Πολυκριτηριακή βελτιστοποίηση και διαχείριση της αγοράς ηλεκτρικής ενεργείας

Abstract

Η ενέργεια στη σημερινή εποχή αποτελεί τη βάση της παραγωγής και από την οπτική της κατανάλωσης είναι ένα αγαθό συνεχούς αυξανόμενης ζήτησης χωρίς τη δυνατότητα υποκατάστασης. Η λειτουργία της αγοράς ηλεκτρικής ενέργειας και η ασκούμενη ενεργειακή πολιτική παρουσιάζουν ιδιαίτερο ενδιαφέρον. Στη παρούσα διπλωματική εργασία αναλύεται και εφαρμόζεται ένα δυναμικό μοντέλο λειτουργίας της αγοράς ηλεκτρικής ενέργειας και σύνθεσης της ηλεκτροπαραγωγής. Με τη διατύπωση και την ελαχιστοποίηση μιας εξίσωσης ποιοτικού κόστους έχουμε τις αντίστοιχες συνθέσεις για διάφορες εφαρμοζόμενες πολιτικές. Στην εξίσωση αυτή συνυπολογίζονται όλες οι κατηγορίες κριτηρίων πάνω στις οποίες έχουν αξιολογηθεί η παραγωγοί. Ουσιαστικά η διατύπωση του ποιοτικού κόστους αποτελεί μια εκδοχή του προβλήματος πολυκριτηριακής λήψης απόφασης και η αξιολόγηση βασίζεται στην μέθοδο ΑΗΡ. Για διάφορες πολιτικές, με δεδομένα και σταθερά όλα τα κριτήρια, γίνεται χρήση της μεθόδου simplex για τον καθορισμό της βέλτιστης σύνθεσης αφού διαμορφώνεται γραμμικό πρόβλημα με περιορισμούς. Στην περίπτωση που υπάρχουν μεταβλητά κριτήρια διαμορφώνεται ένα μη γραμμικό πρόβλημα με περιορισμούς που καταλήγει στον προσεγγιστικό προσδιορισμό των ποσοτήτων (Newton, SQP) που ελαχιστοποιούν την αντίστοιχη εξίσωση Lagrange του προβλήματος. Στα πλαίσια της εργασίας δραστηριοποιούνται στην αγορά εφτά παραγωγοί, εκ των οποίων οι έξι αντιστοιχούν στις διαθέσιμες τεχνολογίες παραγωγής, ένας στις εισαγωγές και με τη συμμετοχή τους γίνεται η προσπάθεια προσομοίωσης τριών χρονικών περιόδων. Η πρώτη περίοδος αναφέρεται σε σημερινές συνθήκες δυναμικότητας παραγωγής και ζήτησης, η δεύτερη χαρακτηρίζεται από την παράλληλη λειτουργία της αγοράς δικαιωμάτων εκπομπής ρύπων, ενώ η τρίτη βασίζεται σε προβλεπόμενο σενάριο δυναμικότητας και ζήτησης. Μέσα από αυτές τις περιπτώσεις εφαρμογής ουσιαστικά φαίνεται η επίδραση κάθε πολιτικής ανάλογα με το ειδικό βάρος που κάθε φορά προσδίδεται και γίνεται αισθητή η ευαισθησία του προτεινόμενου μοντέλου και του συστήματος γενικότερα σε τυχόν μεταβολές των κριτηρίων και των δεδομένων για διάφορες πολιτικές.

Energy today constitutes the production base and from the point of consumption there is a continuous rise in demand for goods without substitution. The operation of the electricity market, the energy policy and the choice of the ensemble of national energy supply are of particular interest. In this thesis we analyze and apply a dynamic model for market operation and composition of production. Formulating and minimizing a quality cost equation results to the corresponding compositions for various policies implemented. In the equation, all categories of criteria on which the evaluation of producers is made, are included. Essentially, the formulation of quality costs is a version of the multi-criteria decision making problem and is based in the Analytic Hierarchy Process. In the case of fixed criteria for the determination of the optimum composition for various sets of policy the simplex method is used, as our given quality cost is a linear equation with restrictions. If there are variable criteria, then a nonlinear problem with constraints arises which leads to an approximate determination of the quantities through Newton or SQP method that minimizes the corresponding Lagrange equation. In the market there are seven producers who participate, six of which correspond to the available production technologies and one for imports. Three periods are distinguished where an attempt is done in simulating the operation of the market for all producers. The first case refers to current conditions of production capacity and demand, the second is characterized by the operation of the Emissions Trading System, so emissions are calculated in the cost, whereas the third scenario is based on projected capacity and demand. Through these case studies for various sets the effect of each policy, the sensitivity of the proposed model to any changes in the criteria and in general the functionality of the system is presented.