Π Τ Υ Χ Ι Α Κ Η Ε Ρ ΓΑ Σ Ι Α

Transcript

1 Α Ρ Ι Σ Τ Ο Τ Ε Λ Ε Ι Ο Π Α Ν Ε Π Ι Σ Τ Η Μ Ι Ο Θ Ε Σ Σ Α Λ Ο Ν Ι Κ Η Σ ΣΧΟΛΗ ΘΕΤΙΚΩΝ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ ΤΜΗΜΑ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗΣ Π Τ Υ Χ Ι Α Κ Η Ε Ρ ΓΑ Σ Ι Α ΧΡΟΝΟΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΙΣΜΟΣ ΦΟΡΤΙΣΗΣ ΗΛΕΚΤΡΙΚΩΝ ΟΧΗΜΑΤΩΝ ΜΕ ΔΥΝΑΤΟΤΗΤΑ ΜΕΤΑΦΟΡΑΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΜΕΤΑΞΥ ΟΧΗΜΑΤΩΝ ΚΑΙ ΜΕ ΧΡΗΣΗ ΑΝΑΝΕΩΣΙΜΩΝ ΠΗΓΩΝ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΣΥΓΓΡΑΦΕΑΣ Αλέξανδρος Μιχαήλ Κουφάκης ΕΠΙΒΛΕΠΩΝ ΚΑΘΗΓΗΤΗΣ: Βασιλειάδης Νικόλαος, Αναπληρωτής Καθηγητής ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗ ΙΟΥΝΙΟΣ 2016

2

3

4

5

6

7 ΠΕΡΙΛΗΨΗ Π Ε Ρ Ι Λ Η Ψ Η Το αντικείμενο της παρούσας εργασίας είναι η μελέτη της ενσωμάτωσης των ηλεκτρικών οχημάτων στην καθημερινότητα σε συνδυασμό με τις παρούσες εγκαταστάσεις ηλεκτροδότησης, και η προώθηση της χρήσης ανανεώσιμων πηγών ενέργειας μέσω των ηλεκτρικών οχημάτων. Καθώς τα ορυκτά καύσιμα μειώνονται, και οι αρνητικές επιδράσεις της ανεξέλεγκτης χρήσης τους γίνονται όλο και περισσότερο εμφανείς, η μείωση της χρήσης αυτού του είδους καυσίμων φαντάζει αναγκαία. Τα συμβατικά οχήματα ευθύνονται για μεγάλο ποσοστό χρήσης ορυκτών καυσίμων, οπότε η στροφή σε ηλεκτρικά οχήματα μπορεί να προσφέρει σημαντική ελάττωση της χρήσης τους. Ακόμα και στην περίπτωση που η ενέργεια που τροφοδοτεί τα ηλεκτρικά οχήματα προέρχεται από ορυκτά καύσιμα (μέσω των εργοστασίων), το ενεργειακό κόστος είναι μικρότερο σε σχέση με την απευθείας τροφοδότηση των οχημάτων με ορυκτά καύσιμα. Επιπλέον αν η χρήση ηλεκτρικών οχημάτων συνοδευτεί με την χρήση ενέργειας από ανανεώσιμες πηγές, το οικολογικό όφελος είναι δυσανάλογα μεγαλύτερο αφού τα ηλεκτρικά οχήματα μπορούν να μειώσουν σε μεγάλο βαθμό την ανεκμετάλλευτη ενέργεια. Αυτό, διότι, τα οχήματα μπορούν να λειτουργήσουν ως ρυθμιστές, να χρησιμοποιήσουν δηλαδή ή να αποθηκεύσουν ενέργεια που δεν θα μπορούσε να απορροφηθεί από το υπόλοιπο δίκτυο ηλεκτροδότησης. Αυτό έχει ιδιαίτερη σημασία καθώς οι ανανεώσιμες πηγές ενέργειας συνήθως δεν μπορούν να ρυθμίσουν την παραγωγή τους, με αποτέλεσμα, σε περιπτώσεις που η παραγωγή ενέργειας είναι μεγαλύτερη της ζητούμενης να αχρηστεύονται μεγάλα ποσά ενέργειας. Η ενσωμάτωση των ηλεκτρικών οχημάτων στο δίκτυο ηλεκτροδότησης προαπαιτεί την μετεξέλιξη του υπάρχοντος δικτύου που ονομάζεται έξυπνο δίκτυο (smart grid), το οποίο διαθέτει λειτουργίες παρέμβασης και αισθητήρες σε όλα τα συστατικά του. Στην εργασία προτείνεται η βέλτιστη διαχείριση φόρτισης ηλεκτρικών οχημάτων σε συνδυασμό με συναλλαγές μεταξύ οχημάτων (Vehicle-to-Vehicle, V2V), προκειμένου να μεγιστοποιηθεί το ποσοστό των οχημάτων που εξυπηρετούνται. Οι συναλλαγές τύπου V2V χρησιμοποιούνται για μεταφορά ενέργειας από ένα όχημα σε άλλο. Η ροή της ενέργειας τυπικά γίνεται από όχημα με πλεόνασμα ενέργειας σε όχημα με ανάγκη ενέργειας, χωρίς να περιορίζονται σε αυτή την περίπτωση μόνο. Όλα τα σενάρια που μελετώνται διαθέτουν έναν μοναδικό σταθμό φόρτισης και ενέργεια που προέρχεται από ανανεώσιμες πηγές, και πιο συγκεκριμένα από παραγωγή φωτοβολταϊκών πάνελ. Προς την επίλυση του προβλήματος αναπτύχθηκαν τέσσερις μοντελοποιήσεις διαφορετικών σεναρίων που όλες διαθέτουν την πράξη V2V. Αρχικά, η πρώτη (1) μοντελοποίηση περιγράφει σενάριο στο οποίο δεν υπάρχει ενέργεια από εξωτερικές πηγές, δηλαδή η μόνη πηγή ενέργειας είναι όσα οχήματα επιθυμούν να δώσουν (πουλήσουν) ενέργεια. Το δεύτερο σενάριο (2) συμπεριλαμβάνει παροχή ενέργειας από το δίκτυο. Στο τρίτο (3) δεν διατίθεται ενέργεια από το δίκτυο αλλά υπάρχει εγκατάσταση αποθήκευσης ενέργειας στον σταθμό. Τέλος, το τέταρτο (4) συμπεριλαμβάνει όλα τα συστατικά, δηλαδή διαθέτει ενέργεια από το δίκτυο και εσωτερική αποθήκευση ενέργειας. Όλα τα σενάρια μοντελοποιήθηκαν ως προβλήματα Μικτού Γραμμικού Προγραμματισμού (Mixed Integer Programming), και η επίλυσή τους έγινε με χρήση του πακέτου βελτιστοποίησης IBM ILOG CPLEX optimizer. Η αξιολόγηση των αλγορίθμων έγινε με χρήση μερικώς πραγματικών δεδομένων, που αφορούν την παραγωγή ενέργειας από φωτοβολταϊκά πάνελ του Βελγίου. Αρχικά έγινε σύγκριση με τον αντίστοιχο αλγόριθμο της εργασίας «Towards an agent-based negotiation scheme for electric vehicle charging scheduling» των Seitaridis et.al, και η σύγκριση υπέδειξε πως η αποτελεσματικότητα των αλγορίθμων που διαθέτουν δυνατότητα V2V (της παρούσας πτυχιακής) έχουν καλύτερα αποτελέσματα σε σχέση με αυτόν που δεν διαθέτει V2V, ως προς το ποσοστό εξυπηρετημένων οχημάτων. Συγκεκριμένα, το σενάριο (2) έχει 27,81% καλύτερα αποτελέσματα, και το σενάριο (4) έχει 32,41%, από το σενάριο χωρίς V2V. Ακολούθως έγινε σύγκριση μεταξύ των διαφόρων σεναρίων της παρούσας πτυχιακής υπέδειξε πως η περίπτωση (4) έχει, κατά μέσο όρο 20% βελτιωμένα αποτελέσματα σε σχέση με την (1) σε ότι αφορά το ποσοστό των εξυπηρετούμενων οχημάτων, 3% σε σχέση με την (2), και 18% σε σχέση με την (3). Επιπλέον ο χρόνος εκτέλεσης των πειραμάτων είναι χαμηλός οπότε οι αλγόριθμοι μπορούν να χαρακτηρισθούν κλιμακώσιμοι. ΜΕΤΑΞΥ ΟΧΗΜΑΤΩΝ ΚΑΙ ΜΕ ΧΡΗΣΗ ΑΝΑΝΕΩΣΙΜΩΝ ΠΗΓΩΝ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ VII

8

9 ABSTRACT A B S T R A C T The subject of this work is the study of the integration of electric vehicles in the transportation network, considering the existing energy grid, and how they can boost the use of energy from renewable sources. While the reservoirs of fossil fuels are dwindling, and the negative effects of their over-usage are more prevalent than ever, the reduction of this kind of fuel consumption seems to be a necessity. In a regular basis, internal combustion engine, vehicles consume large amounts of fossil fuels, so their replacement with electric vehicles can prove very beneficial. Electric vehicles (EVs), even in the case where their energy comes from fossil fuels (via power plants), they use less energy and are less pollutant than their regular counterparts. Moreover if the electric vehicles utilize energy from renewable sources, their environmental benefit is disproportionate. Beyond the lower energy consumption the electric vehicles provide, they can be used as a part of the energy grid, so they can mitigate energy loss, when the production is greater than the consumption. This can be achieved if the electric vehicles use or store the excess energy, so that it won t be wasted. Due to the fact that renewable energy sources usually cannot be regulated, and thus sometimes the produced energy is more than the consumed one, the ability of the EVs to store and use energy on demand is of great importance. In this work we propose an optimal Electric Vehicle (EV) charging scheduling scheme with the option of Vehicle-to-Vehicle (V2V) energy transfer. In this way we aim to increase customer satisfaction compared to a setting where only energy from the grid exists. We assume a single charging station to exist and we present four alternative formulations of the problem of V2V energy transfer: a) without additional energy from the grid, b) with additional energy from the grid, c) no energy from the grid but internal backup energy storage (battery) at the station, d) with additional energy from the grid and battery backup storage. In all cases, we formulate the problems as Mixed Integer Programming (MIP) ones and solve them off-line and optimally. The package IBM ILOG CPLEX Optimizer was used in order to solve the problems. We evaluated our algorithms in a setting partially using real data regarding energy production from photovoltaic panels in Belgium. Initially we compared the formulations (b) and (d), with the formulation of work Towards an agent-based negotiation scheme for electric vehicle charging scheduling of Seitaridis et. al which doesn t use V2V in contrast to the formulations (b), (d). The comparisons showed that formulation (b) had 27.81% better results, and (d) had 32.41%, in regards to serviced EVs. Furthermore, we compared the formulations of present thesis, and observed that formulation (d) leads to 20% increased performance in terms of EV satisfaction, compared to (a), 3% increased compared to (b), and 18% compared to (c). In all cases the algorithms have low execution time and, thus good scalability. ΜΕΤΑΞΥ ΟΧΗΜΑΤΩΝ ΚΑΙ ΜΕ ΧΡΗΣΗ ΑΝΑΝΕΩΣΙΜΩΝ ΠΗΓΩΝ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ IX

10

11 ΕΥΧΑΡΙΣΤΙΕΣ Ε Υ Χ Α Ρ Ι Σ Τ Ι Ε Σ Πριν την έναρξη του βασικού τμήματος της πτυχιακής, θα ήθελα να ευχαριστήσω των επιβλέποντα καθηγητή κ. Βασιλειάδη για τα χρήσιμά του σχόλια, και τον υποψήφιο διδάκτορα Εμμανουήλ Ρήγα για την πολύτιμη καθοδήγηση και την καρποφόρα συνεργασία. Επίσης, είμαι ευγνώμων στους γονείς μου για την υποστήριξη τους, που υποδηλώθηκε με πολλές μορφές. Τέλος θέλω να ευχαριστήσω τους φίλους μου που διευκόλυναν και έκαναν πιο ευχάριστη την μακρυά πορεία μέχρι την ολοκλήρωση της παρούσας διπλωματικής. 07/07/2016 Αλέξανδρος Μιχαήλ Κουφάκης ΜΕΤΑΞΥ ΟΧΗΜΑΤΩΝ ΚΑΙ ΜΕ ΧΡΗΣΗ ΑΝΑΝΕΩΣΙΜΩΝ ΠΗΓΩΝ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ XI

12

13 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ Π Ε Ρ Ι Ε Χ Ο Μ Ε Ν Α ΠΕΡΙΛΗΨΗ... VII ABSTRACT... IX ΕΥΧΑΡΙΣΤΙΕΣ... XI ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ... XIII ΛΙΣΤΑ ΣΧΗΜΑΤΩΝ... XVII ΛΙΣΤΑ ΠΙΝΑΚΩΝ... XIX ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1: ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΙΣΤΟΡΙΚΟ ΣΗΜΕΙΩΜΑ ΗΛΕΚΤΡΙΚΑ ΟΧΗΜΑΤΑ ΣΥΓΚΡΙΣΗ ΜΕ ΤΑ ΣΥΜΒΑΤΙΚΑ ΑΥΤΟΚΙΝΗΤΑ ΜΕΘΟΔΟΙ ΑΠΟΘΗΚΕΥΣΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ MOBILITY INTERNET AND COLLECTIVES ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΤΟΥ MOBILITY INTERNET ΕΝΕΡΓΕΙΑ ΑΝΑΝΕΩΣΙΜΕΣ ΠΗΓΕΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΠΥΡΗΝΙΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ ΔΙΚΤΥΟ ΗΛΕΚΤΡΟΔΟΤΗΣΗΣ ΈΞΥΠΝΟ ΔΙΚΤΥΟ ΈΝΤΑΞΗ ΤΩΝ ΗΛΕΚΤΡΙΚΩΝ ΟΧΗΜΑΤΩΝ ΣΤΟ ΈΞΥΠΝΟ ΔΙΚΤΥΟ Grid to vehicle Vehicle to Grid ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2: ΕΠΙΣΤΗΜΟΝΙΚΟ ΠΕΔΙΟ ΜΕΤΑΞΥ ΟΧΗΜΑΤΩΝ ΚΑΙ ΜΕ ΧΡΗΣΗ ΑΝΑΝΕΩΣΙΜΩΝ ΠΗΓΩΝ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ XIII

14 ΣΥΓΓΡΑΦΕΑΣ 2.1 ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΒΕΛΤΙΣΤΟΠΟΙΗΣΗ ΠΡΟΒΛΗΜΑ ΒΕΛΤΙΣΤΟΠΟΙΗΣΗΣ ΒΕΛΤΙΣΤΟΠΟΙΗΣΗ ΜΕ ΠΟΛΛΑΠΛΑ ΚΡΙΤΗΡΙΑ ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΥΠΟΚΑΤΗΓΟΡΙΕΣ ΓΡΑΜΜΙΚΟΣ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΙΣΜΟΣ ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ ΑΛΓΟΡΙΘΜΟΣ SIMPLEX ΑΛΓΟΡΙΘΜΟΣ CRISS-CROSS CPLEX ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3: ΣΧΕΤΙΚΗ ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ ΒΑΣΙΚΕΣ ΚΑΤΗΓΟΡΙΕΣ ΑΛΓΟΡΙΘΜΩΝ ΔΙΑΧΕΙΡΙΣΗΣ EVS ΠΑΡΟΥΣΙΑΣΗ ΣΧΕΤΙΚΗΣ ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑΣ GRID TO VEHICLE VEHICLE TO GRID VEHICLE TO VEHICLE ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4: ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΤΟΥ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΟΣ ΒΕΛΤΙΣΤΗ ΧΡΟΝΟΔΡΟΜΟΛΟΓΗΣΗ ΜΕ V2V ΧΡΟΝΟΔΡΟΜΟΛΟΓΗΣΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ ΑΠΟ ΤΟ ΔΙΚΤΥΟ ΧΡΟΝΟΔΡΟΜΟΛΟΓΗΣΗ ΜΕ ΧΡΗΣΗ ΑΠΟΘΗΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ, ΧΩΡΙΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑ ΑΠΟ ΤΟ ΔΙΚΤΥΟ ΧΡΟΝΟΔΡΟΜΟΛΟΓΗΣΗ ΜΕ ΧΡΗΣΗ ΑΠΟΘΗΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΚΑΙ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΑΠΟ ΤΟ ΔΙΚΤΥΟ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5: ΠΕΙΡΑΜΑΤΑ ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΣΚΗΝΙΚΟΥ ΤΩΝ ΠΕΙΡΑΜΑΤΩΝ ΧΡΟΝΟΣ ΕΚΤΕΛΕΣΗΣ Πείραμα Πείραμα ΕΞΥΠΗΡΕΤΗΜΕΝΑ ΟΧΗΜΑΤΑ Πείραμα Πείραμα ΠΛΗΘΟΣ ΣΥΝΑΛΛΑΓΩΝ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ Πείραμα Πείραμα ΚΕΦΑΛΑΙΟ 6: ΕΠΙΛΟΓΟΣ ΕΠΙΛΟΓΟΣ ΙΔΕΕΣ ΓΙΑ ΜΕΛΛΟΝΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ XIVΧΡΟΝΟΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΙΣΜΟΣ ΦΟΡΤΙΣΗΣ ΗΛΕΚΤΡΙΚΩΝ ΟΧΗΜΑΤΩΝ ΜΕ ΔΥΝΑΤΟΤΗΤΑ ΜΕΤΑΦΟΡΑΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΜΕΤΑΞΥ ΟΧΗΜΑΤΩΝ ΚΑΙ ΜΕ ΧΡΗΣΗ ΑΝΑΝΕΩΣΙΜΩΝ ΠΗΓΩΝ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ

15 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ I: ΑΝΑΦΟΡΕΣ ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ II: ΑΚΡΩΝΥΜΑ ΜΕΤΑΞΥ ΟΧΗΜΑΤΩΝ ΚΑΙ ΜΕ ΧΡΗΣΗ ΑΝΑΝΕΩΣΙΜΩΝ ΠΗΓΩΝ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ XV

16

17 ΛΙΣΤΑ ΣΧΗΜΑΤΩΝ Λ Ι Σ Τ Α Σ Χ Η Μ ΑΤ Ω Ν ΕΙΚΟΝΑ 1: NISSAN LEAF 2016, 24 KW-HR BATTERY PACK, ΤΟ ΚΟΡΥΦΑΙΟ MIDSIZE ΑΥΤΟΚΙΝΗΤΟ ΑΠΟ ΑΠΟΨΗ ΟΙΚΟΝΟΜΙΑΣ ΚΑΥΣΙΜΩΝ ΣΥΜΦΩΝΑ ΜΕ ΤΟ ΥΠΟΥΡΓΕΙΟ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΤΩΝ Η.Π.Α. ΓΙΑ ΤΟ ΕΤΟΣ (MPGE = 114 COMBINED, 126 CITY, 101 HIGHWAY) ΕΙΚΟΝΑ 2: ΣΥΓΚΡΙΣΗ ΤΗΣ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΙΚΟΤΗΤΑΣ ΤΩΝ ΔΙΑΦΟΡΩΝ ΤΥΠΩΝ ΜΠΑΤΑΡΙΩΝ ΩΣ ΠΡΟΣ ΤΟ ΚΟΣΤΟΣ [11] ΕΙΚΟΝΑ 3: ΠΑΡΑΓΩΓΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΤΑ ΕΤΗ ΔΕΔΟΜΕΝΑ ΑΠΟ 33 ΕΙΚΟΝΑ 4: Η ΓΕΝΙΚΗ ΜΟΡΦΗ ΤΟΥ ΕΞΥΠΝΟΥ ΔΙΚΤΥΟΥ ΕΙΚΟΝΑ 5: ΔΙΑΚΥΜΑΝΣΕΙΣ ΤΗΣ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΑΝΑ ΤΙΣ ΩΡΕΣ ΤΗΣ ΗΜΕΡΑΣ. ΕΙΚΟΝΑ ΑΠΟ ΤΟ ΒΙΒΛΙΟ REINVENTING THE AUTOMOBILE ΤΩΝ MITCHELL ET AL ΕΙΚΟΝΑ 6: ΜΕ ΠΡΑΣΙΝΟ ΧΡΩΜΑ ΑΝΑΠΑΡΙΣΤΑΤΑΙ ΠΟΛΥΤΟΠΟ (ΣΥΓΚΕΚΡΙΜΕΝΑ ΠΟΛΥΓΩΝΟ) ΣΤΟ ΟΠΟΙΟ ΟΡΙΖΕΤΑΙ Η ΑΝΤΙΚΕΙΜΕΝΙΚΗ ΣΥΝΑΡΤΗΣΗ, ΚΑΙ ΟΙ ΓΡΑΜΜΕΣ ΑΝΤΙΣΤΟΙΧΟΥΝ ΣΤΟΥΣ ΠΕΡΙΟΡΙΣΜΟΥΣ ΕΙΚΟΝΑ 7: ΕΠΟΠΤΙΚΗ ΑΝΑΠΑΡΑΣΤΑΣΗ ΔΙΑΦΟΡΩΝ ΚΑΤΗΓΟΡΙΩΝ ΑΛΓΟΡΙΘΜΩΝ ΤΕΧΝΗΤΗΣ ΝΟΗΜΟΣΥΝΗΣ ΠΟΥ ΔΙΑΧΕΙΡΙΖΟΝΤΑΙ ΗΛΕΚΤΡΙΚΑ ΟΧΗΜΑΤΑ[16] ΕΙΚΟΝΑ 8: ΟΙ ΧΡΟΝΟΙ ΕΚΤΕΛΕΣΗΣ ΤΩΝ ΑΛΓΟΡΙΘΜΩΝ ΣΤΟ ΠΕΙΡΑΜΑ ΕΙΚΟΝΑ 9: ΧΡΟΝΟΙ ΕΚΤΕΛΕΣΗΣ ΤΩΝ ΑΛΓΟΡΙΘΜΩΝ ΣΤΟ ΠΕΙΡΑΜΑ ΕΙΚΟΝΑ 10: ΠΟΣΟΣΤΟ ΤΩΝ ΕΞΥΠΗΡΕΤΗΜΕΝΩΝ ΟΧΗΜΑΤΩΝ ΣΤΟ ΠΕΙΡΑΜΑ ΕΙΚΟΝΑ 11: ΠΟΣΟΣΤΟ ΕΞΥΠΗΡΕΤΗΜΕΝΩΝ EV-PROVIDERS, ΣΤΟ ΠΕΙΡΑΜΑ ΕΙΚΟΝΑ 12: ΠΟΣΟΣΤΟ ΕΞΥΠΗΡΕΤΗΜΕΝΩΝ EV-RECEIVERS, ΣΤΟ ΠΕΙΡΑΜΑ ΕΙΚΟΝΑ 13: Η ΣΥΝΟΛΙΚΗ ΖΗΤΗΣΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΣΕ ΣΧΕΣΗ ΜΕ ΤΗΝ ΔΙΑΘΕΣΙΜΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ ΑΠΟ ΤΟ ΔΙΚΤΥΟ, ΠΕΙΡΑΜΑ 1. ΣΕ ΑΥΤΗ ΑΘΡΟΙΖΕΤΑΙ ΤΟΣΟ Η ΕΝΕΡΓΕΙΑ ΠΟΥ ΤΑ EV-RECEIVERS ΕΠΙΘΥΜΟΥΝ ΝΑ ΔΕΧΘΟΥΝ, ΟΣΟ ΚΑΙ Η ΕΝΕΡΓΕΙΑ ΠΟΥ ΤΑ EV-PROVIDERS ΘΕΛΟΥΝ ΝΑ ΠΑΡΑΔΩΣΟΥΝ, ΜΕ ΔΙΑΦΟΡΕΤΙΚΟ ΠΡΟΣΗΜΟ ΕΙΚΟΝΑ 14: ΑΡΙΘΜΟΣ ΕΞΥΠΗΡΕΤΗΜΕΝΩΝ ΟΧΗΜΑΤΩΝ ΣΤΟ ΠΕΙΡΑΜΑ ΕΙΚΟΝΑ 15: ΕΞΥΠΗΡΕΤΗΜΕΝΑ EV-PROVIDERS ΚΑΙ EV-RECEIVER, ΣΤΗΝ [EVS] ΕΙΚΟΝΑ 16: ΕΞΥΠΗΡΕΤΗΜΕΝΑ EV-PROVIDERS ΚΑΙ EV-RECEIVERS, ΣΤΗΝ [BATT] ΕΙΚΟΝΑ 17: ΕΞΥΠΗΡΕΤΗΜΕΝΑ EV-PROVIDER ΚΑΙ EV-RECEIVERS, ΣΤΗΝ [GRID] ΕΙΚΟΝΑ 18: ΣΥΝΟΛΙΚΗ ΖΗΤΗΣΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ (ENERGY REQUEST) ΣΕ ΣΧΕΣΗ ΜΕ ΤΟ ΕΠΙΠΕΔΟ ΤΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΑΠΟ ΤΟ ΔΙΚΤΥΟ, ΣΤΟ ΠΕΙΡΑΜΑ ΕΙΚΟΝΑ 19: ΕΞΥΠΗΡΕΤΗΜΕΝΑ EV-PROVIDERS ΚΑΙ EV-RECEIVERS, ΓΙΑ ΤΗΝ [GRID-B] ΕΙΚΟΝΑ 20: ΠΛΗΘΟΣ ΣΥΝΑΛΛΑΓΩΝ ΓΙΑ ΔΙΑΦΟΡΟΥΣ ΑΡΙΘΜΟΥΣ ΟΧΗΜΑΤΩΝ, ΠΕΙΡΑΜΑ ΕΙΚΟΝΑ 21: Η ΑΝΑΛΟΓΙΑ ΣΥΝΑΛΛΑΓΩΝ ΑΝΑ ΕΞΥΠΗΡΕΤΗΜΕΝΟ ΟΧΗΜΑ, ΠΕΙΡΑΜΑ ΕΙΚΟΝΑ 22: ΣΥΝΑΛΛΑΓΕΣ ΜΕΤΑΞΥ ΔΙΑΦΟΡΩΝ ΣΥΝΙΣΤΩΣΩΝ ΤΟΥ ΣΚΗΝΙΚΟΥ [GRID] ΕΙΚΟΝΑ 23: ΣΥΝΑΛΛΑΓΕΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΜΕΤΑΞΥ ΔΙΑΦΟΡΩΝ ΣΥΝΙΣΤΩΣΩΝ ΤΟΥ ΣΚΗΝΙΚΟΥ [GRID-B] ΕΙΚΟΝΑ 24: ΠΛΗΘΟΣ ΣΥΝΑΛΛΑΓΩΝ ΣΤΟ ΠΕΙΡΑΜΑ ΕΙΚΟΝΑ 25: Η ΑΝΑΛΟΓΙΑ ΣΥΝΑΛΛΑΓΩΝ ΑΝΑ ΕΞΥΠΗΡΕΤΗΜΕΝΟ ΟΧΗΜΑ, ΠΕΙΡΑΜΑ ΕΙΚΟΝΑ 26: ΣΥΝΑΛΛΑΓΕΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΜΕΤΑΞΥ ΔΙΑΦΟΡΩΝ ΣΥΝΙΣΤΩΣΩΝ ΤΟΥ ΣΚΗΝΙΚΟΥ [BATT] ΕΙΚΟΝΑ 27: ΣΥΝΑΛΛΑΓΕΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΜΕΤΑΞΥ ΔΙΑΦΟΡΩΝ ΣΥΝΙΣΤΩΣΩΝ ΤΟΥ ΣΚΗΝΙΚΟΥ [GRID] ΕΙΚΟΝΑ 28: ΣΥΝΑΛΛΑΓΕΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΜΕΤΑΞΥ ΔΙΑΦΟΡΩΝ ΣΥΝΙΣΤΩΣΩΝ ΤΟΥ ΣΚΗΝΙΚΟΥ [GRID-B] ΜΕΤΑΞΥ ΟΧΗΜΑΤΩΝ ΚΑΙ ΜΕ ΧΡΗΣΗ ΑΝΑΝΕΩΣΙΜΩΝ ΠΗΓΩΝ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ XVII

18

19 ΛΙΣΤΑ ΠΙΝΑΚΩΝ Λ Ι Σ Τ Α Π Ι Ν Α Κ Ω Ν ΠΙΝΑΚΑΣ 1: ΣΥΓΚΡΙΣΗ ΑΥΤΟΚΙΝΗΤΩΝ ΔΙΑΦΟΡΕΤΙΚΩΝ ΚΑΤΗΓΟΡΙΩΝ. (EV: ELECTRIC VEHICLE, PHEV: PLUG-IN HYBRID VEHICLE, HEV: HYBRID ELECTRIC VEHICLE, ICE: INTERNAL COMBUSTION ENGINE) ΠΙΝΑΚΑΣ 2: ΣΥΓΚΡΙΣΗ ΔΙΑΦΟΡΩΝ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΩΝ ΑΠΟΘΗΚΕΥΣΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΜΕΤΑΞΥ ΟΧΗΜΑΤΩΝ ΚΑΙ ΜΕ ΧΡΗΣΗ ΑΝΑΝΕΩΣΙΜΩΝ ΠΗΓΩΝ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ XIX

20

21 Κ Ε Φ Α Λ Α Ι Ο 1 : Ε Ι Σ Α Γ Ω Γ Η ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1: ΕΙΣΑΓΩΓΗ

22

23 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1: ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΕΙΣΑΓΩΓΗ Ανέκαθεν οι άνθρωποι είχαν την επιθυμία και την ανάγκη για μετακίνηση. Ξεκινώντας από τους πρώτους που εξημέρωσαν άλογα και άλλα υποζύγια την χιλιετία π.χ. και την ανακάλυψη του τροχού περίπου το 3500 π.χ., η ιστορία της μετακίνησης έχει περάσει από πολλά στάδια μέχρι τώρα. Το τελευταίο μείζον γεγονός είναι η χρήση αυτοκινήτων με μηχανές εσωτερικής καύσης. Ωστόσο τα νέα δεδομένα που αποκαλύπτονται εδώ και δεκαετίες υποδεικνύουν ότι πρέπει να επανασχεδιαστεί το πρότυπο στο οποίο βασίζονται τα σύγχρονα αυτοκίνητα. Τα ορυκτά καύσιμα τα οποία αποτελούν τη βασική κινητήρια δύναμη για σχεδόν όλες τις μορφές μετακίνησης, αποδεικνύονται όλο και περισσότερο μη βιώσιμα και λιγοστεύουν οι προοπτικές τους για το μέλλον. Οι μηχανές εσωτερικής καύσης που τα χρησιμοποιούν έχουν προκαλέσει μεγάλες βλάβες στο περιβάλλον και η συνέχιση της χρήσης των συγκεκριμένων καυσίμων στον βαθμό που γίνεται τώρα προμηνύει δραματικές συνέπειες. Έτσι, το επόμενο βήμα προδικάζεται να είναι η στροφή σε ανανεώσιμες μορφές ενέργειας, σε αντικατάσταση των ορυκτών καυσίμων, καθώς και η εισαγωγή και εξάπλωση των ηλεκτρικών οχημάτων. 1.1 ΙΣΤΟΡΙΚΟ ΣΗΜΕΙΩΜΑ Οι πρώτες απόπειρες ανάπτυξης αυτοκινήτων έγιναν τον 18ο και 19ο αιώνα όταν και ήταν στην ακμή τους οι ατμοκίνητες μηχανές. Ο Nicolas-Joseph Cugnot θεωρείται ο πρώτος που ανέπτυξε αυτόνομο αυτοκίνητο με χρήση της μηχανής ατμού την οποία σύζευξε σε ένα κάρο το Αργότερα, κατά την διάρκεια του 19ου αιώνα έγιναν πολλές προσπάθειες να χρησιμοποιηθούν ατμοκίνητες μηχανές σε αυτοκίνητα αλλά δεν στέφθηκαν με ιδιαίτερη επιτυχία. Η έλλειψη πρακτικότητας αυτών των οχημάτων τα εμπόδισε να χρησιμοποιηθούν στο πλαίσιο ατομικής ή μικρής κλίμακας μετακίνησης. Για να ξεκινήσουν, τα εν λόγο οχήματα απαιτούσαν πάνω από μισή ώρα ούτως ώστε να ζεσταθεί η μηχανή, και η αυτονομία τους περιοριζόταν από την δεξαμενή νερού που εξαντλείτο μετά από 50km. Η τεχνολογία που έκανε εφικτή την δημιουργία αυτοκινήτων όπως τα ξέρουμε σήμερα είναι η μηχανή εσωτερικής καύσης. Η εφεύρεσή της χρονολογείται στις αρχές του 19ου αιώνα. Στο δεύτερο μισό του 19ου αιώνα έγιναν οι πρώτες απόπειρες προσαρμογής μηχανής εσωτερικής καύσης σε πλαίσια κάρων, ουσιαστικά δημιουργώντας τα πρώτα αυτοκίνητα με τον κινητήρα που χρησιμοποιείται μέχρι σήμερα στην πλειοψηφία τους. Ο Karl Benz θεωρείται ο δημιουργός του πρώτου σύγχρονου αυτοκινήτου, για την οποία δημιουργία μάλιστα πήρε δίπλωμα ευρεσιτεχνίας το Ωστόσο, χρειάστηκαν αρκετά χρόνια από το πρώτο αυτοκίνητο μέχρι τα αυτοκίνητα να εξασφαλίσουν την αποδοχή του ευρέος κοινού. Τεχνολογίες όπως η ηλεκτρική μίζα, που αφαίρεσε από προϋπόθεση την χειροκίνητη εκκίνηση των αυτοκινήτων με μανιβέλα, οι ξεχωριστές αναρτήσεις για κάθε ρόδα, που βελτίωσαν πολύ την ποιότητα των ταξιδιών, και τα φρένα σε κάθε τροχό, που προσέφεραν ασφάλεια, ευνόησαν πολύ την ανάπτυξη της βιομηχανίας των αυτοκινήτων. Επίσης η ανακάλυψη νέων κοιτασμάτων πετρελαίου σε στρατηγικές ΜΕΤΑΞΥ ΟΧΗΜΑΤΩΝ ΚΑΙ ΜΕ ΧΡΗΣΗ ΑΝΑΝΕΩΣΙΜΩΝ ΠΗΓΩΝ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ 23

24 ΑΛΕΞΑΝΔΡΟΣ ΜΙΧΑΗΛ ΚΟΥΦΑΚΗΣ και ευνοϊκές περιοχές και κατ' επέκταση η μείωση του κόστους του καυσίμου τους ήταν πολύ σημαντικό γεγονός, που έκανε πιο ελκυστικά τα αυτοκίνητα. Άλλη αιτία που κατέστησε πολύ πιο προσιτά τα αυτοκίνητα ήταν η γραμμή παραγωγής που υλοποίησε ο Henry Ford το Με τη γραμμή παραγωγής η τιμή και ο χρόνος παραγωγής των αυτοκινήτων μειώθηκε δραστικά και έγινε εφικτή η μαζική παραγωγή. Αυτά σε συνδυασμό με ευκολίες πληρωμής σε εργάτες των εργοστασίων του έδωσαν πολύ σημαντική ώθηση στις πωλήσεις και στην εξάπλωση των αυτοκινήτων. Από τότε μέχρι σήμερα συνεχώς βελτιώνονται οι τεχνολογίες τις οποίες συμπεριλαμβάνουν τα αυτοκίνητα και οι όμορες υποδομές. Οι αποδόσεις των αυτοκινήτων στον άξονα της ταχύτητας και στον άξονα της κατανάλωσης συνεχώς βελτιώνονται. Κάθε χρόνο εισάγονται νέες έξυπνες τεχνολογίες που μειώνουν την κατανάλωση και τις επιβαρύνσεις στο περιβάλλον. Πρατήρια καυσίμων είναι σχεδόν πανταχού παρόντα, όπως και μηχανική υποστήριξη και τεχνογνωσία. Όμως η βασική ιδέα δεν άλλαξε, η κινητήρια δύναμη παραμένει το πετρέλαιο και παράγωγά του, η γενική μορφή των αυτοκινήτων και η χρήση διαφέρει σε μικρό βαθμό από την αρχική σύλληψη. Όμως τα δεδομένα έχουν αλλάξει, το πλήθος των αυτοκινήτων και των χρηστών τους έχει ανέβει πολύ, το οποίο έχει πολλές σημαντικές συνέπειες. Η επιβάρυνση στο φυσικό περιβάλλον είναι μεγάλη και αν δεν αντιμετωπιστεί, μη αναστρέψιμη. Η μόλυνση στην ατμόσφαιρα είναι εξαιρετικά φανερή και επιβλαβής, ιδιαίτερα σε μεγάλες πόλεις 1. Οι κυβερνήσεις θέτουν ρήτρες για την βελτίωση του οικολογικού αποτυπώματος των αυτοκινήτων αλλά ο ρυθμός που ακολουθείται δεν είναι αρκετά ταχύς. Επίσης, πολύ προβληματική είναι η συμφόρηση που προκαλείται από το μεγάλο πλήθος των οχημάτων στους δρόμους, τόσο αυτών που είναι σε κίνηση όσο και των παρκαρισμένων, με αποτέλεσμα η λειτουργικότητα και η ευχαρίστηση της οδήγησης να μειώνεται σημαντικά. Τα ηλεκτρικά αυτοκίνητα μπορούν να μειώσουν σε πολύ μεγάλο βαθμό τα παραπάνω προβλήματα ειδικά με την επανασχεδίαση του γενικού μοντέλου των αυτοκινήτων και όχι απλά την αλλαγή του κινητήρα από βενζινοκινητήρα σε ηλεκτρικό. 1.2 ΗΛΕΚΤΡΙΚΑ ΟΧΗΜΑΤΑ Τα Ηλεκτρικά οχήματα (Electric Vehicles ή EVs) χρησιμοποιούν ηλεκτροκινητήρα ως προωθητική μέθοδο. Συνήθως η ενέργεια λαμβάνεται από μπαταρίες ή από κυψελίδες καυσίμων (fuel cells). Και στις δύο περιπτώσεις παράγεται ηλεκτρική ενέργεια που ηλεκτροδοτεί τον κινητήρα προκειμένου να κινηθεί το όχημα. Με αυτόν τον τρόπο εξαλείφεται η μόλυνση στο πλαίσιο του οχήματος και μειώνονται οι εγγενείς απώλειες ενέργειας σε σύγκριση με τους κινητήρες εσωτερικής καύσης. Η επαναφόρτιση γίνεται είτε με άμεση σύνδεση του οχήματος στο ηλεκτρικό δίκτυο, στην περίπτωση της χρήσης μπαταριών, ή μέσω επανεφοδιασμού υδρογόνου, στις κυψελίδες καυσίμων. Εκτός από τα αμιγώς ηλεκτρικά οχήματα υπάρχουν και υβριδικά που χρησιμοποιούν ηλεκτρική ενέργεια για κίνηση αλλά παράλληλα έχουν και κινητήρα ΧΡΟΝΟΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΙΣΜΟΣ ΦΟΡΤΙΣΗΣ ΗΛΕΚΤΡΙΚΩΝ ΟΧΗΜΑΤΩΝ ΜΕ ΔΥΝΑΤΟΤΗΤΑ ΜΕΤΑΦΟΡΑΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΜΕΤΑΞΥ ΟΧΗΜΑΤΩΝ ΚΑΙ ΜΕ ΧΡΗΣΗ ΑΝΑΝΕΩΣΙΜΩΝ ΠΗΓΩΝ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ

25 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1: ΕΙΣΑΓΩΓΗ εσωτερικής καύσης. Αυτά μπορούν να χωριστούν σε δύο βασικές κατηγορίες, η πρώτη είναι αυτά που οι μπαταρίες τους φορτίζονται από τον κινητήρα που είναι επί του οχήματος (Hybrid Electrical Vehicle, HEV), και η δεύτερη είναι αυτά που οι μπαταρίες φορτίζονται εξωτερικά, από πρίζα (Plug-in Hybrid Electrical Vehicle, PHEV). Και στις δύο κατηγορίες, λογισμικό που υπάρχει στα οχήματα ορίζει πότε θα ενεργοποιηθεί ο θερμικός κινητήρας και πότε ο ηλεκτρικός με σκοπό την καλύτερη αποδοτικότητα ενέργειας, χωρίς να θυσιάζονται οι επιδόσεις. Για παράδειγμα κατά την εκκίνηση από στάση με μικρή επιτάχυνση λειτουργεί μόνο το ηλεκτρικό μοτέρ, ενώ σε μεγάλες ταχύτητες μπορεί να λειτουργεί μόνο ο κινητήρας εσωτερικής καύσης και να φορτίζονται οι μπαταρίες ή να δουλεύουν και τα δύο μαζί. Η ενέργεια που λαμβάνουν τα EVs κατά βάση προέρχεται από το δίκτυο ηλεκτροδότησης το οποίο τροφοδοτείται από εργοστάσια παραγωγής ενέργειας. Τυπική μέθοδος φόρτισης είναι σύνδεση μέσω πρίζας στο ήδη υπάρχον δίκτυο ηλεκτροδότησης. Με αυτόν τον τρόπο οι μπαταρίες μπορεί να χρειαστούν ολονύκτια φόρτιση για να καλυφθούν οι ανάγκες μίας μέρας. Η φόρτιση μπορεί να γίνει είτε σε απλές πρίζες, ή σε σταθμούς φόρτισης οι οποίοι μάλιστα μπορούν να προσφέρουν πολύ ταχεία φόρτιση, κάτω από 30 λεπτά 2. Τέτοιοι σταθμοί έχουν εγκατασταθεί ήδη σε διάφορες χώρες 3 και πολλές εταιρίες κάνουν μελέτες για υλοποίηση ακόμα ταχύτερους φορτιστές. Στην Ελλάδα, για παράδειγμα, το δίκτυο Φορτίζω 4 έχει 15 σημεία φόρτισης στην Αττική και διαθέτει συσκευές ταχυφόρτισης που μπορούν να φορτίσουν ένα ηλεκτρικό αυτοκίνητο σε χρόνο που κυμαίνεται από 20 έως 45 λεπτά. Άλλη ιδέα είναι οι χρήση σταθμών αντικατάστασης μπαταριών, όπου οι άδειες μπαταρίες θα αντικαθίστανται από φορτισμένες. Όμως αυτή η λύση έχει αρκετές απαιτήσεις, θα πρέπει να υπάρχουν πολλές διαθέσιμες μπαταρίες, η αλλαγή να μπορεί να γίνει γρήγορα και χωρίς κόπο για τον οδηγό, και τέλος τίθεται το θέμα συμβατότητας μπαταριών, τόσο ως προς τον τύπο και τα τεχνικά χαρακτηριστικά, όσο και ως προς το μέγεθος και το σχήμα. Στην ιδανική περίπτωση τα εργοστάσια παραγωγής ενέργειας εκμεταλλεύονται ανανεώσιμες πηγές ενέργειας οπότε το οικολογικό όφελος είναι πασιφανές, αλλά ακόμα και σε αντίθετη περίπτωση, όπου η ενέργεια παράγεται από πετρέλαιο για παράδειγμα, το ενεργειακό κόστος είναι μικρότερο σε σχέση με τις μηχανές εσωτερικής καύσης. Ενδεικτικά είναι τα δεδομένα 5 του Υπουργείου Ενέργειας των Η.Π.Α. που παρουσιάζει την αποδοτικότητα αυτοκινήτων στην αγορά της χώρας. Στις κατηγορίες όπου υπάρχουν ηλεκτρικά ή υβριδικά οχήματα αυτά είναι στην κορυφή της λίστας ως τα πιο αποδοτικά. Η σύγκριση γίνεται σύμφωνα με τη μετρική MPG 6 για τα οχήματα εσωτερικής καύσεως και MPGe 7 για ηλεκτρικά οχήματα. Οι διαφορές είναι της τάξης 1 προς 4 υπέρ των EVs. Ακόμα και στα υβριδικά η πλάστιγγα γέρνει έντονα προς αυτά, σε σχέση με τα συμβατικά οχήματα. Μία τεχνική που χρησιμοποιείται σε ηλεκτρικά και υβριδικά οχήματα, και τα βοηθάει να έχουν τόσο Miles per Gallon, μίλια ανά γαλόνι, όπου 1 μίλι = km και 1 γαλόνι = λίτρα 7 Miles per Gallon equivalent, ΜΕΤΑΞΥ ΟΧΗΜΑΤΩΝ ΚΑΙ ΜΕ ΧΡΗΣΗ ΑΝΑΝΕΩΣΙΜΩΝ ΠΗΓΩΝ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ 25

26 ΑΛΕΞΑΝΔΡΟΣ ΜΙΧΑΗΛ ΚΟΥΦΑΚΗΣ χαμηλό ενεργειακό κόστος είναι η ανάκτηση ενέργειας κατά το φρενάρισμα, κατά το οποίο μέρος της κινητικής ενέργειας του οχήματος επιστρέφει στην μπαταρία. Στο μέλλον τα EVs θα αποτελούν μονάδες ενός νέου δικτύου επικοινωνίας, το Mobility Internet. Θα είναι συνδεδεμένα σε αυτό και θα μοιράζονται δεδομένα για το περιβάλλον, όπως την κατάσταση της κυκλοφορίας και ελεύθερες θέσεις στάθμευσης. Με αυτά τα δεδομένα και με έξυπνα λογισμικά θα καθοδηγούνται οι οδηγοί των οχημάτων έτσι ώστε να γίνεται όσο το δυνατό καλύτερη χρήση των διαθέσιμων πόρων. Είτε αυτοί είναι ο χρόνος του οδηγού και το ζητούμενο η μείωση χρόνου ταξιδιού, είτε είναι το ενεργειακό κόστος, ή κάποιος συνδυασμός. Επιπλέον το Mobility Internet θα μετατρέπει την συνήθως μοναχική διαδικασία του ταξιδιού σε χρόνο κοινωνικοποίησης με τις ενσωματωμένες λειτουργίες σύνδεσης με κοινωνικά δίκτυα, αν αυτό είναι επιθυμητό. Φυσικά αυτό γίνεται εφόσον αναπτυχθούν τεχνολογίες αυτόματης οδήγησης με μικρή ή μηδενική παρέμβαση των οδηγών. Εικόνα 1: Nissan Leaf 2016, 24 kw-hr battery pack, το κορυφαίο midsize αυτοκίνητο από άποψη οικονομίας καυσίμων σύμφωνα με το υπουργείο Ενέργειας των Η.Π.Α. για το έτος (MPGe = 114 Combined, 126 City, 101 Highway) Σύγκριση με τα συμβατικά αυτοκίνητα Παρότι τα εμπορικά ηλεκτρικά αυτοκίνητα έχουν, τουλάχιστον προς το παρόν παρόμοια μορφή με τα βενζινοκίνητα (όπως το όχημα της εικόνας 1), έχουν αρκετές αξιοσημείωτες διαφορές. Τα ηλεκτρικά αυτοκίνητα απαιτούν πολύ λιγότερα κινούμενα μέρη για την πρόωση από τα συμβατικά, για παράδειγμα δεν χρειάζονται κιβώτιο ταχυτήτων, και το διαφορικό μπορεί να αντικατασταθεί από μοτέρ σε κάθε ρόδα. Γενικά, πολλές μηχανικές διασυνδέσεις των συμβατικών αυτοκινήτων αντικαθίστανται από καλώδια στα EVs. Αυτό το γεγονός παράλληλα με το ότι δεν υπάρχει ο θόρυβος της μηχανής εσωτερικής καύσης, καθιστούν τα EVs πολύ ήσυχα, 26 ΧΡΟΝΟΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΙΣΜΟΣ ΦΟΡΤΙΣΗΣ ΗΛΕΚΤΡΙΚΩΝ ΟΧΗΜΑΤΩΝ ΜΕ ΔΥΝΑΤΟΤΗΤΑ ΜΕΤΑΦΟΡΑΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΜΕΤΑΞΥ ΟΧΗΜΑΤΩΝ ΚΑΙ ΜΕ ΧΡΗΣΗ ΑΝΑΝΕΩΣΙΜΩΝ ΠΗΓΩΝ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ

27 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1: ΕΙΣΑΓΩΓΗ σε χαμηλές ταχύτητες σχεδόν αθόρυβα, καθώς και δονήσεις από τον κινητήρα δεν είναι παρούσες σε αντίθεση με τα συμβατικά αυτοκίνητα. Τα παραπάνω μαζί με τις μηδενικές εκπομπές ρύπων, τα καθιστούν πολύ καλή επιλογή για αυτοκίνητα πόλης. Ειδικά λαμβάνοντας υπόψη ότι οι απαιτήσεις για αυτονομία δεν είναι ιδιαίτερα μεγάλες σε αστικά περιβάλλοντα, οπότε οι αδυναμίες των EVs όσον αφορά την αυτονομία παίζουν μικρό ρόλο σε τέτοια περιβάλλοντα. Ο όγκος των μπαταριών είναι παρόμοιος με τον όγκο του κινητήρα σε συμβατικά αυτοκίνητα, όμως έχουν μεγαλύτερη ευελιξία στην διάταξη και το σχήμα, το οποίο ανοίγει νέες προοπτικές για σχεδιασμό αυτοκινήτων. Μπορούν να σχεδιαστούν έτσι ώστε το βάρος να είναι κοντά στο έδαφος δίνοντας στο όχημα χαμηλό κέντρο βάρους, πράγμα που σημαίνει πως το όχημα έχει καλύτερη ισορροπία και οδική συμπεριφορά. επίσης, η ευελιξία των μπαταριών δίνει την δυνατότητα να μειωθεί το μέγεθος των αυτοκινήτων σε σημαντικό βαθμό, καθώς ολόκληρο το εμπρόσθιο μέρος, που φιλοξενεί την μηχανή στα συμβατικά αυτοκίνητα, μπορεί να καταργηθεί. Έτσι το μειωμένο εμβαδόν των ηλεκτρικών αυτοκινήτων υπόσχεται σημαντική βελτίωση σε θέματα όπως η κυκλοφοριακή συμφόρηση και η έλλειψη θέσεων στάθμευσης. Ισχύς, Power Horse Οικονομία καυσίμων, Miles Per Gallon (equivalent) Αυτονομία, Miles Refueling Time Εκπομπές Διοξειδίου του Ανθρακα, gr/mile Regenerative Breaks Τιμή αγοράς, USD Nissan EV Leaf, Chevrolet Volt, PHEV Toyota Prius, HEV (Battery) 37 (Βενζίνη) (Battery) 6 ώρες (240 volt outlet) 420 (Μικτά) 4 ώρες (240 volt outlet) Λεπτά (Βενζίνη) ΝΑΙ ΝΑΙ ΝΑΙ ΟΧΙ Mazda 3, ICE Λεπτά (Βενζίνη) Πίνακας 1: Σύγκριση αυτοκινήτων διαφορετικών κατηγοριών. (EV: Electric Vehicle, PHEV: Plug-in Hybrid Vehicle, HEV: Hybrid Electric Vehicle, ICE: Internal Combustion Engine) Άλλη διαφορά ανάμεσα στα συμβατικά οχήματα και τα ηλεκτρικά είναι η αυτονομία τους. Ο όρος Range Anxiety, «άγχος της αυτονομίας», αναφέρεται στην ΜΕΤΑΞΥ ΟΧΗΜΑΤΩΝ ΚΑΙ ΜΕ ΧΡΗΣΗ ΑΝΑΝΕΩΣΙΜΩΝ ΠΗΓΩΝ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ 27

28 ΑΛΕΞΑΝΔΡΟΣ ΜΙΧΑΗΛ ΚΟΥΦΑΚΗΣ ανησυχία που μπορεί να προκαλέσει η ιδέα πως το όχημα δεν έχει αρκετά καύσιμα ή ενέργεια, ώστε να φτάσει τον προορισμό του. Όπως φαίνεται και στον πίνακα 1, η διαφορά της αυτονομίας είναι σημαντική με τα ηλεκτρικά οχήματα να υστερούν, και έτσι να προκαλείται αυξημένο Range Anxiety. Ωστόσο ο μέσος Αμερικάνος πολίτης οδηγεί λιγότερο από 37 μίλια την ημέρα και με αυτονομία πάνω από 100 μίλια υπερκαλύπτεται στο διπλάσιο αυτή η απόσταση. Έτσι με καθημερινή φόρτιση, πιθανώς την νύχτα, μειώνονται πολύ οι πιθανότητες η ενέργεια του οχήματος να αποδειχτεί ελλιπής. Επιπλέον, σε αστικά περιβάλλοντα όπου τα EVs αριστεύουν είναι ακόμα πιο απίθανο να μείνουν από ενέργεια, καθώς σε αυτά έχουν πιο μικρή κατανάλωση σε σχέση με ανοιχτούς δρόμους, και τυπικά οι αποστάσεις είναι μικρότερες στις πόλεις. Στην κατηγορία των επιδόσεων, οι δύο κατηγορίες οχημάτων είναι συγκρίσιμες. Για παράδειγμα το Nissan Leaf επιταχύνει km/h σε 10 secs που είναι τυπική επίδοση για την κατηγορία του. Όπως αποδεικνύει το ηλεκτρικό αυτοκίνητο της εταιρίας Tesla, αν ο προσανατολισμός είναι οι υψηλές επιδόσεις μπορούν επιτευχθούν χωρίς πρόβλημα. Το Tesla Roadester έχει επιτάχυνση km/h κάτω από 3 δευτερόλεπτα, αντίστοιχη οποιουδήποτε άλλου Supercar Μέθοδοι αποθήκευσης ενέργειας Οι μπαταρίες είναι από τα πιο σημαντικά στοιχεία ενός ηλεκτροκίνητου αυτοκινήτου καθώς επηρεάζει με πολλούς τρόπους την συνολική λειτουργικότητά του. Πέρα από τον προφανές στόχο, την αποθήκευση όσο το δυνατό μεγαλύτερου ποσού ενέργειας, ένα ζητούμενο των μπαταριών είναι το βάρος, το οποίο προφανώς είναι επιθυμητό να είναι όσο το δυνατό μικρότερο. επίσης, απαραίτητοι είναι οι έλεγχοι έτσι ώστε να εξασφαλίζεται η μέγιστη ασφάλεια καθώς υπάρχει ο κίνδυνος καταστροφής της μπαταρίας αλλά ακόμα και του οχήματος. Η ανοχή σε ακραίες συνθήκες λειτουργίας είναι άλλο απαραίτητο χαρακτηριστικό, καθώς πρέπει να εξασφαλισθεί η ομαλότητα σε μεγάλο εύρος συνθηκών. H αντοχή στους κύκλους φόρτισης-αποφόρτισης που υποδεικνύει πόσες φορές μπορεί να γίνει αυτός ο κύκλος χωρίς να πέσει σε μη αποδεκτά επίπεδα η απόδοση της μπαταρίας είναι επίσης πολύ σημαντική. Τέλος, όλα αυτά πρέπει να γίνουν μέσα στο πλαίσιο ενός αποδεκτού κόστους. Οι μπαταρίες Μόλυβδου-οξέος είναι από τις πιο διαδεδομένους τύπους μπαταρίας και χρησιμοποιούνται σε πολλές εφαρμογές, όπως ηλεκτρικά ποδήλατα, και είναι οικονομικές αλλά έχουν αρκετά μειονεκτήματα, όπως το μεγάλο βάρος τους, και δεν είναι ιδανικές για χρήση σε EVs. Μπαταρίες Νικελίου-μετάλλου χρησιμοποιούνται σε μερικά υβριδικά αυτοκίνητα για την πρόωση και είναι πιο ικανές από τις πρώτες. Ακόμα καλύτερη θεωρείται η τεχνολογία ιόντων Λιθίου η οποία μπορεί να βρεθεί και σε μπαταρίες φορητών υπολογιστών και έχει την καλύτερη απόδοση ανάμεσα στις τρεις κατηγορίες. Ωστόσο, το κόστος κατασκευής είναι σχετικά μεγάλο για ευρεία και προσιτή χρήση σε αυτοκίνητα συνηθισμένου μεγέθους, όπως φαίνεται στην εικόνα 2. Παρ όλ αυτά, το κόστος τους έχει καθοδικές τάσεις κάτι που αφήνει υποσχέσεις για το μέλλον. Ένα μειονέκτημα των μπαταριών είναι ο χρόνος φόρτισης που μπορεί να αναχθεί μέχρι 8 ώρες με χρήση ηλεκτρικού δικτύου με τάση 110 volts και 3 ώρες με 240 volts. 28 ΧΡΟΝΟΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΙΣΜΟΣ ΦΟΡΤΙΣΗΣ ΗΛΕΚΤΡΙΚΩΝ ΟΧΗΜΑΤΩΝ ΜΕ ΔΥΝΑΤΟΤΗΤΑ ΜΕΤΑΦΟΡΑΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΜΕΤΑΞΥ ΟΧΗΜΑΤΩΝ ΚΑΙ ΜΕ ΧΡΗΣΗ ΑΝΑΝΕΩΣΙΜΩΝ ΠΗΓΩΝ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ

29 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1: ΕΙΣΑΓΩΓΗ Εικόνα 2: Σύγκριση της αποτελεσματικότητας των διάφορων τύπων μπαταριών ως προς το κόστος [11]. Άλλος τρόπος αποθήκευσης ενέργειας για χρήση σε ηλεκτρικά αυτοκίνητα είναι οι supercapacitors, μία τεχνολογία ηλεκτροχημικών πυκνωτών, οι οποίοι έχουν την σημαντική ιδιότητα να μπορούν να φορτιστούν και να ξοδέψουν την ενέργειά τους πολύ γρήγορα, το οποίο είναι χρήσιμο σε περιπτώσεις έντονης επιτάχυνσης. Όμως δεν μπορούν να αποθηκεύσουν πολύ ενέργεια οπότε δεν αρκούν από μόνοι τους να καλύψουν τις ανάγκες ενός ηλεκτρικού οχήματος. Η αντοχή τους σε κύκλους φόρτισης-αποφόρτισης είναι πολύ μεγάλη, καθώς ανέρχεται σε εκατομμύρια κύκλους [1]. Συνήθως χρησιμοποιούνται σε συνδυασμό με συμβατικές μπαταρίες, και όποτε υπάρχει ανάγκη για υψηλή κατανάλωση ενέργειας, όπως κατά την επιτάχυνση ενεργοποιούνται. Μπαταρία Μόλυβδου-Οξέος Μπαταρία Νικελίου- Μετάλλου Μπαταρία Ιόντων Λιθίου Supercapa citors Fuel Cells- Hydrogen Τυπικό κόστος Χαμηλό Μέτριο Μέτριο Υψηλό Υψηλό Πυκνότητα ενέργειας, (Wh/kg) Χρόνος φόρτισης Ώρες Ώρες Ώρες Λεπτά Λεπτά Αντοχή σε κύκλους φόρτισης/αποφόρτι σης Τρόπος Φόρτισης Πολύ μεγάλη Δίκτυο Ηλεκτρ/σης Δίκτυο Ηλεκτρ/σης Δίκτυο Ηλεκτρ/σης Εσωτερικά στο Όχημα Πρόσληψη Υδρογόνο υ Πίνακας 2: Σύγκριση διαφόρων τεχνολογιών αποθήκευσης ενέργειας ΜΕΤΑΞΥ ΟΧΗΜΑΤΩΝ ΚΑΙ ΜΕ ΧΡΗΣΗ ΑΝΑΝΕΩΣΙΜΩΝ ΠΗΓΩΝ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ 29

30 ΑΛΕΞΑΝΔΡΟΣ ΜΙΧΑΗΛ ΚΟΥΦΑΚΗΣ Εναλλακτικά, με χρήση κυψελίδων καυσίμου η ενέργεια μπορεί να προέρχεται από υδρογόνο, το οποίο λαμβάνεται σε πεπιεσμένη μορφή από ειδικές μονάδες διανομής. Η διαδικασία παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας με χρήση υδρογόνου έχει παραπροϊόντα μόνο νερό και θερμότητα, οπότε είναι απολύτως καθαρή. Προσφέρει μεγαλύτερη αυτονομία σε σχέση με τις μπαταρίες, και η διαδικασία επαναφόρτισης ολοκληρώνεται σε λεπτά (πίνακας 2). Επίσης σημαντικό είναι το γεγονός ότι εξαλείφονται οι απώλειες ενέργειας σε σύγκριση με τις μπαταρίες κατά τη διανομή προς τα οχήματα. Δηλαδή, για τις μπαταρίες η ενέργεια μεταφέρεται από το δίκτυο ηλεκτροδότησης το οποίο έχει σημαντικές απώλειες (ως θερμότητα), ενώ για το υδρογόνο δεν υπάρχουν απώλειες στο στάδιο της μεταφοράς, αν και υπάρχουν απώλειες κατά τη μετατροπή του σε ηλεκτρισμό στο όχημα και κατά τη παραγωγή υδρογόνου. Αυτή η ιδιότητα είναι σημαντική σε περιπτώσεις που υπάρχει ευκαιρία να αξιοποιηθεί κάποια μεγάλη πηγή ανανεώσιμης ενέργειας η οποία όμως είναι μακριά από την ζήτηση, και μεταφορά της ενέργειας μέσω καλωδίων θα είχε μεγάλες απώλειες και πιθανώς μεγάλο κόστος. Ωστόσο η διαδικασία που ακολουθείται για παραγωγή υδρογόνου, όταν παράγεται από μεθάνιο, έχει σχετικά μεγάλες εκπομπές αέριων ρύπων όπως διοξείδιο του άνθρακα. Στην άλλη περίπτωση που το υδρογόνο παράγεται με ηλεκτρόλυση χρησιμοποιώντας ανανεώσιμες πηγές ενέργειας, η διαδικασία είναι αρκετά κοστοβόρα αν και καθαρή. Τέλος, άλλος λόγος που κάνει τη χρήση υδρογόνου ως καύσιμο ηλεκτρικών οχημάτων λιγότερο ελκυστική είναι η απαίτηση νέων υποδομών για την διανομή του, σε αντίθεση με το ηλεκτρικό ρεύμα που χρησιμοποιεί το ήδη υπάρχον δίκτυο ηλεκτροδότησης. 1.3 MOBILITY INTERNET AND COLLECTIVES Τα οράματα για το μέλλον των ηλεκτρικών αυτοκινήτων δεν εκλαμβάνουν τα οχήματα σαν μονάδες αλλά ως μέρος ενός συνόλου, το οποίο επικοινωνεί και ανταλλάσσει πληροφορίες και δεδομένα. Έχοντας αυτά τα δεδομένα μπορεί να γίνεται επισκόπηση και μέσω αλγορίθμων να βελτιστοποιείται η συμπεριφορά των οχημάτων στους άξονες εξοικονόμησης ενέργειας, χρόνου και αύξησης πρακτικότητας. Έτσι πολλά προβλήματα, όπως η κυκλοφοριακή συμφόρηση, η περιορισμένη αυτονομία των EVs και η διαφορά ανάμεσα στη παραγωγή και την κατανάλωση ηλεκτρικού ρεύματος, που συνεπάγεται σπατάλη ενέργειας, θα αντιμετωπισθούν ή τουλάχιστον θα μειωθεί η αρνητική επίδρασή τους. Αυτή η διασύνδεση οχημάτων αποκαλείται και Mobility Internet καθώς μοιάζει με το διαδίκτυο που όλοι γνωρίζουμε και χρησιμοποιούμε με στους υπολογιστές και τα κινητά μας τηλέφωνα, αλλά προσαρμοσμένο στις ανάγκες των οχημάτων. Ήδη υπάρχουν και χρησιμοποιούνται τεχνολογίες που καθιστούν δυνατή την επικοινωνία κατά την μετακίνηση, αλλά το επόμενο βήμα είναι η ενσωμάτωση αυτών των τεχνολογιών στα οχήματα. Μία ανησυχία που αίρεται από την ιδέα αποστολής πληροφοριών που αφορούν τις κινήσεις των οχημάτων είναι η διατήρηση της ανωνυμίας και εξασφάλιση προστασίας προσωπικών δεδομένων. Ωστόσο με κωδικοποιήσεις των δεδομένων κατά την αποστολή μπορούν να παραμένουν κρυφές οι πληροφορίες. Επίσης για λειτουργίες όπως η πρόβλεψη της κίνησης δεν χρειάζεται η ταυτότητα των οχημάτων οπότε μπορούν να αποστέλλονται ανώνυμα τα δεδομένα. 30 ΧΡΟΝΟΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΙΣΜΟΣ ΦΟΡΤΙΣΗΣ ΗΛΕΚΤΡΙΚΩΝ ΟΧΗΜΑΤΩΝ ΜΕ ΔΥΝΑΤΟΤΗΤΑ ΜΕΤΑΦΟΡΑΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΜΕΤΑΞΥ ΟΧΗΜΑΤΩΝ ΚΑΙ ΜΕ ΧΡΗΣΗ ΑΝΑΝΕΩΣΙΜΩΝ ΠΗΓΩΝ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ

31 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1: ΕΙΣΑΓΩΓΗ Το Mobility Internet έχει και κοινωνικές προεκτάσεις, καθώς με την χρήση του ο χρόνος που δαπανάται κατά τις μετακινήσεις δεν θα είναι χαμένος, αλλά θα είναι ιδανικός για αλληλεπιδράσεις με φίλους μέσω κοινωνικών μέσων. Αυτό θα γίνεται με ενσωμάτωση υπηρεσιών στα οχήματα που θα καθιστούν δυνατή την χρήση κοινωνικών μέσων με ασφάλεια και ευκολία. Κύριο μέλημα είναι η χρήση κοινωνικών μέσων από τον οδηγό να μην συμβιβάζει την οδηγική του ικανότητα οπότε πρέπει να γίνει με προσεχτικό τρόπο η εισαγωγή των συγκεκριμένων υπηρεσιών. όμως, καθώς οι επιπλέον αυτοματισμοί και γενικά η νοημοσύνη των νέων οχημάτων θα αφαιρούν κάτι από τις απαιτήσεις των οδηγών, δικαιολογείται η ασχολία τους με κοινωνικές ενέργειες. Αν το όχημα βρίσκει την καλύτερη διαδρομή και παράλληλα παρακολουθεί τις αποστάσεις των γειτονικών οχημάτων είτε μέσω αισθητήρων, είτε μέσω του Mobility Internet, τότε η ασφάλεια και η αποτελεσματικότητα της οδήγησης είναι ως ένα βαθμό εγγυημένη Εφαρμογές του mobility internet Μέσω της ομαδικής φύσης, που είναι επιθυμητό να υιοθετηθεί, μπορεί να αναπτυχθεί πολύ η διαδικασία εύρεσης βέλτιστης διαδρομής κατά τη διαδικασία της πλοήγησης. Στο υποθετικό περιβάλλον όπου τα οχήματα δίνουν πληροφορίες για την τοποθεσία τους, την ταχύτητά τους και την προκείμενη διαδρομή τους, και μέσω έξυπνων αλγορίθμων η πλοήγηση μπορεί να γίνει πολύ πιο ικανοποιητική. Με τα παραπάνω δεδομένα, και φυσικά σε συνδυασμό με τη γνώση του περιβάλλοντος (χάρτες), θα βρίσκεται η κατάσταση της κίνησης στους δρόμους στο παρόν, καθώς και μία εκτίμηση της μελλοντικής. Έτσι οι έξυπνοι αλγόριθμοι πλοήγησης θα προτείνουν εναλλακτικές διαδρομές για αποφυγή της κίνησης και μεγιστοποίηση της λειτουργικότητας. Σε παρόμοιο κλίμα θα υπάρχει χειρισμός των οχημάτων όσον αφορά τους σταθμούς φόρτισης. Γνωστοποιώντας τα οχήματα τις προθέσεις τους, θα μπορεί να γίνεται ο καλύτερος δυνατός προγραμματισμός φόρτισης στους σταθμούς φόρτισης. Πιο αναλυτικά, η βέλτιστη λειτουργία για ένα σταθμό φόρτισης προϋποθέτει μεγιστοποίηση του αριθμού ηλεκτρικών οχημάτων που φορτίζονται καθώς και το ποσό ενέργειας που φορτίζεται [20]. Όπως είναι φανερό αν είναι γνωστές οι προθέσεις των οχημάτων εκ των προτέρων ο προγραμματισμός φόρτισης με τους παραπάνω στόχους θα επιφέρει καλύτερο αποτέλεσμα από ότι αν έρχονται απροσδόκητα τα οχήματα. επίσης, άλλο πλάνο για βελτιστοποίηση της χρήσης σταθμών φόρτισης είναι η κατεύθυνση των οχημάτων σε διαφορετικές διαδρομές λαμβάνοντας υπόψη την συμφόρηση σε συγκεκριμένους σταθμούς φόρτισης. Άλλη κατηγορία στην οποία μπορεί να συνεισφέρει πολύ η συλλογικότητα των EVs είναι η σημαντική απλοποίηση μικρότερων ζητημάτων, όπως η εύρεση χώρου στάθμευσης ή η επιλογή καταστήματος για αγορά κάποιου προϊόντος. Δεδομένης της ανταλλαγής πληροφοριών και γενικά της επικοινωνίας μεταξύ οχημάτων, μπορεί να υπάρχει ένα καταστατικό για τις θέσεις στάθμευσης που να ενημερώνεται δυναμικά και να προσφέρει πληροφορίες για τις κοντινότερες θέσεις. Με αυτόν τον τρόπο θα μπορούσε να ελαχιστοποιηθεί ο χρόνος για της συγκεκριμένης διαδικασίας ο οποίος δεν είναι καθόλου αμελητέος. Παρομοίως μπορεί να παρέχονται πληροφορίες για κοντινά καταστήματα με τα επιθυμητά προϊόντα, τις τιμές τους, και άλλα πρακτικά ζητήματα. ΜΕΤΑΞΥ ΟΧΗΜΑΤΩΝ ΚΑΙ ΜΕ ΧΡΗΣΗ ΑΝΑΝΕΩΣΙΜΩΝ ΠΗΓΩΝ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ 31

32 ΑΛΕΞΑΝΔΡΟΣ ΜΙΧΑΗΛ ΚΟΥΦΑΚΗΣ Το Mobility Internet μπορεί να συνδυαστεί με υποδομές σε όλη την έκταση μίας πόλης έτσι ώστε δημιουργηθεί ένα μεγαλύτερης κλίμακας δίκτυο, με ανάλογα αυξημένες δυνατότητες, που ονομάζεται Smart City, Έξυπνη Πόλη. Υποδομές που μπορούν να ενσωματωθούν είναι έξυπνα πεζοδρόμια (smart curbs) που δύναται να έχουν αισθητήρες οι οποίοι βλέπουν αν αντίστοιχες θέσεις στάθμευσης είναι κατειλημμένες, και ενδεχομένως πληροφορίες για την κατάσταση φόρτισης των οχημάτων εφόσον έχουν ενσωματωμένους φορτιστές [14]. Έξυπνοι δρόμοι με κάμερες κίνησης για επισκόπηση της κυκλοφορίας και routers για παροχή ασύρματης διασυνδεσιμότητας στα οχήματα, μπορούν επίσης να αποτελούν ένα κομμάτι της έξυπνης πόλης. Έτσι μία Έξυπνη Πόλη θα επαυξάνει και θα προεκτείνει τις δυνατότητες του Mobility Internet ολοκληρώνοντας ακόμα περισσότερες λειτουργίες που αφορούν τα οχήματα, παρέχοντας στους οδηγούς πολλές διευκολύνσεις και παράλληλα εξασφάλιση ικανοποιητικής λειτουργικότητας των διαφόρων εφαρμογών. 1.4 ΕΝΕΡΓΕΙΑ Η συνολική κατανάλωση ενέργειας έχει σχεδόν διπλασιαστεί 8 από το 1980 έως το 2012 και συνεχίζει να έχει ανοδικές τάσεις. Τα μεταφορικά μέσα ευθύνονται για περίπου το ένα τρίτο της κατανάλωσης. Το ποσοστό της ενέργειας που προερχόταν από ορυκτά καύσιμα το 2012 υπολογίζεται σε 80 %. Τα βασικά ορυκτά καύσιμα είναι το φυσικό αέριο, το πετρέλαιο και τα παράγωγά του, τα οποία είναι και η κύρια κινητήρια δύναμη των συμβατικών οχημάτων. Αυτή η κατάσταση όμως αποδεικνύεται μη βιώσιμη και υποδεικνύει την στροφή προς φιλικές προς το περιβάλλον μορφές ενέργειας. Λόγοι που καθιστούν αναγκαία την αλλαγή του μοντέλου ενέργειας είναι οι εξής: Αέρια του Θερμοκηπίου: Το φαινόμενο του θερμοκηπίου έχει ευθύνη για την κλιματική αλλαγή που βιώνει ο πλανήτης η οποία φυσικά δύναται να έχει καταστροφικές συνέπειες. Τα μεταφορικά μέσα ευθύνονται περίπου για το 27% των εκπομπών αερίων θερμοκηπίου 9. Ο τρόπος παραγωγής των αερίων από μεταφορικά μέσα, προέρχεται κατά κύριο λόγο από καύση ορυκτών καυσίμων για την πρόωση. Πάνω από το 90% των καυσίμων που χρησιμοποιούνται για μεταφορές έχει βάση το πετρέλαιο, σε αυτά συμπεριλαμβάνονται η βενζίνη και το πετρέλαιο κίνησης. Μόλυνση του Αέρα: Σε πυκνά αστικά περιβάλλοντα με μεγάλο πλήθος μεταφορικών μέσων γίνεται φανερό πόσο πολύ επιδεινώνεται η ποιότητα του αέρα μέσω των εκπομπών αέριων ρύπων από οχήματα. Οι συνέπειες στην υγεία είναι πολύ σοβαρές για τους κάτοικους αυτών των περιοχών, καθώς υπάρχει υποβίβαση της ποιότητας ζωής. Για παράδειγμα στο Πεκίνο η ποιότητα του αέρα είναι πολύ έξω από τα διεθνή αποδεκτά όρια και υπολογίζεται πως η διαμονή εκεί ισοδυναμεί με κάπνισμα 40 τσιγάρων τη μέρα όσον αφορά τις επιπτώσεις στην υγεία ΧΡΟΝΟΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΙΣΜΟΣ ΦΟΡΤΙΣΗΣ ΗΛΕΚΤΡΙΚΩΝ ΟΧΗΜΑΤΩΝ ΜΕ ΔΥΝΑΤΟΤΗΤΑ ΜΕΤΑΦΟΡΑΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΜΕΤΑΞΥ ΟΧΗΜΑΤΩΝ ΚΑΙ ΜΕ ΧΡΗΣΗ ΑΝΑΝΕΩΣΙΜΩΝ ΠΗΓΩΝ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ

33 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1: ΕΙΣΑΓΩΓΗ Μείωση αποθεμάτων: Κάποιες εκτιμήσεις για τα αποθέματα πετρελαίου υπολογίζουν την εξάντλησή τους το 2040, είναι πιθανό να ανακαλυφθούν νέες πηγές στο μεταξύ, αλλά σίγουρα οι πιο εύκολα εξορύξιμες έχουν ήδη ανακαλυφθεί. Οπότε το κόστος εξόρυξης ή και μεταφοράς αναμένεται να αυξηθεί στο μέλλον. Ανεξαρτησία από το πετρέλαιο: Οι πετρελαιοπηγές δεν είναι ομοιόμορφα απλωμένες σε όλη την Γη, οπότε οι χώρες που δεν έχουν αρκετές πηγές στο έδαφος τους για να ικανοποιηθούν οι ανάγκες της χώρας εξαρτιόνται από άλλες. Σε αντίθεση, τρόποι να παραχθεί ενέργεια από ανανεώσιμες πηγές είναι διαθέσιμοι παντού είτε για παράδειγμα ως φωτοβολταϊκά στη Γαλλία, είτε ως ανεμογεννήτριες στην Βρετανία, ή σαν γεωθερμική ενέργεια στην Ισλανδία. Εικόνα 3: Παραγωγή ενέργειας τα έτη Δεδομένα από Ανανεώσιμες πηγές ενέργειας Όπως είδαμε το μοντέλο ενέργειας που βασίζεται σε ορυκτά καύσιμα έχει πολλά προβλήματα και χρειάζεται να αλλάξει. Ευτυχώς υπάρχουν εναλλακτικές πηγές ενέργειας με πολύ μικρότερο αποτύπωμα στο περιβάλλον. Τέτοιες πηγές ανανεώσιμης και βιώσιμης ενέργειας, εκμεταλλεύονται ήδη, και όπως δηλώνει το όνομά τους, τα κύρια χαρακτηριστικά τους είναι ότι δεν τελειώνουν και δεν συμβιβάζεται η ικανότητά τους να παραμείνουν λειτουργικές σε μελλοντικές γενιές ΜΕΤΑΞΥ ΟΧΗΜΑΤΩΝ ΚΑΙ ΜΕ ΧΡΗΣΗ ΑΝΑΝΕΩΣΙΜΩΝ ΠΗΓΩΝ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ 33

34 ΑΛΕΞΑΝΔΡΟΣ ΜΙΧΑΗΛ ΚΟΥΦΑΚΗΣ ανθρώπων, σε αντίθεση με τα ορυκτά καύσιμα. Οι τεχνολογίες με τις οποίες γίνεται η εκμετάλλευση των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας συνεχώς βελτιώνονται, είτε με μείωση του κόστους παραγωγής ενέργειας, είτε με αύξηση του ποσού ενέργειας που δεσμεύεται. Σύμφωνα με τον MacKay [13] αν εκμεταλλευθούν, με σωστό τρόπο, όλες οι δυνατότητες συλλογής ενέργειας από ανανεώσιμες πηγές, μπορούν να καλυφθούν σχεδόν όλες οι ενεργειακές ανάγκες του κόσμου χωρίς σημαντικούς συμβιβασμούς στη ποιότητα ζωής. Συμβιβασμοί όπως η μικρή μεταβολή στο τοπίο με την εγκατάσταση ανεμογεννητριών, που φυσικά αν συγκριθεί με τη βλάβη που προκαλεί η καύση ορυκτών καυσίμων είναι αμελητέοι. Οι κύριες πηγές ανανεώσιμης ενέργειας είναι: Αιολική ενέργεια: Η ενέργεια που παράγεται από την εκμετάλλευση του πνέοντος ανέμου. Θετικό της Αιολικής ενέργειας είναι το γεγονός ότι βρίσκεται παντού, αν και οι δυνατότητες παραγωγής είναι μέγιστες σε περιοχές όπου ο άνεμος είναι πιο δυνατός. Συνήθως παράκτιες περιοχές είναι οι πιο αποδοτικές περιοχές για εγκατάσταση αιολικών πάρκων. Οι ανεμογεννήτριες κατηγορούνται για θανάτους πουλιών, αλλά αξίζει να σημειωθεί πως η αντίστοιχη στατιστική θανάτων πουλιών από αυτοκίνητα είναι 30 φορές μεγαλύτερη, και από γάτες φορές μεγαλύτερη. Εναλλακτική τοποθεσία για ανεμογεννήτριες είναι στην επιφάνεια της θάλασσας, πάνω σε πλωτές πλατφόρμες. Με αυτόν τον τρόπο η ηχορύπανση δεν προκαλεί πρόβλημα, δεν χρειάζεται διαμόρφωση της τοποθεσίας, και κυρίως οι θαλάσσιοι άνεμοι είναι δυνατότεροι των επίγειων, οπότε και η παραγωγή ενέργειας είναι μεγαλύτερη. Η αιολική ενέργεια είναι σε ταχεία ανάπτυξη, στην Αμερική το ένα τρίτο των νέο εγκατεστημένων μέσων παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας χρησιμοποιούν αιολική, καθώς και στην Κίνα υπάρχουν μεγάλες επενδύσεις σε αιολικά πάρκα. Ηλιακή ενέργεια: Μετατροπή της ηλιακής ακτινοβολίας σε ηλεκτρισμό ή σε άλλους χρήσιμους πόρους, όπως ζεστό νερό και πόσιμο νερό με απόσταξη ή άλλες μεθόδους 11. Για την παραγωγή ηλεκτρισμού συνήθως χρησιμοποιούνται φωτοβολταϊκά αλλά υπάρχουν και άλλες μεθοδολογίες, όπως οι ηλιακοί πύργοι. Τα φωτοβολταϊκά είναι πιο διαδεδομένα γιατί είναι εύχρηστα και έχουν πιο καλή απόδοση, επίσης έχουν φτάσει κοντά στο θεωρητικό μέγιστο της απόδοσής τους. Είναι ιδανικά για περιοχές κοντά στον ισημερινό καθώς εκεί είναι μέγιστη η ηλιακή ακτινοβολία και με μικρές διαφοροποιήσεις ανά τις τέσσερις εποχές του έτους. Η χρήση φωτοβολταϊκών έχει αυξηθεί 40% από το 2000 και η Ιταλία είναι η πρώτη σε εκμετάλλευση της ηλιακής ακτινοβολίας σε ποσοστό ανά την ενέργεια που καταναλώνει η χώρα με 7% 12. Υδροηλεκτρική ενέργεια: Είναι η μετατροπή της δυναμικής ενέργειας που έχουν μάζες νερού σε ηλεκτρισμό μέσω γεννητριών. Η βασικές μέθοδοι είναι η χρήση φραγμάτων, η εκμετάλλευση της παλίρροιας και των κυμάτων. Σήμερα αποτελεί την μεγαλύτερη πηγή ανανεώσιμης ενέργειας με ποσοστό 16% της συνολικής παραγωγής. Ο λόγος της δημοφιλίας της είναι η ευκολία με την οποία δεσμεύεται, κυρίως σε φράγματα που υποδομές είναι ήδη υπάρχουσες. Τέτοιες εγκαταστάσεις μπορούν να γίνουν είτε σε ποταμούς ΧΡΟΝΟΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΙΣΜΟΣ ΦΟΡΤΙΣΗΣ ΗΛΕΚΤΡΙΚΩΝ ΟΧΗΜΑΤΩΝ ΜΕ ΔΥΝΑΤΟΤΗΤΑ ΜΕΤΑΦΟΡΑΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΜΕΤΑΞΥ ΟΧΗΜΑΤΩΝ ΚΑΙ ΜΕ ΧΡΗΣΗ ΑΝΑΝΕΩΣΙΜΩΝ ΠΗΓΩΝ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ

35 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1: ΕΙΣΑΓΩΓΗ μέσω φραγμάτων είτε στη θάλασσα με χρήση της παλίρροιας ή των κυμάτων. Άλλο σημαντικό πλεονέκτημα της υδροηλεκτρικής ενέργειας είναι ότι μπορεί εύκολα να προβλεφθεί και, σε περιπτώσεις φραγμάτων, να διαχειριστεί έτσι ώστε να μένει σταθερή η παραγωγή ενέργειας καθ όλη τη διάρκεια της μέρας ή ακόμα και να αλλάζει η παραγωγή ανάλογα με τη ζήτηση [16]. Γεωθερμική ενέργεια: Προέρχεται από την εκμετάλλευση της θερμικής ενέργειας που υπάρχει κατά τόπους υπογείως. Εκτός από χρήση της για παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας είναι βολική για θέρμανση καθώς έχει ήδη αυτή τη μορφή. Εβδομήντα χώρες την χρησιμοποιούν για θέρμανση και 24 για παραγωγή ηλεκτρισμού. Σε αντίθεση με τις προηγούμενες δεν είναι πανταχού παρούσα, προϋποθέτετε η ύπαρξη γεωθερμικών πηγών. Όμως σε ορισμένες χώρες όπου υπάρχουν σε αφθονία υποστηρίζουν μεγάλο ποσοστό της συνολικής παραγόμενης ενέργειας. Για παράδειγμα στην Κένυα παράγεται το 51% της ενέργειας της χώρας από γεωθερμία, στις Φιλιππίνες 27% και στο Ελ Σαλβαντόρ 25%. Επίσης έχουν εκπομπές διοξειδίου του άνθρακα αλλά μόλις 5% των αντίστοιχων εργοστασίων που χρησιμοποιούν ορυκτό άνθρακα Πυρηνική ενέργεια Είναι η ενέργεια που απελευθερώνονται όταν μετασχηματίζονται ατομικοί πυρήνες κατά τη διαδικασία πυρηνικής σχάσης ή σύντηξης. Παρότι δεν ανήκει στις ανανεώσιμες πηγές ενέργειας αξίζει να αναφερθεί, αφού εκτιμήσεις [16] θεωρούν ότι πρακτικά δεν απειλείται από εξάντληση για τους μελλοντικούς αιώνες εφόσον η παραγωγή παραμείνει στα επίπεδα που έχει τώρα. επίσης, οι εκπομπές αερίων του θερμοκηπίου κατά την παραγωγή ενέργειας είναι στο επίπεδο των προαναφερθέντων ανανεώσιμων πηγών ενέργειας. Όμως άλλο θέμα που τίθεται όταν μελετάται η βιωσιμότητα της πυρηνικής ενέργειας είναι η διαχείριση των πυρηνικών αποβλήτων. Παραπροϊόν των πυρηνικών εργοστασίων είναι στερεά ραδιενεργά απόβλητα με χρόνο ημιζωής μέχρι δύο εκατομμύρια χρόνια. Ο τρόπος με τον οποίο διαχειρίζονται είναι η ταφή τους σε υπόγειες τοποθεσίες. Επίσης παράγοντας ανησυχίας είναι το θέμα αντιμετώπισης ατυχημάτων και η πιθανή καταστροφή σε περίπτωση αποτυχίας διαχείρισης, όπως έχει συμβεί στο παρελθόν στη Φουκουσίμα και στο Τσέρνομπιλ. To 2012 το 11% της παγκόσμιας παραγωγής ενέργειας προερχόταν από πυρηνικά εργοστάσια. Λόγω της καταστροφής το 2011 χώρες όπως η Γερμανία και η Ιταλία υιοθέτησαν εχθρικές πολιτικές προς την πυρηνική ενέργεια, η Γερμανία αποφάσισε να κλείσει όλα τα πυρηνικά εργοστάσιά της μέχρι το Ωστόσο άλλες χώρες συνεχίζουν να επενδύουν στη πυρηνική ενέργεια. 1.5 ΔΙΚΤΥΟ ΗΛΕΚΤΡΟΔΟΤΗΣΗΣ Το ηλεκτρικό δίκτυο είναι το μέσο με το οποίο διαμοιράζεται η ηλεκτρική ενέργεια, τυπικά από τα εργοστάσια παραγωγής ενέργειας στους καταναλωτές. Συστατικά του δικτύου είναι τα εργοστάσια, τα καλώδια, οι μετασχηματιστές και όλοι ΜΕΤΑΞΥ ΟΧΗΜΑΤΩΝ ΚΑΙ ΜΕ ΧΡΗΣΗ ΑΝΑΝΕΩΣΙΜΩΝ ΠΗΓΩΝ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ 35

36 ΑΛΕΞΑΝΔΡΟΣ ΜΙΧΑΗΛ ΚΟΥΦΑΚΗΣ οι τελικοί καταναλωτές. Στη σημερινή τους μορφή αυτά τα συστατικά λειτουργούν παθητικά δίνοντας περιορισμένες δυνατότητες ρύθμισης και διαχείρισης του δικτύου. Όμως αυτή η ακαμψία περιορίζει πολύ την λειτουργία, την αποδοτικότητα, και την ασφάλεια του δικτύου. Συγκεκριμένα, με τη τωρινή μορφή του δικτύου αν προκύψει κάποιο πρόβλημα σε ένα συστατικό του, είναι πολύ δύσκολο να εντοπιστεί και να αντιμετωπισθεί, καθώς σχεδόν όλη η διαδικασία γίνεται χειροκίνητα. επίσης, η παραγωγή ηλεκτρισμού αντιστοιχεί στην μέγιστη κατανάλωση η οποία συναντάται μόλις στο 5% του χρόνου ενώ η παραγωγή είναι 20% περισσότερη από την μέση κατανάλωση. Τέλος επειδή είναι πολύ πυκνά συνδεδεμένο, για παράδειγμα στις Η.Π.Α. ολόκληρη η χώρα έχει ένα ενιαίο δίκτυο, προβλήματα και βλάβες σε έναν τόπο μπορούν να διαδοθούν και να προκαλέσουν προβλήματα σε πολύ μεγάλο μέρος του δικτύου Έξυπνο Δίκτυο Η λύση που προτείνεται είναι το πέρασμα από το απλό υπάρχον δίκτυο ηλεκτροδότησης σε μία έξυπνη μετεξέλιξή του, που ονομάζεται έξυπνο δίκτυο (smart grid), στο οποίο όλα τα συστατικά του θα έχουν αισθητήρες και λειτουργίες παρέμβασης. Αναλυτικά, οι συμβατικές ηλεκτρικές συσκευές θα αντικατασταθούν από έξυπνες και χαμηλής ηλεκτρικής κατανάλωσης αντίστοιχες συσκευές, και η παραγωγή ενέργειας θα είναι αρμοδιότητα πολλών μονάδων παραγωγής σε διάφορες τοποθεσίες του δικτύου με δυνατότητα ευέλικτης διαχείρισης. Τα βασικά χαρακτηριστικά του νέου, έξυπνου δικτύου είναι ανοχή σε βλάβες, η ικανότητα αυτοίασης, δηλαδή να αντιστέκεται και να διορθώνει τυχών ανωμαλίες του συστήματος, καθώς και η δυνατότητα στους συμμετέχοντες να κάνουν συναλλαγές και εμπόριο ηλεκτρισμού αμφίδρομα και με δυναμικό τρόπο. Η κυριότερη αλλαγή που πρέπει να γίνει για μεταφορά στο έξυπνο δίκτυο είναι η εγκατάσταση αισθητήρων σε όλα τα συστατικά του υπάρχοντος δικτύου. Αυτοί οι αισθητήρες θα ελέγχουν την κατάσταση του κάθε συστατικού και σε συνδυασμό με τις ικανότητες επικοινωνίας μεταξύ τους, συλλογικά θα παρέχεται μία άριστη άποψη του τί συμβαίνει ανά πάσα στιγμή στο επίπεδο του δικτύου. Η ανταλλαγή πληροφοριών της κατάστασης θα γίνεται μεταξύ γειτονικών συστατικών αλλά αν χρειάζεται θα μπορεί να μεταδοθεί και πιο μακριά. Επίσης, οι πληροφορίες θα μπορούν να παράσχουν σημαντικά στατιστικά δεδομένα που να αποκαλύψουν πληροφορίες για την χρήση του δικτύου έτσι ώστε να επιτραπεί πιο καλή πρόβλεψη μελλοντικών καταστάσεων [5]. Επιπλέον αλλαγή, που είναι πολύ σημαντική, είναι η τοποθέτηση μηχανισμών που έχουν την ικανότητα να τροποποιούν την λειτουργία των συστατικών έτσι ώστε να γίνεται διαχείριση χωρίς φυσική παρουσία κάποιου χρήστη ή μηχανικού. Το νόημα αυτών των μηχανισμών είναι κυρίως η εξασφάλιση ασφαλούς και συνεχούς λειτουργίας του δικτύου ανάλογα με τις πληροφορίες που λαμβάνονται από τους προαναφερθέντες αισθητήρες. Οι εντολές για τροποποίηση της λειτουργίας των συστατικών θα προέρχονται είτε εξωτερικά από κάποια κεντρική μονάδα ελέγχου, είτε από εσωτερικούς μηχανισμούς αυτορρύθμισης. Άλλες λειτουργίες είναι η διαχείριση των οικιακών συσκευών ή οι συναλλαγές ηλεκτρισμού εξ αποστάσεως, ίσως ακόμα και μέσω μίας εφαρμογής φορητής συσκευής. 36 ΧΡΟΝΟΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΙΣΜΟΣ ΦΟΡΤΙΣΗΣ ΗΛΕΚΤΡΙΚΩΝ ΟΧΗΜΑΤΩΝ ΜΕ ΔΥΝΑΤΟΤΗΤΑ ΜΕΤΑΦΟΡΑΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΜΕΤΑΞΥ ΟΧΗΜΑΤΩΝ ΚΑΙ ΜΕ ΧΡΗΣΗ ΑΝΑΝΕΩΣΙΜΩΝ ΠΗΓΩΝ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ

37 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1: ΕΙΣΑΓΩΓΗ Εικόνα 4: Η γενική μορφή του έξυπνου δικτύου 13. Με τα παραπάνω δίνεται η δυνατότητα για πολύ καλύτερη χρήση και απόδοση της παραγόμενης ηλεκτρικής ενέργεια, με μηχανισμούς όπως η μείωση της τάσης 14 των ηλεκτρικών καλωδίων και η εντολή μείωσης της κατανάλωσης συσκευών, όπως κλιματιστικών, προκειμένου να αποφευχθεί ολική αποτυχία (blackout). Ακόμα, θα μπορούσε να διακόπτεται η φόρτιση ηλεκτρικών οχημάτων τα διαστήματα που το δίκτυο αδυνατεί να παράσχει το επιθυμητό ποσό ηλεκτρικής ενέργειας. Συνοπτικά, η γενική λειτουργία του smart grid βασίζεται στην εξισορρόπηση της παραγωγής με την κατανάλωση ενέργειας. Αυτή η ιδιότητά του το κάνει εξαιρετικά σημαντικό για την εισαγωγή πολλών μονάδων παραγωγής ενέργειας με ιδιαιτερότητες στα μοτίβα παραγωγής ενέργειας, όπως είναι οι περισσότερες που εκμεταλλεύονται ανανεώσιμες πηγές ενέργειας. Για παράδειγμα οι ανεμογεννήτριες παράγουν παραπάνω ενέργεια τη νύχτα καθώς τότε φυσάνε πιο δυνατοί άνεμοι και τα φωτοβολταϊκά προφανώς παράγουν ενέργεια μόνο όταν έχει ηλιοφάνεια. Έτσι, είναι ΜΕΤΑΞΥ ΟΧΗΜΑΤΩΝ ΚΑΙ ΜΕ ΧΡΗΣΗ ΑΝΑΝΕΩΣΙΜΩΝ ΠΗΓΩΝ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ 37

38 ΑΛΕΞΑΝΔΡΟΣ ΜΙΧΑΗΛ ΚΟΥΦΑΚΗΣ προϋπόθεση η υιοθέτηση του smart grid για να αποκτήσουν κυρίαρχο ρόλο οι ανανεώσιμες πηγές ενέργειας με αποδοτικό και συμφέρων τρόπο. Από την μεριά, των καταναλωτών ενέργειας, τα ηλεκτρικά οχήματα παίζουν πολύ σημαντικό ρόλο γιατί χρειάζονται μεγάλα ποσά ενέργειας από το δίκτυο και αν δεν γίνεται με έξυπνο τρόπο η φόρτισή τους είναι αναπόφευκτο να προκαλούνται μεγάλες διακυμάνσεις στην κατανάλωση ενέργειας. Οι περισσότεροι άνθρωποι συνήθως μετακινούνται μαζικά, για αυτό και η κυκλοφοριακή συμφόρηση είναι πολύ έντονη ορισμένες ώρες τις μέρας. Αυτός ο συγχρονισμός αντικατοπτρίζεται και στις ώρες φόρτισης των EVs με αποτέλεσμα μεγάλη κατανάλωση ορισμένες περιόδους της μέρας. Οπότε, για παράδειγμα με χρήση ταχέων φορτιστών η μέγιστη κατανάλωση ενός νοικοκυριού μπορεί να διπλασιάζεται, και πολλαπλασιαζόμενη με ένα μεγάλο αριθμό λόγο του συγχρονισμού, η αύξηση της κατανάλωσης θα είναι εξαιρετικά μεγάλη 15. Οπότε και από αυτή την άποψη το πέρασμα στο smart grid είναι αναγκαίο, όπως και η ενσωμάτωση των ηλεκτρικών οχημάτων σε αυτό, για εξασφάλιση λειτουργικότητας. Εικόνα 5: Διακυμάνσεις της παραγωγής ενέργειας ανά τις ώρες της ημέρας. Εικόνα από το βιβλίο Reinventing the automobile των Mitchell et al. Στο έξυπνο δίκτυο θα υπάρχει και η δυνατότητα συναλλαγών ηλεκτρικής ενέργειας που μπορεί να εφαρμοστεί σαν κίνητρο για καλή διαχείριση της παραγόμενης ενέργειας. Η αγορά ενέργειας θα αλλάζει δυναμικά ανάλογα με τη χρήση, σε περιόδους υψηλής ζήτησης η τιμή θα αυξάνεται και σε περιόδους χαμηλής ΧΡΟΝΟΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΙΣΜΟΣ ΦΟΡΤΙΣΗΣ ΗΛΕΚΤΡΙΚΩΝ ΟΧΗΜΑΤΩΝ ΜΕ ΔΥΝΑΤΟΤΗΤΑ ΜΕΤΑΦΟΡΑΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΜΕΤΑΞΥ ΟΧΗΜΑΤΩΝ ΚΑΙ ΜΕ ΧΡΗΣΗ ΑΝΑΝΕΩΣΙΜΩΝ ΠΗΓΩΝ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ

39 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1: ΕΙΣΑΓΩΓΗ ζήτησης θα μειώνεται [10]. Έξυπνες οικιακές συσκευές όπως ψυγεία και θερμοσίφωνες, που μπορούν να διατηρήσουν την κατάστασή τους χωρίς παροχή ηλεκτρικού ρεύματος για ένα διάστημα, θα μπορούν να λειτουργούν τις ώρες που το κόστος του ρεύματος είναι χαμηλό, εξοικονομώντας έτσι χρήματα και διευκολύνοντας τη διαχείριση του δικτύου ηλεκτροδότησης. Τα ηλεκτρικά οχήματα μπορούν να εκμεταλλευθούν τις διακυμάνσεις με τον προφανή τρόπο, αγορά ενέργειας τις περιόδους που η τιμή της ενέργειας είναι χαμηλή, αλλά και με πιο αναπτυγμένες μεθόδους. Μπορούν να αγοράζουν και να πουλάνε ενέργεια σύμφωνα με τη λογική που αναφέρθηκε στην προηγούμενη παράγραφο, με την διαφορά πως τα κίνητρα πέρα από εξομάλυνση των διακυμάνσεων θα είναι οικονομικά, η ενέργεια θα αγοράζεται όταν είναι φτηνή και θα πωλείται όταν ανεβαίνει η τιμή της. Κάποιες κατηγορίες ηλεκτρικών οχημάτων, αυτά που έχουν την δυνατότητα να δεσμεύουν ενέργεια κατά την οδήγηση, μπορούν να πουλάνε αυτή τη ενέργεια και να βγάζουν καθαρό κέρδος [14] Ένταξη των Ηλεκτρικών Οχημάτων στο Έξυπνο Δίκτυο Τα ηλεκτρικά οχήματα και το δίκτυο ηλεκτροδότησης είναι πολύ στενά συνδεδεμένες οντότητες καθώς τα EVs εξαρτώνται από το δίκτυο για την κινητήρια δύναμή τους, και το δίκτυο μπορεί να ωφεληθεί πολύ από τη συνεργασία του με τα οχήματα. Η αλληλεπίδραση των ηλεκτρικών οχημάτων με το δίκτυο ηλεκτροδότησης είναι αμφίδρομη καθώς η κατεύθυνση της ενέργειας μπορεί να είναι από το δίκτυο στα οχήματα (Grid to Vehicle, G2V) αλλά και από τα οχήματα στο δίκτυο (Vehicle to Grid, V2G) Grid to vehicle Ο όρος G2V αναφέρεται στην μεταφορά ενέργειας από το δίκτυο στα οχήματα, δηλαδή στην φόρτιση των μπαταριών τους στις περισσότερες περιπτώσεις, και συνήθως μελετάται σε πλαίσιο ενός ή πολλών σταθμών φόρτισης. Εναλλακτικά, μπορεί η φόρτιση να γίνεται μέσω οικιακής ηλεκτρικής σύνδεσης, ή ακόμα και σε κατάλληλα διαμορφωμένες θέσεις στάθμευσης. Η μεταφορά ενέργειας μπορεί να γίνεται είτε με συνηθισμένες πρίζες των 110 ή 240 volt, είτε με ειδικούς φορτιστές ταχείας φόρτισης. Το έξυπνο δίκτυο έχει τον ρόλο διαχείρισης των φορτίσεων με εξειδικευμένους αλγόριθμους, λαμβάνοντας υπόψη του τα δεδομένα και τις πληροφορίες που συλλέγει κατά τη λειτουργία του. Έχουν αναπτυχθεί αλγόριθμοι που διαχειρίζονται το πρόγραμμα φόρτισης των οχημάτων με σκοπό την βελτιστοποίηση της απόδοσης με διάφορα κριτήρια. Οι αλγόριθμοι μπορεί να λειτουργούν έτσι ώστε να ελαχιστοποιείται η επιβάρυνση του δικτύου και παράλληλα οι διακυμάνσεις στην κατανάλωση ενέργειας. Εναλλακτικά ο προγραμματισμός των φορτίσεων μπορεί να γίνεται με γνώμονα την ελάχιστη οικονομική επιβάρυνση των οδηγών, καθώς οι τιμές του ηλεκτρικού ρεύματος μεταβάλλονται, ίσως ανάλογα με την ζήτηση και παραγωγή. Επίσης, το οικονομικό κίνητρο μπορεί να περιλαμβάνει τις διαφοροποιήσεις των τιμών ανάλογα με την συμφόρηση σε κάθε σταθμό, οι οποίες γίνονται με σκοπό την δυναμική διαχείριση ΜΕΤΑΞΥ ΟΧΗΜΑΤΩΝ ΚΑΙ ΜΕ ΧΡΗΣΗ ΑΝΑΝΕΩΣΙΜΩΝ ΠΗΓΩΝ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ 39

40 ΑΛΕΞΑΝΔΡΟΣ ΜΙΧΑΗΛ ΚΟΥΦΑΚΗΣ της ζήτησης. Αν ένας σταθμός έχει μεγάλο όγκο προσερχόμενων οχημάτων τότε μπορεί να ανεβάσει το κόστος του για να αποθαρρύνει επιπλέον οχήματα να προσέλθουν, και έτσι να προστατεύεται η ικανότητα του σταθμού να παρέχει τις υπηρεσίες του Vehicle to Grid V2G είναι η κατεύθυνση ενέργειας από τα οχήματα στο δίκτυο. Η βασική αιτία για να επιστρέψουν ενέργεια τα οχήματα στο δίκτυο είναι η λειτουργία τους ως μπαταρίες του έξυπνου δικτύου. Αυτό προϋποθέτει ειδικές υποδομές από τη μεριά του δικτύου έτσι ώστε να μπορεί να δεχθεί ενέργεια από τα οχήματα, καθώς και ειδικές τεχνολογίες από τη πλευρά των οχημάτων οι οποίες να παρέχουν την δυνατότητα να μεταφερθεί ενέργεια προς το δίκτυο. Αυτή η διαδικασία μπορεί να γίνει εφόσον το όχημα είναι σταθμευμένο σε θέση η οποία παρέχει την δυνατότητα για μεταφορά ενέργειας κατά την κατεύθυνση G2V. Το πιο ρεαλιστικό είναι να γίνεται σε πλαίσιο σταθμού φόρτισης, όπου βολεύει επίσης για την φόρτιση άλλων οχημάτων που χρειάζονται ενέργεια, αλλά μπορεί να γίνεται ακόμα και στις οικίες ή σε δημόσιες θέσεις στάθμευσης με κατάλληλες υποδομές. Η ύπαρξη μεθόδων αποθήκευσης ενέργειας στο δίκτυο δίνει μεγάλη ευελιξία και ικανότητα για καλύτερη χρήση της παραγόμενης ενέργειας. Τα δίκτυα ηλεκτροδότησης δεν έχουν τέτοιες υποδομές, όμως με την εισαγωγή μεγάλου αριθμού ηλεκτρικών οχημάτων αλλάζουν τα δεδομένα. Υπολογίζεται πως ένα όχημα λειτουργεί κατά μέσο όρο 4-5% του χρόνου οπότε τον υπόλοιπο είτε φορτίζει είτε παραμένει αδρανές. Οπότε το διάστημα που παραμένουν αδρανή τα οχήματα μπορούν να χρησιμοποιηθούν σαν μπαταρίες του δικτύου, αποθηκεύοντας ενέργεια όταν η ζήτηση δεν είναι μεγάλη και δίνοντάς τη πίσω όταν το έξυπνο δίκτυο δυσκολεύεται να ικανοποιήσει τις ανάγκες των καταναλωτών. Έτσι, μπορούν να εξομαλύνονται οι διακυμάνσεις της κατανάλωσης ενέργειας, ή μπορεί η κατανάλωση να εξισορροπείται σε σχέση με την παραγωγή ενέργειας. Εναλλακτικά, το G2V μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε μικρότερη κλίμακα υποστηρικτικά σε οικίες. Και σε αυτή την περίπτωση η βασική του χρήση είναι ως μπαταρία, συγκεκριμένα, της οικίας. Έχει ιδιαίτερη αξία σε συστήματα οικιών που βασίζονται σε αυτόνομες μονάδες παραγωγής ενέργειας όπως φωτοβολταϊκά και ανεμογεννήτριες. Ο λόγος της σημαντικότητάς τους είναι, όπως και στο δίκτυο, ότι η παραγωγή ενέργειας από τέτοιες πηγές παρουσιάζει μεγάλες μεταβολές. Ένα ηλεκτρικό όχημα μπορεί να αποθηκεύσει ενέργεια που αρκεί για δύο μέρες λειτουργίας μίας οικίας, προσφέροντας έτσι πολύ μεγάλη ευελιξία σε τέτοιες περιπτώσεις ΧΡΟΝΟΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΙΣΜΟΣ ΦΟΡΤΙΣΗΣ ΗΛΕΚΤΡΙΚΩΝ ΟΧΗΜΑΤΩΝ ΜΕ ΔΥΝΑΤΟΤΗΤΑ ΜΕΤΑΦΟΡΑΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΜΕΤΑΞΥ ΟΧΗΜΑΤΩΝ ΚΑΙ ΜΕ ΧΡΗΣΗ ΑΝΑΝΕΩΣΙΜΩΝ ΠΗΓΩΝ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ

41 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2: ΕΠΙΣΤΗΜΟΝΙΚΟ ΠΕΔΙΟ Κ Ε Φ Α Λ Α Ι Ο 2 : Ε Π Ι Σ Τ Η Μ Ο Ν Ι Κ Ο Π Ε Δ Ι Ο

42

43 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2: ΕΠΙΣΤΗΜΟΝΙΚΟ ΠΕΔΙΟ ΕΠΙΣΤΗΜΟΝΙΚΟ ΠΕΔΙΟ 2.1 ΕΙΣΑΓΩΓΗ Σε αυτό το κεφάλαιο παρουσιάζεται το επιστημονικό υπόβαθρο στο οποίο βασίστηκε η πτυχιακή. Το πρόβλημα που αντιμετωπίζεται στην παρούσα πτυχιακή είναι πρόβλημα βελτιστοποίησης, και για να επιλυθεί γίνεται κυρίως χρήση γραμμικού προγραμματισμού. 2.2 ΒΕΛΤΙΣΤΟΠΟΙΗΣΗ Βελτιστοποίηση είναι η αναζήτηση βέλτιστων παραμέτρων ενός συστήματος σύμφωνα με κάποια κριτήρια. Συχνά προβλήματα βελτιστοποίησης αναζητούν την μέγιστη ή ελάχιστη τιμή μίας συνάρτησης λαμβάνοντας τιμές από ένα συγκεκριμένο σύνολο. Πιο γενικά, βελτιστοποίηση συμπεριλαμβάνει την εύρεση των καλύτερων διαθέσιμων τιμών μίας αντικειμενικής συνάρτησης, δεδομένου ενός πεδίου ορισμού, (ή ενός συνόλου περιορισμών), και μπορεί να αναφέρεται σε μεγάλη ποικιλία συναρτήσεων και πεδίων ορισμού Πρόβλημα βελτιστοποίησης Προβλήματα βελτιστοποίησης μπορούν να εκφραστούν ως ακολούθως: Δεδομένο: συνάρτηση Ζητούμενο: ένα στοιχείο στο σύνολο Α τέτοιο ώστε για όλα τα, όταν θέλουμε ελαχιστοποίηση. Ή εναλλακτικά επιλέγονται τέτοια ώστε, για κάθε, όταν θέλουμε μεγιστοποίηση. Η άνω τυποποίηση ονομάζεται πρόβλημα βελτιστοποίησης, και έχει εφαρμογή σε πολλά θεωρητικά προβλήματα καθώς και σε πραγματικές εφαρμογές. Συνήθως το σύνολο είναι υποσύνολο Ευκλείδειου χώρου, το οποίο συχνά περιορίζεται από ένα πλήθος περιορισμών που μπορεί να είναι ισότητες και ανισώσεις τις οποίες όλα τα στοιχεία του πρέπει να τις υπακούν. Το πεδίο ορισμού της, δηλαδή το αποκαλείται και χώρος αναζήτησης (search space) ή σύνολο επιλογής (choice set), και τα στοιχεία του συνόλου λέγονται υποψήφιες λύσεις (candidate solutions) ή πιθανές λύσεις (feasible solutions). Η συνάρτηση καλείται αντικειμενική συνάρτηση, και πιο εξειδικευμένα αν πρόκειται για ελαχιστοποίηση, ονομάζεται συνάρτηση απωλειών (loss function) και συνάρτηση κόστους (cost function). Αντιθέτως όταν πρόκειται για πρόβλημα μεγιστοποίησης ονομάζεται συνάρτηση χρησιμότητας (utility function) και συνάρτηση καταλληλόλητας (fitness function). Μία εφικτή λύση η οποία ελαχιστοποιεί ή μεγιστοποιεί (ανάλογα με τον στόχο) την αντικειμενική συνάρτηση αποτελεί την βέλτιστη λύση. ΜΕΤΑΞΥ ΟΧΗΜΑΤΩΝ ΚΑΙ ΜΕ ΧΡΗΣΗ ΑΝΑΝΕΩΣΙΜΩΝ ΠΗΓΩΝ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ 43

44 ΑΛΕΞΑΝΔΡΟΣ ΜΙΧΑΗΛ ΚΟΥΦΑΚΗΣ Βελτιστοποίηση με πολλαπλά κριτήρια Μερικές φορές απλή μεγιστοποίηση ή ελαχιστοποίηση δεν αρκεί για την επίλυση ενός προβλήματος. Τέτοια προβλήματα είναι εφικτό να επιλυθούν με μαθηματική βελτιστοποίηση με χρήση πολλαπλών κριτηρίων, αλλά αυτή η μέθοδος ανεβάζει την πολυπλοκότητα των αλγορίθμων. Ένα παράδειγμα εφαρμογής βελτιστοποίησης με πολλά κριτήρια είναι η σχεδίαση ενός κτιρίου το οποίο είναι επιθυμητό να είναι στιβαρό καθώς και να μην έχει απαίτηση για πολλά υλικά κατασκευής. Όπως είναι εύκολο να κατανοηθεί τα κριτήρια μπορεί να αντικρούονται οπότε πρέπει να βρεθεί μία ικανοποιητική τομή. Όταν η μεταβολή μίας τιμής προκειμένου να βελτιωθεί ένα κριτήριο δεν επιδεινώνει ένα άλλο κριτήριο λέγεται πως έχουμε το κατά Παρέτο 17 βέλτιστο. Όταν υπάρχει κατά Παρέτο βέλτιστο μπορεί να υπάρχουν πολλαπλές διαφορετικές λύσεις που να θεωρούνται βέλτιστα, χωρίς να μπορούν να καταταχθούν το ένα σε σχέση με το άλλο, καθώς δεν υπάρχουν σχέσεις υπερίσχυσης μεταξύ τους. Η επιλογή μίας λύσης από το σύνολο των βέλτιστων ονομάζεται προτιμώμενη λύση (favorite solution) και η επιλογή βρίσκεται στην ευχέρεια του μηχανισμού εύρεσης βέλτιστου Εφαρμογές Η βελτιστοποίηση έχει πολλές εφαρμογές σε πρακτικά προβλήματα, μερικά από αυτά είναι: Προβλήματα που αφορούν δυναμική στερεών. Πολλές φορές τέτοια προβλήματα απαιτούν χρήση προγραμματιστικών και μαθηματικών τεχνικών καθώς μπορεί να εκφραστούν ως προβλήματα διαφορικών εξισώσεων, υπό ένα σύνολο περιορισμών. Οι περιορισμοί μπορεί να είναι διαφόρων τύπων, όπως να ορίζουν σημείο επαφής για δύο συγκεκριμένα κομμάτια, να απαγορεύεται σε μια επιφάνεια να εισχωρεί σε άλλη, ή ένα συγκεκριμένο σημείο πρέπει να εφάπτεται σε ένα συγκεκριμένο τμήμα μίας καμπύλης. Στην κλάδο της οικονομίας: Το πρόβλημα ελαχιστοποίησης εξόδων και μεγιστοποίησης του κέρδους παρουσιάζεται σε πολλές περιπτώσεις, και σαφώς είναι πρόβλημα βελτιστοποίησης. Επίσης, από τη μεριά των καταναλωτών, ζητούμενό τους είναι η μεγιστοποίηση της χρήσης και του κέρδους των αγοραζόμενων αγαθών, οπότε και από αυτή την άποψη είναι πρόβλημα βελτιστοποίησης. Μηχανική ελέγχου: Η μαθηματική βελτιστοποίηση, χρησιμοποιείται σε προβλήματα ελέγχου. Υψηλού επιπέδου ελεγκτές όπως model predictive control (MPC) και real-time optimization (RTO) χρησιμοποιούν βελτιστοποίηση. Αυτοί οι αλγόριθμοι τρέχουν σε πραγματικό χρόνο και υπολογίζουν συνεχώς νέες βέλτιστες τιμές. Συχνά βρίσκουν εφαρμογή σε βιομηχανίες, και εργοστάσια παραγωγής ΧΡΟΝΟΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΙΣΜΟΣ ΦΟΡΤΙΣΗΣ ΗΛΕΚΤΡΙΚΩΝ ΟΧΗΜΑΤΩΝ ΜΕ ΔΥΝΑΤΟΤΗΤΑ ΜΕΤΑΦΟΡΑΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΜΕΤΑΞΥ ΟΧΗΜΑΤΩΝ ΚΑΙ ΜΕ ΧΡΗΣΗ ΑΝΑΝΕΩΣΙΜΩΝ ΠΗΓΩΝ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ

45 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2: ΕΠΙΣΤΗΜΟΝΙΚΟ ΠΕΔΙΟ Υποκατηγορίες Υπάρχουν υποκατηγορίες που κατηγοριοποιούν την μαθηματική βελτιστοποίηση σύμφωνα με την αντικειμενική συνάρτηση και τους περιορισμούς. Μερικές κατηγορίες είναι οι ακόλουθες, χωρίς να περιορίζεται σε αυτές μόνο. Κυρτός προγραμματισμός (convex programming) μελετάει την περίπτωση όπου η αντικειμενική συνάρτηση είναι κυρτή (όταν πρόκειται για ελαχιστοποίηση), ή κοίλη (μεγιστοποίηση), και το σύνολο περιορισμών είναι κυρτό. Μπορεί να θεωρηθεί γενίκευση του γραμμικού προγραμματισμού ή του κυρτού τετραγωνικού προγραμματισμού. Γραμμικός προγραμματισμός (linear programming), είδος κυρτού προγραμματισμού, μελετάει την περίπτωση που η αντικειμενική συνάρτηση είναι γραμμική και οι περιορισμοί προσδιορίζονται με χρήση γραμμικών εξισώσεων και ανισώσεων. Ακέραιος προγραμματισμός (integer programming), εφαρμόζεται σε γραμμικά προβλήματα στα οποία μερικές ή όλες οι μεταβλητές περιορίζονται να λαμβάνουν ακέραιες τιμές. Δεν ανήκει στον κυρτό προγραμματισμό και συνήθως είναι πολύ πιο δύσκολη η επίλυσή του. Στοχαστικός προγραμματισμός (stochastic programming), μελετάει τις περιπτώσεις που μερικές από τις παραμέτρους ή περιορισμούς εξαρτώνται από τυχαίες μεταβλητές. 2.3 ΓΡΑΜΜΙΚΟΣ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΙΣΜΟΣ Γραμμικός προγραμματισμός (Linear Programming) είναι είδος μαθηματικής βελτιστοποίησης. Είναι μέθοδος που προσπαθεί να επιτύχει ένα βέλτιστο αποτέλεσμα, είτε μεγιστοποίηση, είτε ελαχιστοποίηση. Όπως αναφέρθηκε και προηγουμένως περιγράφεται από μαθηματικό μοντέλο που αποτελείται από γραμμικές εξισώσεις και σχέσεις. Πιο αναλυτικά, είναι τεχνική βελτιστοποίησης μίας γραμμικής αντικειμενικής συνάρτησης, που υπόκειται σε περιορισμούς που είναι είτε γραμμικές ανισότητες, είτε γραμμικές εξισώσεις. Το σύνολο των πιθανών λύσεων σχηματίζει κυρτό πολύτοπο, δηλαδή είναι ένα γεωμετρικό αντικείμενο με επίπεδες πλευρές, που υπάρχει σε οποιοδήποτε αριθμό διαστάσεων. Η αντικειμενική συνάρτηση είναι συνάρτηση πραγματικών μεταβλητών και γραμμική, και ορίζεται στο κυρτό πολύτοπο (πολύγωνο αν είναι σε δύο διαστάσεις). Ο αλγόριθμος γραμμικού προγραμματισμού αναζητάει σημείο που ανήκει στο σύνολο των πιθανών λύσεων και αποδίδει στην αντικειμενική συνάρτηση την βέλτιστη τιμή, (πχ μέγιστη τιμή αν πρόκειται για μεγιστοποίηση). Προβλήματα γραμμικού προγραμματισμού μπορούν να εκφραστούν ως εξής: Μεγιστοποίηση: Περιορίζεται από: και: Όπου αναπαριστά το διάνυσμα μεταβλητών (που αναζητείται), και είναι διανύσματα (γνωστών) συντελεστών. Ο πίνακας είναι γνωστός πίνακας συντελεστών, και είναι η πράξη της αναστροφής πίνακα. Οι συνιστώσες του ΜΕΤΑΞΥ ΟΧΗΜΑΤΩΝ ΚΑΙ ΜΕ ΧΡΗΣΗ ΑΝΑΝΕΩΣΙΜΩΝ ΠΗΓΩΝ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ 45

46 ΑΛΕΞΑΝΔΡΟΣ ΜΙΧΑΗΛ ΚΟΥΦΑΚΗΣ ονομάζονται μεταβλητές απόφασης. Η έκφραση που μεγιστοποιείται (ή ελαχιστοποιείται) ονομάζεται αντικειμενική συνάρτηση, στην προκείμενη περίπτωση η. Οι ανισώσεις και είναι οι περιορισμοί που ορίζουν το πολύτοπο στο οποίο η αντικειμενική συνάρτηση βελτιστοποιείται. Στο παρόν πλαίσιο θεωρείται ανισότητα διανυσμάτων όταν κάθε στοιχείο ενός διανύσματος είναι μικρότερο (μεγαλύτερο) από το αντίστοιχο του άλλου διανύσματος. Τα δύο διανύσματα πρέπει να έχουν το ίδιο μήκος για να έχει νόημα η πράξη της ανισότητας όπως περιεγράφηκε. Όταν όλες οι άγνωστες μεταβλητές ενός προβλήματος γραμμικού προγραμματισμού παίρνουν μόνο ακέραιες τιμές ανήκει στην υποκατηγορία Ακέραιου προγραμματισμού (Integer Programming). Μία υποπερίπτωση του Ακέραιου προγραμματισμού είναι ο Δυαδικός ακέραιος προγραμματισμός (Binary Integer Programming), όπου οι μεταβλητές παίρνουν μόνο τις τιμές 0,1 και συχνά αντιστοιχεί σε αποφάσεις, δηλαδή αν θα πραγματοποιηθεί μία ενέργεια ή όχι. Όταν οι μεταβλητές είναι συνδυασμός ακέραιων και πραγματικών, τότε το πρόβλημα ταξινομείται ως Μικτός ακέραιος προγραμματισμός (Mixed Integer Programming). Το αποτέλεσμα της αντικειμενικής συνάρτησης δεν είναι απαραίτητο πως παίρνει μόνο ακέραιες τιμές στις παραπάνω κατηγορίες γραμμικού προγραμματισμού Παράδειγμα Εικόνα 6: Με πράσινο χρώμα αναπαρίσταται πολύτοπο (συγκεκριμένα πολύγωνο) στο οποίο ορίζεται η αντικειμενική συνάρτηση, και οι γραμμές αντιστοιχούν στους περιορισμούς. Η εικόνα 6 αναπαριστά ένα πιθανό πρόβλημα βελτιστοποίησης, όπου το πράσινο χωρίο είναι οι εφικτές λύσεις της αντικειμενικής συνάρτησης και οι τρεις γραμμές είναι οι περιορισμοί. Η αναπαράσταση του προβλήματος σύμφωνα με την κανονική έκφραση είναι η ακόλουθη. Αντικειμενική συνάρτηση: Μεγιστοποίηση: 46 ΧΡΟΝΟΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΙΣΜΟΣ ΦΟΡΤΙΣΗΣ ΗΛΕΚΤΡΙΚΩΝ ΟΧΗΜΑΤΩΝ ΜΕ ΔΥΝΑΤΟΤΗΤΑ ΜΕΤΑΦΟΡΑΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΜΕΤΑΞΥ ΟΧΗΜΑΤΩΝ ΚΑΙ ΜΕ ΧΡΗΣΗ ΑΝΑΝΕΩΣΙΜΩΝ ΠΗΓΩΝ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ

47 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2: ΕΠΙΣΤΗΜΟΝΙΚΟ ΠΕΔΙΟ Περιορισμοί: Και: Από την αναπαράσταση του προβλήματος φαίνεται πως ανήκει στην κατηγορία γραμμικού προγραμματισμού καθώς η εξίσωση της αντικειμενικής συνάρτησης και οι ανισώσεις των περιορισμών είναι γραμμικές. Αν οι μεταβλητές έπαιρναν μόνο ακέραιες τιμές το πρόβλημα θα ήταν ακέραιου προγραμματισμού. Η αντικειμενική συνάρτηση υπό τους περιορισμούς μεγιστοποιείται στο σημείο, όπου υπολογίζεται. Επίσης, αξίζει να σημειωθεί πως η αντικειμενική συνάρτηση είναι αυθαίρετη στην συγκεκριμένη περίπτωση, καθώς η εικόνα δεν την προσδιορίζει. Σε πραγματικά προβλήματα εξάγεται από τα δεδομένα βελτιστοποίησης Αλγόριθμος Simplex Ο αλγόριθμος Simplex αναπτύχθηκε από το George Dantzig το 1947, με σκοπό την επίλυση προβλημάτων γραμμικού προγραμματισμού. Η λογική στην οποία βασίζεται είναι ότι οι λύσεις των προβλημάτων βρίσκονται στις ακμές του πολύτοπου και ότι ένας απλοϊκός τρόπος για την εύρεση του βέλτιστου είναι η σύγκριση όλων των ακμών μεταξύ τους. Ο αλγόριθμος Simplex αποφεύγει την σύγκριση όλων των ακμών, και έτσι παρουσιάζει καλύτερη επίδοση από τον απλοϊκό τρόπο επίλυσης. Αλγόριθμος: 1. Εκκίνηση από μία ακραία δυνατή λύση. 2. Μετακίνηση σε μία καλύτερη γειτονική ακραία δυνατή λύση (το βήμα επαναλαμβάνεται όσες φορές χρειασθεί). 3. Τελειώνει η διαδικασία όταν η τρέχουσα ακραία δυνατή λύση είναι καλύτερη από όλες τις γειτονικές της ακραίες δυνατές λύσεις. Τότε αυτή είναι η καλύτερη λύση. Από την θεωρία του γραμμικού προγραμματισμού απορρέει πως το πλήθος των ακραίων γειτονικών λύσεων είναι πεπερασμένος αριθμός οπότε εξασφαλίζεται πως ο αλγόριθμος Simplex βρίσκει πάντα την άριστη λύση μετά από ένα πεπερασμένο πλήθος βημάτων, αν ληφθούν προφυλάξεις ενάντια στην δημιουργία κύκλων. Ωστόσο το βασικό πλεονέκτημα της μεθόδου είναι ότι απαιτεί έναν σχετικά μικρό αριθμό επαναλήψεων, και αυτός είναι ο λόγος που χρησιμοποιείται σε τόσο μεγάλη έκταση σε μεγάλο εύρος πραγματικών προβλημάτων. Στην πράξη έχει αποδειχθεί πως ο αλγόριθμος λύνει τυχαία προβλήματα αποδοτικά, σε κυβικό αριθμό βημάτων, ομοίως και σε πραγματικά προβλήματα, παρότι η χειρότερη περίπτωση (worst case) του αλγορίθμου είναι να επιλυθεί εκθετικά. ΜΕΤΑΞΥ ΟΧΗΜΑΤΩΝ ΚΑΙ ΜΕ ΧΡΗΣΗ ΑΝΑΝΕΩΣΙΜΩΝ ΠΗΓΩΝ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ 47

48 ΑΛΕΞΑΝΔΡΟΣ ΜΙΧΑΗΛ ΚΟΥΦΑΚΗΣ Αλγόριθμος Criss-Cross Αυτός ο αλγόριθμος είναι όμοιος με τον Simplex αλλά κατά την επιλογή των λύσεων, επιλέγονται και λύσεις που δεν βρίσκονται στις ακμές του πολυτόπου, δηλαδή μπορούν να βρίσκονται στο εσωτερικό του, καθώς και εκτός των ορίων του. Δημιουργήθηκε με την προοπτική να αποφευχθεί η πρώτη φάση του αλγορίθμου Simplex, δηλαδή η εύρεση μίας λύσης στο όριο του πολυτόπου, για να ξεκινήσει από εκεί η αναζήτηση της βέλτιστης, καθώς σε κάποια είδη προβλημάτων είναι δύσκολο να βρεθεί η περιοχή των εφικτών λύσεων. Η πολυπλοκότητα της μέσης και χειρότερης περίπτωσης του αλγορίθμου Criss- Cross είναι ίση με της μεθόδου Simplex. Ωστόσο, όπως φαίνεται στην εργασία [2] στην πράξη οι διάφορες παραλλαγές του αλγορίθμου είναι σαφώς κατώτερες από τον Simplex. Σχεδόν σε όλα τα προβλήματα, στα οποία έγινε σύγκριση, ο αλγόριθμος Simplex, επιλύθηκε σε λιγότερο χρόνο και με λιγότερες επαναλήψεις. Επιπλέον, ο αλγόριθμος Criss-Cross έχει το μειονέκτημα πως δεν είναι μονοτονικός κατά την αναζήτηση λύσεων, σε αντίθεση με τον Simplex, το οποίο σε πολλά πραγματικά προβλήματα είναι πολύτιμο. 2.4 CPLEX IBM ILOG CPLEX Optimization Studio ή CPLEX είναι πακέτο λογισμικού της εταιρίας IBM, που αποσκοπεί στην επίλυση προβλημάτων μαθηματικής βελτιστοποίησης. Παρέχει ευέλικτους, υψηλής απόδοσης λύτες μαθηματικών προβλημάτων για γραμμικό και μικτό ακέραιο προγραμματισμό, όπως και προβλήματα που υπόκεινται σε τετραγωνικούς περιορισμούς. Σε αυτά συμπεριλαμβάνεται κατανεμημένος παράλληλος αλγόριθμος επίλυσης MIP προκειμένου να χρησιμοποιηθεί η υπολογιστική δύναμη πολλών μηχανημάτων για την αντιμετώπιση δύσκολων προβλημάτων. Έχει εφαρμοστεί επιτυχώς σε προβλήματα πολύ μεγάλης κλίμακας με εκατομμύρια περιορισμούς και μεταβλητές. Το όνομά του είναι εμπνευσμένο από την μέθοδο simplex η οποία είναι η πρώτη μέθοδος που υλοποιήθηκε στο πακέτο, με χρήση της γλώσσας C. Με το πέρας των ετών προστέθηκαν και άλλες μέθοδοι και διεπαφές για πλήθος γλωσσών προγραμματισμού. Στην σύγχρονη μορφή του επιλύει προβλήματα ακέραιου προγραμματισμού, πολύ μεγάλα προβλήματα γραμμικού προγραμματισμού, με χρήση διαφόρων μεθόδων, συμπεριλαμβανομένης της Simplex. Το CPLEX παρέχει διεπαφές στις γλώσσες C, C++, C# και Java, για μοντελοποιήσεις των προβλημάτων. Επιπλέον παρέχονται διεπαφές για Microsoft Excel και MATLAB. 48 ΧΡΟΝΟΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΙΣΜΟΣ ΦΟΡΤΙΣΗΣ ΗΛΕΚΤΡΙΚΩΝ ΟΧΗΜΑΤΩΝ ΜΕ ΔΥΝΑΤΟΤΗΤΑ ΜΕΤΑΦΟΡΑΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΜΕΤΑΞΥ ΟΧΗΜΑΤΩΝ ΚΑΙ ΜΕ ΧΡΗΣΗ ΑΝΑΝΕΩΣΙΜΩΝ ΠΗΓΩΝ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ

49 Κ Ε Φ Α Λ Α Ι Ο 3 : Σ Χ Ε Τ Ι Κ Η Β Ι Β Λ Ι Ο Γ Ρ Α Φ Ι Α

50

51 ΣΧΕΤΙΚΗ ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ Καθώς προβλέπεται η χρήση των ηλεκτρικών οχημάτων να αυξηθεί ραγδαία 18, είναι φανερό πως πρέπει να βρεθούν και να αναπτυχθούν τρόποι και αλγόριθμοι χειρισμού της συμπεριφοράς των οχημάτων, έτσι ώστε να εκμεταλλεύονται οι δυνατότητές τους. Επιπλέον, επειδή η εκτεταμένη χρήση EVs δεν είναι η πραγματικότητα ακόμα, δεν έχουν καθιερωθεί πρακτικές για την χρήση τους, μεγάλης έκτασης, το οποίο αφήνει υποσχέσεις για πολύ πιο αποτελεσματικές πρακτικές από την άποψη κόστους, κυρίως εφόσον εφαρμοστούν από την αρχή. Δεδομένου ότι οι προβλέψεις και οι επιθυμίες είναι τα ηλεκτρικά οχήματα τα εξαπλωθούν σε πολύ μεγάλους αριθμούς, γίνεται σαφές πως ακόμα και μικρές φαινομενικά αλλαγές, συλλογικά θα αποκτήσουν αυξημένη βαρύτητα, οπότε έτσι ακόμα και μικρές βελτιστοποιήσεις θα έχουν αντίκτυπο. Στην συνέχεια κατηγοριοποιείται το πρόβλημα σύμφωνα με τις αντιμετωπίσεις του στην υπάρχουσα βιβλιογραφία, και ακολούθως παρουσιάζεται η βιβλιογραφία. 3.1 ΒΑΣΙΚΕΣ ΚΑΤΗΓΟΡΙΕΣ ΑΛΓΟΡΙΘΜΩΝ ΔΙΑΧΕΙΡΙΣΗΣ EVS Δρομολόγηση EVs με σκοπό την ελαχιστοποίηση της κατανάλωσης ενέργειας και μεγιστοποίηση της αυτονομίας τους. Έχουν αναπτυχθεί αλγόριθμοι και μηχανισμοί που αποσκοπούν να ελαχιστοποιήσουν την κατανάλωση ενέργειας των οχημάτων μέσω δρομολόγησης τους στις λιγότερο κοστοβόρες διαδρομές. Αυτή η λογική επεκτείνεται και σε αύξηση της αυτονομίας, καθώς είναι εναλλακτικός τρόπος να εκληφθεί η ελαχιστοποίηση της κατανάλωσης ενέργειας. Συγκεκριμένα, έχουν αναπτυχθεί αλγόριθμοι που λαμβάνουν υπόψη τους την αρχική ενέργεια των οχημάτων, αν είναι εφικτή ή όχι ενδιάμεση φόρτιση και γεωγραφικά χαρακτηριστικά προκειμένου να βρεθεί η βέλτιστη διαδρομή. Αξιολόγηση της βέλτιστης διαδρομής γίνεται με βάση την διάρκεια ταξιδιού, την εξασφάλιση επάρκειας της εμβέλειας της ενέργειας, και με προσωπικά κριτήρια του οδηγού. Διαχείριση συμφόρησης. Αλγόριθμοι αυτής της κατηγορίας θέτουν ως στόχο την ομαλή και ταχεία εξυπηρέτηση των ηλεκτρικών οχημάτων στους σταθμούς φόρτισης. Τα EVs με την σημερινή τους μορφή, έχουν την ιδιότητα να απαιτούν μεγάλο χρονικό διάστημα για την φόρτισή τους, όπως εξηγήθηκε σε προηγούμενο κεφάλαιο, οπότε υπάρχει ο κίνδυνος μεγάλης καθυστέρησης της εξυπηρέτησή τους, λόγο μακριάς σειράς αναμονής. Έχουν αναπτυχθεί αλγόριθμοι που δρομολογούν τα EVs σύμφωνα με πληροφορίες όπως τοποθεσία, συμφόρηση γειτονικών σταθμών φόρτισης, επίπεδο ενέργειας των οχημάτων και προτιμήσεις του οδηγού. Ενσωμάτωση των οχημάτων στο δίκτυο ηλεκτροδότησης. Η χρησιμότητα των ηλεκτρικών οχημάτων μπορεί να επεκταθεί στο δίκτυο ηλεκτροδότησης, ως ρυθμιστικός παράγοντας. Αλγόριθμοι μπορούν να προγραμματίζουν και να δρομολογούν την φόρτιση των οχημάτων με τέτοιο τρόπο έτσι ώστε τα οχήματα να 18

52 ΑΛΕΞΑΝΔΡΟΣ ΜΙΧΑΗΛ ΚΟΥΦΑΚΗΣ χρησιμοποιούν περίσσεια ενέργειας από το δίκτυο, όταν αυτή υπάρχει, και να υποστηρίζουν το δίκτυο σε περίπτωση που έχει έλλειψη ενέργειας. Η υποστήριξη μπορεί να γίνεται παθητικά ή ενεργητικά. Παθητικά, αποφεύγοντας χρήση ενέργειας από το δίκτυο, και ενεργητικά, παραχωρώντας ενέργεια από τις μπαταρίες τους. Επιπλέον, σε τέτοια σενάρια είναι πιθανό να υπάρχει προσαρμογή τιμολόγησης σε πραγματικό χρόνο, οπότε σε αυτή την κατηγορία υπάρχουν και αλγόριθμοι που αποσκοπούν στη μεγιστοποίηση κέρδους για τους ιδιοκτήτες των οχημάτων. Υποκατηγορίες ενσωμάτωσης οχημάτων στο δίκτυο ηλεκτροδότησης είναι, πρωτίστως, από το δίκτυο προς τα οχήματα (G2V) και από τα οχήματα στο δίκτυο (V2G), και δευτερευόντως μεταξύ των οχημάτων (V2V). Η παρούσα εργασία ανήκει στην τελευταία κατηγορία, καθώς μελετάει τα EVs ως προέκταση του δικτύου ηλεκτροδότησης. Εφαρμόζονται πρακτικές G2V, V2G και επιπλέον V2V. Συγκεκριμένα, στους αλγορίθμους που παρουσιάζονται παρακάτω, λαμβάνεται υπόψη η διαθέσιμη ενέργεια από το δίκτυο, όταν υπάρχει, και τα οχήματα συμπληρώνουν ελλείψεις του δικτύου όποτε αυτό είναι εφικτό. Εικόνα 7: Εποπτική αναπαράσταση διαφόρων κατηγοριών αλγορίθμων τεχνητής νοημοσύνης που διαχειρίζονται ηλεκτρικά οχήματα[16]. Στο πλαίσιο του διαγράμματος της εικόνας 6 η παρούσα πτυχιακή προσθέτει νέο κλαδί στο δεύτερο επίπεδο, που αναπαρίσταται με κόκκινο χρώμα. Είναι προέκταση του V2G καθώς ο γενικός σκοπός είναι να παρέχεται ενέργεια στο δίκτυο όταν αυτό τη χρειάζεται, ή να παρακάμπτεται η ζήτηση ενέργειας από το δίκτυο και ως εκ τούτου να μειώνεται ο φόρτος όταν δεν υπάρχει αρκετά μεγάλη παραγωγή από τις πηγές ανανεώσιμης ενέργειας (Renewable Energy Sources, RES). Αφαιρετικά, η κύρια τεχνική που χρησιμοποιείται είναι η χρήση των EVs ως μέσο προσωρινής αποθήκευσης ενέργειας προκειμένου να χρησιμοποιηθεί σε μετέπειτα χρόνο. ΜΕΤΑΞΥ ΟΧΗΜΑΤΩΝ ΚΑΙ ΜΕ ΧΡΗΣΗ ΑΝΑΝΕΩΣΙΜΩΝ ΠΗΓΩΝ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ

53 3.2 ΠΑΡΟΥΣΙΑΣΗ ΣΧΕΤΙΚΗΣ ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑΣ Ακολούθως θα παρουσιαστεί σχετική βιβλιογραφία για την τελευταία κατηγορία, που αφορά την ενσωμάτωση οχημάτων στο δίκτυο, καθώς το αντικείμενο της παρούσας εργασίας ανήκει σε αυτό Grid to Vehicle Σε αυτό το υποκεφάλαιο, θα παρουσιαστούν μερικές εργασίες που αφορούν την διαχείριση σεναρίων στα οποία το δίκτυο ηλεκτροδότησης μεταφέρει ενέργεια στα ηλεκτρικά οχήματα. Στην εργασία [4] οι συγγραφείς παρουσιάζουν τον αντίκτυπο της ανεξέλεγκτης φόρτισης υβριδικών ηλεκτρικών οχημάτων στο δίκτυο και αναπτύσσουν αλγόριθμο που χρησιμοποιεί δυναμικό προγραμματισμό που διαχειρίζεται την δρομολόγηση των EVs προκειμένου να φορτιστούν. Το σύστημα που μελετάται έχει διευρυμένο πεδίο δράσης, συμπεριλαμβάνει ένα δίκτυο από EVs και σταθμούς φόρτισης (Charging Stations CSs). Ο στόχος είναι να ελαχιστοποιηθούν οι μεγάλες αλλαγές στην κατανάλωση ενέργειας και οι εκπομπές καυσαερίων. Η δρομολόγηση γίνεται με βάση στοχαστικές προβλέψεις οικιακής κατανάλωσης ενέργειας και εφαρμόστηκε σε δεδομένα που αφορούν τον φόρτο δικτύου διανομής ενέργειας του Βελγίου. Τα αποτελέσματα του αλγορίθμου παρουσίασαν μείωση των απωλειών ενέργειας μέχρι 2.2% και μείωση των διακυμάνσεων της διαθέσιμης ενέργειας. Οι Halvgaard et al. [8] στράφηκαν σε διαφορετική κατεύθυνση, αντί για την δρομολόγηση πολλών EVs εστίασαν στην διαχείριση ενός. Χρησιμοποιώντας Model predictive control (MPC) ανέπτυξαν μία μέθοδο για μείωση του χρηματικού κόστους της ενέργειας. Πρότειναν έναν αλγόριθμο που με χρήση δυναμικού προγραμματισμού, υπολογίζει το βέλτιστο πλάνο φόρτισης το οποίο έχει αποτέλεσμα έως 60% εξοικονόμηση του κόστους φόρτισης. Τα δεδομένα στα οποία εφαρμόστηκε ο αλγόριθμος είναι από το δίκτυο διανομής ενέργειας της Δανίας. Στην εργασία [17] προτείνεται αλγόριθμος που λαμβάνει υπόψη του τις συγκεκριμένες ιδιότητες των μετασχηματιστών (του δικτύου ηλεκτροδότησης), τα όριά τους, καθώς και ασταθείς κοστολογήσεις που προκαλούνται από απρόβλεπτες αλλαγές στην παραγωγή και κατανάλωση ενέργειας. Μοντελοποιώντας EVs, μετασχηματιστές και Balancing Responsible Parties-BRPs, και καθώς οι πράκτορες που αντιστοιχούν στις προηγούμενες οντότητες δηλώνουν τις απαιτήσεις τους, αναπτύσσεται αλγόριθμος που αποσκοπεί στην εξισορρόπηση της επιβάρυνσης κατά το δίκτυο. Με αυτόν τον τρόπο, σε εφαρμογή του σε πραγματικά δεδομένα του δικτύου ηλεκτροδότησης του Βελγίου, παρουσιάστηκε μείωση τον ανισορροπιών κατά 44%. Στην εργασία [12] προτείνεται μία προσέγγιση χρησιμοποιώντας δυναμικό προγραμματισμό κατά την οποία θεωρείται ότι οι πηγές της ενέργειας είναι ιδιαίτερα ασταθείς, όπως και ισχύει σε περιπτώσεις χρήσης ανανεώσιμων πηγών ενέργειας. Ο αλγόριθμος που αναπτύχθηκε δρομολογεί την φόρτιση των οχημάτων ανάλογα με την διαθεσιμότητα ενέργειας και επιπλέον είναι ανθεκτικός σε διακυμάνσεις της παραγωγής. Ένα συμπέρασμα της εργασίας ήταν πως θα μπορούσε να υποστηριχθεί εισχώρηση EVs έως 61%, σύμφωνα με δεδομένα από την Πορτογαλία. ΜΕΤΑΞΥ ΟΧΗΜΑΤΩΝ ΚΑΙ ΜΕ ΧΡΗΣΗ ΑΝΑΝΕΩΣΙΜΩΝ ΠΗΓΩΝ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ 53

54 ΑΛΕΞΑΝΔΡΟΣ ΜΙΧΑΗΛ ΚΟΥΦΑΚΗΣ Στην εργασία [20] οι Σεϊταρίδης et al. παρουσιάζουν αλγόριθμους MIP (Mixed Integer Programming) που εφαρμόζονται σε επίπεδο σταθμού φόρτισης και αποσκοπούν στην αύξηση της εξυπηρέτησης, των EVs. Οι αλγόριθμοι προγραμματίζουν και οργανώνουν την φόρτιση των οχημάτων έτσι ώστε να χρησιμοποιηθούν όσο το δυνατό καλύτερα οι διαθέσιμοι πόροι. Για περαιτέρω βελτίωση αναπτύχθηκε σύστημα διαπραγμάτευσης μεταξύ των οχημάτων και του σταθμού έτσι ώστε, αν ο σταθμός αδυνατεί να καλύψει τις αρχικές επιθυμίες των οχημάτων, να γίνεται συμβιβασμός για λιγότερη ενέργεια, ή αλλαγή της ώρας της εξυπηρέτησης. Τα αποτελέσματα έδειξαν αύξηση των ικανοποιημένων οχημάτων κατά 7% σε σχέση με περίπτωση χωρίς τους διακανονισμούς. Τέλος, οι Ρήγας et al. [15] μελετάνε την χρήση κυμαινόμενης κοστολόγησης προκειμένου να κατευθυνθεί η ενεργειακή και κυκλοφοριακή επιβάρυνση έμμεσα με το κίνητρο της οικονομικής ελάφρυνσης. Συγκεκριμένα, εφαρμόζεται κοστολόγηση ανάλογα με τη συμφόρηση κατά μήκος των κόμβων του δικτύου διανομής ενέργειας (η κοστολόγηση γίνεται σε επίπεδο κόμβων). Έτσι, διαχειρίζοντας το κόστος της ενέργειας σε διάφορους σταθμούς φόρτισης, ανάλογα με την συμφόρηση, το οποίο μεταφράζεται ως μεγαλύτερος χρόνος αναμονής για τα οχήματα, τα οχήματα αυτοκατευθύνονται στους καλύτερους προορισμούς. Επιπλέον με χρήση δεδομένων από χώρους στάθμευσης της πόλης Southampton στην Μ. Βρετανία δείχθηκε πως οι αλγόριθμοι που αναπτύχθηκαν έχουν δυνατότητα καλής προσαρμογής σε μεγάλης κλίμακας εφαρμογή Vehicle to Grid Στην συνέχεια θα παρουσιαστούν εργασίες οι οποίες μελετάνε χρήσεις των ηλεκτρικών οχημάτων ως υποβοήθηση του δικτύου ηλεκτροδότησης και τρόπους εμπορίας ενέργειας από τα οχήματα προς το δίκτυο. Κοινός παρονομαστής η μεταφορά ενέργειας από τα EVs στο δίκτυο ηλεκτροδότησης. Στην εργασία [3] αναπτύχθηκαν τεχνικές με τις οποίες εξισορροπείται η ζήτηση ενέργειας σε περιπτώσεις υψηλής κατανάλωσης με την μεσολάβηση των οχημάτων και παραχώρησης ενέργειας αυτών. Παρομοίως, στην εργασία [18] εξετάστηκε η χρήση των EVs για να εξομαλυνθούν διακυμάνσεις μεταξύ της παραγωγής και της ζήτησης ενέργειας. Επιπλέον λήφθηκαν υπόψη οι εκπομπές καυσαερίων κατά την εντονότερη εργασία των εργοστασίων παραγωγής ενέργειας κατά τη διάρκεια περιόδων αυξημένης ζήτησης. Και οι δύο εργασίες παρουσιάζουν θετικά αποτελέσματα με τη χρήση EVs. Οι Galus και Anderson [6] προτείνουν αλγόριθμους που αναφέρονται σε ένα σύστημα στο οποίο διαχειρίζεται η φόρτιση και εκφόρτιση EVs. Βασιζόμενοι στην τρέχουσα κατάσταση φόρτισης, την επιθυμητή κατάσταση φόρτισης, και τον χρόνο αναχώρησης, βρίσκεται το βέλτιστο ποσό φόρτισης προκειμένου να επαναπωληθεί μέρος της ενέργειας, αλλά χωρίς να υπονομευτεί η επάρκεια για την συνέχιση της διαδρομής τους. Επιπλέον, οι συγγραφείς ισχυρίζονται πως χρησιμοποιώντας MPC (Model predictive Control) το μοντέλο είναι ικανό να διαχειρίζεται τις εγγενείς διακυμάνσεις της παραγωγής ενέργειας και των λαθών της πρόβλεψης με μεγάλη ανεκτικότητα. Οι Wehinger et al. [22] μελέτησαν την δυνατότητα μεταφοράς ενέργειας από τα ηλεκτρικά οχήματα στο δίκτυο από εμπορική σκοπιά. Μοντελοποίησαν την χονδρική αγορά ενέργειας της Γερμανίας και μελέτησαν την επίδραση της εισαγωγής ΜΕΤΑΞΥ ΟΧΗΜΑΤΩΝ ΚΑΙ ΜΕ ΧΡΗΣΗ ΑΝΑΝΕΩΣΙΜΩΝ ΠΗΓΩΝ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ

55 υβριδικών οχημάτων ως μέσω αποθήκευσης ενέργειας. Οι συγγραφείς πρότειναν μία μέθοδο βασισμένη σε Q-learning model predictive bidding προκειμένου να προβλέψουν μελλοντικές τιμές στα διάφορα σημεία ενδιαφέροντος, και να μεγιστοποιήσουν το κέρδος τους. Το μοντέλο αξιολογήθηκε με δεδομένα από ένα δίκτυο ηλεκτροδότησης της Γερμανίας και έδειξε κέρδος έως 116% μεγαλύτερο σε σχέση με περίπτωση που δεν χρησιμοποιούνται τα υβριδικά οχήματα. Οι Kamboj et al. [9] μελετούν μία ιδιαίτερη μορφή V2G προγραμμάτων όπου τα οχήματα μπορούν σχηματίσουν συνασπισμούς και να βγάλουν όφελος πουλώντας ενέργεια. Χρησιμοποιώντας πλήθος πρακτόρων και χρησιμοποιώντας θεωρία παιγνίων και πλειστηριασμούς κατέληξαν σε σημαντικά αποτελέσματα. Πολύ σημαντική κρίνεται ότι η ανάπτυξη του συστήματος στο Delaware έγινε σε συνεργασία με την εταιρία PJM 19. Το σύστημα υπολογίστηκε ότι θα επίφερε $2400 ετήσιο όφελος για κάθε ιδιοκτήτη EV εφόσον συμμετείχε στις V2G δράσεις. Οι Haines et al. [7] στην εργασία τους μελετάνε μία παραλλαγή του V2G, το V2H (Vehicle to Home), όπου τα EVs δίνουν ενέργεια αποκλειστικά σε οικία σε αντίθεση με τις άλλες περιπτώσεις που δίνουν ενέργεια στο γενικό δίκτυο ηλεκτροδότησης. Συγκεκριμένα αποσκοπούν να μειώσουν τις κορυφές (peaks) στην κατανάλωση ενέργειας της οικίας. Παρήγαγαν μοντέλο που συμπεριλάμβανε αποκλειστικά ένα όχημα και μία οικία και με χρήση Matlab Simulink. Το σύστημα ήλεγχε την ροή ενέργειας από το όχημα σε διάφορες ηλεκτρικές συσκευές της οικίας και λαμβάνοντας υπόψη του διάφορες πληροφορίες, όπως τα ταξίδια του EV και την ενέργεια από το δίκτυο κατάφερε να επιφέρει μείωση στις κορυφές της κατανάλωσης. Το παραπάνω μπορεί να έχει οικονομικό όφελος σε περίπτωση δυναμικής κοστολόγησης του ηλεκτρικού ρεύματος και σε κάθε περίπτωση, αν εκμεταλλευτεί, έχει οικολογικό όφελος Vehicle to Vehicle Αυτό το υποκεφάλαιο αναφέρεται σε εργασίες που μελετάνε λύσεις με κυρίως χρήση τεχνικών V2V, αλλά και σε συνδυασμό με G2V ή V2G. Προς το παρόν, η βιβλιογραφία που αφορά V2V είναι πολύ περιορισμένη, καθώς σπανίως έχουν μελετηθεί περιπτώσεις άμεσης μεταφοράς ενέργειας από όχημα σε όχημα, οπότε και ο αριθμός των παρουσιαζόμενων εργασιών είναι αναλογικά μικρός. Στην εργασία [11] οι Liu et al. εξετάζουν ευκαιρίες της ένταξης των ηλεκτρικών οχημάτων στο smart grid, οι οποίες συμπεριλαμβάνουν δράσεις των προηγούμενων υποκεφάλαιων 2.2.1, (G2V,V2G), και επιπλέον όχημα με όχημα (V2V). Γίνεται λόγος αποκλειστικά για EVs που έχουν την ικανότητα να ενταχθούν στο δίκτυο και αναφέρονται με την ονομασία GEVs, gridable electric vehicles. Όσον αφορά τη πράξη V2V, παρουσιάζουν μοντελοποίηση της πράξης λαμβάνοντας υπόψη τις εγγενείς απώλειες ενέργειας κατά τη μεταφορά ενέργειας με χρήση των φορτιστών καθώς και τις πιθανές διαφορές μεταξύ της αποδοτικότητας διαφόρων φορτιστών. Ο έλεγχος και η διαχείριση των μεταφορών ενέργειας μεταξύ των ηλεκτρικών οχημάτων είναι αρμοδιότητα ενός aggregator που έχει γνώση της κατάστασης των οχημάτων και αποφασίζει και καθιστά ικανές αυτές τις πράξεις ΜΕΤΑΞΥ ΟΧΗΜΑΤΩΝ ΚΑΙ ΜΕ ΧΡΗΣΗ ΑΝΑΝΕΩΣΙΜΩΝ ΠΗΓΩΝ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ 55

56 ΑΛΕΞΑΝΔΡΟΣ ΜΙΧΑΗΛ ΚΟΥΦΑΚΗΣ Οι Alvaro et al. [1] προτείνουν V2V εμπορία ενέργειας που αποσκοπεί να μειώσει το κόστος της ενέργειας για τα οχήματα, όπως και τον φόρτο του δικτύου ηλεκτροδότησης. Θεωρούν ότι όλα τα οχήματα έχουν γεμάτες μπαταρίες στην αρχή της μέρας και δίνεται η δυνατότητα αυτά τα οχήματα που δεν τους αρκεί η ενέργειά τους για τις ανάγκες της μέρας να αγοράσουν από άλλα, τα οποία έχουν υπεραρκετή ενέργεια για την μέρα, έτσι ώστε να μην επιβαρύνουν το δίκτυο. Οι πληροφορίες για την τοποθεσία, και την κατάσταση ενέργειας των οχημάτων (δηλαδή αν έχουν ανάγκη ή περίσσεια ενέργειας ) συγκεντρώνονται σε aggregators, ανά περιοχή, και υπολογίζονται οι μεταφορές ενέργειας που είναι βέλτιστο να λάβουν χώρα. Στην εργασία [19] μελετάται μοντέλο απόφασης που ασκεί άμεσο έλεγχο στην φόρτιση των μπαταριών (Direct Load Control, DLC), σε πλαίσιο χώρου στάθμευσης με δυνατότητα φόρτισης, με χωρητικότητα 50 EVs. Το προγραμματιστικό μοντέλο διαχειρίζεται και τα τρία είδη συναλλαγών, G2V, V2G, και V2V. Ο στόχος του μοντέλου είναι να μεγιστοποιήσει την ποσότητα ενέργειας που παρέχεται στις μπαταρίες των οχημάτων και ταυτόχρονα να ελαχιστοποιήσει το γενικό ενεργειακό κόστος. Η αξιολόγηση γίνεται με βάση την ποιότητα εξυπηρέτησης και από οικονομική άποψη, και συγκρίνεται με αφελή πολιτική φόρτισης, η οποία ορίζει την φόρτιση των οχημάτων όταν αυτά συνδέονται στο δίκτυο, χωρίς εκμετάλλευση της δυνατότητας V2G και V2V. Ο Tamang Amit Kumar στην διατριβή [21] του μεταπτυχιακού του μελετάει την χρήση ηλεκτρικών οχημάτων και την μεταφορά ενέργειας μεταξύ αυτών προκειμένου να ενισχυθεί και υποβοηθηθεί η χρήση ανανεώσιμων πηγών ενέργειας. Συγκεκριμένα, θεωρώντας οχήματα τα οποία παραμένουν μεγάλα χρονικά διαστήματα σταθμευμένα ως δότες ενέργειας, και δέκτες οχήματα που παραμένουν λιγότερο χρόνο σταθμευμένα γίνεται καλύτερη χρήση της περιορισμένης ενέργειας από ανανεώσιμες πηγές. Τα οχήματα δότες, καθώς παραμένουν σταθμευμένα, έχουν την δυνατότητα να αναπληρώσουν την έλλειψη ενέργειας από τις ανανεώσιμες πηγές σε διαστήματα αυξημένης παραγωγής. Ο προσδιορισμός των οχημάτων ως εν δυνάμει δότες γίνεται από κανόνα ο οποίος απαιτεί το όχημα να έχει υψηλό επίπεδο ενέργειας και ο χρόνος παραμονής στην υποδομή (αντίστοιχη του σταθμού φόρτισης στην παρούσα πτυχιακή) να είναι αρκούντος μεγάλος. Στα αποτελέσματα αναφέρει πως η απόδοση του V2V είναι καλύτερη όταν δίνεται περισσότερο βάρος στην ενέργεια των EVs και λιγότερο στην διάρκεια διαμονής τους. ΜΕΤΑΞΥ ΟΧΗΜΑΤΩΝ ΚΑΙ ΜΕ ΧΡΗΣΗ ΑΝΑΝΕΩΣΙΜΩΝ ΠΗΓΩΝ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ

57 Κ Ε Φ Α Λ Α Ι Ο 4 : Π Ε Ρ Ι Γ Ρ Α Φ Η Π Ρ Ο Γ Ρ Α Μ Μ ΑΤ Ο Σ Τ Ο Υ ΜΕΤΑΞΥ ΟΧΗΜΑΤΩΝ ΚΑΙ ΜΕ ΧΡΗΣΗ ΑΝΑΝΕΩΣΙΜΩΝ ΠΗΓΩΝ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ 57

58

59 ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΤΟΥ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΟΣ Μελετάται το σενάριο όπου ένα πλήθος ηλεκτρικών οχημάτων φτάνουν σε έναν μοναδικό σταθμό φόρτισης (Charging Station, CS), όπου το κάθε ένα έχει σκοπό είτε να δεχθεί ενέργεια, είτε να παραδώσει. Στο συγκεκριμένο σενάριο ο σταθμός φόρτισης λαμβάνει ενέργεια από φωτοβολταϊκά πάνελ και θεωρούμε πως υπάρχει πρότερη γνώση των διακυμάνσεων στην παραγωγή. Επιπλέον, ο σταθμός είναι εξοπλισμένος με εγκατάσταση αποθήκευσης ενέργειας (μπαταρία- battery), η οποία μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την αποθήκευση του πλεονάσματος ενέργειας από τα οχήματα που θέλουν να αποφορτίσουν τις μπαταρίες τους, ή από το δίκτυο. Ακολούθως, η αποθηκευμένη ενέργεια μπορεί να χρησιμοποιηθεί σαν ενδιάμεσο βήμα για απλοποίηση συναλλαγών ενέργειας, (για παράδειγμά, ή ). Έτσι, δεδομένου του προγράμματος αφίξεων και αναχωρήσεων των οχημάτων, καθώς και του ποσού ενέργειας που επιθυμούν να δεχθούν ή να παραχωρήσουν τα οχήματα, ένα πλήθος αλγορίθμων υπολογίζει τον καλύτερο τρόπο διαχείρισης της διαθέσιμης ενέργειας με σκοπό να μεγιστοποιήσει τον αριθμό των οχημάτων για τα οποία το επιθυμητό τους ενεργειακό επίπεδο επιτυγχάνεται. Πιο λεπτομερώς, θεωρείται πλήθος ηλεκτρικών οχημάτων, και πλήθος φορτιστών (chargers) διαθέσιμοι στον σταθμό,, οι οποίοι χρησιμοποιούνται τόσο για φόρτιση όσο και για εκφόρτιση των οχημάτων. Περαιτέρω, θεωρείται διακριτό πλήθος χρονικών στιγμών, κατά τις οποίες ο σταθμός έχει στην διάθεσή του μονάδες ενέργειας, οι οποίες προορίζονται για φόρτιση των οχημάτων. Επιπλέον, η μπαταρία, την οποία ο σταθμός περιέχει, έχει την ικανότητα αποθήκευσης ενέργειας με μέγιστη τιμή, και τρέχουσα ενέργεια για κάθε χρονική στιγμή, που μετρούνται σε μονάδες ενέργειας. Το πλήθος συναλλαγών ενέργειας μεταξύ των EVs, και του δικτύου ή της μπαταρίας καθώς και μεταξύ των EVs, που μπορούν να λάβουν χώρα ανά χρονική στιγμή υπόκειται σε περιορισμό από τον αριθμό των φορτιστών που ο σταθμός διαθέτει. Συγκεκριμένα, ο μέγιστος αριθμός οχημάτων που μπορούν να συμμετέχουν σε συναλλαγές ενέργειας, σε μία συγκεκριμένη χρονική στιγμή, είναι ίσος με τον αριθμό των φορτιστών. Από αυτόν τον περιορισμό εξαιρείται η μεταφορά ενέργειας από το δίκτυο ηλεκτροδότησης προς την μπαταρία, καθώς δεν συμπεριλαμβάνει οχήματα, η οποία περιορίζεται μόνο από την διαθέσιμη ενέργεια του δικτύου και την χωρητικότητα της μπαταρίας. Κάθε EV ορίζεται από μία πλειάδα, όπου αναφέρεται στην ταυτότητα του εν λόγω οχήματος, (time of arrival) είναι η χρονική στιγμή της άφιξης του οχήματος, (time of departure) είναι η χρονική στιγμή αναχώρησης του οχήματος από τον σταθμό. Ακολούθως, περιγράφοντας την ενέργεια του οχήματος, (maximum energy) είναι το μέγιστο ποσό ενέργειας που μπορεί να αποθηκεύσει η μπαταρία του οχήματος, (initial energy) είναι η ενέργεια που έχει το όχημα την στιγμή που φτάνει στον σταθμό, και τέλος (energy request) φανερώνει το ποσό ενέργειας που θέλει να δώσει ή να δεχθεί το όχημα. Πιο αναλυτικά, η τιμή του μπορεί να λάβει θετικές και αρνητικές τιμές, σημαίνοντας ότι αν έχει θετική τιμή, το όχημα επιθυμεί να λάβει ενέργεια ίση με την τιμή του, και αντιστρόφως αν έχει αρνητική τιμή τότε επιθυμεί να παραχωρήσει

60 ΑΛΕΞΑΝΔΡΟΣ ΜΙΧΑΗΛ ΚΟΥΦΑΚΗΣ ενέργεια με τιμή. Επίσης μπορεί να έχει και μηδενική τιμή, εκτός των άλλων, οπότε απλά διαμένει στον σταθμό φόρτισης για όσο χρόνο ορίζεται από τον χρόνο της άφιξης και αναχώρησης, και μπορεί να χρησιμοποιηθεί σαν προσωρινό μέσο αποθήκευσης ενέργειας. 4.1 ΒΕΛΤΙΣΤΗ ΧΡΟΝΟΔΡΟΜΟΛΟΓΗΣΗ ΜΕ V2V Αυτός ο αλγόριθμος προσομοιώνει την περίπτωση κατά την οποία ο σταθμός συμμετέχει μόνο ως πάροχος των φορτιστών, προσφέρει δηλαδή την υποδομή για τις συναλλαγές ενέργειας, αλλά δεν παρέχει ενέργεια από το δίκτυο, ούτε διαθέτει την μπαταρία ως υποβοήθηση των συναλλαγών. Έτσι οι μόνες συναλλαγές ενέργειας που λαμβάνουν χώρα είναι μεταξύ των οχημάτων χρησιμοποιώντας τους φορτιστές του σταθμού φόρτισης. Συγκεκριμένα, σε κάθε χρονική στιγμή δύναται να ζευγαρωθούν δύο οποιαδήποτε EVs, μεταξύ των οποίων θα υπάρχει μεταφορά ενέργειας, από το ένα στο άλλο. Ωστόσο, για να συμβεί αυτό, κάθε όχημα που συμμετέχει στην συναλλαγή ενέργειας καταλαμβάνει έναν φορτιστή, και δεν επιτρέπεται η ενέργεια μετά την συναλλαγή να βγαίνει εκτός των ορίων της χωρητικότητας της μπαταρίας των οχημάτων. Το πρόβλημα που περιεγράφηκε στην προηγούμενη παράγραφο μοντελοποιείται ως πρόβλημα Μικτού Γραμμικού Προγραμματισμού προκειμένου να βρεθεί η βέλτιστη λύση του, με χρήση του πακέτου CPLEX optimizer. Η μοντελοποίηση για αυτό το σενάριο χρησιμοποιεί τρεις μεταβλητές απόφασης: 1), δυαδικού τύπου που υποδηλώνει εάν το όχημα εξυπηρετείται, ή όχι κατά τη διαμονή του στον σταθμό. 2), δυαδικού τύπου που υποδηλώνει αν υπάρχει ροή ενέργειας από το όχημα προς το όχημα την χρονική στιγμή t. 3), ακέραιου τύπου που αποθηκεύει το επίπεδο της ενέργειας του οχήματος για κάθε χρονική στιγμή t. Με χρήση των προαναφερθέντων μεταβλητών απόφασης, και των περιορισμών που ακολουθούν, η αντικειμενική συνάρτηση μεγιστοποιείται. Αντικειμενική συνάρτηση: Το πρώτο σκέλος της αντικειμενικής συνάρτησης μετράει τον αριθμό των εξυπηρετημένων οχημάτων, σύμφωνα με την μεταβλητή απόφασης, και το δεύτερο σκέλος επιβάλλει μια ποινή σε όλες τις συναλλαγές που λαμβάνουν χώρα με σκοπό να αποφεύγονται οι περιττές συναλλαγές. Το είναι ένας μικρός αριθμός ο οποίος υπακούει στην ανισώτητα, έτσι ώστε να εξασφαλίζεται ότι σε καμία περίπτωση δεν θα προτιμηθεί να μην γίνουν συναλλαγές εις βάρους της εξυπηρέτησης ενός οχήματος. Η ανισότητα επιδέχεται επιπλέον εξευγένιση αλλά δεν είναι επί του παρόντος καθώς αυτή η απλή μορφή της είναι ικανοποιητική για την αντικειμενική συνάρτηση. Το πρώτο σκέλος είναι επαρκές για την εξυπηρέτηση του μέγιστου αριθμού οχημάτων αλλά το δεύτερο παρέχει βελτιστοποίηση και στον αριθμό των συναλλαγών, μειώνοντάς τες όσο είναι εφικτό. Περιορισμοί: ΜΕΤΑΞΥ ΟΧΗΜΑΤΩΝ ΚΑΙ ΜΕ ΧΡΗΣΗ ΑΝΑΝΕΩΣΙΜΩΝ ΠΗΓΩΝ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ

61 Αυτός ο περιορισμός εξασφαλίζει ότι ένα όχημα δεν μπορεί να δώσει ενέργεια στον εαυτό του. Αυτή η πράξη εκτός του ότι είναι μη ρεαλιστική το μόνο που θα επιτύγχανε είναι η δέσμευση ενός φορτιστή και η αύξηση του αριθμού των συναλλαγών χωρίς αποτέλεσμα στα εξυπηρετημένα οχήματα. Αυτός ο περιορισμός απαγορεύει να γίνονται συναλλαγές σε οχήματα που δεν είναι παρόντα στον σταθμό φόρτισης. Αν ο τρέχων χρόνος είναι εκτός των χρόνων άφιξης και αναχώρησης δύο οχημάτων, δεν μπορεί να υπάρξει συναλλαγή ενέργειας μεταξύ τους. Ένα όχημα μπορεί να λαμβάνει μέρος σε μία, το πολύ συναλλαγή ενέργειας σε μία δεδομένη χρονική στιγμή. Ισοδύναμα μπορεί να εκφραστεί ως μία το πολύ δράση για κάθε χρονική στιγμή. Η αρχική ενέργεια του οχήματος δίνεται σύμφωνα με την παραγωγή του προγράμματος των οχημάτων. Έτσι για κάθε EV καταχωρείται η τιμή της ενέργειας του που αφορά την χρονική στιγμή. Για όλες τις χρονικές στιγμές μετά την πρώτη, όπου η ενέργεια των οχημάτων δίδεται εξωτερικά (προηγούμενος περιορισμός), υπολογίζεται η ενέργεια σύμφωνα με τον άνω τύπο. Η ενέργεια ενός EV μία χρονική στιγμή είναι όση ενέργεια είχε το όχημα την προηγούμενη χρονική στιγμή, αφαιρώντας την ενέργεια που το συγκεκριμένο όχημα παρέδωσε σε άλλο, και προσθέτοντας την ενέργεια που δέχθηκε από άλλο όχημα, την προηγούμενη χρονική στιγμή. Εναλλακτικά: Αυτός ο περιορισμός είναι υπεύθυνος για την καταχώρηση τιμής στην μεταβλητή απόφασης. Λαμβάνει την τιμή 1 εάν εν τέλει εξυπηρετείται το αντίστοιχο όχημα και 0 στη αντίθετη περίπτωση. Για να αποφασισθεί, λαμβάνονται όλες οι συναλλαγές στις οποίες συμμετείχε το όχημα. Το δεδομένο ότι η μεταβλητή απόφασης μπορεί να πάρει μόνο τις τιμές {0,1} έχει ως αποτέλεσμα το όχημα είτε να μεταβεί στην επιθυμητή του ενεργειακή κατάσταση, δηλαδή να εξυπηρετείται, ή η τελική στάθμη ενέργειάς του να είναι ίση με την αρχική του, το οποίο δεν αποκλείει την περίπτωση να συμμετέχει σε συναλλαγές. Η πρώτη εξίσωση είναι αυτή που χρησιμοποιήθηκε στα πειράματα καθώς παρουσιάζει καλύτερη κλιμάκωση. Η δεύτερη είναι μια πιο λιτή έκδοση της πρώτης που αποφεύγει τον υπολογισμό της ΜΕΤΑΞΥ ΟΧΗΜΑΤΩΝ ΚΑΙ ΜΕ ΧΡΗΣΗ ΑΝΑΝΕΩΣΙΜΩΝ ΠΗΓΩΝ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ 61

62 ΑΛΕΞΑΝΔΡΟΣ ΜΙΧΑΗΛ ΚΟΥΦΑΚΗΣ τελικής τιμής της ενέργειας κατασκευαστικά, αντιθέτως με χρήση της μεταβλητής απόφασης και της αρχικής τιμής ενέργειας του οχήματος αποφασίζεται αν η επιθυμητή τιμή επιτυγχάνεται. Τέλος, αυτός ο περιορισμός λαμβάνει υπόψη του τον αριθμό φορτιστών στον σταθμό, ο οποίος αντιστοιχεί στον μέγιστο αριθμό οχημάτων που επιτρέπεται να συμμετέχουν σε συναλλαγές μία χρονική στιγμή. Στον τύπο συναλλαγής πρέπει και τα δύο EVs να είναι συνδεδεμένα σε φορτιστές, οπότε απαιτούνται 2 φορτιστές για κάθε ζευγάρι. 4.2 ΧΡΟΝΟΔΡΟΜΟΛΟΓΗΣΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ ΑΠΟ ΤΟ ΔΙΚΤΥΟ Σε αυτή την μοντελοποίηση εισάγεται ενέργεια από το δίκτυο η οποία προορίζεται για την φόρτιση των οχημάτων, επαυξάνοντας έτσι το προηγούμενο μοντέλο. Συγκεκριμένα, ο σταθμός έχει κάθε χρονική στιγμή ένα ποσό ενέργειας το οποίο μέσω των φορτιστών μπορεί να μεταβεί σε κάποιο όχημα. Η ενέργεια μπορεί να χρησιμοποιηθεί είτε για απευθείας φόρτιση, είτε μπορεί να δοθεί σε όχημα για προσωρινή αποθήκευση για μεταγενέστερη φόρτιση άλλου οχήματος. Σε διαφορετική περίπτωση, που τα προηγούμενα δεν είναι εφικτά ή επιθυμητά, η ενέργεια χάνεται. Σε αυτή την μοντελοποίηση χρησιμοποιούνται τέσσερις μεταβλητές απόφασης, όπου οι τρεις πρώτες είναι ίδιες με το προηγούμενο μοντέλο: 1), δυαδικού τύπου που υποδηλώνει εάν το όχημα εξυπηρετείται, ή όχι κατά τη διαμονή του στον σταθμό. 2), δυαδικού τύπου που υποδηλώνει αν υπάρχει ροή ενέργειας από το όχημα προς το όχημα την χρονική στιγμή t. 3), ακέραιου τύπου που αποθηκεύει το επίπεδο της ενέργειας του οχήματος για κάθε χρονική στιγμή t. 4), δυαδική μεταβλητή που υποδηλώνει αν ένα όχημα δέχεται ενέργεια από το δίκτυο ηλεκτροδότησης (grid), ή όχι, την χρονική στιγμή t. Με χρήση των προαναφερθέντων μεταβλητών απόφασης, και των περιορισμών που ακολουθούν, η αντικειμενική συνάρτηση μεγιστοποιείται. Αντικειμενική συνάρτηση: Η αντικειμενική συνάρτηση για το τρέχον μοντέλο έχει όμοια λειτουργία σε σχέση με το προηγούμενο μοντέλο, απλά με την προσθήκη (στο δεύτερο άθροισμα) των μεταφορών ενέργειας από το δίκτυο σε EVs, προκειμένου να τους υποβληθεί ποινή. Συγκεκριμένα, το πρώτο άθροισμα που αντιστοιχεί στον αριθμό των ικανοποιημένων οχημάτων, παραμένει ίδιο και είναι επιθυμητό να μεγιστοποιηθεί. Ο αριθμός, που υπακούει στην ανισότητα επίσης παραμένει ίδιος, και ΜΕΤΑΞΥ ΟΧΗΜΑΤΩΝ ΚΑΙ ΜΕ ΧΡΗΣΗ ΑΝΑΝΕΩΣΙΜΩΝ ΠΗΓΩΝ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ

63 το δεύτερο άθροισμα συμπεριλαμβάνει τον νέο τύπο συναλλαγών, των άλλων., επιπλέον Περιορισμοί: Ο περιορισμός δεν αλλάζει σε σχέση με το προηγούμενο μοντέλο, απαγορεύει ένα EV να δώσει ενέργεια στον εαυτό του. Αυτός ο περιορισμός παραμένει ίδιος σε σχέση με το προηγούμενο μοντέλο. Εξασφαλίζει πως δεν μπορούν να γίνουν συναλλαγές μεταξύ δύο οχημάτων μία χρονική στιγμή κατά την οποία δεν είναι και τα δύο οχήματα παρόντα στον σταθμό. Προστέθηκαν οι συναλλαγές μεταξύ grid και EV, μέσω της μεταβλητής απόφασης, στις πιθανές συναλλαγές που μπορεί να συμμετέχει ένα όχημα μία χρονική στιγμή. Αυτό αποσκοπεί στον περιορισμό του αριθμού των συναλλαγών, που μπορεί να συμμετάσχει ένα όχημα μία χρονική στιγμή, σε μία το πολύ. Παραμένει απαράλλακτος ο περιορισμός, και αποδίδει την αρχική τιμή της μεταβλητής απόφασης σύμφωνα με την αρχική τιμή ενέργειας του οχήματος που λαμβάνεται εξωτερικά από την παραγωγή των δεδομένων. Ο περιορισμός εισάγεται προκειμένου να σιγουρευτεί ότι ένα όχημα μπορεί να φορτιστεί από την ενέργεια του δικτύου μόνο εφόσον το όχημα είναι παρόν στο σταθμό φόρτισης την χρονική στιγμή της φόρτισης. Ο περιορισμός είναι αναβαθμισμένος σε σχέση με τον περιορισμό του προηγούμενου μοντέλου, με την προσθήκη των συναλλαγών ενέργειας από το δίκτυο προς τα EV στην εξίσωση, έτσι ώστε να λαμβάνονται υπόψη στον υπολογισμό της ενέργειας κάθε χρονική στιγμή. Πιο λεπτομερώς, κάθε χρονική στιγμή μετά την πρώτη, η ενέργεια κάθε οχήματος υπολογίζεται ως η ενέργεια που είχε το όχημα την προηγούμενη χρονική στιγμή, συν την ενέργεια που δέχθηκε το όχημα την προηγούμενη στιγμή από άλλο όχημα και από το δίκτυο, μείον την ενέργεια που παρέδωσε σε άλλο όχημα. Αξίζει να σημειωθεί πως δεν επιτρέπεται να έχουν την τιμή 1 περισσότερα από ένα εκ των,, λόγω προηγούμενου περιορισμού. ΜΕΤΑΞΥ ΟΧΗΜΑΤΩΝ ΚΑΙ ΜΕ ΧΡΗΣΗ ΑΝΑΝΕΩΣΙΜΩΝ ΠΗΓΩΝ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ 63

64 ΑΛΕΞΑΝΔΡΟΣ ΜΙΧΑΗΛ ΚΟΥΦΑΚΗΣ Εναλλακτικά: Ο περιορισμός είναι υπεύθυνος για την καταχώρηση τιμής στην μεταβλητή απόφασης, δηλαδή προσδιορίζεται αν το όχημα εξυπηρετείται ή όχι, σύμφωνα με το σύνολο των συναλλαγών που λαμβάνουν χώρα. Διαθέτει πολλές ομοιότητες με τον αντίστοιχο περιορισμό του προηγούμενου μοντέλου, απλά είναι ανανεωμένος έτσι ώστε να συμπεριλαμβάνει και τις συναλλαγές μεταξύ του δικτύου και των EVs. Η μεταβλητή απόφασης λαμβάνει τις τιμές 0 ή1 όπου 0 φέρει την έννοια ότι το όχημα δεν επιτυγχάνει την τελική επιθυμητή ενεργειακή κατάσταση και η τελική του κατάσταση είναι ίση με την αρχική του, χωρίς να αποκλείεται πως συμμετείχε σε συναλλαγές. Η τιμή 1 αποφαίνεται πως η επιθυμητή τελική τιμή ικανοποιήθηκε και άρα το όχημα εξυπηρετήθηκε. Η πρώτη εξίσωση χρησιμοποιήθηκε στα πειράματα, αλλά η δεύτερη είναι ισοδύναμη με λιγότερο καλή κλιμάκωση. Η πρώτη υπολογίζει την τελική ενέργεια κατασκευαστικά, μέσα από όλες τις συναλλαγές που λαμβάνουν χώρα, σε αντίθεση με την δεύτερη όπου δέχεται την τελική τιμή της ενέργειας του οχήματος μέσω της μεταβλητής απόφασης. Η ανισότητα περιορίζει τις συναλλαγές που μπορούν να πραγματοποιηθούν μία χρονική στιγμή με βάση τον αριθμό των φορτιστών που ο σταθμός φόρτισης διαθέτει. Στις συναλλαγές συμπεριλαμβάνονται και αυτές από το δίκτυο προς τα οχήματα. Ο τελευταίος περιορισμός εισάγεται για να περιορίσει τον αριθμό των οχημάτων που μπορούν να φορτιστούν ταυτόχρονα από το δίκτυο, λαμβάνοντας υπόψη τις μονάδες ενέργειας που είναι διαθέσιμες ανά χρονική στιγμή. Εναλλακτικά μπορεί να εκφρασθεί ως περιορισμός της ενέργειας που μπορεί να δώσει ο σταθμός σε σχέση με την ενέργεια που διαθέτει το δίκτυο. 4.3 ΧΡΟΝΟΔΡΟΜΟΛΟΓΗΣΗ ΜΕ ΧΡΗΣΗ ΑΠΟΘΗΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ, ΧΩΡΙΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑ ΑΠΟ ΤΟ ΔΙΚΤΥΟ Αυτή ο μοντελοποίηση χρησιμοποιεί σαν βάση αυτή του υποκεφάλαιου 2.1 και επιπλέον εισάγεται μπαταρία μεγάλης χωρητικότητας στον σταθμό φόρτισης, όμως χωρίς ενέργεια από το δίκτυο. Η μπαταρία μπορεί να διαθέτει ένα ποσό αρχικής ενέργειας, κατά την εκκίνηση της μοντελοποίησης, και έχει συγκεκριμένη μέγιστη χωρητικότητα η οποία δεν μπορεί να παραβιαστεί. Οπότε στην τρέχουσα μοντελοποίηση, εκτός των συναλλαγών μεταξύ των οχημάτων, γίνονται και συναλλαγές μεταξύ της μπαταρίας και των EVs, αμφίδρομα. Τα οχήματα μπορούν να μεταφέρουν ενέργεια στην μπαταρία και η μπαταρία μπορεί να φορτίσει οχήματα. Αυτός ο τύπος συναλλαγών, μεταξύ της μπαταρίας και των οχημάτων, απαιτεί έναν φορτιστή, για το όχημα που είτε λαμβάνει, είτε προσδίδει ενέργεια. ΜΕΤΑΞΥ ΟΧΗΜΑΤΩΝ ΚΑΙ ΜΕ ΧΡΗΣΗ ΑΝΑΝΕΩΣΙΜΩΝ ΠΗΓΩΝ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ

65 Χρησιμοποιούνται 6 μεταβλητές απόφασης, όπου οι τρείς πρώτες είναι κοινές με την πρώτη μοντελοποίηση του υποκεφάλαιου 2.1: Μεταβλητές απόφασης: 1), δυαδικού τύπου, προσδιορίζει αν το όχημα εξυπηρετείται τελικώς. 2), δυαδικού τύπου, υποδηλώνει αν το όχημα μεταφέρει ενέργεια στο όχημα την χρονική στιγμή. 3), ακέραιου τύπου, έχει την πληροφορία που αναφέρεται στο επίπεδο ενέργειας του οχήματος όλες τις χρονικές στιγμές. 4), ακέραιου τύπου, αναφέρεται στο επίπεδο ενέργειας της μπαταρίας, όλες τις χρονικές στιγμες. 5), δυαδικού τύπου, υποδηλώνει αν η μπαταρία μεταφέρει ενέργεια στο όχημα κάποια χρονική στιγμή. 6), δυαδικού τύπου, αντίστροφη σε σχέση με την προηγούμενη μεταβλητή απόφασης, προσδιορίζει αν ένα όχημα δίνει ενέργεια στην μπαταρία μία χρονική στιγμή. Με χρήση των προαναφερθέντων μεταβλητών απόφασης, και των περιορισμών που ακολουθούν, η αντικειμενική συνάρτηση μεγιστοποιείται. Αντικειμενική συνάρτηση: Η αντικειμενική συνάρτηση διατηρεί την μορφή της, απλά με την πρόσθεση των συναλλαγών μεταξύ της μπαταρίας και των EVs στο δεύτερο τμήμα το οποίο αντιστοιχεί στην ελαχιστοποίηση του αριθμού των συναλλαγών. Το βασικό ζητούμενο παραμένει ίδιο, η μεγιστοποίηση των εξυπηρετημένων οχημάτων, που αντικατοπτρίζεται στο πρώτο άθροισμα. Επίσης, ο αριθμός αρκεί να υπακούει την ανίσωση, όπως προηγουμένως. Περιορισμοί: Ο περιορισμός παραμένει ίδιος, και απαγορεύει ένα όχημα να μεταφέρει ενέργεια στον εαυτό του. Επίσης παραμένει ίδιος ο περιορισμός, και εξασφαλίζει πως για να γίνει μία συναλλαγή πρέπει τα δύο οχήματα που συμμετέχουν να είναι παρόντα. Όμοιος με τον προηγούμενο περιορισμό, με την διαφορά ότι αναφέρεται στις συναλλαγές μεταξύ της μπαταρίας και των EVs, και λέει ότι δεν μπορεί να υπάρξει μεταφορά ενέργειας μεταξύ οχήματος και της μπαταρίας εφόσον το όχημα δεν είναι παρόν στον σταθμό φόρτισης. ΜΕΤΑΞΥ ΟΧΗΜΑΤΩΝ ΚΑΙ ΜΕ ΧΡΗΣΗ ΑΝΑΝΕΩΣΙΜΩΝ ΠΗΓΩΝ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ 65

66 ΑΛΕΞΑΝΔΡΟΣ ΜΙΧΑΗΛ ΚΟΥΦΑΚΗΣ Περιορίζει τον αριθμό συναλλαγών στους οποίους μπορεί να συμμετάσχει ένα όχημα, σε έναν το μέγιστο. Σε αυτή την μοντελοποίηση προστίθενται και οι συναλλαγές που αφορούν την μπαταρία και τα οχήματα,. Δεν αλλάζει σε σχέση με τα υπόλοιπα σενάρια, και αναφέρεται στην εκχώρηση της αρχικής ενέργειας του οχήματος στην μεταβλητή απόφασης. Περιορισμός που προσδιορίζει το επίπεδο ενέργειας των οχημάτων όλες τις χρονικές στιγμές δεδομένων των συναλλαγών που λαμβάνουν χώρα, στους οποίους συμπεριλαμβάνονται και αυτοί που αφορούν την μπαταρία και τα οχήματα. Ο περιορισμός είναι υπεύθυνος για την καταχώρηση της αρχικής τιμής ενέργειας της μπαταρίας στην μεταβλητή απόφασης που αναφέρεται στο επίπεδο της ενέργειας της μπαταρίας. Ορίζεται ο τρόπος υπολογισμού του επιπέδου ενέργειας της μπαταρίας ως συνέχεια του προηγούμενου περιορισμού για τις υπόλοιπες χρονικές στιγμές, μετά την πρώτη. Η ενέργεια είναι ίση με την ενέργεια της προηγούμενης χρονικής στιγμής συν όση ενέργεια έχει δεχθεί και μείον την ενέργεια που παρέδωσε, την προηγούμενη χρονική στιγμή. Εναλλακτικά: Αποφασίζεται αν το όχημα εξυπηρετείται ή όχι, σύμφωνα με τις συναλλαγές που έλαβαν χώρα. Εάν, για ένα όχημα, το άθροισμα όλων των συναλλαγών είναι ίσο με την ζητούμενη ενέργεια, τότε η δυαδική μεταβλητή απόφασης λαμβάνει την τιμή 1. Διαφορετικά πρέπει το άθροισμα αυτών των συναλλαγών να είναι 0, προκειμένου να αληθεύει η εξίσωση, καθώς και η τιμή της μεταβλητής απόφασης θα είναι 0. Οι δύο εξισώσεις είναι ισοδύναμες ως προς τη λειτουργικότητά τους, αλλά έχουν διαφορετική συμπεριφορά ως προς τον χρόνο. Στα πειράματα που θα παρουσιαστούν σε επόμενο κεφάλαιο η πρώτη παρουσίαζε καλύτερη κλιμάκωση σε σχέση με την δεύτερη. ΜΕΤΑΞΥ ΟΧΗΜΑΤΩΝ ΚΑΙ ΜΕ ΧΡΗΣΗ ΑΝΑΝΕΩΣΙΜΩΝ ΠΗΓΩΝ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ

67 Περιορίζεται ο αριθμός των συναλλαγών που μπορούν να συμβούν ταυτόχρονα με βάση τον αριθμό των φορτιστών που διαθέτει ο σταθμός φόρτισης. 4.4 ΧΡΟΝΟΔΡΟΜΟΛΟΓΗΣΗ ΜΕ ΧΡΗΣΗ ΑΠΟΘΗΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΚΑΙ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΑΠΟ ΤΟ ΔΙΚΤΥΟ Η συγκεκριμένη μοντελοποίηση είναι συνδυασμός των προηγούμενων, καθώς επιπλέον των συναλλαγών ενέργειας μεταξύ των οχημάτων, προσφέρεται ενέργεια από το δίκτυο, και αποθήκευση ενέργειας. Οπότε, τα οχήματα έχουν την δυνατότητα να δεχθούν ενέργεια είτε από άλλα οχήματα, είτε από το δίκτυο, και η μπαταρία του σταθμού μπορεί να διευκολύνει και να καταστίσει ικανές πολλές συναλλαγές. Το δίκτυο, έχει κάθε χρονική στιγμή ένα ποσό διαθέσιμης ενέργειας, και η μπαταρία έχει ένα αρχικό ποσό ενέργειας και συγκεκριμένη χωρητικότητα, ομοίως με τις προηγούμενες μοντελοποιήσεις. Επομένως, οι δυνατές συναλλαγές είναι: μεταξύ των οχημάτων, μεταξύ της μπαταρίας και των EVs, από το δίκτυο προς EVs, και τέλος από το δίκτυο προς την μπαταρία. Οι πρώτοι τρεις τύποι συναλλαγών συστήθηκαν στις προηγούμενες μοντελοποιήσεις, αλλά η μεταφορά ενέργειας από το δίκτυο μόνο σε αυτή είναι παρούσα. Ενέργεια από το δίκτυο μπορεί να μεταβεί στην μπαταρία χωρίς να δαπανηθεί η διαθεσιμότητα φορτιστή, και ο ρυθμός μετάβασης είναι 1 μονάδα ενέργειας ανά χρονική στιγμή, όσο και στις υπόλοιπες συναλλαγές. Οι μεταβλητές απόφασης που απαιτούνται είναι οι ακόλουθες 8 όπου οι 1,2,3 είναι ίδιες με το υποκεφάλαιο 2.1, η 4 είναι ίδια με το υποκεφάλαιο 2.2, οι 5,6,7 αφορούν την μπαταρία και είναι κοινές με αυτές του υποκεφάλαιου 2.3 και τέλος νέα προσθήκη είναι η 8. Μεταβλητές απόφασης: 1), δυαδικού τύπου, προσδιορίζει αν το όχημα εξυπηρετείται τελικώς. 2), δυαδικού τύπου, υποδηλώνει αν το όχημα μεταφέρει ενέργεια στο όχημα την χρονική στιγμή. 3), ακέραιου τύπου, έχει την πληροφορία που αναφέρεται στο επίπεδο ενέργειας του οχήματος όλες τις χρονικές στιγμές. 4), δυαδική μεταβλητή που υποδηλώνει αν ένα όχημα δέχεται ενέργεια από το δίκτυο ηλεκτροδότησης (grid), ή όχι, την χρονική στιγμή t. 5), ακέραιου τύπου, αναφέρεται στο επίπεδο ενέργειας της μπαταρίας, όλες τις χρονικές στιγμές. 6), δυαδικού τύπου, υποδηλώνει αν η μπαταρία μεταφέρει ενέργεια στο όχημα την κάποια χρονική στιγμή. 7), δυαδικού τύπου, αντίστροφο σε σχέση με την προηγούμενη μεταβλητή απόφασης, προσδιορίζει αν ένα όχημα δίνει ενέργεια στην μπαταρία μία χρονική στιγμή. 8), δυαδικού τύπου, υποδηλώνει αν μεταφέρεται ενέργεια από το δίκτυο στην μπαταρία, ή όχι, μία χρονική στιγμή. Με χρήση των προαναφερθέντων μεταβλητών απόφασης, και των περιορισμών που ακολουθούν, η αντικειμενική συνάρτηση μεγιστοποιείται. Αντικειμενική συνάρτηση: ΜΕΤΑΞΥ ΟΧΗΜΑΤΩΝ ΚΑΙ ΜΕ ΧΡΗΣΗ ΑΝΑΝΕΩΣΙΜΩΝ ΠΗΓΩΝ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ 67

68 ΑΛΕΞΑΝΔΡΟΣ ΜΙΧΑΗΛ ΚΟΥΦΑΚΗΣ Η αντικειμενική συνάρτηση διατηρεί την βασική της μορφή και λειτουργικότητα, μεγιστοποίηση του πλήθους των ικανοποιημένων οχημάτων και μείωση, όσο είναι εφικτό, του αριθμού των συναλλαγών. Οι συναλλαγές σε αυτή την μοντελοποίηση είναι αυτές που παρουσιάστηκαν στις προηγούμενες, με επιπλέον προσθήκη την μεταφορά ενέργειας από το δίκτυο στην μπαταρία ( ). Ο αριθμός συνεχίζει να υπακούει την ίδια ανίσωση,. Περιορισμοί: Δεν αλλάζει σε σχέση με τα προηγούμενα υποκεφάλαια, απαγορεύει ένα όχημα να δώσει ενέργεια στον εαυτό του. Παραμένει απαράλλακτο, υπαγορεύεται πως πρέπει δύο οχήματα να είναι παρόντα στον σταθμό φόρτισης την χρονική στιγμή της συναλλαγής, διαφορετικά δεν μπορούν να υπάρξουν συναλλαγές. Συναλλαγές με τον σταθμό φόρτισης (μπαταρία ή δίκτυο, μπορούν να γίνουν μόνο αν το όχημα είναι στον σταθμό μια χρονική στιγμή. Το όχημα μπορεί να συμμετάσχει σε μία, το πολύ συναλλαγή, μία χρονική στιγμή, είτε με άλλο όχημα, είτε με την μπαταρία, ή με το δίκτυο ηλεκτροδότησης. Η ενέργεια την πρώτη χρονική στιγμή δίνεται εξωτερικά, από τα παραγόμενα δεδομένα. Το επίπεδο της ενέργειας, ενός EV, υπολογίζεται σύμφωνα με το επίπεδο της προηγούμενης χρονικής στιγμής και λαμβάνοντας υπόψη το σύνολο των συναλλαγών που αφορούν το όχημα, και έλαβαν χώρα την προηγούμενη χρονική στιγμή. ΜΕΤΑΞΥ ΟΧΗΜΑΤΩΝ ΚΑΙ ΜΕ ΧΡΗΣΗ ΑΝΑΝΕΩΣΙΜΩΝ ΠΗΓΩΝ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ

69 Η ενέργεια της μπαταρίας την χρονική στιγμή ορίζεται ίση με την αρχική ενέργειά της, που λαμβάνεται εξωτερικά από την παραγωγή των δεδομένων. Η ενέργεια της μπαταρίας τις υπόλοιπες χρονικές στιγμές,, υπολογίζεται σύμφωνα με την ενέργειά της την προηγούμενη χρονική στιγμή συν την ενέργεια που δέχθηκε από το grid και τα EVs, και αφαιρώντας όση ενέργεια έδωσε σε οχήματα, την προηγούμενη χρονική στιγμή. Ενναλακτικά: Προσδιορίζεται ο τρόπος με τον οποίο αποφασίζεται αν το όχημα εξυπηρετείται ή όχι. Αν το σύνολο των συναλλαγών έχει ως αποτέλεσμα άθροισμα ενέργειας ίσο με την αιτούμενη ενέργεια τότε η μεταβλητή απόφασης παίρνει την τιμή 1, δηλαδή το όχημα είναι εξυπηρετημένο, διαφορετικά παίρνει την τιμή 0, χωρίς έτσι να αποκλείεται από συναλλαγές απλά ο περιορισμός είναι το σύνολο των συναλλαγών να έχει άθροισμα μηδέν. Οι δύο εξισώσεις περιγράφουν ίδιες λειτουργίες, απλά η πρώτη παρουσίασε καλύτερες επιδόσεις σε μεγάλο αριθμό οχημάτων από την δεύτερη, ενώ η δεύτερη καλύτερο χρόνο σε μικρό οχημάτων. Καθώς η προοπτική είναι να εφαρμόζεται σε μεγάλο πλήθος οχημάτων η πρώτη εξίσωση χρησιμοποιήθηκε. Ο αριθμός των φορτιστών περιορίζει το πλήθος των συναλλαγών που μπορούν να λαμβάνουν χώρα μία συγκεκριμένη χρονική στιγμή. Κάθε συναλλαγή απαιτεί αριθμό φορτιστών ίσο με τον αριθμό των οχημάτων που συμμετέχουν σε αυτή. Από το δίκτυο στην μπαταρία δεν χρειάζεται κανένας, μεταξύ δύο οχημάτων χρειάζονται δύο, και στις υπόλοιπες συναλλαγές χρειάζεται ένας φορτιστής. Περιορίζεται η ενέργεια που μπορεί να δώσει το δίκτυο, τόσο σε EVs όσο και στην μπαταρία του σταθμού. Ο περιορισμός είναι με βάση την ενέργεια που είναι διαθέσιμη από το δίκτυο ηλεκτροδότησης την συγκεκριμένη χρονική στιγμή. ΜΕΤΑΞΥ ΟΧΗΜΑΤΩΝ ΚΑΙ ΜΕ ΧΡΗΣΗ ΑΝΑΝΕΩΣΙΜΩΝ ΠΗΓΩΝ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ 69