Βελτιστοποίηση υδροηλεκτρικών ταμιευτήρων υπό το πρίσμα της ανθεκτικότητας

Σοφιός, Χαράλαμπος; Sofios, Charalampos

dc.contributor.author	Σοφιός, Χαράλαμπος	el
dc.contributor.author	Sofios, Charalampos	en
dc.date.accessioned	2023-02-02T08:11:44Z
dc.date.available	2023-02-02T08:11:44Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/57037
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.24735
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	Ανθεκτικότητα	el
dc.subject	Συμβατικός σχεδιασμός	el
dc.subject	Σεναρια λειτουργιας	el
dc.subject	Κέρδος	el
dc.subject	Υδροηλεκτρικη ενεργεια	el
dc.subject	Resilience	en
dc.subject	Robustness	el
dc.subject	Optimization	el
dc.subject	Dams	el
dc.subject	Hydropower plants	el
dc.title	Βελτιστοποίηση υδροηλεκτρικών ταμιευτήρων υπό το πρίσμα της ανθεκτικότητας	el
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Υδατικοί Πόροι & Περιβάλλον	el
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2022-11-09
heal.abstract	Αντικείμενο της παρούσας εργασίας αποτελεί η βελτιστοποίηση ενός υδροηλεκτρικού έργου υπό το πρίσμα της ανθεκτικότητας. Με στόχο την οικονομική βιωσιμότητα της επένδυσης του έργου διερευνάται αν η μακροπρόθεσμη διαχείρισή του θα αποδειχτεί ανθεκτική σε μια σειρά αλλαγών που δυσχεραίνουν τη λειτουργία του, συγκρίνοντας με έναν συμβατικά βέλτιστο σχεδιασμό που βασίζεται σε ένα δεδομένο σενάριο υποθέσεων. Η σύγκριση των συμπεριφορών του έργου των δύο αυτών αναλύσεων καθορίζει την έκβαση της ερευνητικής αυτής προσπάθειας. Αφού πραγματοποιηθεί η εισαγωγή στην υδροηλεκτρική ενέργεια και αποσαφηνιστούν οι βασικές έννοιες των υδροηλεκτρικών έργων, παρουσιάζονται οι προκλήσεις στον σύγχρονο σχεδιασμό τους. Οι συνεχείς αλλαγές στις διεθνείς εξελίξεις που επηρεάζουν την οικονομία και την πολιτική, οι κοινωνικές τάσεις αλλά και κλιματικά φαινόμενα, οδηγούν στην απαίτηση σχεδιασμού ανθεκτικότερων συστημάτων που να μπορούν να ανταποκρίνονται σε δυναμικές αλλαγές. Υπό το πρίσμα της ανθεκτικότητας, λοιπόν, εξετάζεται ένας νέος τρόπος σχεδιασμού που επικεντρώνεται περισσότερο στην αβεβαιότητα κρίσιμων υποθέσεων του μοντέλου σχεδιασμού που αναφέρονται στο μέλλον, απορροφώντας αποτελεσματικότερα τις αλλαγές αυτές. Σε πρώτο στάδιο, ορίζεται ο στόχος της βελτιστοποίησης, ως ένα οικονομικό μέγεθος που αντιπαραβάλλει τα έσοδα του έργου από την πώληση νερού και ενέργειας, με τις δαπάνες της κατασκευής και λειτουργίας του σε ετήσια βάση. Για να προσδιοριστούν τα ιδιαίτερα πολύπλοκα κατασκευαστικά κόστη, διατυπώνονται εμπειρικές σχέσεις, με αναζήτηση στοιχείων από προϋπολογισμούς Ελληνικών φραγμάτων. Παράλληλα, διατυπώνεται το μοντέλο προσομοίωσης του υδροηλεκτρικού ταμιευτήρα, με βάση το ισοζύγιο εισροών, ζητήσεων, εκροών και υπερχειλίσεων, σε μηνιαίο βήμα, με το οποίο εκτιμάται η διαχειριστική πολιτική (σε όρους στόχων ενεργειακής παραγωγής) που ικανοποιεί τις οικολογικές, ενεργειακές και άλλες πιθανές χρήσεις. Τα έσοδα από την παραγωγή ενέργειας εκτιμώνται με βάση τις τιμές πώλησης της αγοράς και ρήτρες που τίθενται για τα ελλείμματα. Οι ανεξάρτητες μεταβλητές του προβλήματος σχεδιασμού του έργου είναι το ύψος του φράγματος, η διάμετρος του αγωγού προσαγωγής και ο στόχος ετήσιας παραγωγής ενέργειας. Με βάση αυτές, γίνεται η βελτιστοποίηση της οικονομικής επίδοσης του έργου. Η παραπάνω μεθοδολογία, που συνιστά μια πρώτη απόπειρα τυποποίησης του σχεδιασμού υδροηλεκτρικών συστημάτων υπό ανθεκτικότητα, υλοποιείται στο προγραμματιστικό περιβάλλον R. Η μεθοδολογία αξιολογείται με βάση ένα πραγματικό έργο που είναι υπό σχεδιασμό, ήτοι το χωμάτινο φράγμα της Πύλης. Αρχικά, ο σχεδιασμός του ταμιευτήρα βελτιστοποιείται με βάση ένα αρχικό σύνολο υποθέσεων (σενάριο βάσης), ενώ σε επόμενο στάδιο διερευνώνται εναλλακτικά σενάρια που είναι πιο δυσμενή ως προς τη λειτουργία του έργου. Τελικά, πραγματοποιείται η συνδυαστική βελτιστοποίηση του έργου ως προς τα δέκα, συνολικά, σενάρια, που διατυπώθηκαν. Από την αξιολόγηση των αποτελεσμάτων προκύπτει ότι με μια μικρή σχετικά μείωση της οικονομικής απόδοσης του έργου σε σχέση με το σενάριο βάσης, εξασφαλίζεται ένα ανθεκτικότερο σύστημα έναντι επερχόμενων προκλήσεων.	el
heal.abstract	The subject of this thesis is the optimization of a hydroelectric plant under the prism of resilience. With the aim of optimizing the financial viability of the project's investment, it is examined whether its long-term management will prove to be more resilient against a series of unfavorable changes, compared to a conventionally optimal design under a given set of assumptions. The comparison of the project behaviors against these two analyses determines the outcome of this research effort. After a brief introduction to hydropower and clarification of key concepts of hydroelectric works, we present the challenges regarding their modern design. The perpetual changes in the global scene that affect economy and politics, render the necessity for designing more resilient systems that can respond to dynamic changes. Thus, we investigate a new design procedure, under the prism of resilience, focusing to the uncertainty induced by crucial assumptions of the design model that refer to future, in order to absorb these changes more effectively. Initially, we define the optimization objective, in terms of a financial quantity that contrasts the revenues from water and energy selling, with the investment and maintenance costs, on an annual basis. In order to determine the highly complex construction costs, we configure empirical relationships, by looking for data from Greek dams’ budgets. Next, we formulate the simulation model of the hydroelectric reservoir, based on the inflow, demand, outflow and spill losses balance, using an annual time step, by which we estimate the management policy (in terms of hydropower generation targets) that fulfils the ecological, energy and other possible uses. The revenues from hydropower production are estimated on the basis of market values and penalties that are assigned to deficits. The independent variables of the design problem are the dam height, the penstock diameter and the firm energy production target. Based on these, the financial performance of the project is optimized. The aforementioned methodology, which is a first attempt to formalize the design of hydroelectric systems under resilience, is implemented in R environment. The methodology is evaluated on the basis of a real-world project that is under design, namely the earth dam of Pyli. Firstly, the design of the reservoir is optimized under an initial set of assumptions (baseline scenario), while in next stage we investigate alternative scenarios that are less favorable with respect to the operation of the project. Eventually, we employ a combined optimization against ten, in total, scenarios. From the evaluation of results we conclude that through a relatively small reduction of the financial performance of the system with respect to the baseline scenario, we ensure a more resilient system against emerging challenges.	en
heal.advisorName	Eυστρατιάδης, Ανδρέας	el
heal.committeeMemberName	Μακρόπουλος, Χρήστος	el
heal.committeeMemberName	Μαμάσης, Νικόλαος	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Πολιτικών Μηχανικών. Τομέας Υδατικών Πόρων και Περιβάλλοντος	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	87 σ.	el
heal.fullTextAvailability	false