Βελτιστοποίηση της διαχείρισης συστημάτων ταμιευτήρων και της διείσδυσης της αιολικής ενέργειας στο ενεργειακό σύστημα ισχύος μέσω αντλησιοταμίευσης με τη χρήση γενετικών αλγορίθμων

Abstract

This dissertation aims to investigate the operation of complex multipurpose reservoir systems by means of genetic algorithms (GAs). The application of GAs to the process of solving multi-reservoir systems operation problems, during short-term and long-term time periods, was implemented by compiling code and developing applications in Microsoft Visual Studio integrated development environment. The aims of the dissertation can be summarized in the following two research fields. The first aim is cooperation of hydroelectric power plants with other renewable energy sources (RES) and mainly wind farms. The target is to increase the penetration of RES in the interconnected grid and to reduce curtailments of intermittent energy through pumped-storage technology, which is a mature and efficient method of energy storage on a large scale. The second aim is the long-term maximization of hydroelectric power generation from a large-scale multi-purpose reservoir system, using the reservoir system of the Aliakmonas River, Greece, as application example. The method of GAs has been successfully applied to two complex and non-linear problems of simulation-optimization of reservoir systems. In all cases application of the method resulted in improved operation of the systems, namely in an increase of the total generated benefit. Moreover, collaboration with other metaheuristic or evolutionary algorithms is easy. Finally, in the future it will be able to more effectively approach a wider range of real problems of reservoir systems management in the context of integrated water management and energy resources.

Η παρούσα διατριβή έχει ως σκοπό να ερευνήσει τη βέλτιστη λειτουργία σύνθετων συστημάτων ταμιευτήρων πολλαπλού σκοπού με τη μέθοδο των γενετικών αλγορίθμων (ΓΑ). Η μεθοδολογία που ακολουθήθηκε για την προσομοίωση και βελτιστοποίηση αυτών των μεγάλης κλίμακας υδροενεργειακών συστημάτων, υλοποιήθηκε με τη συγγραφή υπολογιστικού κώδικα και την ανάπτυξη αυτοτελών προγραμμάτων σε παραθυρικό περιβάλλον, στο ολοκληρωμένο περιβάλλον ανάπτυξης εφαρμογών Visual Studio, της εταιρείας Microsoft Corporation. Οι στόχοι στους οποίους επικεντρώθηκε η διατριβή μπορούν να συνοψιστούν στα παρακάτω δύο ερευνητικά πεδία. Ο πρώτο στόχος αφορά την συνεργασία των υδροηλεκτρικών σταθμών με τα αιολικά πάρκα με στόχο την αύξηση της διείσδυσης της αιολικής ενέργειας στο διασυνδεδεμένο δίκτυο, με ταυτόχρονη μείωση των απορρίψεων ή των περικοπών της μέσω της ώριμης τεχνολογίας της αντλησιοταμίευσης. Ο δεύτερο στόχος την ανάπτυξη ενός ολοκληρωμένου και αυτοτελούς προγράμματος για την μακροπρόθεσμη προσομοίωση – βελτιστοποίηση της λειτουργίας ενός μεγάλης κλίμακας συστήματος ταμιευτήρων πολλαπλού σκοπού, με τη μέθοδο των ΓΑ σε μακροπρόθεσμο χρονικό ορίζοντα. Ως παράδειγμα εφαρμογής χρησιμοποιήθηκε το σύστημα ταμιευτήρων του ποταμού Αλιάκμονα. Η μέθοδος των ΓΑ εφαρμόστηκε με επιτυχία σε δύο σύνθετα και μη γραμμικά προβλήματα προσομοίωσης - βελτιστοποίησης συστημάτων ταμιευτήρων. Τα αποτελέσματα σε όλες τις περιπτώσεις έδειξαν ότι μέσω της μεθόδου των γενετικών αλγορίθμων επιτυγχάνεται βελτίωση της λειτουργίας των συστημάτων, γεγονός που οδηγεί σε αύξηση του συνολικού παραγόμενου οφέλους. Η μεθοδολογία που ακολουθήθηκε μπορεί εύκολα να συνδυαστεί με άλλους μεθευρετικούς ή εξελικτικούς αλγορίθμους. Τέλος, στο μέλλον θα έχουν τη δυνατότητα να προσεγγίσουν αποτελεσματικότερα ένα ευρύτερο φάσμα πραγματικών προβλημάτων διαχείρισης συστημάτων ταμιευτήρων, στα πλαίσια της ολοκληρωμένης διαχείρισης των υδατικών και ενεργειακών πόρων.