Μοντελοποίηση και Επίλυση Σύνθετων Προβλημάτων Διαχείρισης και Εξοικονόμησης Ενέργειας με Χρήση Τεχνικών Βελτιστοποίησης και Θεωρίας Παιγνίων

Abstract

Η παρούσα Διατριβή επικεντρώνεται στη μελέτη προβλημάτων διαχείρισης και εξοικονόμησης ενέργειας, τα οποία πηγάζουν από τις σύγχρονες απαιτήσεις που διέπουν τις αγορές ενέργειας καθώς και την προσπάθεια εξοικονόμησης ενέργειας που γίνεται σε διεθνές επίπεδο. Πιο συγκεκριμένα, επιχειρείται η μοντελοποίηση και επίλυση σύνθετων προβλημάτων με σκοπό την υποστήριξη και βελτιστοποίηση αποφάσεων, οι οποίες σχετίζονται με το σχεδιασμό και τις ενεργειακές επενδύσεις τόσο σε επίπεδο αρμόδιων αρχών, όσο και σε επίπεδο μικρών τελικών χρηστών. Ταυτόχρονα, προσεγγίζεται η αλληλεπίδραση μεταξύ αυτών καθώς και άλλων συμμετεχόντων στις σύγχρονες απελευθερωμένες αγορές ενέργειας που σκοπό έχουν τη βέλτιστη διαχείριση της ενέργειας. Στο πρώτο κεφάλαιο γίνεται μια εισαγωγή στις έννοιες και τα προβλήματα που πρόκειται να χρησιμοποιηθούν, διακρίνοντας την προτεινόμενη προσέγγιση από παρόμοιες επιμέρους προσπάθειες που υπάρχουν στη βιβλιογραφία. Για κάθε πρόβλημα, επεξηγείται η σημασία και η πολυπλοκότητά του και παρατίθεται η μεθοδολογία που θα ακολουθηθεί. Στο δεύτερο κεφάλαιο παρουσιάζεται μια πολυκριτηριακή αξιολόγηση ενεργειακών επενδύσεων και ενεργειακού σχεδιασμού με χρήση ακέραιου προγραμματισμού. Η απελευθέρωση των αγορών ενέργειας έχει οδηγήσει σε ένα συνεχώς εξελισσόμενο πλαίσιο, το οποίο θέτει αυξημένες τεχνοοικονομικές απαιτήσεις. Σε αυτό το πλαίσιο, διατυπώνεται το πρόβλημα της κατάλληλης επιλογής πηγών ενέργειας βάσει αρκετών κριτηρίων εκτός από το οικονομικό κόστος και την προσφερόμενη ποσότητα. Το πρόβλημα μελετάται και επιλύεται χρησιμοποιώντας ένα συνδυασμό τεχνικών μαθηματικού προγραμματισμού προκειμένου να προκύψει ένα εργαλείο υποστήριξης τέτοιου είδους πολυκριτηριακών αποφάσεων. Στο τρίτο κεφάλαιο ενσωματώνεται ο παράγοντας της αβεβαιότητας στη λήψη αποφάσεων. Το πρόβλημα που μελετάται με τη βοήθεια και μιας μελέτης περίπτωσης είναι η αξιολόγηση παρεμβάσεων εξοικονόμησης ενέργειας σε κτίρια του οικιακού τομέα, τα οποία αποτελούν και τη μεγαλύτερη κατηγορία κτιρίων. Το μοντέλο πολυκριτηριακής υποστήριξης αποφάσεων που είχε αναπτυχθεί στο προηγούμενο κεφάλαιο επεκτείνεται ώστε να λαμβάνονται υπόψη και τυχόν συνέργειες μεταξύ των διαθέσιμων επιλογών. Η αβεβαιότητα προσεγγίζεται με τη χρήση της διαστηματικής ανάλυσης, η οποία είναι κατάλληλη για προβλήματα μηχανικής, καθώς παρέχει πολλές χρήσιμες πληροφορίες σε αυτόν που καλείται να αποφασίσει χωρίς να απαιτούνται πληροφορίες συναρτήσεων κατανομής της αβεβαιότητας για την χρησιμοποίησή της. Στο τέταρτο κεφάλαιο μελετάται μια υποκατηγορία προβλημάτων διαχείρισης ζήτησης, τα επιδοτούμενα προγράμματα οικειοθελούς περικοπής φορτίου. Κατά την εφαρμογή τέτοιου είδους προγραμμάτων οι καταναλωτές επιδοτούνται προκειμένου να περιορίσουν βραχυπρόθεσμα την ενεργειακή τους ζήτηση. Η μοντελοποίηση αυτών των προγραμμάτων είναι περίπλοκη και παραπέμπει στην εφαρμογή της θεωρίας παιγνίων. Για την επίλυση του προβλήματος που διατυπώνεται στην αρχή αυτού του κεφαλαίου αναπτύσσεται ένας μεταευρετικός αλγόριθμος, ο οποίος βασίζεται στη βελτιστοποίηση σμήνους σωματιδίων. Ο αλγόριθμος αυτός αξιολογείται στη συνέχεια μέσω της επίλυσης διαφόρων παραδειγμάτων. Στο τελευταίο κεφάλαιο της Διατριβής ακολουθούν συμπεράσματα και προτάσεις για μελλοντική έρευνα.