การบริหารจัดการหน่วยผลิตไฟฟ้าของโรงไฟฟ้าพลังน้ำบูรณาการร่วมกับระบบกักเก็บพลังงานด้วยแบตเตอรี่เพื่อเพิ่มกำลังผลิตสำรองพร้อมจ่าย

Abstract

การเพิ่มขึ้นของการผลิตไฟฟ้าจากพลังงานหมุนเวียนส่งผลกระทบต่อเสถียรภาพของระบบไฟฟ้า ทำให้ระบบไฟฟ้าจำเป็นต้องมีความยืดหยุ่นเพิ่มขึ้น การไฟฟ้าฝ่ายผลิตแห่งประเทศไทย (กฟผ.) มีเป้าหมายในการเพิ่มความยืดหยุ่นของระบบไฟฟ้า โดยการเพิ่มกำลังผลิตสำรองพร้อมจ่ายจากโรงไฟฟ้าของ กฟผ. อย่างไรก็ตาม ในปัจจุบันกำลังผลิตสำรองพร้อมจ่ายในระบบไฟฟ้าของ กฟผ. ส่วนใหญ่มาจากโรงไฟฟ้าพลังความร้อนร่วม ซึ่งการใช้โรงไฟฟ้าพลังความร้อนร่วมเป็นโรงไฟฟ้าหลักในการสนับสนุนกำลังผลิตสำรองพร้อมจ่ายเป็นสิ่งที่ควรหลีกเลี่ยง เนื่องจากเครื่องกำเนิดไฟฟ้าต้องทำงานต่ำกว่าพิกัด ทำให้ประสิทธิภาพการทำงานต่ำและต้นทุนการผลิตไฟฟ้าเพิ่มขึ้น ในขณะที่การเพิ่มกำลังผลิตสำรองพร้อมจ่ายจากโรงไฟฟ้าพลังน้ำเป็นสิ่งที่ทำได้ยาก เนื่องจากข้อจำกัดกำลังผลิตต่ำสุดของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าและการขาดการบริหารจัดการเครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่มีหลายเครื่องอย่างบูรณาการ เพื่อแก้ปัญหาที่กล่าวมาข้างต้น วิทยานิพนธ์นี้จึงนำเสนอแนวคิดการบูรณาการระบบกักเก็บพลังงานด้วยแบตเตอรี่ร่วมกับโรงไฟฟ้าพลังน้ำเพื่อขยายย่านการทำงานของโรงไฟฟ้า และพัฒนาอัลกอริทึมสำหรับการบริหารจัดการหน่วยผลิตไฟฟ้า เพื่อประสานการทำงานร่วมกันระหว่างเครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่มีหลายเครื่องของโรงไฟฟ้าพลังน้ำกับระบบกักเก็บพลังงานด้วยแบตเตอรี่ โดยตัวอย่างที่ใช้เป็นกรณีศึกษาในวิทยานิพนธ์นี้ คือ โรงไฟฟ้าพลังน้ำเขื่อนรัชชประภา ทั้งนี้อัลกอริทึมของการบริหารจัดการหน่วยผลิตไฟฟ้าที่นำเสนอในงานวิทยานิพนธ์นี้ได้พิจารณาการทำงานของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าให้สอดคล้องตามข้อจำกัดจากแนวปฏิบัติ ณ ปัจจุบันของโรงไฟฟ้าพลังน้ำเขื่อนรัชชประภาด้วย นอกจากนี้ การทำงานในรูปแบบโรงไฟฟ้าเสมือนยังถูกนำมาประยุกต์ใช้ เพื่อรักษาความสามารถของการทำงานร่วมกันระหว่างศูนย์ควบคุมระบบกำลังไฟฟ้าแห่งชาติและโรงไฟฟ้าพลังน้ำเขื่อนรัชชประภา เพื่อให้การประยุกต์ใช้แนวคิดที่นำเสนอกับระบบจริงเป็นไปได้โดยไม่ต้องปรับเปลี่ยนวิธีการควบคุม ณ ปัจจุบันของศูนย์ควบคุมระบบกำลังไฟฟ้าแห่งชาติ แนวคิดการบริหารการทำงานของโรงไฟฟ้าพลังน้ำเขื่อนรัชชประภาที่นำเสนอถูกทดสอบโดยการจำลองด้วยโปรแกรม DIgSILENT โดยอาศัยข้อมูลการควบคุมกำลังผลิตของโรงไฟฟ้าขนอมของศูนย์ควบคุมระบบกำลังไฟฟ้าแห่งชาติเพื่อการเปรียบเทียบ ผลการจำลองแสดงให้เห็นว่า 1) เครื่องกำเนิดไฟฟ้าทั้ง 3 เครื่อง ของโรงไฟฟ้าพลังน้ำเขื่อนรัชชประภาสามารถขยายย่านการจ่ายกำลังผลิตได้ตามที่กำหนด ผ่านการประสานการทำงานร่วมกับระบบกักเก็บพลังงานด้วยแบตเตอรี่ภายใต้เงื่อนไขกำลังผลิตต่ำสุดและข้อจำกัดจากแนวปฏิบัติการเดินและหยุดการทำงานของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า 2) ในแต่ละสถานะการผลิตไฟฟ้า ระบบกักเก็บพลังงานด้วยแบตเตอรี่สามารถเลือกทำงานในโหมดอัดประจุหรือโหมดคายประจุได้ ทำให้สามารถรักษาสถานะประจุให้อยู่ในช่วงที่กำหนดได้ โดยไม่ส่งผลกระทบต่อการจ่ายกำลังผลิตของโรงไฟฟ้าพลังน้ำเขื่อนรัชชประภา และ 3) โรงไฟฟ้าพลังน้ำเขื่อนรัชชประภาสามารถสนับสนุนกำลังผลิตสำรองพร้อมจ่ายได้เพิ่มมากขึ้นกว่าการทำงานแบบเดิม ส่งผลให้สามารถใช้โรงไฟฟ้าพลังน้ำเขื่อนรัชชประภาทำงานแทนที่เครื่องกำเนิดไฟฟ้าของโรงไฟฟ้าพลังความร้อนร่วมขนาดใหญ่ได้ ดังนั้นแนวคิดการบริหารจัดการหน่วยผลิตไฟฟ้าของโรงไฟฟ้าพลังน้ำบูรณาการร่วมกับระบบกักเก็บพลังงานด้วยแบตเตอรี่ที่นำเสนอในวิทยานิพนธ์นี้จึงเป็นแนวทางใหม่ในการเพิ่มความยืดหยุ่นให้กับระบบไฟฟ้าเพื่อรองรับการเพิ่มขึ้นของการผลิตไฟฟ้าจากพลังงานหมุนเวียนได้