Optimizing the management of small hydroelectric plants: from the synergetic operation of the turbine system to day-ahead energy forecasting

Δρακάκη, Κορίνα Κωνσταντίνα; Drakaki, Korina Konstantina

dc.contributor.author	Δρακάκη, Κορίνα Κωνσταντίνα	el
dc.contributor.author	Drakaki, Korina Konstantina	en
dc.date.accessioned	2022-05-17T06:30:26Z
dc.date.available	2022-05-17T06:30:26Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/55136
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.22834
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού-Μη Εμπορική Χρήση-Όχι Παράγωγα Έργα 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/gr/	*
dc.subject	ΜΥΕ	el
dc.subject	Μείγμα στροβίλων	el
dc.subject	Ημερήσια πρόγνωση	el
dc.subject	Βελτιστοποίηση	el
dc.subject	SHPP	en
dc.subject	Optimization	en
dc.subject	Energy forecasting	en
dc.subject	Turbines	en
dc.title	Optimizing the management of small hydroelectric plants: from the synergetic operation of the turbine system to day-ahead energy forecasting	en
heal.type	bachelorThesis
heal.secondaryTitle	Βελτιστοποιώντας τη διαχείριση των Μικρών Υδροηλεκτρικών Έργων: από τη συνεργατική λειτουργία του συστήματος στροβίλων στην ημερήσια πρόγνωση της ενέργειας	el
heal.classification	Μικρά Υδροηλετρικά Έργα	el
heal.classification	Small Hydropower Plants	en
heal.language	en
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2021-11-10
heal.abstract	Έχοντας ως γνώμονα τις ραγδαίες εξελίξεις που έφερε η είσοδος του νέου θεσμικού πλαισίου λειτουργίας (Target Model) στο Ευρωπαϊκό χρηματιστήριο ενέργειας σε συνδυασμό με την ένταξη των Μικρών Υδροηλεκτρικών Έργων (ΜΥHΕ) σε αυτό, επιλέξαμε μέσω της παρακάτω εργασίας να αναζητήσουμε τρόπους βελτιστοποίησης της παραγόμενης ενέργειας που υπόσχεται ένα ΜΥHΕ αμελητέας αποθηκευτικής ικανότητας. Η έρευνά μας αποτελείται από δύο διαφορετικών ειδών προσεγγίσεων για την εν λόγω βελτιστοποίηση, όπου η μία διαδέχεται της άλλης για την τελική παρουσίαση του βέλτιστου μοντέλου παραγωγής ενέργειας. Η πρώτη προσέγγιση αφορά την εύρεση ενός αποδοτικότερου κανόνα λειτουργίας των στροβίλων σε σχέση με τον απλοϊκό που ορίζει το ιεραρχικό μοντέλο. Δοκιμάζεται ένα μείγμα στροβίλων διαφορετικών χαρακτηριστικών και διαμορφώνεται ένας νέος, βελτιωμένος κανόνας, ο συνεργατικός καθώς και εκφράζεται μέσω γενικευμένων μαθηματικών εξισώσεων, ώστε να μπορεί να προσαρμοστεί σε κάθε περίπτωση. Η δεύτερη περίπτωση, έρχεται ως συνέχεια καθώς στόχος της είναι να δημιουργήσει ικανά μοντέλα πρόγνωσης της ενεργειακής πληροφορίας της επόμενης ημέρας, ελέγχοντας την αξιοπιστίας τους συγκρίνοντας τα αποτελέσματά τους με εκείνα της πραγματικής ενέργειας. Τα δεδομένα που αξιοποιήθηκαν στην έρευνα των παραπάνω προσεγγίσεων αναφέρονται σε δεδομένα παροχής και βροχόπτωσης σε ανάντη τμήμα του ποταμού Αχελώου, στη Δυτική Ελλάδα για 39 έτη (Μάιος 1969 έως Δεκέμβριος 2008). Κάθε μοντέλο πρόγνωσης χρησιμοποιεί διαφορετική πληροφορία ως μεταβλητή εισόδου. Επιλέξαμε να προσεγγίσουμε το πρόβλημα της πρόγνωσης μέσω δύο οδών. Η πρώτη χρησιμοποιεί ως πληροφορία εισόδου την ενέργεια των προηγούμενων ημερών σε συνδυασμό με την βροχόπτωση, επιστρέφοντας ως αποτέλεσμα την ενέργεια της επόμενης ημέρας. Αντιθέτως, η δεύτερη οδός έχεις ως δεδομένα εισόδου και εξόδου την παροχή των προηγούμενων ημερών με την αντίστοιχη βροχόπτωση και την παροχή της επόμενης ημέρας, αντίστοιχα. Στόχος μας είναι να διαπιστώσουμε εάν είναι πιο αποδοτικό το άμεσο μοντέλο πρόγνωσης της ενέργειας ή το έμμεσο, συνέχεια του οποίου είναι η εξαγωγή της ενέργειας της επόμενης ημέρας εισάγοντας την παροχή από την πρόγνωση στον βέλτιστο κανόνα λειτουργίας των στροβίλων. Επιπλέον, επιθυμώντας να αυξήσουμε την αξιοπιστία του μοντέλου μας, προσθέσαμε στον έμμεσο τρόπο προσέγγισης πληροφορία σχετικά με το σύστημα λειτουργίας. Το πλέον βελτιωμένο μοντέλο διαμορφώθηκε κατάλληλα έτσι ώστε να περιλαμβάνει και την αβεβαιότητα στην δομή του, ως αναπόφευκτο παράγοντα ενός μοντέλου πρόγνωσης που στηρίζεται στη συλλογή ιστορικών δεδομένων καιρικών φαινομένων. Τέλος, προκειμένου να έχουμε μια πρακτική εφαρμογή της έρευνας και των αποτελεσμάτων της, εφαρμόσαμε το πιο αποδοτικό μοντέλο πρόγνωσης στη δημιουργία τριών πολιτικών αγορών ανάλογα με τον χαρακτήρα (συντηρητικό, ασφαλές, ριψοκίνδυνο) που θέλει ο χρήστης του έργου να υιοθετήσει κατά την συμμετοχή του στο χρηματιστήριο ενέργειας.	el
heal.abstract	Motivated by the challenges induced by the so-called Target Model and the associated changes to the current structure of the energy market, we revisit two different aspects regarding the everyday management of Small Hydropower Plants (SHPPs) without storage capacity. The first focuses on determining an optimal operational rule for a given turbine system, while the second confronts the problem of day-ahead prediction of energy by looking for a credible forecasting model with minimal data requirements and little complexity. The task of establishing an efficient operational policy is addressed through extended theoretical analysis, in which we investigate alternative configurations of potential turbine combinations. In order to obtain generic conclusions, we provide a dimensionless formulation of the turbine mixing and the power production procedure. The proposed operation policy, next referred to as synergetic, is compared by using as reference a simpler operation rule, the so-called hierarchical. On the other hand, for the day-ahead energy forecasting problem we use as example a typical run-of-river SHPP, in the upper course of river Achelous ,Western Greece. Based on daily hydrological data for a 39-year period, we test alternative forecasting schemes of varying complexity (from regression-based to machine learning) that take advantage of different levels of information. In this respect, we investigate whether it is preferable to use as predictor the known energy production of previous days, or to predict the day-ahead inflows and next estimate the resulting energy production via simulation. Our analyses indicate that the second approach becomes clearly more advantageous when the expert’s knowledge about both the hydrological regime and the technical characteristics of the SHPP is incorporated within the model training procedure. Beyond these, we also focus on the predictive uncertainty that characterize such forecasts, with overarching objective to move beyond the standard, yet risky, point forecasting methods, providing a single expected value of power production. Finally, we discuss the use of the proposed forecasting procedure under uncertainty in the real-world electricity market.	en
heal.advisorName	Ευστρατιάδης, Ανδρέας	el
heal.committeeMemberName	Κουτσογίαννης, Δημήτριος	el
heal.committeeMemberName	Μαμάσσης, Νικόλαος	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Πολιτικών Μηχανικών. Τομέας Υδατικών Πόρων και Περιβάλλοντος	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	88 σ.	el
heal.fullTextAvailability	false