Σχεδιασμός μικρών υδροηλεκτρικών σταθμών υπό αβεβαιότητα: από τον υδρολογικό κύκλο στη μετατροπή ενέργειας

Διερευνούμε τον σχεδιασμό μικρών υδροηλεκτρικών σταθμών κάτω από πολλαπλές πηγές αβεβαιότητας και τον αντιπαραβάλλουμε με τη συμβατική ντετερμινιστική πρακτική που οδηγεί σε μια μοναδική λύση. Ειδικότερα, δίνουμε έμφαση σε τρεις πηγές αβεβαιότητας, που αναφέρονται: (α) στη διεργασία της βροχόπτωσης, (β) στον μετασχηματισμό βροχής-απορροής, και (γ) στη μετατροπή της παροχής σε ηλεκτρική ενέργεια. Η πρώτη οφείλεται στη φυσική (δηλαδή, υδροκλιματική) μεταβλητότητα και αναπαρίσταται μέσω στοχαστικών προσεγγίσεων. Όσον αφορά την αβεβαιότητα των διεργασιών βροχής-απορροής, αυτή προκύπτει από εγγενείς δομικές ελλείψεις και κακή προσδιοριστικότητα των παραμέτρων σε όλη τη διαδικασία βαθμονόμησης. Στην πραγματικότητα, οι παραμετροποιήσεις των υδρολογικών μοντέλων που χρησιμοποιούν μόνο ιστορικά δεδομένα είναι συχνά ανεπαρκείς για την ακριβή πρόβλεψη της συμπεριφοράς της λεκάνης απορροής μακροπρόθεσμα, καθώς ενδέχεται να μην καταγράφουν το πλήρες φάσμα των υδροκλιματικών συνθηκών στις οποίες μπορεί να υποβληθεί η λεκάνη απορροής. Για να αντιμετωπίσουμε αυτό το ζήτημα, χρησιμοποιούμε συνθετικές χρονοσειρές ως οδηγούς για την παραμετροποίηση του μοντέλου και την επαλήθευσή του έναντι των παρατηρούμενων δεδομένων. Αυτή η προσέγγιση διατηρεί τις πιθανολογικές ιδιότητες και τη δομή εξάρτησης των παρατηρημένων δεδομένων, ενώ παρέχει επίσης ένα πολύ ευρύτερο φάσμα υδροκλιματικών συνθηκών για την εκπαίδευση του μοντέλου. Επιπλέον, επιτρέπει την αξιολόγηση και τον ποσοτικό προσδιορισμό της συνολικής αβεβαιότητας του μοντέλου. Η τελική πηγή αβεβαιότητας απεικονίζεται μέσω πιθανοτικών καμπυλών απόδοσης. Αυτό το πλαίσιο προσομοίωσης-βελτιστοποίησης Monte Carlo διαμορφώνεται ως μια αρθρωτή διαδικασία, στην οποία ελέγχονται οι διαφορετικές πηγές αβεβαιότητας, καθώς και το πλήρες πλαίσιο, μέσω του σχεδιασμού ενός μικρού υδροηλεκτρικού σταθμού στην Ήπειρο της Δυτικής Ελλάδας.