Ανάπτυξη σεναρίων βελτιστοποίησης της διαχείρισης και της υδροηλεκτρικής παραγωγής του υδροσυστήματος του ποταμού Νέστου

Abstract

Η εύρεση της βέλτιστης διαχειριστικής πολιτικής των υδροσυστημάτων είναι μία αρκετά δύσκολη και σύνθετη διαδικασία. Η κατάσταση γίνεται ακόμα δυσκολότερη όταν αφορά σε υδροσυστήματα με ανταγωνιστικές χρήσεις, ειδικά αν μια από αυτές είναι η παραγωγή υδροηλεκτρικής ενέργειας. Η βελτιστοποίηση της διαχείρισης των υδροσυστημάτων επιτυγχάνεται μέσω της ανάλυσης του υδροσυστήματος, συχνά μέσω δύο βημάτων: της προσομοίωσης και της βελτιστοποίησης. Στη συγκεκριμένη εργασία εξετάζεται το υδροσύστημα του ποταμού Νέστου, με σκοπό την εξαγωγή κανόνων λειτουργίας για τη βέλτιστη διαχείρισή του. Το υδροσύστημα του Νέστου αποτελείται αυτή τη στιγμή από δύο υδροηλεκτρικούς σταθμούς, το Θησαυρό και την Πλατανόβρυση, ενώ έχει γίνει μελέτη για την κατασκευή και ενός τρίτου σταθμού, αυτόν του Τεμένους. Η ανάλυση του συστήματος επιτεύχθηκε με τη συνδυασμένη χρήση δύο υπολογιστικών εργαλείων: του WEAP21 και του MATLAB. Πιο συγκεκριμένα, μέσω του WEAP21 έγινε προσομοίωση του υδροσυστήματος, ενώ η βελτιστοποίηση πραγματοποιήθηκε με τη συνδυασμένη χρήση του WEAP21 και του MATLAB μέσω σύνδεσης COM-API. Όσον αφορά στο MATLAB, έγινε χρήση του Optimization Toolbox και συγκεκριμένα των γενετικών αλγορίθμων και του αλγόριθμου της προσομοιωμένης ανόπτησης. Εξετάστηκαν τρία διαφορετικά σενάρια. Στο πρώτο σενάριο μελετήθηκε η εύρεση κανόνων λειτουργίας θέτοντας δύο κριτήρια βελτιστοποίησης: πρώτον τη μεγιστοποίηση της αξιοπιστίας του συστήματος όσον αφορά στην ικανοποίηση των αρδευτικών και περιβαλλοντικών στόχων του και δεύτερον τη μεγιστοποίηση του κέρδους από την παραγωγή ενέργειας. Λαμβάνοντας υπόψιν την Ελληνο-Βουλγαρική συμφωνία που έχει υπογραφεί, αλλά δεν έχει τεθεί ακόμα σε εφαρμογή και η οποία ορίζει τα ποσοστά εκμετάλλευσης των υδάτων του ποταμού Νέστου μεταξύ των δύο χωρών, εξετάστηκαν δύο διαφορετικές περιπτώσεις: α)στην πρώτη περίπτωση η απορροή θεωρήθηκε ίση με την καταγεγραμμένη από τους σταθμούς μέτρησης απορροής στα σύνορα με τις παρούσες συνθήκες μη εφαρμογής της συμφωνίας (70-80% της απορροής στην Ελλάδα) και β) στη δεύτερη περίπτωση, θεωρήθηκε ότι έχει τεθεί σε εφαρμογή η Ελληνο – Βουλγαρική συμφωνία και άρα η απορροή στα σύνορα καθορίζεται σύμφωνα με τους όρους της συμφωνίας.( 29/% της απορροής στην Ελλάδα). Στο δεύτερο και στο τρίτο σενάριο εξετάζεται η δυνατότητα μεγιστοποίησης της πρωτεύουσας ενέργειας του συστήματος, δηλαδή της εξασφαλισμένης ενέργειας που παράγεται ακόμα και κάτω από τις δυσμενέστερες συνθήκες. Η διαφορά μεταξύ των δύο σεναρίων έγκειται στη διαφορετική θεώρηση ως προς τον τρόπο διαχείρισης του υδροσυστήματος.

Finding the optimal management policy for a hydro system is a difficult and complicated process due to the many problems that can arise and must be addressed. The situation becomes even more difficult when considering hydro systems where one of the main goals is to produce hydroelectric power. The hydro systems’ optimization is achieved through analysis of the hydro system, by means of simulation and optimization. In the present study, the River Nestos hydro system is examined in order to derive operating rules for optimal management. River Nestos hydro system currently consists of two hydropower plants, Thesaurus and Platanovrissi. Also, a study has been made for the construction of a third plant, Temenos. The system analysis was carried out by the combined use of two software tools: WEAP21 and MATLAB. More specifically, a simulation of the hydro system was made using WEAP21, while the optimization was performed by the combined use of WEAP21 and MATLAB connected via COM-API. Regarding MATLAB, Optimization Toolbox was used and, more specifically, the genetic algorithm and simulated annealing algorithm. Three different scenarios were examined. In the first scenario the study aimed to find operating rules based on two optimization criteria: firstly, the maximization of system reliability in meeting the irrigation and environmental objectives and, secondly, the profit maximization from energy production. Taking into account the Greek-Bulgarian agreement which has been signed but has not yet been enforced and which defines the percentage of water that may be exploited by each country, two cases were examined: a) In the first case, the run-off was considered equal to that recorded by stations in the basin borders, under the present situation in which the agreement is not enforced (70-80% share to Greece) and b) in the second case it was considered that the agreement has been implemented and hence the run-off in the border area was determined to be in accordance with the terms of the agreement (29% share to Greece). The second and third scenarios consider the possibility of maximizing the primary energy of the system, i.e. the secured generation even under the most unfavorable conditions. The difference between these two scenarios lies in different approaches to the management of the hydro system.