Σχεδιασμός, ανάπτυξη και πειραματική αξιολόγηση κατανεμημένων αλγορίθμων διαχείρισης έξυπνων δικτύων ενέργειας
Authors: Τσαμπάσης Ελευθέριος 
Published: April 2021

H ολοένα αυξανόμενη ενεργειακή ζήτηση τις τελευταίες δεκαετίες έχει οδηγήσει στην αναζήτηση καινοτόμων τεχνικών παραγωγής, διαχείρισης και πρόβλεψης ενέργειας. Στο πλαίσιο αυτό, η έννοια του ευφυούς δικτύου αναφέρεται στην αποκεντρωμένη παραγωγή ενέργειας, με κύριο γνώμονα την βελτιστοποίηση της απόδοσης των ενεργειακών συστημάτων. Σκοπός της παρούσας διδακτορικής διατριβής είναι η μελέτη και η ανάλυση ευφυών δικτύων ηλεκτρικής ενέργειας. Στο πρώτο κεφάλαιο, πραγματοποιείται μια σύντομη εισαγωγή, αναλύονται οι βασικότερες έννοιες ενός «έξυπνου δικτύου» (smart grid): Ως μια νέα ιδέα για το σύστημα παροχής ενέργειας, το έξυπνο δίκτυο περιλαμβάνει πολλές προηγμένες τεχνολογίες, μεθοδολογίες, νέους αλγόριθμους και δημιουργικές αρχιτεκτονικές ως υπηρεσία αλλά και για την λειτουργία των επιχειρήσεων, την επίλυση προβλημάτων, όπως μείωση εκπομπών άνθρακα, βελτιστοποίηση κατανομής πόρων, ασφάλεια δικτύου και βελτίωση αξιοπιστίας και παροχής ενέργειας κατά τον καλύτερο δυνατό τρόπο. Εν συνεχεία, το Δεύτερο κεφάλαιο εστιάζεται στη διερεύνηση των αναγκών και στην αναγνώριση καινοτόμων ιδεών που θα συμβάλουν στην έρευνα και στην ανάπτυξη της πρωτοβουλίας 5G ΡΡΡ / 5G για την υλοποίηση της χρήσης ευφυών δικτύων με τεχνολογίες 5G. Στο Τρίτο κεφάλαιο, αναλύεται μια τοπολογία διασύνδεσης ενός έξυπνου κτιρίου με ευφυές δίκτυο. Μελετώνται αποδοτικές τεχνικές ασύρματης μετάδοσης δεδομένων, σε θεωρητικό οικοδόμημα τριών ορόφων. Στο Τέταρτο κεφάλαιο, πραγματοποιείται μια ανασκόπηση σε όλες τις τεχνολογίες κατασκευής και φόρτισης ηλεκτρικών αυτοκινήτων. Τα ηλεκτρικά αυτοκίνητα συνιστούν ένα νέο είδος φορτίου για το έξυπνο δίκτυο. Για το σκοπό αυτό παρουσιάζονται και αναλύονται τα κύρια χαρακτηριστικά και οι απαιτήσεις των επικοινωνιών μεταξύ οχημάτων – δικτύου (Vehicle to Grid - V2G) , καθώς και οι μελλοντικές εξελίξεις και τα σενάρια σε θέματα εξηλεκτρισμού. Επιπλέον, επισημαίνονται ζητήματα ενσωμάτωσης με τα δίκτυα κινητής τηλεφωνίας πέμπτης γενιάς (5G) που αναπτύσσονται επί του παρόντος, ώστε να διασφαλιστεί η άριστη ποιότητα μετάδοσης και λήψης στην επικοινωνία οχημάτων – δικτύου για την βελτίωση της εμπειρίας του χρήστη. Η εν λόγω ενσωμάτωση επεκτείνεται και στην τεχνολογία αυτόνομων οχημάτων (Autonomous Vehicles - AVs) δεδομένου ότι απαιτείται βελτιστοποιημένη επεξεργασία πληροφοριών από διαφορετικές πηγές, προκειμένου να εξασφαλιστεί η προηγμένη διαχείριση της κυκλοφορίας σε όλες τις πτυχές της. Το Πέμπτο κεφάλαιο επεξεργάζεται πώς μπορεί να διαμορφωθεί η συμπεριφορά των χρηστών έτσι ώστε να μπορούν να ελεγχθούν διαφορετικές συμπεριφορές. Στη συνέχεια, αναθεωρούνται τα εργαλεία προσομοίωσης, οι υποδομές διασύνδεσης καθώς και οι αρχές που μπορούν να επεκταθούν προκειμένου να παρασχεθεί μια πλατφόρμα στην οποία η μοντελοποίηση και η προσομοίωση συμπεριφοράς κτιρίων, ελέγχου και συμπεριφοράς των χρηστών αποσυνδέονται από εξομοιωτές ισχύος ή δικτύου και υλοποιούνται ως συνιστώσες. Η κύρια συμβολή του είναι η παρουσίαση της βασικής λειτουργικότητας ενός τέτοιου εργαλείου προσομοίωσης έξυπνου δικτύου το οποίο επιτρέπει την ανεξάρτητη ανάπτυξη των στοιχείων και την αξιοποίηση των καλύτερων εργαλείων σε επίπεδο τομέα για γρήγορη εξέταση υπό μορφή πρωτοτύπου. Η κύρια συμβολή του Έκτου κεφαλαίου είναι η παρουσίαση της βασικής λειτουργικότητας ενός εργαλείου προσομοίωσης έξυπνου δικτύου, το οποίο επιτρέπει την ανεξάρτητη ανάπτυξη των στοιχείων και την αξιοποίηση των καλύτερων εργαλείων σε επίπεδο τομέα για γρήγορη εξέταση υπό μορφή πρωτοτύπου. Τέλος, στο Έβδομο κεφάλαιο αναλύονται τα βασικότερα συμπεράσματα της διατριβής, τα οποία θα συμβάλουν στην ήδη κεκτημένη γνώση και εμπειρία, την οποία αποκόμισαν άλλοι ερευνητές, αλλά κατατίθενται και προτάσεις για μελλοντική έρευνα.