Στοχαστικός Προγραμματισμός και Διαχείριση σε Πραγματικό Χρόνο Εικονικών Σταθμών Παραγωγής: Χρήση Εγκαταστάσεων Εξόρυξης Κρυπτονομισμάτων ως Ελεγχόμενα Φορτία

Abstract

Σκοπός της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η μελέτη των επιπτώσεων που έχει η εισαγωγή εγκαταστάσεων εξόρυξης κρυπτονομισμάτων (cryptocurrencies) στην λειτουργία και κερδοφορία των εικονικών σταθμών παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας (VPPs). Η μελέτη εστιάζει στην λειτουργία των εγκαταστάσεων εξόρυξης, εξετάζοντας αν αυτές μπορούν να λειτουργήσουν ως ελεγχόμενα φορτία. Επιπρόσθετα, πραγματοποιείται αξιολόγηση των επενδύσεων σε εγκαταστάσεις εξόρυξης σε VPPs υπολογίζοντας τον χρόνο αποπληρωμής αυτών. Στην διπλωματική εργασία αναπτύχθηκαν αλγόριθμοι προσομοίωσης συνδυάζοντας τα προγραμματιστικά περιβάλλοντα GAMS και RStudio για την υλοποίηση των στόχων της εργασίας. Αρχικά, μοντελοποιήθηκε ο προγραμματισμός της λειτουργίας των VPPs με χρήση στοχαστικού και εύρωστου προγραμματισμού. Στην συνέχεια, αναλύθηκε και μοντελοποιήθηκε η μέθοδος εκκαθάρισης της αγοράς της επόμενης ημέρας με χρήση ενός προβλήματος βέλτιστης ροής ισχύος (OPF) με το οποίο υπολογίστηκαν οι δεσμεύσεις των VPPs. Κατά την μοντελοποίηση του δικτύου χρησιμοποιήθηκαν τρία δίκτυα μεταφοράς με 14, 30 και 500 ζυγούς. Επιπλέον, μοντελοποιήθηκε η αγορά εξισορρόπησης για τον υπολογισμό του πραγματικού κέρδους των VPPs. Καθώς τα παραπάνω προβλήματα βελτιστοποίησης είναι μη-γραμμικά, κατά την μοντελοποίησή τους έγινε γραμμικοποίηση των προβλημάτων αυτών. Για να εξεταστεί το κατά πόσον η επιλογή του cryptocurrency επηρεάζει την κερδοφορία των εγκαταστάσεων εξόρυξης και ως επέκταση των VPPs, στην παρούσα διπλωματική εργασία εξετάστηκαν τρία διαφορετικά cryptocurrencies: το Bitcoin, το Ethereum και το Dogecoin. Επιπρόσθετα, καθώς οι εγκαταστάσεις εξόρυξης επηρεάζουν και αυτές την κερδοφορία του συστήματος, εξετάστηκαν δύο διαφορετικές εγκαταστάσεις για την εξόρυξη Ethereum. Στην μοντελοποίηση της αγορά εξισορρόπησης χρησιμοποιήθηκαν πέντε διαφορετικές ομάδες εξισορρόπησης. Αυτό γίνεται για τον διαχωρισμό των εγκαταστάσεων εξόρυξης cryptocurrencies και των στοχαστικών μονάδων παραγωγής, όπως των Φ/Β και των Α/Γ από τις υπόλοιπες εγκαταστάσεις που διαχειρίζονται τα VPPs. Με τον παραπάνω διαχωρισμό, εξετάστηκαν οι επιπτώσεις των εγκαταστάσεων εξόρυξης στην λειτουργία των VPPs καθώς και αν μπορούν να δράσουν ως ελεγχόμενα φορτία. Είναι σημαντικό να αναφερθεί ότι η αγορά εξισορρόπησης που μοντελοποιήθηκε είναι βασισμένη στο πρότυπο δύο τιμών, ώστε να μην είναι δυνατή η εξισορροπητική κερδοσκοπία. Για την διερεύνηση των ερωτημάτων της διπλωματικής εργασίας, εξετάστηκαν πέντε διαφορετικά σενάρια κατά τα οποία μεταβάλλονταν οι προβλέψεις των στοχαστικών μονάδων παραγωγής, καθώς και οι προβλέψεις των τιμών της αγοράς ενέργειας. Τα αποτελέσματα της μελέτης υποδεικνύουν ότι η εισαγωγή εγκαταστάσεων εξόρυξης σε VPPs αυξάνει τα έσοδά τους ανεξάρτητα του τρόπου προγραμματισμού. Επιπλέον, υποστηρίζουν την υπόθεση ότι οι εγκαταστάσεις εξόρυξης μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως ελεγχόμενα φορτία. Από την αξιολόγηση των επενδύσεων συμπεραίνεται ότι οι επενδύσεις σε εγκαταστάσεις εξόρυξης είναι κερδοφόρες και αποπληρώνουν το αρχικό κόστος της εγκατάστασης μέσα σε ένα με δύο χρόνια.