Ανασκόπηση Στατιστικών Μεθόδων και Μοντέλων Μηχανικής Μάθησης για την Πρόβλεψη Ζήτησης και Ελαστικότητας στα Ευφυή Δίκτυα Ηλεκτρικής Ενέργειας

Abstract

Η αποτελεσματική πρόβλεψη της ζήτησης ηλεκτρικής ενέργειας οφείλει να είναι μια κεντρικά σχεδιασμένη και ολοκληρωμένη διαδικασία για τον προγραμματισμό τόσο των περιοδικών λειτουργιών, όσο και της επέκτασης εγκαταστάσεων στα συστήματα ηλεκτρικής ενέργειας. Οι καθημερινές λειτουργίες και αποφάσεις των μελών της αγοράς ηλεκτρικής ενέργειας, όπως ο σχεδιασμός της παροχής καυσίμου στις συμβατικές μονάδες και η λήψη στρατηγικών αποφάσεων για την αγορά εξισορρόπησης ηλεκτρικής ενέργειας, επηρεάζονται άμεσα από τις προβλέψεις φορτίου. Οι προβλέψεις φορτίου έχουν αποκτήσει μεγάλη σημασία και εξαπλώνονται και σε άλλα επιχειρηματικά τμήματα, όπως η εμπορία ενέργειας, ο οικονομικός προγραμματισμός κ.λπ. Λόγο του παγκοσμίου, διαρκώς αυξανόμενου, ενδιαφέροντος για εφαρμογές ευφυών δικτύων, την ανάπτυξη της παγκόσμιας βιομηχανίας πληροφοριών και των νέων ενεργειακών συστημάτων, η πρόβλεψη φορτίου είναι ακόμη μεγαλύτερης σημασίας λόγω των εφαρμογών της στον προγραμματισμό της διαχείρισης της ζήτησης, της συντήρησης και προγραμματισμού αποθήκευσης, της ενσωμάτωσης ανανεώσιμων πηγών ενέργειας, της ευστάθειας του δικτύου καθώς και την απόκριση ζήτησης και την τιμή (μεταβολή του μοτίβου χρήσης ηλεκτρικής ενέργειας ανάλογα με την τιμή ή άλλα κίνητρα). Το προφίλ και η ποσότητα ζήτησης ηλεκτρικής ενέργειας εξαρτάται από τις καιρικές συνθήκες, την ώρα της ημέρας, ορισμένα τυχαία συμβάντα , τον τύπο της ημέρας, την κατανεμημένη παραγωγή από ανανεώσιμες πηγές ενέργειας, τις κυψέλες αποθήκευσης, τα ηλεκτρικά οχήματα καθώς και διάφορα προγράμματα απόκρισης ζήτησης και ενεργοποίησης ελαστικότητας. Παράλληλα, αναπτύσσονται περισσότερες τεχνικές και τεχνολογίες αξιοποίησης της πιθανής ελαστικότητας της ζήτησης ηλεκτρικής ενέργειας. Προσδιορίζονται και ποσοσοτικοποιούνται τα μεγέθη ηλεκτρικής ενέργειας και απαραίτητων κινήτρων ώστε να υπάρξουν οι απαραίτητες αλλαγές στα προφίλ ζήτησης από τους τελικούς καταναλωτές με στόχο πληθώρα πλεονεκτημάτων (οικονομία, βελτιστοποίηση, μείωση εκπομπών, ευστάθεια κλπ.). Επομένως, η πρόβλεψη του φορτίου, καθώς και η πρόβλεψη της ελαστικότητάς του, καταλήγουν να αποτελούν ένα πολυσύνθετο, πολυπαραγοντικό, πολύπλοκο και μείζων ζήτημα. Σκοπός της παρούσας εργασίας είναι η συστηματική ανασκόπηση και αναφορά των διαφορετικών μεθόδων πρόβλεψης ζήτησης και ελαστικότητας ηλεκτρικής ενέργειας στα ευφυή δίκτυα. Οι αναγνώστες θα έχουν την δυνατότητα να εντοπίσουν μεθόδους και τεχνικές που έχουν χρησιμοποιηθεί από συναδέλφους σε αντίστοιχα προβλήματα είτε σύμφωνα με το είδος των δεδομένων τα οποία βρίσκονται στην διάθεσή τους, είτε ανάλογα με τον στόχο που θέλουν να επιτύχουν (πχ ελαστικότητα από την μεριά του διαχειριστή ή του καταναλωτή, μέγιστη διείσδυση ΑΠΕ ή μείωση τιμής κλπ). Οι τεχνικές αυτές, οργανώνονται σύμφωνα με την αρχιτεκτονική τους, στον τομέα της πρόβλεψης φορτίου, και σύμφωνα με τις ιδιαιτερότητες του προβλήματος που επιλύουν, στον τομέα της πρόβλεψης ελαστικότητας ηλεκτρικής ενέργειας.