Decentralizovaná energetika a její optimalizace

Abstract

Práce analyzuje probíhající změny v energetice, které se týkají všech jejich částí, tedy výroby, přenosu a distribuce. Tyto změny byly odstartovány klesajícím podílem konvenčních zdrojů v elektrizační soustavě a také novými spotřebiči. Zajištění spolehlivé dodávky se stává stále těžším úkolem jak pro přenosovou soustavu, tak pro distribuci. V návaznosti na tyto skutečnosti se práce zabývá prvky a principy, které tvoří decentralizované soustavy, jakožto nástroje, který může zmírnit negativní dopady probíhajících změn. Cílem je odhalit možnosti řízení a provozu decentralizovaných soustav, aby se z hlediska soustavy celé elektrizační soustavy chovaly neutrálně z pohledu potřeby služeb výkonové rovnováhy, případně soustavě ulehčily. Práce se dále zabývá matematickým modelováním prvků spotřeby, výroby a akumulace v decentralizovaných soustavách, dále návrhem jejich provozu a výslednou optimalizací, která povede z pohledu decentralizované soustavy k úsporám a z pohledu elektrizační soustavy ke sníženým nárokům na výrobu a na služby výkonové rovnováhy. Pro ukázku přínosů vytvořeného modelu byl vybrán reálný modelový případ malé decentralizované soustavy v podobě výrobního podniku s více zdroji energonositelů. Byly vypočítány průběhy výkonů a energií s optimalizovaným řízením spotřeb energií a byl vyhodnocen jeho přínos na spotřební diagram. Přínosem této práce je změna pohledu na spotřebu jakožto pasivní prvek energetiky, práce poskytuje různé cesty jak co nejvíce přizpůsobit spotřebu podle potřeb elektrizační soustavy. Za indikátor potřeb elektrizační soustavy je pro potřeby této práce uvažována cena elektřiny na denním trhu.

This work analyzes ongoing changes in the energy sector, which affect all its components - generation, transmission, and distribution. These changes have been triggered by the decreasing share of conventional sources in the power grid and the introduction of new types of consumption devices. Ensuring reliable supply is becoming an increasingly difficult task for both transmission and distribution systems. In response to these developments, the paper focuses on elements and principles that form decentralized systems, which can serve as tools to mitigate the negative impacts of these changes. The goal is to explore management and operational possibilities of decentralized systems so that they behave neutrally in terms of power balance services from the perspective of the overall power grid, or even ease the burden on the grid. The paper also deals with mathematical modeling of consumption, generation, and storage components in decentralized systems, as well as the design of their operation and subsequent optimization. This leads to cost savings from the perspective of decentralized systems and reduced demands on generation and power balance services from the perspective of the grid. For demonstration purposes, a real model case of a small decentralized system, in the form of a production company with multiple energy sources, was selected. Power and energy profiles were calculated using optimized energy management, and its contribution to the consumption diagram was evaluated. The contribution of this work is a shift in the perception of consumption as a passive element of the energy sector. It provides various ways to adapt consumption to meet the needs of the power grid. In this work, the indicator of grid needs is the electricity price on the day-ahead market.