Search

The energy sector is characterized by a growing share of variable renewable energy sources, primarily solar and wind power plants, and the spread of electrification in the heating, transport and industry sectors. Such trends require an increase in flexibility in the power system, which can be achieved by developing smart grids and new business models. The dissertation explores the potential of local energy markets to mitigate unfavourable consumption/production patterns and contribute to maintaining voltages and currents within limits. Furthermore, if local energy trading can increase the competitiveness of local flexibility providers and improve social welfare, meaning it could serve as a mean to enhance the integration of renewable energy sources in electrical distribution networks through price incentives for supply/demand balancing. The original scientific contribution was achieved as follows: 1. Short-term model for near real-time local electricity market over a distribution network; 2. Method for determining the effects of local energy trading on voltage profiles and power flows over electrical distribution networks; and 3. Method for assessing the impacts of the local electricity market on market participants. Energetski sektor karakterizira rastući udio varijabilnih obnovljivih izvora energije, prvenstveno sunčanih i vjetrenih elektrana, te širenje elektrifikacije u sektorima grijanja, prometa i industrije. Ovakvi trendovi zahtijevaju povećanje fleksibilnosti u elektroenergetskom sustavu što se može postići razvojem naprednih mreža i novih poslovnih modela. Disertacija istražuje potencijal lokalnih energetskih tržišta za ublažavanje nepovoljnih obrazaca potrošnje i proizvodnje te doprinos održavanju napona i struja unutar granica u distribucijskim mrežama. Nadalje, modelira se i analizira mogućnost lokalnog trgovanja za povećanje konkurentnosti lokalnih pružatelja usluga fleksibilnosti i poboljšanje društvenog blagostanja, odnosno njihov potencijal za poboljšanje integracije obnovljivih izvora energije u elektroenergetske distribucijske mreže putem cjenovnih poticaja za uravnoteženje ponude i potražnje. Izvorni znanstveni doprinos postignut je na sljedeći način: 1. Kratkoročni model za lokalno tržište električne energije u gotovo stvarnom vremenu na razini distribucijske mreže; 2. Metoda za određivanje utjecaja lokalnog trgovanja električnom energijom na profile napona i tokove snaga u lokalnoj distribucijskoj mreži; i 3. Metoda za procjenu učinka lokalnih tržišta električnom energijom na tržišne sudionike.

The proceedings of the 2022 International Conference on Smart Grid Synchronized Measurements and Analytics (SGSMA2022)

Aggregating groups of consumers of different energy vectors and generating units at a single location with centralized control is known as the concept of multi-energy microgrid (MEM). However, if those potentially flexible producers and consumers do not have the ability to balance the variability and uncertainty of their renewable energy sources production within them, from the system perspective, they are seen as potential problem in maintaining the equilibrium of production and consumption. One of the key characteristics of the microgrid operation that needs to be achieved is flexibility. Main goal of this research is to quantify this ability of MEM components to provide flexibility. The thesis presents an optimization framework that includes the MILP (Mixed Integer Linear Programming) model enhanced with corrective receding horizon approach in order to capture the value of integrating multiple energy vectors, their optimal operation and their flexibility potential for low carbon energy system. Scientific contributions of the thesis include firstly a mixed integer linear optimisation model for planning and estimating long-term flexibility aspects of multi-energy microgrids; secondly receding horizon corrective scheduling based algorithm for optimal short-term operation of flexible multi-energy microgrids; and finally a model for defining the potential and value of flexibility services of multi-energy microgrids to a low-carbon power system operation. Agregiranje grupa potrošača različitih energetskih vektora te različitih proizvodnih jedinica na jednome mjestu pomoću centralnog upravljanja naziva se konceptom višeenergijskih mikromreža. No, ako je slučaj da ovi potencijalno fleksibilni potrošači i proizvođači nemaju mogućnost balansiranja varijabilnosti i neizvjesnosti proizvodnje iz obnovljivih izvora energije, onda će biti razmatrani kao izvor poremećaja u održavanju ravnoteže između proizvodnje i potrošnje. Mogućnost ostvarivanje fleksibilnog odziva u pogonu mikromreža cilj je upravljanja svim elementima mikromreže. Ovaj rad ima osnovni cilj kvantificirati utjecaj koji različiti elementi više-energijskih mikromreža imaju na fleksibilnost pogona. U sklopu provedenog istraživanja razvijen je simulacijski okvir koji koristi optimizacijski postupak spojen s upravljačkim algoritmom. Sukladno tome, doktorski rad opisuje mješovito cjelobrojni optimizacijski model koji je korišten unutar simulacijskog okvira te koji je proširen s korektivnim upravljanjem temeljenim na pristupu pomičnog horizonta. Doprinos disertacije je izražen kroz 1) mješovito cjelobrojni linearni optimizacijski model za planiranje i estimaciju dugoročne fleksibilnosti više-energijskih mikromreža; 2) algoritam vođenja fleksibilnih više-energijskih mikromreža temeljeno na korekcijskom planiranju kratkoročnog optimalnog pogona jedinica s pomičnim horizontom; 3) model za određivanje potencijala i vrijednosti fleksibilnosti usluga više-energijskih mikromreža u niskougljičnom elektroenergetskom sustavu.

The main initiators of the higher employment of the voltage source converter based (VSC) high-voltage direct-current transmission (HVDC) are the connection of offshore wind power plants and the increasing necessity for flexibility and controllability in AC power grids. Transistor-based VSC technology has also facilitated the simpler implementation of truly meshed multi-terminal direct-current (MTDC) grids. Consequently, in AC grids, more converters are being located mutually in electrical proximity, forming multi-infeed HVDC (MI-HVDC) systems. Small-signal stability analysis (SSSA) is one of the most important methods for studying the inherent characteristics of dynamic systems and is a valuable tool of their design. This analysis is employed in the thesis to investigate the influence of different control and structural parameters in the aforementioned systems. The scientific contribution of this thesis can be summarized as follows: 1.Assessment of properties of HVDC grid interaction eigenvalues with respect to the operating point and grid structure; 2.Method for tuning coefficients of voltage droop control in HVDC grids; 3.Evaluation of different voltage and reactive power regulation methods in multi-infeed HVDC systems; and 4.Determination of converter and grid parameters relevant to the boundary selection between a dynamic and a static AC grid model with voltage source converters Glavni pokretači sve veće primjene visokonaponskog istosmjernog prijenosa električne energije temeljenog na pretvaračima s naponskim ulazom su povezivanje pučinskih vjetroelektrana i povećana potreba za fleksibilnošću i upravljivošću u izmjeničnim elektroenergetskim mrežama. Tranzistorska tehnologija u pretvaračima s naponskim ulazom također je omogućila jednostavniju implementaciju zamkastih visokonaponskih istosmjernih mreža. Posljedično, u izmjeničnim elektroenergetskim mrežama, sve više pretvarača se nalazi u međusobnoj električnoj blizini (eng. multi-infeed systems). Analiza stabilnosti slaboga signala jedna je od najvažnijih metoda za proučavanje inherentnih karakteristika dinamičkih sustava i vrijedan alat za njihovo projektiranje. Ova analiza se upotrebljava u ovome radu za proučavanje utjecaja različitih upravljačkih i strukturnih parametara u spomenutim sustavima. Znanstveni doprinos ove doktorske disertacije može se sažeto predstaviti sa sljedećim: 1.Određivanje značajki interakcijskih svojstvenih vrijednosti visokonaponske istosmjerne mreže s obzirom na radnu točku i strukturu mreže; 2.Metoda za podešavanje koeficijenata proporcionalnih regulatora za distribuirano upravljanje naponom visokonaponske istosmjerne mreže; 3.Vrednovanje različitih metoda regulacije napona i jalove snage u izmjeničnoj mreži s više pretvaračkih stanica; te 4.Utvrđivanje parametara pretvarača i izmjenične mreže relevantnih za odabir granice između statičkog i dinamičkog modela izmjenične mreže s pretvaračima s naponskim ulazom.

Analiza detekcije kvara putem neizrazite logike je precizan proces gdje se mora uzeti u razmatranje veliki broj čimbenika, odnosno parametara vezanih za promatranu električnu mrežu. Kako bi se u potpunosti mogao razriješiti taj problem je potrebno teorijski razumjeti što definira neizrazitu logiku, kako se formiraju neizraziti sustavi te razumjeti što je potrebno provesti u sintezi neizrazitog regulatora. Potrebno je i teorijsko poznavanje prijenosnih mreža, njena osnovna svojstva te ponašanje cjelokupnog sustava pri pojavi kvara. Primarni kvar u većini slučajeva nije teško detektirati i definirati u samim pravilima neizrazitog regulatora, no pri definiranju sekundarnih i tercijarnih kvarova, odnosno detektiranje dijelova mreže zahvaćenih primarnim kvarom, je detaljniji posao za što je dobro složenije definirati funkcije pripadnosti kako bi se svaki detalj, koji se operatoru želi prikazati, mogao lagano definirati. U ovome diplomskome radu je teorijski razmotrena detekcija primarnog kvara i napravljen je model u programskom paketu MATLAB kako bi se prikazao proces neizrazitog zaključivanja. Detection of faults is analysed through the use of fuzzy logic. Analysis is a precise process which must consider many factors and criteria related to the observed electrical network. For that problem to be solved, it is necessary to theoretically understand the fuzzy logic, to know how to form fuzzy systems and the knowledge for synthesizing the fuzzy regulator. Theoretical knowledge of transmission networks is necessary as well, along with the basic properties and behaviour of the whole power system when fault occurs. Primary fault isn't hard to detect in most cases, and it is pretty easy to define in rules of the fuzzy regulator; harder and perhaps finer part to define are the secondary and tertiary faults which equates to detecting the parts of the network that are affected by the primary fault. For that purpose it is good to make a more complex membership functions which would allow for easier definitions of each and every detail so it can be clearly shown to the network operator. In this master's thesis, the detection of primary faults is theoretically considered and a fuzzy model was made in a computer program MATLAB to represent the process of fuzzy inference.

U ovome završnom radu prikazane su mogućnosti primjene drona u energetskom pregledu i sva pravila koja onemogućuju veću uporabu dronova u energetskom pregledu. U radu su opisani energetski pregledi i bespilotne letjelice te su prikazane obje primjene drona u energetskom pregledu. Kako bi se dočarala slika troškova takvog energetskog pregleda, napravljena je tehno-ekonomska analiza za koju su uzete za primjer 2 različite bespilotne letjelice. Te 2 letjelice su uzete iz razloga što postoje razni dronovi na tržištu koji mogu izvršiti energetski pregled pa je prikazan profesionalni dron DJI M200 u usporedbi s komercijalnim dronom Yuneec Typhoon H srednje klase. This final paper elaborates on the possibilities of drone usages when carrying out energy inspections as well as drone restrictions in energy inspections. The paper elaborates on energy inspections and drones as well as both types of drone applications in energy inspections. In order to illustrate potential costs of such inspection, technical and financial analyses, based on two different drones, were conducted. Since different types of drones can be used for energy inspection, we decided to compare a professional drone DJI M200 and a commercial drone Yuneec Typhoon H (middle class).

In this work a custom mathematical model of three-phase transmission network for calculations in the frequency-domain in EMTP-type software is developed. With the possibility of analysis of resonant frequencies and power transmission network frequency response, it can be used as well for steady-state and time-domain calculations. Developed model in EMTP-RV is validated by comparison of load-flow results with the model which primary focus is load-flow calculations, e.g. PSS/E. Frequency dependent network equivalent seen from the certain point of the network can be very useful in cases of new power plant connection, because they can be transmitted by TSOs to power plant owners or manufacturers to perform certain type of calculations. Model of frequency dependent network equivalent obtained using the Vector Fitting method is validated through comparison of time-domain results with full-network model and with on-site measurements. A case scenario of power plant connection with long HVAC cable is analyzed on developed model to show its influence on network’s frequency response and resonant frequencies. Also, a procedure for identification of areas sensitive to the change of network topology is established. In order to determine the most influential parameters of the power transmission network on frequency response, a procedure for sensitivity analysis which consists of defining an input parameters and output signals and their parameterizing with EMTP-type module for parametric studies is established. Sensitivity analysis is performed graphically and using Moriss Method. U radu je opisan postupak za razvoj modela prijenosne elektroenergetske mreže za izvođenje proračuna u frekvencijskoj domeni u EMTP-tipu računalnog alata. Uz mogućnost modela za analizu rezonantnih frekvencija i frekvencijskoga odziva prijenosne elektroenergetske mreže, može se koristiti i za proračune u ustaljenom stanju i vremenskoj domeni. Razvijeni model u EMTP-tipu računalnog alata je validiran usporedbom tokova snaga s modelom čiji je primarni fokus na proračune tokova snaga, primjerice PSS/E. Frekvencijsko ovisni ekvivalent u određenom čvorištu mreže može biti vrlo koristan u slučajevima priključenja novih elektrana, zato jer ih operatori prijenosnih sustava mogu dati na korištenje trećim stranama za potrebe izvođenja određenih proračuna. Model frekvencijsko ovisnog ekvivalenta dobivenog korištenjem Vector Fitting metode je validiran usporedbom proračuna u vremenskoj domeni sa detaljnim modelom mreže i sa rezultatima mjerenja. Na razvijenom modelu je analiziran slučaj priključenja elektrane s dugim VN kabelom kako bi se utvrdio utjecaj na frekvencijski odziv i rezonantne frekvencije. Također, uspostavljen je postupak za određivanje osjetljivih područja s obzirom na promjenu topologije mreže. Sa svrhom određivanja najutjecajnijih parametara prijenosne mreže na frekvencijski odziv, uspostavljena je procedura za provođenje analize osjetljivosti koja se sastoji od definiranja ulaznih parametara i izlaznih signala, te njihovog parametriziranja sa EMTP-tipom modula za parametarske analize. Analiza osjetljivosti je provedena grafički i korištenjem Morissove metode.

Ever since electrical substations have existed, they have been monitored and controlled by certain automation systems. Today, this task is usually carried out by Supervisory Control and Data Acquisition (SCADA) systems. SCADA systems today usually implement standardized communication protocols, thus using the standardization influence in the industry to connect to many different devices, enhancing their functionality. The most prominent of the standards is the IEC 61850 international standard (International Electrotechnical Commission) which is used in the majority of new electrical substations in the entire world. The most important enhancements the IEC 61850 standard offers are data management, communication engineering and visualization of process automation information in SCADA applications. The most common way of visualizing process automation data is through Human Machine Interface (HMI) screens in substation control centers. This common data visualization approach creates problems with supervision, control and maintenance procedures because it separates automation data from its corresponding equipment, thus slowing down engineers and making their procedures error-prone. New visualization technologies like Augmented reality (AR) and Mixed reality (MR) have recently gone through a steep maturation process and are being perfected and used in many different environments making them very relevant in any field. This thesis presents a novel methodology for visualizing process related SCADA information to enhance and facilitate human-centric activities in power grid substations such as regular equipment maintenance. The methodology is based on utilizing AR and MR visualization techniques along with the advantages of standards-based communication protocols in power grid substations. This research thesis resulted in development of proof of concept AR and MR applications which are used to display SCADA data near corresponding substation equipment demonstrating originality of the research. The applications use many visualization methods such as widgets and 3D models of substation equipment, making them user-friendly. Since displaying SCADA information needs to be executed considering soft real-time restrictions, certain tests were conducted to prove that these restrictions are respected. The main easily applicable product of the research is the development of an entire software system aimed at supporting maintenance procedures in environments such as power grid substations named the RTGo system. The system incorporates AR techniques into maintenance procedures making them faster, easier and less error-prone. Podsustavi elektroenergetskog sustava se nadziru i kontroliraju određenim sustavima za automatizaciju. Danas taj zadatak obično obavljaju SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition) sustavi. Najvažniji komunikacijski protokol koji SCADA sustavi koriste jest IEC 61850 (International Electrotechnical Commission) međunarodni standard. Bitnije značajke koje pruža IEC 61850 standard su upravljanje podacima, inženjering komunikacije i mogućnost vizualizacije procesnih podataka u SCADA aplikacijama. Procesni podaci se vizualiziraju pomoću HMI (Human Machine Interface) ekrana u kontrolnim centrima. Ovakav pristup vizualizacije podataka, iako čest, stvara probleme sa procesima nadzora, upravljanja i održavanja, jer odvaja procesne automatizacijske digitalne podatke od pripadne opreme. Nove tehnologije vizualizacije kao što su proširena stvarnost (AR – Augmented Reality) i miješana stvarnost (MR – Mixed Reality) su već prošle kroz stadij sazrijevanja i primjenjive su u mnogim okruženjima. Ova disertacija predlaže nove metode vizualizacije procesnih SCADA informacija s ciljem poboljšanja ljudskih aktivnosti u podsustavima elektroenergetskog sustava. Kao rezultat disertacijskog istraživanja razvijene su proof of concept AR i MR aplikacije koje mogu prikazivati SCADA informacije pored pripadne opreme što je ujedno i ciljana originalnost istraživanja. Glavni proizvod koji je izgrađen u potpunosti i primjenjiv je u stvarnim postrojenjima jest softverski sustav za upravljanje održavanjem podsustava elektroenergetskog sustava pod imenom RTGo. Sustav integrira AR tehnologije u procedure održavanje čime ih čini bržima, lakšima i manje podložnim greškama.

The thesis addresses the challenges related to management of energy storage with electric vehicles (EVs). Charging of EV batteries is a time-consuming process with the current state of technology and therefore, the process of charging is often coupled with the process of parking. This thesis builds on that assumption and proposes a solution how to design a parking lot with EV charging functionality so that the parking lot operator's profit is maximized while, simultaneously, the need of EV owners for parking and energy is fulfilled. Therefore, this thesis focuses on EV energy storage management through answering the questions when, where, at what price, and how long an EV should park in an EV-enabled parking spot. The original scientific contribution has been achieved as follows: - An energy storage model of electric vehicles realized as a multi-agent system consisting of electric vehicle agents, parking lot agent and electricity market agent. - Algorithms (policies) for managing energy storage based on contextual and technical factors describing electric vehicles and a parking lot, and economic inputs from electricity market. - Evaluation and techno-economic analysis of proposed algorithms for managing energy storage through an agent-based simulation of electric vehicle enabled parking lot. Doktorski se rad bavi izazovima vezanim uz upravljanje skladištenja energije s pomoću električnih vozila (EV-a). Punjenje baterija EV-a trenutno je dugotrajan proces zbog čega se navedeni proces često uparuje s procesom parkiranja. Disertacija koristi navedenu pretpostavku te predlaže rješenje za dizajn parkirališta s uslugom punjenja EV-a na način da je profit operatora parkirališta maksimiziran te da su zadovoljene potrebe vlasnika EV-a vezane uz parkiranje i punjenje. Zbog toga se disertacija fokusira na upravljanje skladištenjem energije s pomoću električnih vozila odgovaranjem na pitanja kada, gdje, po kojoj cijeni i koliko dugo EV-evi moraju parkirati na parkirno mjesto s punjačem. Ostvaren je sljedeći izvorni znanstveni doprinos: -Model skladištenja energije s pomoću električnih vozila, ostvaren kao višeagentski sustav koji se sastoji od agenata električnih vozila, agenta parkirališta i agenta tržišta električne energije. -lgoritmi (pravila) za upravljanje skladištenjem energije zasnovani na kontekstualnim i tehničkim obilježjima električnih vozila i parkirališta te relevantnim ekonomskim podacima s tržišta električne energije. -Evaluacija i tehno-ekonomska analiza predloženih algoritama za upravljanje skladištenjem energije kroz agentsku simulaciju parkirališta s podrškom za električna vozila.

Traditional transformer models available in EMTP-like software packages are not capable of representing transformer behaviour at high frequencies which occur during fast transient. Moreover, the existing high frequency transformer models are often too complex or require confidential information on transformer geometry. In this Doctoral Thesis two models of a transformer compatible with EMTP-like software packages capable of representing the electromagnetic interaction between a transformer and an electric system, as well as voltage and current at the external nodes of the transformer, are established. These models are suitable for usage in insulation coordination studies, especially for power utilities’ engineers. The developed Black Box model is based on sweep frequency response analyser measurements of the transformer’s admittance matrix, while the developed Grey Box model is based on a finite elements method calculation, derived from limited knowledge of the internal lay-out of the transformer. Both models are prepared for use in an EMTP-like software packages using the rational approximation, passivity enforcement and state space equations. The models were validated using lightning impulse tests’ measurements and transformer’s frequency response field measurements. Furthermore, the developed models were tested on a real application, taking into account the randomness of lightning. Therefore, a procedure for the calculation of transmitted lightning overvoltages through a power transformer in EMTP-like software package, which takes into account the uncertainties of the lightning current parameters, is established. As one of the developed transformer models is based on a limited knowledge of the internal lay-out of the transformer, it is important to have tools helping the engineer to debate the most influential parameters. A sensitivity analysis using the Morris’ Method is conducted to detect the most influential parameters on the electromagnetic behaviour of power transformers, as well as to detect zero-influential ones. Tradicionalni modeli transformatora dostupni u računalnim programima za proračun elektromagnetskih prijelaznih pojava (EMTP) nisu dostatni za simulaciju elektromagnetskog ponašanja transformatora pri prenaponima visokih frekvencija. S druge strane, modeli transformatora za prenapone visokih frekvencija su često složeni i zahtijevaju podatke o geometriji transformatora koji su industrijska tajna. U ovoj doktorskoj disertaciji opisana su dva razvijena modela transformatora za simulaciju elektromagnetskih interakcija između transformatora i ostatka elektroenergetske mreže te za proračun napona i struja na vanjskim stezaljkama transformatora, namijenjena upotrebi u EMTP računalnim alatima. Modeli su namijenjeni inženjerima koji rade u elektroprivredi te primjenjivi u studijama koordinacije izolacije. Razvijeni model crne kutije se temelji na mjerenju frekvencijskog odziva matrice admitancije transformatora dok se razvijeni model sive kutije temelji na proračunu elektromagnetskih polja primjenom metode konačnih elementa i ograničenog znanja o geometriji transformatora. Oba modela su prilagođena upotrebi u EMTP računalnim alatima na način da su modeli opisani pomoću matematičke metode racionalne aproksimacije te jednadžbe prostora stanja. Korištene racionalne funkcije za matematički opis modela zadovoljavaju uvjet pasivnosti. Usporedbom rezultata proračuna s mjerenjima vidljivo je da oba razvijena modela zadovoljavajuće predstavljaju transformator pri proračunu prenesenih prenapona tijekom ispitivanja udarnim impulsom te pri proračunu frekvencijskog odziva transformatora. Nadalje, razvijeni modeli su testirani pri realnom događaju kvara u elektroenergetskoj mreži, uzimajući u obzir nesigurnosti parametara struje munje. Za potrebe ove analize razvijena je procedura za proračun prenesenih prenapona transformatora uzrokovanih munjom u računalnom alatu za proračun elektromagnetskih prijelaznih pojava, koja uzima u obzir nesigurnosti parametara struje munje. Budući da je jedan od razvijenih modela transformatora temeljen na ograničenom znanju o geometriji transformatora, važno je napraviti alat koji će omogućiti inženjerima razumijevanje utjecaja pojedinih parametara na ponašanje modela. Analiza osjetljivosti je provedena na modelu transformatora sive kutije koristeći Morisovu metodu. Cilj takve analize bio je predvidjeti ključne, najutjecajnije parametre na elektromagnetsko ponašanje energetskog transformatora, kao i one koji imaju zanemariv utjecaj na ponašanje modela.

Interaction of two independent owners on the same reservoir (using the same water resources) was the main driver of this research. Very few papers in recent literature deal with this problem. The main objective of the thesis was to establish a framework for the coordination of two independently owned Hydro Power Plants sharing the same reservoir. The relationship between two independent hydropower companies that use water from the same reservoir is described and a model of financial interaction between an existing Hydro Company and a new Pumped Company that owns the pumped storage hydro power plant has been proposed. In this model the shared reservoir is discretized and head effects are considered. The thesis also provides proof of a possible positive effect of new Pumped Storage Hydro Power Plant on social welfare and of negative or neutral effects of Pumped Company decisions on expected Hydro Company profit. Therefore, a mechanism compensating these negative effects of the Pumped company on the Hydro Company is introduced. The basic idea is that the compensation price signal is based on the amount of pumped water, introducing the 'water trading’ concept. Two compensation methods are proposed: uniform hourly water prices, and hourly water prices based on stochastic analysis. In both methods the shared reservoir is discretized and head effects are taken into consideration. Additionally coordination between existing Hydro Power Plant and new Pumped Storage Hydro Power Plant during spillage is proposed. Two methods are proposed for Hydro Company – Pumped Company coordination during spillage. In these two methods, a simplified model is used and head effects are neglected. Results of all mentioned methods are also presented. The MILP approach was used. Optimizations were performed using the Modelling system for mathematical programming and optimization - GAMS and simulations using programming package - Matlab. Zahvaljujući svojim radnim karakteristikama, izrazitoj fleksibilnosti i razvijenoj tehnologiji reverzibilne hidroelektrane se nameću kao primarni odgovor na probleme koje u elektroenergetski sustav unosi sve veće učešće obnovljivih izvora iznimno varijabilne naravi (sunčeva energija i energija vjetra). Budući da su, kako u Hrvatskoj tako i u većini drugih zemalja svijeta, najatraktivnije lokacije za izgradnju reverzibilnih hidroelektrana već zauzete, kao rješenje se nameće pojačano korištenje postojećih vodnih resursa. Jedno od takvih rješenja je izgradnja reverzibilnih hidroelektrana kao dodatak već postojećim hidro sustavima [1]. Osnovna pretpostavka ovog istraživanja je da novi investitor odlučuje izgraditi reverzibilnu hidroelektranu koristeći neku od već postojećih akumulacija u sustavu kao donju akumulaciju, a koju koristi postojeća hidroelektrana. U okviru ove disertacije promatra se i analizira interakcija ova dva neovisna subjekta koji koriste istu akumulaciju. U dosadašnjoj literaturi ovaj problem nije značajnije analiziran. U prvom, uvodnom poglavlju definira se istraživački problem i hipoteze na kojima se temelji istraživanje i sveukupni cilj istraživanja. Diskutira se originalnost rada, očekivani znanstveni doprinosi te se navode glavna ograničenja modela. Drugo poglavlje, naslova: ‘Teorijski okvir korištenja energije vode’, navodi osnovne karakteristike i činjenice koje se odnose na pretvorbu energije vode u električnu energiju. U ovom se poglavlju ističu značenje i prednosti hidroelektrana i navode se tehnološka unaprijeđena. Treće poglavlje, naslova: ‘Određivanje voznog reda hidroelektrana’, fokusira se na posljedice događanja na tržištu električne energije, posebice procesa liberalizacije i restrukturiranja, na određivanje optimalnog voznog reda hidroelektrana. U tradicionalnom okruženju hidroelektrane su korištene za minimiziranje troškova energetskih kompanija. U novom pak okruženju vlasnici hidroelektrana teže što većem profitu. Opisani su osnovni principi i izazovi u procesu modeliranja hidroelektrana s pripadajućim hidro sustavima. Također je dan pregled literature u pogledu određivanja voznog reda elektrana, posebice hidroelektrana. U poglavlju četiri, naslova: ‘Određivanje voznog reda hidroelektrane s mogućnošću utjecaja na tržišnu cijenu’, opisan je model hidroelektrane koja posjeduje određenu tržišnu moć. Optimizacijski period je dan unaprijed sa satnim koracima. Pretpostavka je da ostali sudionici nemaju tržišnu moć, odnosno da ne mogu utjecati na tržišnu cijenu. Njihove ponude se predviđaju temeljem analize njihova ponašanja. Prikazani su rezultati metode i navedene osnovne smjernice unaprijeđena modela. Odnos između dva neovisna vlasnika hidroelektrana (hidroelektrane i reverzibilne hidroelektrane) koji koriste istu akumulaciju prikazan je u poglavlju pet, naslova: ‘Određivanje voznog reda neovisnih vlasnika hidroelektrana koji se nalaze na istom vodnom slivu’. Predstavljen je model financijske interakcije vlasnika postojeće hidroelektrane i vlasnika nove reverzibilne hidroelektrane. Model je izrađen u programskom alatu GAMS. Optimizacijski je period dan unaprijed sa satnim koracima. U obzir se uzimaju utjecaji visine vode u akumulaciji na izlaznu snagu hidroelektrane. Na kraju poglavlja su prikazani rezultati primjene ove metode. Dokaz mogućeg pozitivnog učinka nove reverzibilne hidroelektrane na društveno dobro kao i dokaz negativnog ili neutralnog utjecaja odluka vlasnika nove reverzibilne hidroelektrane na profit vlasnika postojeće hidroelektrane navedeni su u poglavlju šest, naslova: ‘Metoda za izbjegavanje negativnih učinaka nove reverzibilne hidroelektrane na očekivani profit postojeće hidroelektrane’. Utvrđuje se da je potrebno kreirati mehanizam kojim će se kompenzirati negativni učinci reverzibilne hidroelektrane na očekivani profit hidroelektrane. Ideja je da se kompenzacija obavlja pomoću naplate količine pumpane vode, odnosno uvođenje koncepta trgovanja vodom. Predložene su dvije metode kompenzacije: metoda uniformnih cijena vode i metoda određivanja satnih cijena vode temeljem stohastičke analize. Na kraju poglavlja prikazani su ostvareni rezultati. Koordinacija između vlasnika nove reverzibilne hidroelektrane i vlasnika postojeće hidroelektrane u slučajevima preljeva iz zajedničke akumulacije opisana je u poglavlju sedam, naslova: ‘Metoda koordinacije neovisnih vlasnika hidroelektrana u slučaju preljeva iz zajedničke akumulacije’. Optimizacijski period je tjedan unaprijed sa satnim koracima. U ovom dijelu koristi se pojednostavljeni model postojeće hidroelektrane (zanemaruje se ovisnost izlazne snage hidroelektrane o razini vode u akumulaciji). Predložene su dvije metode koordinacije u slučajevima preljeva i prikazani su rezultati za obje metode. Zaključak sadrži sažetak glavnih rezultata istraživanja, kritički osvrt na postignute rezultate s obzirom na postavljene hipoteze te utvrđuje temeljne smjerove nastavka istraživačkog rada. U okviru disertacije izrađen je model ekonomski učinkovite koordinacije dva neovisna vlasnika hidroelektrana koji koriste istu akumulaciju. Izrađen je i model financijske interakcije u navedenoj situaciji. Temeljem rezultata navedenih modela zaključeno je da je ovakva interakcija moguća. Potom su razvijene i predstavljene dvije metode kompenzacije negativnih učinaka vlasnika reverzibilne hidroelektrane na očekivanu dobit vlasnika hidroelektrane. Obje metode kao mehanizam naplate koriste naplatu pumpane količine vode. U prvoj metodi koriste se uniformne cijene vode tijekom cijelog dana. U drugoj metodi se satne cijene vode određuju temeljem stohastičke analize. Specijalan slučaj interakcije ovih subjekata modeliran je za periode preljeva iz zajedničke akumulacije. Naime tada se ne primjenjuje mehanizam naplate vode. Oba vlasnika pokušavaju spasiti određenu količinu vode ukoliko procijene da im je to isplativo. Predstavljene su dvije metode koordinacije vlasnika reverzibilne hidroelektrane i vlasnika hidroelektrane za slučaj preljeva iz zajedničke akumulacije. Svi predstavljeni modeli čine zaokruženu cjelinu u okviru koordinacije dva neovisna vlasnika hidroelektrana koje koriste istu akumulaciju.

Power system planning and development face new pressing challenges from climate change including the need to reduce its GHG emissions (climate change mitigation through different mechanisms such as emission trading, transition to low emission power system); and the need to adapt to climate change (climate change adaptation and vulnerability). Also, the development of energy sector should take the responsibility for the sustainable development – delivering positive and measurable impact on society, economy and environment. The main objective of the research was to develop and verify methodology and models for the assessment of emission trading and climate change impacts on sustainable power system development. Two models were designed to fit the proposed methodology. The first model is for the assessment of emission trading and fuel price impacts on long term marginal costs for different power plants. The second designed model enables measuring sustainable development indicators from generation capacity expansion. This developed algorithm enables the power system model to include emission price in power system operation and planning. Data from Croatian power system are used for the verification of proposed methodology, designed models and algorithm,. Verification steps are included: power system modeling, modeling sustainable development indicators and assessment of climate change impacts on power system planning. Finally, the integrative model based on proposed methodology, developed models and algorithm performed a wide set of modeled scenarios. This holistic approach of modeling emission trading and climate change impacts on long-term power system planning is verified by using data for Croatian power system until 2030. Results from verification of the proposed modeling are presented and discussed. Based on these results, a summary of main findings, recommendations for policy makers and energy planners, and area for further research in this field are proposed. Planiranje elektroenergetskog sustava suočeno je s novim izazovima koji dolaze od istodobne potrebe smanjenja klimatskih promjena i prilagodbe na njih. Paralelno je potrebno smanjivati emisije stakleničkih plinova i predvoditi tranziciju u niskougljičnu ekonomiju; kao i prilagoditi se na postojeće i buduće utjecaje klimatskih promjena. Pritom, potrebno je mjeriti uspoređivati i pozitivne i negativne učinke na održivi razvoj – društvo, ekonomiju i okoliš. Da bi se mogli analizirati ovi izazovi prilikom planiranja elektroenergetskog sustava, potrebni su novi modeli, nove metodologije i novi algoritmi koji omogućuju planeru da procjeni utjecaj klimatskih promjena i trgovanja emisijama na održivi razvoj kroz povećanje konkurentnosti niskougljičnih tehnologija. U uvodnom poglavlju, predstavljeni su izazovi trgovanja emisijama i klimatskih promjena na planiranje i razvoj elektroenergetskog sustava. Definira se istraživački problem, hipoteze na kojima se temelji istraživanje i sveukupni cilj istraživanja. Diskutira se originalnost rada, očekivani znanstveni doprinosi, ciljana skupina kojoj su rezultati istraživanja namijenjeni te se navode glavna ograničenja rada. U drugom poglavlju („Niskougljični razvoj i klimatske promjene“) fokus je stavljen na važnost utjecaja klimatskih promjena, klimatskih pregovora i niskougljičnog razvoja na elektroenergetski sustav. Treće poglavlje („Trgovanje emisijama – teoretska i praktična pozadina“) analizira se utjecaj trgovanja emisijama na konkurentnost niskougljičnih tehnologija. Dan je pregled tržišta emisija stakleničkih plinova u svijetu, te teoretska pozadina trgovanja emisijama. U četvrtom poglavlju („Dugoročno planiranje elektroenergetskog sustava s trgovanjem emisijama“) analiziraju se utjecaji trgovanja emisijama na dugoročno planiranje elektroenergetskog sustava promatranjem marginalnih troškova proizvodnje električne energije i marginalnih krivulja smanjenja emisija stakleničkih plinova. U petom poglavlju („Modeliranje elektroenergetskog sustava i njegovog utjecaja na održivi razvoj“) istražena je klasifikacija modela za energetsko i elektroenergetsko planiranje, te su propitane njihove značajke važne za mjerenje utjecaja na održivi razvoj. Uvodna poglavlja daju osnove za predstavljanje glavnog predmeta istraživanja - razvoj i verifikacija razvijene metodologije i modela za procjenu utjecaja trgovanja emisijama i klimatskih promjena na održivi razvoj kroz porast konkurentnosti niskougljičnih tehnologija. Metodologija za procjenu utjecaja klimatskih promjena i trgovanja emisijama na planiranje elektroenergetskog sustava prikazana je u šestom poglavlju („Predložena metodologija i modeli“). Opisana je metodologija koja je razvijena u doktorskom radu, a koja će biti iskorištena za provjeru postavljene hipoteze putem shematski opisanih koraka planiranje elektroenergetskog sustava. U ovom poglavlju, opisana su i dva modela koja su predložena i dizajnirana, te razvijeni algoritam. Prvi od tih modela je nazvan „Model za procjenu pokazatelja održivog razvoja“ i omogućuje planeru usporedbu različitih scenarija novih proizvodnih kapaciteta, mjerenjem njihovog utjecaja na održivi razvoj. Drugi model je nazvan „Model za procjenu utjecaja trgovanja emisijama na granične troškove elektrana“ i on procjenjuje utjecaj cijene energenata i emisija na konkurentnost obnovljivih izvora energije. Razvijeni algoritam omogućava da se prilikom modeliranja elektroenergetskog sustava uključi i utjecaj trgovanja emisijama u planiranje i rad samog elektroenergetskog sustava. Sedmo poglavlje („Verifikacija predložene metodologije, modela i algoritma s upotrebom podataka iz Hrvatske“) koristi podatke iz Hrvatske da verificira predloženu metodologiju, modele i algoritam. Verifikacija je napravljena u nekoliko koraka, počevši od planiranja godine unaprijed do dugoročnog modeliranja elektroenergetskog sustava, modeliranja indikatora održivog razvoja i procjene utjecaja klimatskih promjena na elektroenergetski sustav. Cjelovit pristup modeliranju utjecaja klimatskih promjena i trgovanja emisijama na planiranje elektroenergetskog sustava verificiran je koristeći podatke iz Hrvatske za 2030. godinu, a rezultati modeliranja su opisani i prodiskutirani. Zaključak sadrži sažetak glavnih rezultata istraživanja, kritički osvrt na postignute rezultate s obzirom na postavljene hipoteze, daje preporuke donosiocima politika te utvrđuje temeljne smjerove nastavka istraživačkog rada. Glavni predmet istraživanja je razvoj i verifikacija razvijene metodologije i modela za procjenu utjecaja trgovanja emisijama i klimatskih promjena na održivi razvoj kroz porast konkurentnosti niskougljičnih tehnologija. Prilikom istraživanja, ostvaren je sljedeći izvorni znanstveni doprinos: - Predložena je metodologija za procjenu utjecaja trgovanja emisijama i klimatskih promjena na održivi razvoj. Metodologija uključuje holističku procjenu utjecaja klimatskih promjena na elektroenergetski sustav i procjenu utjecaja trgovanja emisijama na porast konkurentnosti obnovljivih izvora energije; - Dva modela su razvijena tijekom rada na disertaciji –Model za procjenu pokazatelja održivog razvoja koji omogućuje planeru usporedbu različitih scenarija novih izgrađenih elektrana u sustavu mjerenjem njihovog utjecaja na održivi razvoj; i Model za procjenu utjecaja trgovanja emisijama na granične troškove elektrana koji procjenjuje utjecaj cijene trgovanja emisijama i energenata na konkurentnost obnovljivih izvora energije. Primjena oba modela osnažuje proces dugoročno planiranja razvoja elektroenergetskog sustava, donošenje novih politika i strategija te pomaže prilikom donošenja odluka prilikom adresiranja izazova utjecaja klimatskih promjena; - Predložen je i razvijen algoritam za modeliranje utjecaja trgovanja emisijama na elektroenergetski sustav, koji je na kraju i implementiran u model PLEXOS. Time je model PLEXOS osposobljen prilikom simuliranja rada i planiranja elektroenergetskog sustava uzeti u obzir i utjecaj cijene emisija, te pratiti njen utjecaj na profitabilnost pojedinih elektrana, visinu cijene električne energije i promjenu u voznom redu elektrana; - Predložena metodologija i razvijeni modeli i algoritam su verificirani podacima iz hrvatskog elektroenergetskog sustava – to predstavlja prvi pokušaj procjene i modeliranja utjecaja klimatskih promjena na planiranje elektroenergetskog sustava; ali također i omogućuje razvoj i sagledavanje širokog raspona opcija i scenarija prilikom adresiranja trgovanja emisijama i procjene konkurentnosti niskougljičnih tehnologija.

The share of renewable energy sources in electric power systems around the world is rapidly increasing and this trend is expected to continue in the future. According to "EU Energy and Climate Package" the European Union has set ground for future strategies indicating a goal of 20% share of renewable energy sources in total energy mix by the year 2020, together with 20% more efficient energy use, 20% reduced CO2 emissions and 10% more efficient transport. Several reports and documents indicate that development of Smart Grids and related technologies will be a key component in successful integrations of renewables. However, majority of the current energy system strategies, even in the Smart Grid concept, decouple different energy vectors and propose operational and strategic development schemes independent of each other. This in particular relates to cities as the number of people living in the cities is constantly increasing (today almost 70% of Europe’s population is living in the cities) and are producing around 80% of global carbon emissions. To this, energy is contributing with 75%. In the above mentioned context, modern cities need to be looked at as energy hubs where strategic planning decisions are a multilayer problem describing interactions between different infrastructures and multiple energy vectors. Capturing interactions between different infrastructures and taking into account a number of relevant factors needs to be recognized as a necessity for environmental and economic analyses in sustainable multi-energy system development. Electricity sector decarbonising strategies, supporting integration of renewable energy sources, are followed by the similar actions in heating, displacing carbon emissions usually by electrifying heat. In addition, growing environmental awareness and strong political support have promoted electric vehicles (EV) as an attractive means of transportation. This in turn means that two energy sectors, majorly contributing to overall CO2 emissions are directing their future decarbonising strategies towards electrification. The question is will future heat sector, based on electric heat pumps and electric resistors, and the electrified transport system in form of increasing EV integration, bring additional value in achieving goals of reducing CO2 emissions, or will the new passive electric load just further increase this issue. Opponents of integrating renewable energy sources frequently point out the uncertainty and variability of electricity production from renewable energy sources resources and difficulties related to planning and accurately predicting their output in time. A large share of variable production will inevitably cause changes in the electric power system control and dynamics and if concepts to system operation and planning do not change, electrification actions could have the opposite effect from the desired one. Distributed Generation is seen by many as the electricity production paradigm of the new millennium. In recent years, the Distributed Multi-Generation (DMG) concept has emerged as a concept of operation and planning beyond electricity only approach, whereby DG technologies based on thermal prime movers are capable of increasing the overall generation efficiency by producing manifold forms of energy, such as electricity, heat, cooling. Distributed Multi-Generation has the potential to provide primary energy saving and emission reduction relative to conventional separate generation. The power/energy a single distributed generation unit can provide to the system is rather small, thus there is a need for an aggregated market subject called a Virtual Power Plant (VPP), which is linking-up multiple small distributed power sources like wind turbines, combined heat and power (CHP) units, photovoltaic systems and flexible loads. Centralized control and participation in electricity market as one entity can bring benefits in terms of providing different services and better forecasting due to generation and consumption aggregation. On the above premise, the aim of this thesis is to define a comprehensive and unified techno-economic and environmental modelling and optimization framework for the operational and planning evaluation of different DMG options for district energy systems. The concept of flexibility, seen here from the twofold point of view of operational flexibility (capability to respond to price signals in close to real time) and planning flexibility (robustness to evolving scenarios and capability to adapt to changing market conditions), will be analyzed in detail for the different options. Sigurnost opskrbe energijom danas još uvijek velikim dijelom ovisi o dostupnosti osnovnih energenata, fosilnih goriva. Istovremeno projekcije potrošnje električne energije predviđaju utrostručenje ukupne potrošnje energije u svijetu do 2050. godine. Upravo iz tih razloga, u dokumentu "EU Energy and Climate Package", razvojna energetska politika Europske unije postavila je ciljeve: 20% udjela obnovljivih izvora energije, 20% povećanu učinkovitost korištenja energije, 20% manje emisije CO2 i 10% veću učinkovitost prometnog sektora do 2020. godine. Danas je udio obnovljivih izvora u ukupnoj proizvodnji oko 3%, no pretpostavlja se da će se taj postotak udvostručavati svake tri godine. Kao jedan od ključnih čimbenika u uspješnoj integraciji visokog udjela obnovljivih izvora energije promovira se implementacija koncepata naprednih energetskih mreža - Smart Grida. Većina energetskih strategija danas, čak i u konceptu Smart Grida, razdvaja planiranja i strategije energetskih sektora, ne prepoznajući važnost i prednosti njihove interakcije. Posebno se to odnosi na gradove, u kojima danas u Europi živi preko 70% populacije, koji proizvode oko 80% globalnih emisija stakleničkih plinova. Stoga moderne gradove treba razmatrati kao energetska čvorišta u kojim se odvijaju interakcije svih energetskih vektora, te njihove strategije planiranja i razvoja moraju usvojiti multidisciplinarni pristup. Jedino obuhvaćanjem velikog broja relevantnih faktora, koji adekvatno opisuju uzročno posljedične povezanosti, moguće je provesti kvalitetnu strategiju održivog razvoja za budućnost. Strategije usmjerene na dekarbonizaciju elektroenergetskog sektora prate slične smjernice u toplinskom sektoru, gdje se koncepti smanjenja CO2 emisija uglavnom usmjeravaju prema elektrifikaciji grijanja. Razvijena ekološka svijest istovremeno utječe na sve veće usmjeravanje prometnog sektora prema električnim vozilima kao učinkovitom, ekološkom i atraktivnom načinu prijevoza u budućnosti. Posljedično, to znači da dva važna sektora, koji doprinose ukupnim CO2 emisijama preko 70%, usmjeravaju svoje strategije prema elektrifikaciji. Postavlja se pitanje hoće li budući toplinski sektor, temeljen na dizalicama topline i električnim grijačima te promet usmjeren električnim vozilima, doprinijeti smanjenju stakleničkih plinova ili će se ponašati kao dodatni pasivni teret i još više produbiti problem. Pitanje je na koji način će se takve promjene reflektirati na budući elektroenergetski sektor. Protivnici integracije obnovljivih izvora energije naglašavaju promjenjivu i nepredvidljivu prirodu proizvodnje kao prepreku dobrom vođenju budućih elektroenergetskih sustava; s razlogom, jer veći broj obnovljivih izvora energije neminovno traži promjenu koncepata vođenja sustava, kako učinak njihove integracije ne bi bio upravo suprotan željenom. Pravo pitanje je koje su to promjene potrebne i na kojim razinama se moraju provesti kako bi se mogli uspješno ostvarili zacrtani ciljevi. Distribuiranu proizvodnju mnogi vide kao paradigmu proizvodnje električne energije u novom tisućljeću. U posljednjih nekoliko godina koncept distribuiranih jedinica nadišao je razinu proizvodnje električne energije, pri čemu su tehnologije distribuirane proizvodnje koje se temelje na unutrašnjem izgaranju sposobne povećati ukupnu učinkovitost proizvodnjom više oblika korisne energije poput električne energije te energije grijanja i hlađenja. Pritom se iskorištava otpadna toplina (na primjer u klasičnim kogeneracijskim postrojenjima) i/ili međusobnim povezivanjem takvih jedinica kao na primjer električne dizalice topline s rashladnim, apsorpcijskim uređajima te toplinskim spremnicima. Višegeneracijske jedinice imaju potencijal uštede primarne energije i smanjenja emisije stakleničkih plinova u odnosu na konvencionalnu, odvojenu proizvodnju korisnih oblika energije. Unatoč tome jedinice distribuirane proizvodnje danas su najčešće spojene na elektroenergetsku mrežu kao pasivni subjekti, njihova proizvodnja određena je ili samo pokrivanjem zahtjeva za toplinskom energijom (u tom slučaju električna energija je nusprodukt koji se predaje u elektroenergetsku mrežu) ili iznosom poticaja koji je moguće dobiti za električnu energiju predanu u mrežu, čime se ubrzava povrat njihove investicije. Ovakav način rada i pristupa rijetko odgovara zahtjevima sustava, a puno češće stvara probleme tehničke prirode. Razlozi ovakvog načina rada su višestruki, od neutvrđenih adekvatnih regulatornih okvira, nepostojanja naprednih upravljačkih algoritama, do nedovoljno razvijene ICT infrastrukture, kojom bi se prikupljali i slali odgovarajući procesni podatci za upravljanje spomenutim jedinicama. Distribuirani energetski sustavi stoga će imati značajnu ulogu u stvaranju održive energetske budućnosti. Višegeneracijske jedinice za kombiniranu proizvodnju različitih energetskih vektora su učinkovito rješenje za povećanje energetske učinkovitosti. Najjednostavniji koncept više energetske proizvodne jedinice je kogeneracijska elektrana koja proizvodi toplinsku i električnu energiju iz istog ulaznog goriva, a njene prednosti u odnosu na odvojenu konvencionalnu proizvodnju dobro su poznate. S druge strane, električne dizalice topline smatraju se učinkovitom i ekonomičnom alternativom postojećim kotlovima, a imaju sposobnost smanjenja emisija stakleničkih plinova u sektoru toplinarstva (samo u slučaju kada i elektroenergetski sektor postaje dekarboniziran). Veća integracija električnih dizalica znatno povećava opterećenja elektroenergetske mreže na koju se priključuju, pa odabir ove tehnologije neminovno zahtijeva daljnja ulaganja u elektroenergetsku infrastrukturu. Standardne kogeneracijske jedinice malih i srednjih instaliranih snaga (do 10 MW) imaju zanemarivu sposobnost u reagiranju na tržišne cijene električne energije i samim time na zahtjeve elektroenergetskog sustava. Da bi mogle reagirati na upravljačke signale, kogeneracijske jedinice trebaju biti fleksibilnije, te je upravo iz ovog razloga prepoznata važnost povezivanja takvih jedinica sa spremnicima topline. I dok su prednosti povezivanja kogeneracijskih jedinica sa spremnicima topline jasne, potencijal spajanja kogeneracijskih jedinica i dizalica topline (uz dodatak toplinskog spremnika), s ciljem povećanja fleksibilnosti u odnosu na zahtjeve sustava, je manje istražen. Ovakav koncept imao bi dodatnu vrijednost u budućim elektroenergetskim sustavima s velikim udjelom obnovljivih izvora energije, kad je moguće višak proizvedene električne energije iskoristiti preusmjeravanjem između energetskih vektora. Aktualna istraživanja sugeriraju da bi upravo kombinacija više tehnologija mogla biti optimalno rješenje u suočavanju s promjenjivošću elektroenergetskog opterećenja, uzrokovanom povećanim udjelom obnovljivih izvora energije, no to pitanje još nije sustavno istraženo. Nadalje, ne postoje praktična iskustva, a vrlo je malo sustavnih modela distribuiranih višeenergetskih jedinica, posebno onih temeljenih na kombinaciji kogeneracije i dizalica topline, te stoga njihova uloga ostaje prilično nejasna. Neizvjestan i vrlo dinamičan kontekst budućeg energetskog sustava otvara put istraživanju novih, složenih i inovativnih mogućnosti, temeljenih na kogeneracijskim jedinicama i dizalicama topline, koje bi mogle biti učinkovito implementirane s ciljem poboljšanja ekonomskih i ekoloških performansi budućih energetskih sustava. Dodatni izazov predstavlja integracija cjelovitog višegeneracijskog sustava, koji obuhvaća cijeli niz tehnologija prilagođenih različitim tipovima potrošača i potrošnji različitih energetskih vektora. Složenost ovog problema povećava se ukoliko takav sustav mora biti u mogućnosti održavati stabilnost i sigurnost opskrbe zasebno od ostatka energetskog sustava. Koncept je posebno zanimljiv u industrijskim postrojenjima, gdje postoji relativno konstantna potrošnja više energetskih vektora te je neprekinutost opskrbe od velike važnosti. Ovakvi integrirani koncepti moraju imati veliku fleksibilnost u radu te biti sposobni odgovoriti na promjene u potražnji ili cijeni energije/energenata. Ta sposobnost se očituje u mogućnosti premještanja proizvodnje s jednog energetskog vektora na drugi kao i u skladištenju određenog energetskog vektora u adekvatnim spremnicima, čime krajnji korisnik/potrošač uvijek dobije željenu energetsku uslugu. Posebno je važno naglasiti da takvi sustavi ostvaruju i značajne uštede emisija CO2, a njihove tehničke karakteristike omogućuju znatno veću integraciju neupravljivih, ali CO2 neutralnih, obnovljivih izvora energije, kao što su solarne i vjetroelektrane. S obzirom na to da su jedinice distribuirane proizvodnje najčešće male snage, do nekoliko MW, nisu u mogućnosti sudjelovati na tržištu električnom energijom. Postoje izuzetci, kao što su tržišta Njemačke i Danske, međutim s obzirom na mali utjecaj, njihovo sudjelovanje ograničeno je na tržište dan unaprijed. Agregiranjem u jedan tržišni subjekt, poznat kao virtualna elektrana, takve jedinice imaju mogućnost boljeg pozicioniranja na tržištu te mogućnost sudjelovanja na više tržišta koja pružaju različite usluge. Iz navedenih pretpostavki postavljen je cilj ovog rada: definirati cjeloviti i jedinstveni tehno-ekonomski i okolišni model, te izgraditi optimizacijsku platformu za operativno planiranje različitih višegeneracijskih sustava. Takvi sustavi moraju biti fleksibilni, kako bi mogli odgovarati na signale i zahtjeve sustava. Koncept fleksibilnosti, promatran s dvojakog gledišta operativne fleksibilnosti (sposobnost da reagira na cjenovne signale u stvarnom vremenu), i fleksibilnosti planiranja (robusnost prema razvijenim scenarijima i sposobnost prilagodbe promjenama tržišnih uvjeta), detaljno je analiziran za različite opcije. Kroz analize osjetljivosti za svaku višegeneracijsku jedinicu pokazana je njena fleksibilnost, te izračunate ekonomske i okolišne prednosti koje je moguće postići koordiniranjem i grupiranjem kogeneracijskih jedinica s dizalicama topline i toplinskim spremnicima. U doktorskoj disertaciji bit će prikazana sustavna i sveobuhvatna slika prednosti i nedostataka različitih opcija višegeneracijskih jedinica.

For the purpose of a comprehensive review of power system operation with the connection of wind power plants, this review is presented in two articles. The first article presents the main concepts of wind power plants, technical possibilities of wind power plant operation and all requested criteria for connecting the wind power plant to the power system. In the second article the power quality after connecting wind power plant to the distribution network, energy losses in distribution network with connected wind power plant and feasibility and development of electrical energy production with wind power plants in the power system of the Republic Croatia are considered.

Access to energy is crucial enabling condition for economic and social growth of the society in general. On the other hand, activities like production, transportation and use of energy are the main contributors to huge and growing environmental problems, ranging from pollution of local and regional character to global problems such as greenhouse effect. In that sense, it is necessary to find a solution that will bring balance between these two, at first sight, opposite aims. Proper energy and environmental protection policies have to provide both the minimisation of negative impact on the environment and the security of energy supply, in the most cost-effective manner. Hence, the essential objective of any policy is to promote efficient energy management. This thesis gives a detailed representation of energy management concept. The multilevel approach is used – energy management is analysed at international, national (state) and site level. The most important international agreements that are dealing with energy efficiency are presented. Special attention is given to the position of energy end-use efficiency in the European Union’s overall energy policy. Based on EU experience, comprehensive overview of barriers and possibilities for energy efficiency improvements is given. The reasons why energy management must be a national matter are pointed out and key elements for successful national energy management programme development are analysed. Energy efficiency potentials in the Republic of Croatia are examined, the most important barriers to better energy management are identified and possible solutions based on international, especially Norwegian experiences are proposed. The last was to analyse energy management issues at site level, i.e. key elements for programme implementation are described. Not only technological and economical aspects are presented, but also organisational and psychological driving forces that will ensure the continuity of energy management process are addressed. Dostupnost energije ključan je uvjet za ostvarivanje socio-ekonomskog rasta svakog društva. S druge strane, aktivnosti proizvodnje, transporta te potrošnje energije uvelike doprinose velikim i rastućim ekološkim problemima, koji sežu od onečišćenja lokalnog i regionalnog karaktera pa sve do globalnih problema poput globalnog zagrijavanja. Neophodno je, stoga, organizirati energetske sustave na način koji će uzeti u obzir ove međuodnose. Energetska politika te politika zaštite okoliša trebaju ponuditi rješenja koja će minimizirati negativne utjecaje na okoliš iz energetskog sektora ali i osigurati sigurnu opskrbu energijom. Dakako, rješenja moraju biti ekonomski najprihvatljivija. Poboljšanje učinkovitosti potrošnje energije upravo je takvo rješenje. Ovaj rad daje detaljan prikaz općeg koncepta gospodarenja energijom. Pri tome je razvijen pristup koji će obuhvatiti sve razine bitne za uspostavu i provođenje programa gospodarenja energijom, a to su međunarodna, nacionalna (državna) i razina poduzeća/ustanove. U radu su navedeni najvažniji međunarodni dokumenti koji naglašavaju važnost učinkovitog gospodarenja energijom. Posebna je pažnja posvećena položaju učinkovitog korištenja energije u Europskoj uniji. Dan je detaljan i iscrpan pregled barijera i mogućnosti za poboljšanje učinkovitosti korištenja energije. Potom su istaknuti razlozi zašto energetska učinkovitost mora biti nacionalni interes. Navedeni su i analizirani ključni elementi za uspostavu nacionalnog programa gospodarenja energijom. Ocijenjeni su potencijali u Republici Hrvatskoj, identificirane su barijere te su predložena rješenja za uklanjanje navedenih barijera, temeljna na međunarodnim, a posebice norveškim iskustvima. Posljednji se dio rada bavi gospodarenjem energije na razini poduzeća/ustanove. Dani su ključni elementi za provedbu programa gospodarenja energijom. Važno je istaknuti izuzetno veliku ulogu organizacijskih i psiholoških čimbenika, koji će uz raspoložive učinkovite energetske tehnologije te povoljne ekonomske pokazatelje omogućiti kontinuiranost procesa gospodarenja energijom.

Today, power generation is influenced by the electricity market and increased competition. Electricity buyers are free to choose their supplier. Instead of least cost method, which was used for planning and operational system management, power suppliers and generators are presently maximizing their profit. Today, the equilibrium is achieved in market settlement of generators' or suppliers offers and customer demand for electricity. Different methods and simulations exists that help in the consideration of market forces (water value, fuel costs, electricity price) and power generation costs. Short term maginal value became dominant in decision-making. The system is significantly complicated if we have constraints in the electricity transmission between the generator and the customer. Congestion means a situation in which an interconnection linking national transmission networks cannot accommodate all physical flows resulting from international trade requested by market participants. Congestion management became a dominant topic in the electricity market. The thesis deals with congestion management on cross-border transmission. With the opening of the electricity market and with merging or establishing regional electricity markets on the way through the internal electricity market in Europe, non-market based congestion management methods are being replaced with market-based methods. The thesis addresses the possible congestion management methods in view of of economic efficiency and promotion of competition, maximizing the amount of capacity available and the use made of it, transparency to network users on a non-discriminatory basis, secure network operation, largely revenue neutral mechanisms from the transmission system operator point of view. Danas je proizvodnja električne energije pod utjecajem tržišta električne energije i povećane konkurencije. Kupci električne energije su slobodni da izaberu svog opskrbljivača. Umjesto metode najmanjeg troška, koja se rabila za planiranje i operativno vođenje sustava, opskrbljivači i proizvođači električne energije danas maksimiziraju svoj profit. Ravnoteža se danas postiže u tržišnom utvrđivanju ponude proizvođača odnosno opskrbljivača i potražnje kupaca električne energije. Postoje razne metode i simulacije koje pomažu u sagledavanju interakcije tržišnih snaga (vrijednost vode, troškovi goriva, cijena električne energije) i troškova proizvodnje električne energije. Kratkoročna marginalna vrijednost postaje dominantna u odluci. Sustav se bitno usložava ukoliko postoje ograničenja u prijenosu električne energije između proizvođača i kupaca. Zagušenje je stanje u kojem granični vodovi (vodovi između dva tržišta) ne mogu zadovoljiti sve fizičke tokove nastale trgovačkim aranžmanima tržišnih sudionika. Upravljanje zagušenjima postaje dominantna tema tržišta električne energije. Rad se bavi upravljanjem zagušenjima u interkonekcijskim vodovima. Sve većim otvaranjem tržišta i povezivanjem odnosno stvaranjem regionalnih tržišta električne energije na putu prema stvaranju zajedničkog tržišta električne energije u Europi, netržišne metode upravljanja zagušenjima se zamijenjuju sa tržišnima. U radu se istražuju razne tržišne metode upravljanja zagušenjima na nediskriminirajućim tržišnim rješenjima, principima ekonomske efikasnosti i promoviranja tržišnog natjecanja, maksimizaciji dostupnog (interkonekcijskog) kapaciteta, transparentnosti, sigurnosti rada elektroenergetske mreže i neutralnosti prihoda za Operatora prijenosnog sustava.

Zadatak ovog istraživanja bio je odrediti tehničke zahtjeve i mogućnosti razvoja PC računalom podržanog sustava za registraciju i analizu poremećaja u elektroenergetskim postrojenjima. Temeljem rezultata ove analize razvijen je softverski sustav koji obavlja navedene funkcije. On se sastoji od dvaju podsustava. Prvi podsustav korištenjem analogne PC kartice izvodi mjerenje ulaznih signala poremećaja, detektiranje nastanka poremećaja te digitalizaciju mjerenih veličina i njihovo registriranje unutar memorije PC računala. Izlaz iz ovog podsustava predstavlja digitalni zapisi poremećaja u IEEE C37.111 formatu, što osigurava mogućnost korištenja ovih podataka i u drugim sustavima za analizu. Drugi podsustav omogućuje prezentaciju izmjerenih signala poremećaja i njihovu analizu kroz faznu / vektorsku i Fourierov-u analizu, oscilografiju, prikaz trendova i sl. Kako bi bilo moguće ostavriti funkcije prikaza i analize signala korištene su tehnike digitalne obrade signala: numeričko deriviranje i integriranje, diskretna Fourierova transformacija - DFT, uokvirenje signala kao i brojne tehnike digitalnog filtriranja signala. Rezultati registracije i analize signala poremećaja dobiveni ovim sustavom ne odstupaju od rezultata skupih industrijskih sustava baziranih na hardverskoj platformi. Task of this research was to find and analyse technical requirements and possibility of PC based Disturbance Recording system development. Upon results of this research, main conclusions were made and the software system was developed consisted of two subsystems. Industrial analog PC card was used as input device in the first, real time, subsystem. Output of this subsystem is Pretriggered disturbance data recorded in IEEE C37.111 format. In the second subsystem digital signal processing algorithms were used for presentation and analyse of recorded data via phase/vector and Fourier signal analysis, oscilography, trends, etc. Numerical differentiation and integration, discrete Fourier transformation, windowing and digital signal filtering techniques was derived and used to get correct measurements and data analysis results.