWER, χρησιμοποιούνται ήδη σε μεγάλο βαθμό από τους διαχειριστές του συστήματος μεταφοράς και διανομής, ώστε να διασφαλίσουν την έρρυθμη λειτουργία του συστήματος ηλεκτροδότησης της χώρας.
Ο όγκος της θεωρητικής και πρακτικής έρευνας που έχει παραχθεί μέσω αυτού του ερευνητικού προγράμματος τα τελευταία 3 χρόνια, σε συνδυασμό και με άλλα ερευνητικά προγράμματα που συντρέχουν στο ερευνητικό κέντρο ΚΟΙΟΣ, έχει συνεισφέρει στην ευρύτερη προσπάθεια μιας μεγάλης εθνικής ομάδας εργασίας. Η ομάδα αυτή σε συνεργασία με το διαχειριστή μεταφοράς και διαχειριστή διανομής της Κύπρου, έχει καθορίσει ένα δεκαετές εθνικό πλάνο και μία σειρά δράσεων για τη μετεξέλιξη του συστήματος ηλεκτροδότησης της Κύπρου, ώστε να μεγιστοποιηθεί η δυνατότητα διείσδυσης ανανεώσιμων πηγών ενέργειας με τον παράλληλο εκμοντερνισμό του δικτύου.
Χαράλαμπος Χαραλάμπους, MS Ηλεκτρολόγου Μηχανικού
Μηχανικός Έρευνας - Υπεύθυνος Εργαστηρίου Συστημάτων Ισχύος
ΚΟΙΟΣ - Κέντρο Αριστείας για Έρευνα και Καινοτομία
Πανεπιστήμιο Κύπρου
