Στοχαστική ανάλυση και προσομοίωση υδρομετεωρολογικών διεργασιών για τη βελτιστοποίηση ενός υβριδικού συστήματος ανανεώσιμης ενέργειας

Χ. Ιωάννου, Γ. Τσεκούρας, Α. Ευστρατιάδης, και Δ. Κουτσογιάννης, Στοχαστική ανάλυση και προσομοίωση υδρομετεωρολογικών διεργασιών για τη βελτιστοποίηση ενός υβριδικού συστήματος ανανεώσιμης ενέργειας, Πρακτικά 2ου Πανελλήνιου Συνεδρίου Φραγμάτων και Ταμιευτήρων, Αθήνα, Αίγλη Ζαππείου, doi:10.13140/RG.2.1.3787.0327, Ελληνική Επιτροπή Μεγάλων Φραγμάτων, 2013.

[doc_id=1408]

[Ελληνικά]

Τα μειονεκτήματα των συμβατικών πηγών ενέργειας, συμπεριλαμβανομένων των αρνητικών περιβαλλοντικών επιπτώσεων τους, υπογραμμίζουν την αναγκαιότητα ενσωμάτωσης των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας στο ενεργειακό ισοζύγιο. Ωστόσο, οι ανανεώσιμες πηγές ενέργειας έχουν στενή εξάρτηση από υδρομετεωρολογικές μεταβλητές, όπως η ταχύτητα ανέμου, η διάρκεια ηλιοφάνειας και η ηλιακή ακτινοβολία, οι οποίες χαρακτηρίζονται από χρονική μεταβλητότητα και αβεβαιότητα. Στις μελέτες σχεδιασμού και διαχείρισης υβριδικών συστημάτων ενέργειας είναι αναγκαία η διερεύνηση των στοχαστικών ιδιοτήτων αυτών των φυσικών διεργασιών, συμπεριλαμβανομένης της πιθανής ύπαρξης μακροχρόνιας εμμονής. Για τον σκοπό αυτό, αναλύουμε χρονοσειρές μέσης ημερήσιας ταχύτητας ανέμου και ημερήσιας διάρκειας ηλιοφάνειας από Ευρωπαϊκές βάσεις δεδομένων και εκτιμούμε αντιπροσωπευτικές τιμές του συντελεστή Hurst και για τις δύο μεταβλητές. Στη συνέχεια, παράγουμε συνθετικές χρονοσειρές ταχύτητας ανέμου και διάρκειας ηλιοφάνειας σε ετήσια, μηνιαία και ημερήσια κλίμακα, με εφαρμογή του υπολογιστικού συστήματος Κασταλία, που υλοποιεί ένα μοντέλο πολυμεταβλητής στοχαστικής προσομοίωσης. Χρησιμοποιώντας τις συνθετικές χρονοσειρές ως δεδομένα εισόδου, πραγματοποιούμε στοχαστική προσομοίωση ενός υποθετικού αυτόνομου υβριδικού συστήματος ανανεώσιμης ενέργειας, του οποίου βελτιστοποιούμε την απόδοση, με χρήση γενετικών αλγορίθμων. Σε επίπεδο σχεδιασμού του συστήματος βελτιστοποιούμε τα βασικά μεγέθη ώστε να ικανοποιείται η ζήτηση ενέργειας με υψηλή αξιοπιστία, ελαχιστοποιώντας ταυτόχρονα το κόστος. Αν και η κλίμακα προσομοίωσης είναι η ημερήσια, μια απλή μέθοδος επιτρέπει την χρήση της κατανομής παραγόμενης ενέργειας σε κλίμακα μικρότερη της ημερήσιας. Στα πλαίσια των αναλύσεων, διερευνώνται διάφορα σενάρια, που αναφέρονται σε κρίσιμες παραμέτρους του στοχαστικού μοντέλου, όπως ο συντελεστής Hurst, καθώς και σε παραμέτρους σχεδιασμού, όπως η γωνία κλίσης των φωτοβολταϊκών πάνελ.

PDF Πλήρες κείμενο (549 KB)

PDF Συμπληρωματικό υλικό:

Βλέπε επίσης: http://dx.doi.org/10.13140/RG.2.1.3787.0327

Εργασίες μας στις οποίες αναφέρεται αυτή η εργασία:

1. D. Koutsoyiannis, Optimal decomposition of covariance matrices for multivariate stochastic models in hydrology, Water Resources Research, 35 (4), 1219–1229, doi:10.1029/1998WR900093, 1999.
2. D. Koutsoyiannis, A generalized mathematical framework for stochastic simulation and forecast of hydrologic time series, Water Resources Research, 36 (6), 1519–1533, doi:10.1029/2000WR900044, 2000.
3. D. Koutsoyiannis, Coupling stochastic models of different time scales, Water Resources Research, 37 (2), 379–391, doi:10.1029/2000WR900200, 2001.
4. D. Koutsoyiannis, Climate change, the Hurst phenomenon, and hydrological statistics, Hydrological Sciences Journal, 48 (1), 3–24, doi:10.1623/hysj.48.1.3.43481, 2003.
5. D. Koutsoyiannis, C. Onof, and H. S. Wheater, Multivariate rainfall disaggregation at a fine timescale, Water Resources Research, 39 (7), 1173, doi:10.1029/2002WR001600, 2003.
6. D. Koutsoyiannis, C. Makropoulos, A. Langousis, S. Baki, A. Efstratiadis, A. Christofides, G. Karavokiros, and N. Mamassis, Climate, hydrology, energy, water: recognizing uncertainty and seeking sustainability, Hydrology and Earth System Sciences, 13, 247–257, doi:10.5194/hess-13-247-2009, 2009.
7. D. Koutsoyiannis, A random walk on water, Hydrology and Earth System Sciences, 14, 585–601, doi:10.5194/hess-14-585-2010, 2010.
8. H. Tyralis, and D. Koutsoyiannis, Simultaneous estimation of the parameters of the Hurst-Kolmogorov stochastic process, Stochastic Environmental Research & Risk Assessment, 25 (1), 21–33, 2011.
9. D. Koutsoyiannis, Hurst-Kolmogorov dynamics and uncertainty, Journal of the American Water Resources Association, 47 (3), 481–495, doi:10.1111/j.1752-1688.2011.00543.x, 2011.
10. Y. Dialynas, S. Kozanis, and D. Koutsoyiannis, A computer system for the stochastic disaggregation of monthly into daily hydrological time series as part of a three–level multivariate scheme, European Geosciences Union General Assembly 2011, Geophysical Research Abstracts, Vol. 13, Vienna, EGU2011-290, doi:10.13140/RG.2.2.23814.98885, European Geosciences Union, 2011.
11. D. Koutsoyiannis, and A. Efstratiadis, The necessity for large-scale hybrid renewable energy systems, Hydrology and Society, EGU Leonardo Topical Conference Series on the hydrological cycle 2012, Torino, doi:10.13140/RG.2.2.30355.48161, European Geosciences Union, 2012.
12. Γ. Τσεκούρας, Στοχαστική ανάλυση και προσομοίωση υδρομετεωρολογικών διεργασιών σχετικών με την αιολική και ηλιακή ενέργεια, Διπλωματική εργασία, 246 pages, Τομέας Υδατικών Πόρων και Περιβάλλοντος – Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο, Οκτώβριος 2012.
13. Χ. Ιωάννου, Στοχαστική προσομοίωση και βελτιστοποίηση υβριδικού συστήματος ανανεώσιμης ενέργειας, Διπλωματική εργασία, 122 pages, Τομέας Υδατικών Πόρων και Περιβάλλοντος – Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο, Οκτώβριος 2012.

Άλλες εργασίες που αναφέρονται σ' αυτή την εργασία (αυτός ο κατάλογος μπορεί να μην είναι ενημερωμένος):

1. Bakanos, P. I., and K. L. Katsifarakis, Optimizing operation of a large-scale pumped storage hydropower system coordinated with wind farm by means of genetic algorithm, Global Nest Journal, 2019.

Κατηγορίες: Στοχαστική, Εργασίες φοιτητών σε συνέδρια, Νερό και ενέργεια