Considerații privind utilizarea unui sistem expert de management dinamic al resurselor energetice regenerabile în condiții de incertitudine
Considerații privind utilizarea unui sistem expert de management dinamic al resurselor energetice regenerabile în condiții de incertitudine
ION ANTONESCU
Lucrarea prezintă factorii de incertitudine care apar în domeniul energiilor regenerabile și influența lor asupra procesului decizional în cadrul unui management dinamic, specific acestui domeniu. Este prezentată utilizarea unui sistem expert pentru luarea deciziilor în condiții de incertitudine, utilizând logica fuzzy, pentru realizarea unui studiu comparativ privind alegerea unui anumit tip de generator de energie regenerabilă în condițiile specifice pentru Iași și Constanța.
The paper presents the uncertainty factors arising in the renewable energy domain and their influence on decision making and dynamic management in this field. The use of an expert system for decision making in uncertainty conditions using fuzzy logic is emphasised by presenting a comparative study on choosing a certain type of renewable energy generator in Iași and Constanța.
1. Introducere
Energia este în prezent cea mai mare piață la scară globală. Ea ocupă o pondere importantă în economia României, așa cum se putem vedea din fig. 1 [1]. Variația anuală a producției totale anuale de energie din România o prezentăm în fig. 2 [2].
România este de asemenea un consumator important de energie. În fig. 3 prezentăm distribuția consumului final de energie pe ramuri de activitate [1], iar în fig.4 consumul intern brut pe tipuri de combustibili. Sursele clasice de energie, cum ar fi combustibilii fosili sau nucleari, sunt în curs de epuizare și au o distribuție inegală la nivel global. Prin urmare este de așteptat o creștere a prețurilor acestor combustibili, instabilitatea politică globală fiind un motiv în plus pentru acest lucru.
Producția de energie din surse clasice este de asemenea responsabilă pentru probleme grave de mediu, cum ar fi emisiile poluante și de gazele cu efect de seră. Prezentăm variația emisiilor anuale totale de gaze de seră, incluzând sau nu utilizarea terenurilor, schimbarea utilității terenurilor și silvicultura (LULUCF) pentru România în fig. 5.
Aceste probleme pot fi rezolvate prin utilizarea surselor regenerabile de energie și prin măsuri de conservare a energiei. Sursele regenerabile de energie sunt cele care se autorefac după folosire, fiind practic inepuizabile. Sursele regenerabile de energie nu reprezintă un procent semnificativ al surselor de energie folosite în prezent [3], dar utilizarea lor este de așteptat să crească, deoarece acestea sunt, de obicei, mai ecologice decât sursele de energie clasice.
La nivel global sunt disponibile următoarele surse regenerabile de energie (cu puterile instalabile aferente) [4]:
• Energie solară – 20000 TW (din care aproximativ 100 TW utilizabili);
• Biomasă – 60 TW;
• Energie eoliană – 5-10 TW;
• Energie hidroelectrică – 5 TW;
• Energia valurilor – 3 TW;
• Energia mareelor – 2 TW.
În prezent, în România, ponderea energiei electrice produsă din surse regenerabile este de aproximativ 30%, așa cum putem vedea din fig. 6.
Gestionarea surselor de energie regenerabilă implică diferite tipuri de incertitudine și risc [5]:
• Incertitudinea și riscul de construcție și testare, implicând pagube în timpul construcției sau testării unei noi centrale.
• Incertitudinea în domeniul afacerilor (strategică), care afectează viabilitatea afacerii, de exemplu, din cauza uzurii morale care decurge din apariția unor tehnologii noi concurente.
• Incertitudine și risc financiar datorate accesului la capital.
• Incertitudinea și riscul legate de piață prin variațiile de preț ale echipamentelor și a altor intrări sau a energiei vândute.
• Incertitudinea și riscul operaționale, ca urmare a închiderii neplanificate a centralelor, din cauza indisponibilității resurselor, deteriorării centralelor sau defectării unor componente.
• Incertitudinea și riscul politice (de reglementare), ca urmare a modificării politicilor publice, de exemplu, politica de subvenții care afectează profitabilitatea unei centrale.
• Incertitudinea și riscul de mediu, care presupun o creștere sau scădere a volumului de energie produsă din cauza abundenței sau lipsei resurselor regenerabile de energie, sau care implică daune aduse mediului.
Managementul energiei din surse regenerabile ar trebui să fie un management dinamic [6], care este un sistem de management în condiții de incertitudine și risc, care așteaptă ca atât metodele cât și obiectivele sale să se schimbe, nu neapărat într-un mod previzibil. În managementul dinamic schimbarea este de așteptat în ambele sensuri:
• Schimbarea obiectivelor sistemului ar trebui să fie previzibilă;
• Schimbarea obiectivelor sistemului ar trebui să fie de dorit, deoarece obiective care sunt statice pentru o perioadă lungă de timp implică faptul că nimic nu mai trebuie să se facă sau să fie de învățat despre acestea.
Managementul dinamic se aplică la fiecare nivel al unei organizații, de la managementul de vârf până la angajații individuali.
Obiectivele unui management dinamic nu pot fi atinse fără utilizarea soluțiilor IT. Există două clase de aplicații care pot sprijini procesul de luare a deciziilor în condiții de incertitudine și risc:
• Sisteme de suport decizional sau DSS (Decision Support Systems –engl.);
• Sisteme expert sau sisteme bazate pe cunoaștere.
2. Factori de incertitudine pentru generatoarele de energie regenerabilă
Am dezvoltat un sistem expert pentru alegerea unei variante optime de generator de energie regenerabilă în funcție de mai multe criterii, în condiții de incertitudine. Cele trei tipuri de generatoare comparate au fost: turbinele eoliene, panourile solare fotovoltaice și pompele de căldură.
Am folosit trei criterii de comparație: prețul specific, în Euro/W, producția anuală estimată de energie specific, în KWh/W.an, și timpul de amortizare a investițiilor estimate, în ani.
Ca exemplu, am realizat un studiu comparativ între Iași și Constanța.
Toate criteriile de mai sus pot fi influențate de o serie de factori de incertitudine pe care îi discutăm mai jos:
Prețul energiei electrice din România este aproximativ la jumătate față de prețul mediu din Uniunea Europeană [2] (a se vedea fig. 7), și este de așteptat să crească, deoarece firmele de distribuție fac lobby pentru aceasta. Acest lucru poate avea un impact pozitiv pentru generatoarele eoliene și fotovoltaice care produc energie electrică, dar are un impact negativ asupra pompelor de căldură care consumă o anumită cantitate de curent electric.
Poziția geografică este de asemenea un factor de incertitudine pentru fiecare dintre cele trei tipuri de generatoare implicate. Datele de mediu pot fi obținute din baze de date internaționale, precum RETScreen International [7], sau de la stațiile meteorologice locale.
În figura 8 prezentăm o comparație a variației lunare a vitezei vântului pentru Iași și Constanța, care este un parametru esențial pentru producția de energie a turbinelor eoliene.
În figura 9 prezentăm o comparație a variației lunare a radiației solare medii zilnice pentru Iași și Constanța, care este un parametru decisiv pentru panouri fotovoltaice.
În figura 10 prezentăm o comparație a mediei lunare de grade-zile de încălzire necesare pentru Iași și Constanța, iar în figura 11 o comparație a mediei lunare de grade-zile de răcire necesare pentru Iași și Constanța. Aceștia sunt parametri cheie pentru estimarea energiei produse pentru încălzire sau răcire de către o pompă de căldură.
Parametrii prezentați mai sus sunt valori medii de-a lungul unui an, dar trebuie să se țină cont de faptul că sunt posibile variații mari de la aceste valori medii, așa cum se poate vedea din datele pentru temperatură de la Berkeley Project Earth [8]. În figura 12 se prezintă incertitudinea temperaturii aerului pentru Iași (a) și Constanța (b).