Platforms for (self) evolving smart energy systems
Authors: Φάιντι Ραφίκ 
Published: January 2023

Η σύγχρονη κοινωνία εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από την χρήση ηλεκτρικής ενέργειας κάτι που σημαίνει ότι η συνεχής παροχή του συγκεκριμένου αγαθού είναι απαραίτητη. Αντίθετα, ενώ η ζήτηση των καταναλωτών αυξάνεται πολύ γρήγορα, η επέκταση της υποδομής του ηλεκτρικού δικτύου, είτε μιλάμε για το ίδιο το δίκτυο είτε για τα εργοστάσια παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας, δεν ακολουθεί με τον ίδιο ρυθμό κάτι που οδηγεί σε ένα μόνιμα συμφορημένο δίκτυο.Η έλευση των Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας (ΑΠΕ) βελτιστοποιεί τα ζητήματα παροχής ηλεκτρικής ενέργειας. Σε αντίθεση, οι συγκεκριμένες πηγές ενέργειας προσθέτουν στο δίκτυο το στοιχείο του απρόβλεπτου καθώς και στοχαστικότητα μιας και κανείς δεν μπορεί να εγγυηθεί την αδιάλειπτη συνεισφορά τους στην παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας. Επιπλέον οι συμβατικές μονάδες παραγωγής έχουν μια εγγενή αδράνεια. Δεν μπορούν να αυξήσουν ή να μειώσουν την παραγωγή τους στιγμιαία κάτι που σημαίνει ότι θα πρέπει να παράγουν ποσότητες ενέργειας ικανές να αντισταθμίσουν μια προσωρινή απώλεια των μονάδων ΑΠΕ. Προφανώς τα επιπλέον αυτά ποσά ενέργειας απλά χάνονται στην περίπτωση που οι μονάδες ΑΠΕ λειτουργούν κανονικά. Η ηλεκτρική ενέργεια δεν μπορεί να αποθηκευτεί. Η επιπλέον λοιπόν ενέργεια που παράγεται απλά σπαταλιέται.Κάτι που επίσης πρέπει να ληφθεί πολύ σοβαρά υπόψιν είναι η εισαγωγή των Ηλεκτρικών Αυτοκινήτων (ΗΑ) και ο επιπλέον φόρτος που προσθέτουν σε ένα ήδη συμφορημένο δίκτυο. Τα ΗΑ προσθέτουν ένα επιπλέον φορτίο στο δίκτυο και επιπλέον το φορτίο αυτό δεν διαφοροποιείται πολύ κατά την διάρκεια της μέρας. Λίγο ή πολύ ο κύκλος φόρτισης των ΗΑ ακολουθεί το ίδιο μοτίβο. Οι άνθρωποι αφήνουν το σπίτι τους το πρωί και πηγαίνουν στις δουλειές τους όπου φορτίζουν τα αυτοκίνητά τους στο πάρκινγκ. Παρόμοια, αφήνουν τις δουλειές τους και επιστρέφουν στο σπίτι τους όπου φορτίζουν ξανά τα αυτοκίνητά τους κατά την διάρκεια του απογεύματος ή της νύχτας.Παραδοσιακά, υπεύθυνος για την ευστάθεια του δικτύου ηλεκτρικής ενέργειας είναι ο διαχειριστής συστήματος. Είναι υπεύθυνος για την διαχείριση του φορτίου με τρόπο που εγγυάται την απρόσκοπτη λειτουργία του δικτύου. Μέχρι τώρα αυτό ήταν μια διαδικασία που γίνονταν εμπειρικά υπό την έννοια ότι ο διαχειριστής του συστήματος έχοντας γνώση των ημερών ή των ωρών που το σύστημα λειτουργεί με μεγάλο φόρτο, έπαιρνε αποφάσεις για το ποια εργοστάσια παραγωγής ενέργειας θα έπρεπε να λειτουργήσουν ούτως ώστε και να καλυφθεί η ζήτηση και να διασφαλιστεί η ασφάλεια του δικτύου.Η αγορά ηλεκτρικής ενέργεια υφίσταται αυτή τη στιγμή μία αναδιαμόρφωση από την καθετοποιημένη φύση της προς μία ανταγωνιστική η οποία στηρίζεται σε ένα σύστημα δημοπρασιών τόσο για την παραγωγή και πώληση όσο και για την αγορά ηλεκτρικής ισχύος. Μέσα σ' αυτό το πλαίσιο, το οποίο εκφράστηκε πρώτη φορά από τον William W. Hogan, οι παραπάνω μέθοδοι καθίστανται παρωχημένες. Επιπλέον, αφού τόσο οι παραγωγοί όσο και οι καταναλωτές ανταγωνίζονται ο ένας τον άλλο ούτως ώστε να πουλήσουν/αγοράσουν ηλεκτρική ενέργεια στην καλύτερη δυνατή τιμή, μέθοδοι και αλγόριθμοι Τεχνητής Νοημοσύνης (ΤΝ) μπορούν να προσφέρουν λύσεις οι οποίες από την μια μεγιστοποιούν το χαρτοφυλάκιο τους και από την άλλη εγγυώνται την ασφάλεια του δικτύου σε πραγματικό χρόνο.Το αντικείμενο της παρούσας διατριβής είναι η ταυτοποίηση, η παραγωγή και η χρήση καινούριων μεθόδων και αλγορίθμων οι οποίοι θα επικεντρώνονται στον μετασχηματισμό της καθετοποιημένης αγοράς ηλεκτρικής ενέργειας σε μία ανταγωνιστική όπου παραγωγοί ηλεκτρικής ενέργειας, χονδρέμποροι, λιανοπωλητές και τελικοί χρήστες ανταγωνίζονται μεταξύ τους σε μία προσπάθεια να μεγιστοποιήσουν τα κέρδη τους. Ο μετασχηματισμός αυτός ο οποίος είναι προφανώς αναπόφευκτος, ιδίως αν αναλογιστούμε την συνεχή μείωση των ορυκτών καυσίμων, και ήδη σε εξέλιξη στις περισσότερες από της αναπτυγμένες χώρες και κυρίως τις Ηνωμένες Πολιτείες της Αμερικής. Σ' αυτό το πλαίσιο και μέσα από εκτενή πειραματισμό και προσομοιώσεις προσπάθησα να ερευνήσω αποτελεσματικούς και χωρίς διακρίσεις τρόπους εκμετάλλευσης του προαναφερθέντος συστήματος δημοπρασιών αναπτύσσοντας μοντέλα σε μία πλατφόρμα ανοιχτού λογισμικό βασισμένη σε C++, το GridLAB-D. Η μελέτη του κατά πόσο τέτοια συστήματα είναι εφικτά, της ακρίβειας αλλά και της ευστάθειας τους χωρίς να υποβαθμίσουμε ή να αδιαφορήσουμε για ζητήματα ασφάλειας ήταν επίσης μεγάλου ενδιαφέροντος. Επιπλέον, η αναδιάρθρωση της αγοράς ηλεκτρικής ενέργειας και η επερχόμενη «ευφυΐα» της υποδομής του ηλεκτρικού δικτύου έφερε νέες προκλήσεις σχετικά με θέματα ασφάλειας και σταθερότητας, καθώς και τον χειρισμό του τεράστιου όγκου δεδομένων που παράγονται σε πραγματικό χρόνο. Συνεπώς, η χρήση και επεξεργασία μεγάλου όγκου δεδομένων μαζί με τη χρήση τεχνικών τεχνητής νοημοσύνης όπως τα Νευρωνικά Δίκτυα (ΝΔ) και η Ασαφής Λογική (ΑΛ) για την ακριβή πρόβλεψη, πρόληψη ή διόρθωση επικίνδυνων συνθηκών ήταν υψηλής