Το υπολογιστικό σύστηµα Υδρονοµέας και η εφαρµογή του στην προσοµοίωση συστηµάτων ταµιευτήρων 4ο Εθνικό Συνέδριο της Ελληνικής Επιτροπής για τη ιαχείριση Υδατικών Πόρων (Ε.Ε..Υ.Π.) «ιαχείριση Υδατικών Πόρων στις Ευαίσθητες Περιοχές του Ελλαδικού Χώρου» Βόλος, 17-19 Ιουνίου 1999 Ενότητα : «Υδατικό δυναµικό - ιαχείριση» Α. Ευστρατιάδης, Ν. Ζερβός, Γ. Καραβοκυρός και. Κουτσογιάννης Τµήµα Πολιτικών Μηχανικών Τοµέας Υδατικών Πόρων, Υδραυλικών και Θαλάσσιων Έργων ΕΘΝΙΚΟ ΜΕΤΣΟΒΙΟ ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ Α. Ευστρατιάδης, Ν. Ζερβός, Γ. Καραβοκυρός και. Κουτσογιάννης : ΟΥδρονοµέας και η εφαρµογή του σε συστήµατα ταµιευτήρων 1
Το σχήµαπαραµετροποίηση - προσοµοίωση - βελτιστοποίηση (1) Μέθοδοι µελέτης συστηµάτων ταµιευτήρων Βελτιστοποίηση Εντοπισµός βέλτιστης λύσης µε τεχνικές ανάλυσης συστηµάτων Χονδροειδής προσέγγιση των φυσικών διεργασιών Υπολογιστικός φόρτος (εκτεταµένος αριθµός µεταβλητών απόφασης) Προσοµοίωση µε χρήση ευρετικών κανόνων λειτουργίας Ακριβής αναπαράσταση της λειτουργίας του συστήµατος Αδυναµία καθορισµού βέλτιστης πολιτικής διαχείρισης Παραµετροποίηση προβληµάτων διαχείρισης ταµιευτήρων Χρήση παραµετρικών κανόνων λειτουργίας Εκτίµηση παραµέτρων µε βελτιστοποίηση ενός δείκτη επίδοσης, υπολογιζόµενου µέσω προσοµοίωσης Αύξηση ταχύτητας της διαδικασίας λόγω περιορισµού των µεταβλητών υνατότητα προσαρµογής σε ευρύ φάσµα πολύπλοκων υδροσυστηµάτων Συνδυασµός πλεονεκτηµάτων προσοµοίωσης και βελτιστοποίησης Α. Ευστρατιάδης, Ν. Ζερβός, Γ. Καραβοκυρός και. Κουτσογιάννης : ΟΥδρονοµέας και η εφαρµογή του σε συστήµατα ταµιευτήρων 2
Το σχήµαπαραµετροποίηση - προσοµοίωση - βελτιστοποίηση (2) Παραµετρικός κανόνας λειτουργίας ταµιευτήρων (Nalbantis & Koutsoyiannis, 1997) Κατανοµήωφέλιµου όγκου του συστήµατος σύµφωνα µετογραµµικό νόµο S i* = a i + b i V ιορθώσεις για ικανοποίηση φυσικών περιορισµών S í * = 0 a i + b i V K i a i + b i V <0 0 a i + b i V K i a i + b i V > K i S i * = S * í + N j=1 S í * (1 S í * / Κ i ) S j * (1 S j * / K j ) N ( V j=1 S j * ) Τελική µορφή κανόνων λειτουργίας µηγραµµική υνατότητα απλοποιηµένης διατύπωσης µε παράλειψη συντελεστών a i Α. Ευστρατιάδης, Ν. Ζερβός, Γ. Καραβοκυρός και. Κουτσογιάννης : ΟΥδρονοµέας και η εφαρµογή του σε συστήµατα ταµιευτήρων 3
Το σχήµαπαραµετροποίηση - προσοµοίωση - βελτιστοποίηση (3) Παραµετρική διατύπωση στόχων παραγωγής ενέργειας Οι ενεργειακοί στόχοι διατυπώνονται παραµετρικά ως προς τη συνολική εγκατεστηµένη ισχύ του συστήµατος E p * = e p λ M inst P p p=1 Φυσικός περιορισµός e p inst P p M inst P p p=1 Α. Ευστρατιάδης, Ν. Ζερβός, Γ. Καραβοκυρός και. Κουτσογιάννης : ΟΥδρονοµέας και η εφαρµογή του σε συστήµατα ταµιευτήρων 4
Το υπολογιστικό σύστηµα Υδρονοµέας Α. Ευστρατιάδης, Ν. Ζερβός, Γ. Καραβοκυρός και. Κουτσογιάννης : ΟΥδρονοµέας και η εφαρµογή του σε συστήµατα ταµιευτήρων 5
υναµική απεικόνιση προσοµοίωσης Α. Ευστρατιάδης, Ν. Ζερβός, Γ. Καραβοκυρός και. Κουτσογιάννης : ΟΥδρονοµέας και η εφαρµογή του σε συστήµατα ταµιευτήρων 6
Λειτουργίες του Υδρονοµέα Υποσύστηµα οργάνωσης δικτύου υναµική απεικόνιση Καθορισµός στόχων - περιορισµών Υποσύστηµα προσοµοίωσης Τιµές παραµέτρων Βάση δεδοµένων Εισαγωγικές διαδικασίες- Αντιγραφή ιδιοτήτων Επιλογές λειτουργίας Υποσύστηµα βελτιστοποίησης Βέλτιστη λύση Άµεση εισαγωγή δεδοµένων Αρχείο κειµένου Εξαγωγή αποτελεσµάτων Α. Ευστρατιάδης, Ν. Ζερβός, Γ. Καραβοκυρός και. Κουτσογιάννης : ΟΥδρονοµέας και η εφαρµογή του σε συστήµατα ταµιευτήρων 7
Εισαγωγή συντελεστών b i, επιλογών προσοµοίωσης, στόχων - περιορισµών ιαδικασίες προσοµοίωσης Αρχή χρονικής περιόδου y = 1 Αρχή χρονικού βήµατος t = 1 Αρχή υποδιαίρεσης βήµατος w = 1 y = y +1 t = t +1 Συµπληρωµατική µεταφορά όγκων για ικανοποίηση παραµετρικού κανόνα Μεταφορά πλεονασµάτων Υπολογισµός υπερχειλίσεων Υπολογισµός υδρολογικών µεταβολών w = w +1 w = W όχι k = k +1 Εκτίµηση αποθεµάτων - στόχων παραµετρικού κανόνα k =1 Ικανοποίηση στόχου k ναι t = 12 ναι y = Y όχι όχι όχι Αστοχία περιορισµού όχι k = K ναι ναι Μη δυνατή λύση Έλεγχος αποτελεσµάτων και έξοδος Α. Ευστρατιάδης, Ν. Ζερβός, Γ. Καραβοκυρός και. Κουτσογιάννης : ΟΥδρονοµέας και η εφαρµογή του σε συστήµατα ταµιευτήρων 8 ναι
Στοιχεία βελτιστοποίησης Τύποι αντικειµενικών συναρτήσεων Μεγιστοποίηση αξιοπιστίας στην ικανοποίηση στόχου δεδοµένης τιµής Μεγιστοποίηση τιµής στόχου µεκαθορισµένη αποδεκτή πιθανότητα αστοχίας Μεγιστοποίηση συνολικής παραγόµενης πρωτεύουσας ενέργειας αιχµής µε καθορισµένους ή µηενεργειακούςστόχους Γενική διαδικασία Αναζήτηση βέλτιστων τιµών παραµέτρων b i µεδιαδοχικέςπροσοµοιώσεις Μεθοδολογία ιαµόρφωση οµοιόµορφου καννάβου µε καθορισµόβήµατος διακριτοποίησης και δυνατότητα πύκνωσης γύρω από τη βέλτιστη λύση Χρήση µη γραµµικών αλγορίθµων µε διαφορετικέςτιµές εκκίνησης Ανάλογη διαδικασία για τις ενεργειακές παραµέτρους e p Α. Ευστρατιάδης, Ν. Ζερβός, Γ. Καραβοκυρός και. Κουτσογιάννης : ΟΥδρονοµέας και η εφαρµογή του σε συστήµατα ταµιευτήρων 9
Εφαρµογή στο υδροσύστηµααχελώου- Θεσσαλίας (1) Μεσοχώρα ΥHΣΓλύστρας Συκιά ΥHΣΣυκιάς Κρεµαστά ΥHΣΚρεµαστών Καστράκι ΥHΣΚαστρακίου Στράτος ΥHΣΣτράτου Πύλη Πορταϊκός 160 MW Μουζάκι Πάµισος 260 MW 270 MW 120 MW 436 MW ΥHΣΠευκοφύτου 420 MW 156 MW Σήραγγα εκτροπής Αχελώου ΥHΣ Μουζακίου AνάχωµαΜαυροµατίου Αρδευτικές ανάγκες Κύριοι αρδευτικοί κόµβοι σε Στράτο και Μαυροµάτι (450 και 600 hm 3 αντίστοιχα) Τοπική ζήτηση 4 hm 3 στην Πύλη Περιβαλλοντικοί περιορισµοί Ελάχιστη παροχή περιβαλλοντικής διατήρησης στον Αχελώο 1.5 m 3 /s κατάντη Μεσοχώρας, 5 m 3 /s κατάντη Συκιάς και 21 m 3 /s στις εκβολές Ελάχιστη παροχή κατάντη Πύλης και Μουζακίου 0.15 m 3 /s Επιπλέον 0.35 m 3 /s κατάντη Πύλης για εµπλουτισµό υπόγειου υδροφορέα Αχελώος Α. Ευστρατιάδης, Ν. Ζερβός, Γ. Καραβοκυρός και. Κουτσογιάννης : ΟΥδρονοµέας και η εφαρµογή του σε συστήµατα ταµιευτήρων 10
Εφαρµογή στο υδροσύστηµααχελώου- Θεσσαλίας (2) Εξεταζόµενα σχήµατα έργων Σύστηµαταµιευτήρων Κρεµαστών, Καστρακίου και Στράτου (Α) Σύστηµαταµιευτήρων Μεσοχώρας, Συκιάς, Κρεµαστών, Καστρακίου και Στράτου Χωρίς εκτροπή (Β 1 ) Με εκτροπή 600 hm 3 ετησίως από ταµιευτήρα Συκιάς (Β 2 ) Πλήρες σύστηµααχελώου- Θεσσαλίας µε εκτροπή και αντλιοστροβίλους (Γ) Παρατηρήσεις Υδρολογικά δεδοµένα 34 ετών ιστορικών µετρήσεων (1960-1994) Αντικειµενικός στόχος : Μεγιστοποίηση συνολικής παραγόµενης πρωτεύουσας ενέργειας αιχµής Πρωτεύουσα ενέργεια : ιαθέσιµητο99% τουχρόνουκαιπαραγόµενη εντός της ηµερησίας περιόδου αιχµής (6 ώρες) Υπολογισµός οικονοµικού οφέλους ως αθροίσµατος ενεργειακού και αρδευτικού κέρδους Α. Ευστρατιάδης, Ν. Ζερβός, Γ. Καραβοκυρός και. Κουτσογιάννης : ΟΥδρονοµέας και η εφαρµογή του σε συστήµατα ταµιευτήρων 11
Εφαρµογή στο υδροσύστηµααχελώου- Θεσσαλίας (3) 3000 2500 2000 1500 1000 500 0 50000 45000 40000 35000 30000 25000 20000 15000 10000 5000 0 Μέση ετήσια παραγωγή ενέργειας (GWh) 2855 Πρωτεύουσα ενέργεια 2763 Συνολική ενέργεια 2327 2144 2006 1633 1167 1126 Α Β1 Β2 Γ Σχήµα έργων Μέσο ετήσιο οικονοµικό όφελος (εκατ. δρχ.) 46667 39164 34023 26454 A B1 B2 Γ Σχήµα έργων Αποτελέσµατα Ικανοποίηση καταναλωτικών και περιβαλλοντικών περιορισµών µε πρακτικά µηδενικές αστοχίες Σηµαντική αύξηση ενεργειακής απόδοσης σε σχέση µευφιστάµενο σύστηµα (Α) µεπροσθήκησυκιάςκαι Μεσοχώρας (Β 1 ) Ενεργειακή απόδοση στα επίπεδα του υφιστάµενου συστήµατος (Α) αλλά αύξηση οικονοµικού οφέλους στην περίπτωση εκτροπής από Συκιά (Β 2 ) Κατασκευή ρυθµιστικών έργων Θεσσαλίας (Γ) : ευνοϊκή ως προς το οικονοµικό όφελος και την παραγωγή πρωτεύουσας ενέργειας Α. Ευστρατιάδης, Ν. Ζερβός, Γ. Καραβοκυρός και. Κουτσογιάννης : ΟΥδρονοµέας και η εφαρµογή του σε συστήµατα ταµιευτήρων 12
Συµπεράσµατα Αξιολόγηση του µεθοδολογικού σχήµατος Αποδείχθηκε αποτελεσµατικό για την προσοµοίωση και βελτιστοποίηση πολύπλοκων προβληµάτων διαχείρισης συστηµάτων ταµιευτήρων (π.χ. υδατικό σύστηµααχελώου, το πλέον πολύπλοκο του ελλαδικού χώρου) Τα αποτελέσµατα κρίνονται αξιόπιστα βάσει συγκρίσεων µευφιστάµενες µελέτες Αξιολόγηση του Υδρονοµέα Αντιµετώπιση ευρέος φάσµατος υδροσυστηµάτων Εύκολη προσαρµογή σε διάφορα σενάρια και επιλογές χρήστη Φιλικό περιβάλλον εργασίας Α. Ευστρατιάδης, Ν. Ζερβός, Γ. Καραβοκυρός και. Κουτσογιάννης : ΟΥδρονοµέας και η εφαρµογή του σε συστήµατα ταµιευτήρων 13