Ένας έξυπνος αντιστροφέας για τα σύγχρονα συστήματα ηλεκτρικής ισχύος

* Άρθρο του Λέκτορα Ερευνητή Δρ. Λένου Χατζηδημητρίου - Κέντρο Αριστείας για Έρευνα και Καινοτομία «Κοίος», Πανεπιστήμιο Κύπρου

Η αποδέσμευση του ενεργειακού τομέα από τον άνθρακα αποτελεί θεμελιώδη προϋπόθεση για την προώθηση της βιώσιμης ανάπτυξη και την επίτευξη της κλιματικής ουδετερότητας.

Καθώς η διείσδυση διεσπαρμένων ανανεώσιμων πηγών ενέργειας αυξάνεται, ιδίως στις άκρες του δικτύου (grid edge), τα δίκτυα διανομής έρχονται αντιμέτωπα με ολοένα και πιο σύνθετες λειτουργικές προκλήσεις. Οι δυσκολίες είναι ιδιαίτερα έντονες στα δίκτυα χαμηλής τάσης, όπου συγκεντρώνεται μεγάλος αριθμός καταναλωτών και αποκεντρωμένων ενεργειακών πόρων. Σε αυτό το δυναμικό περιβάλλον, οι διαχειριστές συστημάτων καλούνται να διαχειριστούν προκλήσεις, έχοντας περιορισμένες δυνατότητες παρέμβασης, εξαιτίας της έλλειψης ευέλικτων μηχανισμών ενεργοποίησης, της ανεπαρκούς επικοινωνιακής υποδομής και της δυσκολίας διαχείρισης εκατομμυρίων τελικών χρηστών.

Το ερευνητικό έργο INVERGE του Κέντρου Αριστείας για Έρευνα και Καινοτομία «Κοίος» του Πανεπιστημίου Κύπρου, ανταποκρινόμενο στις προκλήσεις του σύγχρονου ενεργειακού τοπίου, ανέπτυξε μία πρωτοποριακή προσέγγιση μετατρέποντας τους συμβατικούς αντιστροφείς που χρησιμοποιούνται για τη σύνδεση φωτοβολταϊκών ή συστημάτων αποθήκευσης στο δίκτυο ηλεκτροδότησης, σε πολυλειτουργικές συσκευές με δυνατότητες ενεργής υποστήριξης του δικτύου. Αυτές οι έξυπνες συσκευές μπορούν να λειτουργούν αυτόνομα και να συμβάλλουν ενεργά στη διαχείριση του δικτύου, προσφέροντας ευελιξία και ανθεκτικότητα στα σύγχρονα συστήματα διανομής ενέργειας.

Κύρια αποτελέσματα του έργου

Οι καινοτομίες που αναπτύχθηκαν μέσα από το έργο INVERGE καλύπτουν τρεις θεματικούς άξονες. Ο πρώτος αφορά την ανάπτυξη έξυπνων αντιστροφέων, εξοπλισμένων με προηγμένες στρατηγικές ελέγχου και διαγνωστικά εργαλεία τα οποία μπορούν να ενισχύσουν την ευστάθεια και την αξιοπιστία του δικτύου. Αυτά περιλαμβάνουν:

• Ένα νέο πολυλειτουργικό ελεγκτή για αντιστροφείς που επιτρέπει στη διεσπαρμένη παραγωγή να συμβάλει στην ευσταθή λειτουργία του συστήματος ηλεκτροδότησης, είτε ακολουθώντας το δίκτυο (grid following), είτε διαμορφώνοντας το δίκτυο (grid forming) ή προσομοιώνοντας τη λειτουργία μίας εικονικής σύγχρονη γεννήτριας (virtual synchronous generator).
• Μια νέα στρατηγική υποστήριξης τάσης και συχνότητας δικτύου κατά τη διάρκεια βραχυκυκλωμάτων που ενισχύει την ευστάθεια στα δίκτυα χαμηλής αδράνειας.
• Μηχανισμούς για εξισορρόπηση ασυμμετρίας, υποστήριξη άεργης ισχύος και θερμική διαχείριση αντιστροφέων που βελτιώνουν την ποιότητα ισχύος του δικτύου και παρατείνουν τη διάρκεια ζωής των αντιστροφέων.

Ο δεύτερος θεματικός άξονας αφορά την έξυπνη διαχείριση δικτύων ενέργειας και την κυβερνοασφάλεια. Για την ενίσχυση της απόδοσης και της ασφάλειας των δικτύων διανομής, το INVERGE ανέπτυξε:

• Ένα καινοτόμο πλαίσιο διαχείρισης τάσης, το οποίο διανέμει ισότιμα ενδεχόμενες αποκοπές φωτοβολταϊκής παραγωγής, ενώ διασφαλίζει την εύρυθμη λειτουργία του δικτύου.
• Μια οικονομικά αποδοτική λύση για την αποσυμφόρηση του δικτύου διανομής, μέσω βελτιστοποιημένης διαχείρισης μονάδων αποθήκευσης ενέργειας.
• Ένα μηχανισμό προκαταρτικής αξιολόγησης των προσφορών που υποβάλλονται στην αγορά ενέργειας από τις διεσπαρμένες ανανεώσιμες πηγές, ώστε να διασφαλίζεται η ορθή λειτουργία του δικτύου διανομής.
• Ένα σύστημα ανίχνευσης εισβολών, που εντοπίζει κυβερνοαπειλές σε πραγματικό χρόνο και ενισχύει την ανθεκτικότητα της ενεργειακής υποδομής.

Ο τρίτος άξονας εστιάζει στη βελτιστοποίηση της διαχείρισης ενέργειας για διεσπαρμένες ανανεώσιμες πηγές ενέργειας και έξυπνα κτίρια. Στο πλαίσιο αυτό αναπτύχθηκαν:

• Μια ψηφιακή λύση για την οικονομικά βέλτιστη διαχείριση ανανεώσιμων πηγών και συστημάτων αποθήκευσης ενέργειας σε κτίρια, που επεκτείνει τη διάρκεια ζωής των μπαταριών.
• Μια υβριδική μοντελοποίηση της θερμικής συμπεριφοράς του κτιρίου για την ακριβή πρόβλεψη εσωτερικών θερμοκρασιών και την οικονομική διαχείριση της ενέργειας.
• Ένα ψηφιακό δίδυμο υψηλής ακρίβειας για έξυπνα κτίρια, το οποίο ενσωματώνει δεδομένα σχετικά με την ενεργειακή κατανάλωση, τη θερμική συμπεριφορά και την ποιότητα του εσωτερικού αέρα, προκειμένου να αξιολογεί στρατηγικές ελέγχου και να βελτιστοποιεί τη λειτουργία του συστήματος.

Οι καινοτόμες λύσεις του INVERGE έχουν δημοσιευθεί σε 5 επιστημονικά περιοδικά και έχουν παρουσιαστεί σε 7 διεθνή συνέδρια, σε τομείς που αφορούν τη διαχείριση ενέργειας, τον έλεγχο έξυπνων δικτύων και την κυβερνοασφάλεια. Πέρα από την επιστημονική του συνεισφορά, το έργο άνοιξε τον δρόμο για νέα ερευνητικά έργα όπως είναι το HYNET, το OMRES, το TwinEU, το ePowerMove, το OptimRES, το ANTS, το GridGnosis και το 6G-versus, τα οποία θα εφαρμόσουν και θα αξιολογήσουν τις μεθοδολογίες του INVERGE σε πραγματικά περιβάλλοντα, αυξάνοντας τη λειτουργικότητα και την τεχνολογική τους ετοιμότητα.

Οι καινοτομίες που αναπτύχθηκαν στο πλαίσιο του έργου INVERGE θέτουν τις βάσεις για πιο αυτόνομα, ευφυή, ανθεκτικά και περιβαλλοντικά φιλικά ηλεκτρικά δίκτυα, συμβάλλοντας στις παγκόσμιες προσπάθειες για κλιματική ουδετερότητα και απεξάρτηση από τα ορυκτά καύσιμα.

Το έργο INVERGE έλαβε χρηματοδότηση από το Ίδρυμα Έρευνας και Καινοτομίας της Κύπρου, μέσω του Προγράμματος Restart 2016-2020 «Καλλιέργεια Κουλτούρας ΕΤΑΚ» – Διαγωνισμός «Κυπριακό Βραβείο Έρευνας – Νέος Ερευνητής», κάτω από τη σύμβαση χρηματοδότησης CULTURE/AWARD-YR/0322 B/0003