Βέλτιστος Προγραμματισμός της Λειτουργίας των Μπαταριών των Prosumers για Εξοικονόμηση και Συμμετοχή στις Peer-to-Peer Αγορές

Abstract

Οι Peer-to-Peer αγορές ενέργειας αποτελούν μια ριζοσπαστική δομή στην οποία οι συμμετέχοντες μπορούν να αγοράζουν και να πουλάνε ενέργεια σε διακριτά χρονικά βήματα απευθείας μεταξύ τους χωρίς να χρειάζονται κάποιον μεσάζοντα. Οι αγορές αυτές εμφανίζουν μεγάλο ενδιαφέρον και πολλά οφέλη δύναται να προκύψουν για τους καταναλωτές και το δίκτυο εάν εφαρμοστούν σε ευρεία κλίμακα. Νέες ψηφιακές τεχνολογίες όπως το Blockchain και τα Big Data, σε συνδυασμό με την ραγδαία εξάπλωση των Διασπαρμένων Μονάδων Παραγωγής και των Ηλεκτρικών Οχημάτων έχουν δημιουργήσει ένα πλαίσιο στο οποίο οι Peer-to-Peer αγορές δύναται να ευδοκιμήσουν. Οι αγορές ενέργειας που σήμερα υπάρχουν λειτουργούν με πολύ διαφορετικό τρόπο. Υπεύθυνοι για την λειτουργία της αγοράς είναι πολύ συγκεκριμένοι φορείς με σαφώς καθορισμένους ρόλους και αρμοδιότητες ενώ οι καταναλωτές δεν έχουν κανέναν ρόλο, βαθμό ελευθερίας ή έλεγχο στην τιμή της ενέργειας που χρειάζεται να αγοράσουν. Με την αύξηση, όμως, των Διεσπαρμένων Μονάδων Παραγωγής, πολλοί καταναλωτές παράγουν δίκη τους ενέργεια και πλέον μπορούν είτε να την καταναλώσουν είτε όμως και να την πουλήσουν. Οι καταναλωτές αυτοί είναι γνωστοί με τον όρο Prosumers και κατέχουν ιδιαίτερα σημαντικό ρόλο στο πλαίσιο των Peer-to-Peer αγορών που εξετάζομαι. Για την εκκαθάριση κάθε Peer-to-Peer αγοράς, κρίνεται απαραίτητο οι Prosumers και οι λοιποί συμμετέχοντες να αποφασίσουν για την ποσότητα της ενέργειας που επιθυμούν να αγοράσουν ή να πουλήσουν και να την κοινοποιήσουν στην πλατφόρμα ή τον λειτουργό της αγοράς. Καθώς ο τρόπος με τον οποίο λαμβάνεται αυτή η απόφαση επηρεάζει άμεσα το συνολικό όφελος που έχει ο Prosumer από την συμμετοχή του στην Peer-to-Peer αγορά, η εν λόγω απόφαση θα πρέπει κάθε φορά να λαμβάνεται με σύνεση. Στην παρούσα Διπλωματική εργασία, προσπαθήσαμε να βρούμε έναν καλό και εύχρηστο τρόπο ένας Prosumer που συμμετέχει σε μια Peer-to-Peer αγορά να αποφασίζει για την ενέργεια που επιθυμεί να αγοράσει ή να πουλήσει στο επόμενο χρονικό βήμα. Για τον λόγο αυτό, επιθυμώντας να μεγιστοποιήσουμε το κέρδος του Prosumer που εξετάζουμε καταφύγαμε στην κατάστρωση και επίλυση ενός στοχαστικού προβλήματος βελτιστοποίησης στο οποίο οι υπάρχους αβεβαιότητες που σχετίζονται με το φορτίο λαμβάνονται υπόψιν και προσομοιώνονται μέσω σεναρίων. Πιο συγκεκριμένα, ένα μοντέλο πρόβλεψης χρονοσειρών SARIMA εκπαιδεύεται σε ιστορικά δεδομένα και κατασκευάζει σενάρια τα οποία μετέπειτα τροφοδοτούνται στο στοχαστικό πρόβλημα και η απόφαση για την πιο συμφέρουσα ποσότητα ενέργειας λαμβάνεται. Η απόφαση όμως αυτή, σχετίζεται σε μεγάλο βαθμό και με την τιμή της ενέργειας στην Peer-to-Peer αγορά, για τον λόγο αυτό, στην εργασία αυτή αντί να υπολογίσουμε μια μοναδική ποσότητα ενέργειας που ο Prosumer επιθυμεί να εμπορευθεί στην Peer-to-Peer αγορά, υπολογίζουμε ένα πλήθος τέτοιων ζευγών τιμής-ενέργειας και τα χρησιμοποιούμε για να κατασκευάσουμε μια συνάρτηση που περιγράφει πλήρως τις αποφάσεις του Prosumer. Η Συνάρτηση αυτή, είναι μια Συνάρτηση Οριακής Χρησιμότητας και στο πλαίσιο των Peer-to-Peer αγορών μπορεί να έχει ιδιαίτερη αξία αφού εκφράζει πλήρως αριθμητικά την επιθυμία του Prosumer να εμπορευθεί ενέργεια και μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την εκκαθάριση της αγοράς. Στο τελευταίο σκέλος της παρούσας εργασίας, για να αξιολογήσουμε την ποιότητα της μεθοδολογίας μας, γίνεται μια σύγκριση του αναμενόμενου κόστους που έχουμε προβλέψει και του βέλτιστου κόστους που μπορεί να επιτευχθεί.