Βελτιστοποίηση Ικανοποίησης Των Ενεργειακών Αναγκών Με Ανάπτυξη Διεσπαρμένης Παραγωγής (der-cam)

Abstract

Τα Συστήματα Ηλεκτρικής Ενέργειας έχουν παραδοσιακά δομηθεί με σκοπό να μεταφέρουν με τον πλέον ασφαλή και οικονομικό τρόπο την ηλεκτρική ενέργεια η οποία παράγεται σε κεντρικούς σταθμούς παραγωγής, και προσφέρεται στην κατανάλωση μέσω γραμμών μεταφοράς και διανομής. Όταν η ηλεκτρική ενέργεια παράγεται και καταναλώνεται τοπικά, δηλαδή δεν χρησιμοποιείται το δίκτυο μεταφοράς, τότε η παραγωγή καλείται διασπαρμένη. Συνήθως η παραγωγή της ηλεκτρικής ενέργειας στη διασπαρμένη παραγωγή γίνεται από ανανεώσιμες πηγές ενέργειας, όπως φωτοβολταϊκά ή αιολικά πάρκα, κυψέλες υδρογόνου, μικρά υδροηλεκτρικά ενώ τελευταία προτιμώνται και οι μονάδες συμπαραγωγής και θερμότητας (CHP - Combined Heat and Power). Η εγκατάσταση των μονάδων διασπαρμένης παραγωγής από ανανεώσιμες πηγές, αλλάζει σημαντικά την δομή των παραδοσιακών Συστημάτων Ηλεκτρικής Ενέργειας συμβάλλοντας έτσι δραστικά και στη μείωση των εκπομπών του διοξειδίου του άνθρακα και άλλων αερίων ρύπων.Στο δεύτερο τμήμα της διπλωματικής περιγράφεται το DER-CAM (Distributed Energy Resources - Customer Adoption Model) το οποίο είναι ένα μοντέλο που στόχο έχει να βελτιστοποιήσει τις ενεργειακές και οικονομικές ανάγκες τόσο από την πλευρά του καταναλωτή, όσο κι από την πλευρά της παραγωγής. Για να επιτύχει αυτόν τον στόχο πρέπει να αντιμετωπιστούν τα ακόλουθα ζητήματα: Ποιος είναι ο συνδυασμός ενεργειακού-οικονομικού κόστους διανεμημένης παραγωγής που ένας συγκεκριμένος καταναλωτής μπορεί να εγκαταστήσει; Ποιο είναι το κατάλληλο επίπεδο τεχνολογιών διανεμημένης παραγωγής που ελαχιστοποιεί το κόστος; Πώς πρέπει να χρησιμοποιηθούν οι παραπάνω τεχνολογίες ώστε να ελαχιστοποιηθεί το συνολικό ενεργειακό κόστος των καταναλωτών;Στο τρίτο τμήμα αναλύεται το πρόγραμμα GAMS (General Algebraic Model System) που βοηθά στην υλοποίηση του μαθηματικού μοντέλου που προκύπτει από τις συνθήκες που επιβάλλει το DER-CAM σε κάθε περίπτωση εφαρμογής της διασπαρμένης παραγωγής. Τέλος παρουσιάζονται εφαρμογές του προγράμματος στη βελτιστοποίηση επιθυμητών παραμέτρων με ανάπτυξη διασπαρμένης παραγωγής (DER-CAM) και παράλληλη εξαγωγή συμπερασμάτων. Πιο συγκεκριμένα μελετήσαμε προβλήματα γραμμικού προγραμματισμού στα οποία δεν συναντήσαμε μεγάλες δυσκολίες στην υλοποίησή τους αν και η γλώσσα GAMS ήταν μια καινούργια εμπειρία για μας. Στην συνέχεια ασχοληθήκαμε με προβλήματα μη γραμμικού προγραμματισμού στα οποία οι δυσκολίες ήταν εμφανείς από την πρώτη στιγμή. Η δωρεάν έκδοση που μας διέθεσε το Πανεπιστήμιο του Μπέρκλευ της Καλιφόρνια ήταν εκπαιδευτικού χαρακτήρα γεγονός που μας περιόριζε σημαντικά στην υλοποίηση των προβλημάτων. Οι περιορισμοί που μπορούν να εισαχθούν σε ένα πρόβλημα δεν είναι δυνατόν να ξεπερνάνε τους είκοσι, γεγονός που δεν μας άφηνε τα περιθώρια να υλοποιήσουμε πιο σύνθετα προβλήματα που είχαμε μελετήσει. Ωστόσο και η γλώσσα από μόνη της είναι αρκετά περίπλοκη όσο αυξάνεται η πολυπλοκότητα των προβλημάτων, ενώ απαιτεί ιδιαίτερη προσοχή στην διατύπωση των μεταβλητών και των ορίων, καθώς και ένα σημείο στίξης είναι ικανό να παρουσιάσει σφάλμα στο αρχείο εξόδου.