title: Απόκριση ζήτησης σε βιομηχανικό κτίριο σχεδόν μηδενικής ενεργειακής κατανάλωσης με χρήση γενετικών αλγορίθμων
Creators: name: Σηφακης Νικολαος
Publisher: name: Technical University of Crete
Year: 2017

description: Μια από τις κυριότερες προκλήσεις που η σύγχρονη κοινωνία καλείται να αντιμετωπίσει, περιλαμβάνει τόσο την μείωση της κατανάλωσης ενέργειας όσο και την βέλτιστη δυνατή ενεργειακή διαχείριση. Στον τομέα των κτιρίων, παρουσιάζεται μια τεράστια δυνατότητα για την αύξηση της ενεργειακής αποδοτικότητας καθώς και την ορθολογικότερη κατανάλωση της ενέργειας,  δίχως να επηρεάζεται αρνητικά η άνεση των ανθρώπων που τα χρησιμοποιούν, είτε είναι οικίες, είτε εμπορικά είτε βιομηχανικά κτίρια. Συνεπώς, για την λειτουργία των συστημάτων HVAC, που ρυθμίζουν, σε μεγάλο βαθμό, τις ενεργειακές απαιτήσεις/καταναλώσεις, πρέπει να λαμβάνεται υπόψη η ενεργειακή τιμολόγηση, οι καθημερινές ρουτίνες των χρηστών των εκάστοτε κτιρίων, η θερμική άνεση αυτών καθώς και οι διάφοροι περιορισμοί που προκύπτουν.

Σε αυτήν την κατεύθυνση, η τεχνική της απόκρισης ζήτησης, προσφέρει την δυνατότητα μετασχηματισμού του προφίλ(κατανομής) της κατανάλωσης ισχύος μεμονωμένων κτιρίων ή ακόμα κι ευρύτερων περιοχών με σκοπό την μείωση του κόστους. Αυτό οφείλεται, εν μέρει, στη δυνατότητα της τεχνικής της Απόκρισης Ζήτησης να ελαχιστοποιεί τις επενδύσεις. Το γεγονός αυτό, είναι απαραίτητο για τον εκσυγχρονισμό των ενεργειακών δικτύων, μέσω της ενσωμάτωσης μεγαλύτερης ευελιξίας και  προηγμένων τεχνικών ελέγχου. Η διανεμημένη διαχείριση των ενεργειακών πόρων (DER) και η πολιτική διαχείρισης με έμφαση στην πλευρά της ζήτησης (DSM) κερδίζει βαθμιαία την προσοχή παγκοσμίως ως πολύτιμο επενδυτικό αγαθό, καθώς επιτυγχάνει  τη μείωση των μέγιστων φορτίων και την διατήρηση της ισορροπίας μέσα στα δίκτυα.

Στην παρούσα διπλωματική διατριβή, εξετάζεται η δυνατότητα για βελτιστοποίηση, μέσω της τεχνικής της Απόκρισης Ζήτησης, του συστήματος HVAC σε ένα  βιομηχανικό κτίριο σχεδόν μηδενικής ενεργειακής κατανάλωσης στην Ανκόνα,της Ιταλίας. Η ανάλυση αυτή περιλαμβάνει ένα επικυρωμένο θερμικό μοντέλο του υπό εξέταση κτιρίου, ένα μοντέλο ενεργειακού κόστους για την περιοχή της Ανκόνα, καθώς και την μεθοδολογία για την εξεύρεση του βέλτιστου σεναρίου θερμοκρασιακής διαχείρισης του συστήματος HVAC προκαλώντας την βέλτιστη δυνατή προθέρμανση ή πρόψυξη του κτιρίου. Το εγχείρημα της προθέρμανσης και της πρόψυξης του κτιρίου ελέγχεται σε ωριαία βάση σύμφωνα με τη δυναμική κατάσταση των εξωτερικών κλιματολογικών συνθηκών του κτιρίου, καθώς και σύμφωνα με τους τυποποιημένους εσωτερικούς όρους άνεσης. Η βελτιστοποίηση στοχεύει στην ελαχιστοποίηση του κόστους της ενέργειας χρησιμοποιώντας Γενετικούς Αλγορίθμους (GA) σύμφωνα με το τρέχον σχέδιο τιμολόγησης. Οι εν λόγω Γενετικοί Αλγόριθμοι (GA), εφαρμόστηκαν με την υποστήριξη του λογισμικού  MATLAB και του λογισμικού EnergyPlus. Οι μεταβλητές των Γενετικών Αλγορίθμων, αντιπροσωπεύουν τις θερμοκρασιακές τιμές που καλείται να επιτύχει στο εσωτερικό του κτιρίου το σύστημα HVAC κατά τις 8 πρώτες ώρες της ημέρας, δηλαδή τις ώρες πριν την έναρξη λειτουργίας του κτιρίου. Τα αποτελέσματα παρουσιάζονται λεπτομερώς και αναλύονται σε μία προσπάθεια να αξιολογηθεί η αποτελεσματικότητα της αναπτυγμένης προσέγγισης και των πιθανών εφαρμογών στα τρέχοντα σχέδια τιμολόγησης.

Τέλος, καταλήγουμε στο συμπέρασμα ότι το επίπεδο αποτελεσματικότητας της υπό εξέταση μεθόδου, εξαρτάται τόσο από την γεωγραφική θέση της υπό εξέταση περιοχής όσο κι από την τιμολόγηση της ενέργειας. Προβλέπεται ότι, καθώς οι αγορές γίνονται ανοικτές και δυναμικότερες, η δυνατότητα εφαρμογής τέτοιων τεχνικών θα παρουσιάσει αύξηση παράλληλα με τη βαθμιαία εφαρμογή κι ενσωμάτωση της τεχνικής Απόκρισης Ζήτησης.

description: One of the primary challenges that modern society must confront, involves the decreasing of energy consumption and efficient energy utilization. A tremendous potential to increase energy efficiency and energy conservation exists in buildings while the comfort of the buildings’ occupants is not compromised. As a consequence, the operation of HVAC systems, that regulate energy demand/consumption, must take into account energy tariff, daily routines, thermal comfort and various constraints. 

In this direction, Demand Response offers the possibility of altering the profile of power consumption of individual buildings or building districts for economic return. This is partly due to the potential of wide scale DR in minimizing investments, otherwise necessary for modernizing the power grid, through enabling flexibility and advanced grid management options. Distributed Energy Resources (DER) and Demand Side Management (DSM) are gradually gaining attention as a valuable asset for reducing peak loads, maintaining grid balance, managing the volatility and high energy rejection associated with renewable technologies (i.e. wind, solar) thus increasing grid overall efficiency.

In this Diploma thesis, the potential for Demand Response (DR) optimization of the HVAC system in a Smart Near Zero Energy Industrial Building in Ancona, Italy is investigated. The analysis involves a validated thermal building model, the model of energy cost and a methodology to establish the HVAC optimum preconditioning set point curve. Preheating and precooling is explored on hourly basis according to the dynamic state of the building, varying external climatic conditions and standard indoor comfort conditions. Optimization aims at minimization of the cost of energy using a Genetic Algorithm (GA) configuration under the current pricing scheme. These algorithms were implemented with the support of MATLAB and Energy Plus software. The GA variables represent the discrete state of the HVAC hourly set points for 8 hours prior to the working hours of the building.  Results are thoroughly presented and analyzed in an attempt to evaluate the effectiveness of the developed approach and potential applications in current pricing schemes. 

It is concluded that the effectiveness level of the examined method, depends on the location of the building and energy pricing schemes. It is envisaged that as markets become open and more dynamic the potential of such techniques will increase in parallel with gradual Demand Response implementation.