Συμβολή στη διαχείριση ενέργειας στον κλάδο του χάλυβα με τη χρήση μοντέλων βελτιστοποίησης.

Abstract

Σκοπός της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η ανάπτυξη ενός μαθηματικού μοντέλου μικτού-ακέραιου γραμμικού προγραμματισμού (MILP), μέσω του οποίου βελτιστοποιείται η διαχείριση ενέργειας της βιομηχανίας παραγωγής χάλυβα Daewoo Steel Co. Ltd στη Νότια Κορέα, που λαμβάνεται ως μελέτη περίπτωσης. Αντικειμενικός στόχος της συγκεκριμένης μελέτης είναι η διαμόρφωση του βέλτιστου ενεργειακού μίγματος, μέσω του οποίου μεγιστοποιούνται τα έσοδα της βιομηχανίας, καλύπτοντας ταυτόχρονα τις ενεργειακές της απαιτήσεις. Ως πιθανές πηγές ενέργειας ορίζονται ο άνθρακας, το φυσικό αέριο, η ηλιακή και αιολική ενέργεια, ενώ λαμβάνεται υπόψη και η δυνατότητα πώλησης της πλεονάζουσας ενέργειας στο τοπικό δίκτυο. Αρχικά, έλαβε χώρα η βιβλιογραφική ανασκόπηση γύρω από τον κλάδο του χάλυβα, αναφέροντας οικονομικά, ενεργειακά και περιβαλλοντικά στοιχεία, καθώς και αντίστοιχα μαθηματικά μοντέλα που έχουν αναπτυχθεί. Στη συνέχεια, συλλέχθηκαν και επεξεργάστηκαν τα απαραίτητα δεδομένα που σχετίζονται με την ενεργειακή κατανάλωση της βιομηχανίας και τη δυναμικότητα ΑΠΕ στην περιοχή που αυτή βρίσκεται. Ακολούθησε η ανάπτυξη του μοντέλου (μεταβλητές απόφασης, αντικειμενική συνάρτηση, περιορισμοί) και η μετατροπή του σε κώδικα Python. Κατά την επίλυση του μοντέλου, εξετάστηκαν 4 διαφορετικά σενάρια. Στο αρχικό σενάριο (21,65% άνθρακας, 58,35% φυσικό αέριο, 2,22% ηλιακή ενέργεια, 17,78% αιολική ενέργεια) τα έσοδα της βιομηχανίας ήταν 101.353,29 €. Στο δεύτερο σενάριο (27,86% άνθρακας, 37,5% φυσικό αέριο, 3,84% ηλιακή ενέργεια, 30,8% αιολική ενέργεια), προστέθηκαν επιπλέον περιορισμοί για τη χρήση άνθρακα και φυσικού αερίου και τα έσοδα της βιομηχανίας ανήλθαν σε 2.220,30€. Στο τρίτο σενάριο (38,63% άνθρακας, 13,36% φυσικό αέριο, 5,32% ηλιακή ενέργεια, 42,69% αιολική ενέργεια) εξετάστηκε η κάλυψη των αναγκών της χαλυβουργίας μόνο από συμβατικά καύσιμα και προέκυψαν ζημίες ίσες με 31.975,67 €. Ως τελευταίο σενάριο μελετήθηκε η περίπτωση μετατροπής του μοντέλου από MILP σε απλού γραμμικού προγραμματισμού, αφαιρώντας όλες τις δυαδικές μεταβλητές από το αρχικό μοντέλο. Τα αποτελέσματα αυτού του σεναρίου είναι παρόμοια με του αρχικού, λόγω της φύσης των περιορισμών που ορίστηκαν. Τέλος, σε κάθε σενάριο έλαβε χώρα η ανάλυση ευαισθησίας ως προς το πως μεταβάλλονται το ενεργειακό μίγμα και τα έσοδα, όταν αλλάζουν οι διάφοροι παράμετροι του μοντέλου.