Βέλτιστη διαχείριση ενέργειας σε λιμάνια με περιορισμό των εκπομπών αερίων του θερμοκηπίου

Η ποσότητα ηλεκτρικής ενέργειας που απαιτείται από τα λιμάνια συνδέεται στενά με ρυθμιζόμενα φορτία, όπως εμπορευματοκιβώτια ελεγχόμενης θερμοκρασίας (ΕΕΘ), συνδεδεμένα στο ρεύμα ηλεκτρικά αυτοκίνητα (ΣΡΗΑ) και τροφοδοσία με ηλεκτρική ενέργεια από την ακτή στα πλοία (ΤΗΕΑΠ) σε αγκυροβόλιο. Ταυτόχρονα, τα λιμάνια παρουσιάζουν σημαντικές ευκαιρίες για παραγωγή ενέργειας από ανανεώσιμες πηγές ενέργειας (ΑΠΕ). Ωστόσο, ο έλεγχος αυτών των διαφορετικών προσαρμόσιμων φορτίων είναι δύσκολος με τα συμβατικά συστήματα ελέγχου. Τα συστήματα πολλαπλών πρακτόρων (ΣΠΠ) έχουν αποδειχθεί εξαιρετικά αποτελεσματικά στη διαχείριση πολύπλοκων συστημάτων και, όπως αποδεικνύεται σε αυτή τη διατριβή, μπορούν επίσης να είναι αποτελεσματικά για εφαρμογές διαχείρισης λιμανιών. Αυτή η εργασία προτείνει ένα κατανεμημένο σύστημα διαχείρισης ζήτησης με χρήση ΣΠΠ, που αναπτύχθηκε με το Java Agent DEvelopment Framework (JADE), για τη διαχείριση της ζήτησης ισχύος για ρυθμιζόμενα φορτία στα λιμάνια. Η Ανάλυση και Σχεδίαση του ΣΠΠ έγινε ακολουθώντας τη μεθοδολογία ASEME, η οποία έχει εφαρμοστεί με επιτυχία στο πεδίο εφαρμογής του έξυπνου δικτύου. Δύο ανεξάρτητά συστήματα που βασίζονται σε ασαφή λογική ενσωματώνονται στο ΣΠΠ για την ελαχιστοποίηση του λειτουργικού κόστους των ΕΕΘ και των ΣΡΗΑ, αντίστοιχα. Επιπλέον, τα πλοία που βρίσκονται αγκυροβολημένα, και λειτουργούν παράλληλα με ΤΗΕΑΠ, λειτουργούν ως έξυπνοι προμηθευτές και μπορούν να βελτιστοποιήσουν αποτελεσματικά το λειτουργικό κόστος διατηρώντας παράλληλα τις εκπομπές εντός των προβλεπόμενων ορίων. Η αποτελεσματικότητα της προτεινόμενης μεθόδου αξιολογείται με λεπτομερείς προσομοιώσεις ενός λιμανιού. Τα αποτελέσματα, στα συγκεκριμένα συστήματα και σενάρια λειτουργίας που εξετάζονται στη διδακτορική διατριβή (ΔΔ), καταδεικνύουν μείωση κατά 38,54% στο συνολικό ενεργειακό κόστος ανά KWh για ΕΕΘ και ΣΡΗΑ. Περαιτέρω μείωση κατά 17,68% στο συνολικό λειτουργικό κόστος του λιμανιού επιτυγχάνεται όταν περιλαμβάνονται τα πλοία σε ελλιμενισμό, με τη μείωση να περιορίζεται στο 15,92% ή 9,32% όταν εφαρμόζεται έλεγχος εκπομπών ανά πλοίο ή συνολικά στο λιμάνι, αντίστοιχα. Αυτή η διατριβή παρουσιάζει επίσης μια προσομοίωση σε πραγματικό χρόνο συστημάτων πολλαπλών πρακτόρων για αποκεντρωμένη στήριξη τάσης στο δίκτυο διανομής. Η προσομοίωση σε πραγματικό χρόνο εκτελείται χρησιμοποιώντας ένα ΣΠΠ που χρησιμοποιείται στη στήριξη της τάσης των κατανεμημένων φορτίων και των γεννητριών με αξιοπιστία στο δίκτυο διανομής. Στις προσομοιώσεις, τα αποτελέσματα στα συγκεκριμένα συστήματα και σενάρια λειτουργίας που εξετάζονται στη ΔΔ, το ΣΠΠ με στήριξη τάσης διατηρεί τις τάσεις εντός του επιτρεπτού ορίου ±5% και παράλληλα το βέλτιστο κόστος και τη μείωση των εκπομπών ρύπων και χρόνο εκτέλεσης κατάλληλο για έλεγχο σε πραγματικό χρόνο. Επιπλέον, σήμερα η κατανάλωση ενέργειας στους τερματικούς σταθμούς εμπορευματοκιβωτίων σχετίζεται με ευέλικτα φορτία. Αναμφίβολα, τα πιο σημαντικά από αυτά τα ευέλικτα φορτία είναι τα ΕΕΘ. Κατά μέσο όρο, τα ΕΕΘ ευθύνονται για το 47,87% της συνολικής κατανάλωσης ενέργειας των τερματικών σταθμών που δεικνύεται με πραγματικά δεδομένα ότι το ΣΠΠ μπορεί να είναι ιδιαίτερα κατάλληλο για τον έλεγχο ΕΕΘ σε έναν τερματικό σταθμό. Προτείνεται ένα ΣΠΠ, που υλοποιείται στο JADE, για τη διαχείριση ενεργού ισχύος των ΕΕΘ, με χρήση ασαφούς λογικής, ενσωματωμένο στη δομή του ΣΠΠ, για την εκτίμηση του συντελεστή αξιοποίησης των ΕΕΘ. Τα αποτελέσματα των προσομοιώσεών ενός μεγάλου τερματικού σταθμού απέδειξαν την αποτελεσματικότητα της μεθόδου. Επιτεύχθηκε, στα συγκεκριμένα συστήματα και σενάρια λειτουργίας που εξετάζονται στη ΔΔ, μείωση 37,08% στο συνολικό κόστος ενέργειας των ΕΕΘ σε έναν τερματικό σταθμό, στα συγκεκριμένα συστήματα και σενάρια λειτουργίας. Τέλος, η παρούσα εργασία παρουσιάζει μια καινοτόμο μέθοδο βέλτιστου προγραμματισμού λειτουργίας λιμανιών με γνώμονα τις εκπομπές αερίων του θερμοκηπίου, σχεδιασμένη για τη διαχείριση της ζήτησης ισχύος σε κατανεμημένα ευέλικτα ηλεκτρικά φορτία. Η προτεινόμενη προσέγγιση αντιμετωπίζει ταυτόχρονα πολλαπλούς στόχους: τον περιορισμό των εκπομπών εντός του λιμανιού, την ελαχιστοποίηση του λειτουργικού κόστους, τη βελτιστοποίηση της χρονικής μετατόπισης του φορτίου του λιμανιού και την ικανοποίηση των λειτουργικών περιορισμών πολλών στοιχείων του συστήματος. Μέχρι σήμερα, λίγες μελέτες έχουν αντιμετωπίσει τα πλοία ως έξυπνους prosumers που είναι σε θέση να μετριάσουν αποτελεσματικά όλες τις επιβλαβείς εκπομπές. Για την επίλυση αυτού του εξαιρετικά πολύπλοκου προβλήματος, χρησιμοποιείται ένα ΣΠΠ, υλοποιημένο στη JADE. Το ΣΠΠ επιλέχθηκε λόγω της περίπλοκης φύσης του υπό μελέτη συστήματος ηλεκτρικής ενέργειας και της ανάγκης για μια γρήγορη και αξιόπιστη λύση. Κάθε πράκτορας επιλύει ένα τοπικό πρόβλημα βελτιστοποίησης πολύ γρήγορα και αξιόπιστα, επιτρέποντας μια συνολική βέλτιστη λύση. Η προτεινόμενη μέθοδος αξιολογήθηκε αυστηρά μέσω λεπτομερών προσομοιώσεων σε μια μελέτη περίπτωσης που περιλάμβανε ένα λιμάνι με εκατοντάδες ΕΕΘ, ΣΡΗΑ και δύο ΤΗΕΑΠ. Τα αποτελέσματα, στα συγκεκριμένα συστήματα και σενάρια λειτουργίας που εξετάζονται στη ΔΔ, επιβεβαιώνουν την αποτελεσματικότητα της μεθόδου, επιτυγχάνοντας βέλτιστα αποτελέσματα, ενώ ικανοποιούνται πλήρως όλοι οι στόχοι βελτιστοποίησης και οι λειτουργικοί περιορισμοί. Η προτεινόμενη μεθοδολογία εξασφαλίζει ταχεία και αξιόπιστη σύγκλιση του αλγορίθμου βελτιστοποίησης σε έναν γύρο και παρουσιάζει βελτιωμένη απόδοση σε σχέση με τις υπάρχουσες προσεγγίσεις.