Ολοκληρωμένη μεθοδολογία υποστήριξης αποφάσεων ηλεκτροπαραγωγικού σχεδιασμού με χρήση εργαλείων ανοιχτού κώδικα

Abstract

This PhD dissertation delves into the development of an integrated methodology for power generation planning decision support. Its aim is to support power generation planning makers, on the one hand, in taking comprehensive decisions, and on the other hand, in dealing with the inherent uncertainty and countervailing nature, of this kind of exercise. Moreover, it intends to introduce new —more qualitative and holistic— aspects in electricity planning formulation, such as the ones of timing (“when”) and speed (“how fast”). The added value of this doctoral thesis is related to the broad field of operational research and, in particular, the one of power generation planning decision support. The thorough identification of the inspected problem’s aspects and their interrelations, inspired the selection of the appropriate open-source tools, and the development of a series of procedures regarding their parametrization and linkage. More particularly, the key contribution axes of this PhD dissertation are as follows: •OSeMOSYS-Greece, an open-source dynamic model for (medium-)long-term Greece’s power generation planning optimization, was developed. This model enables the simulation of power generation scenarios of interest, and —subsequently— the estimation of their implications on the whole range of dimensions that pertain to power generation. •GTAP-Greece, an open-source global macroeconomic general equilibrium model, with a focus on Greek economy, was developed. This model was efficiently linked to OSeMOSYS-Greece, thereby enabling the evaluation of the macroeconomic and social footprint of the inspected power generation policy scenarios, and —subsequently— the address of economy wide questions. •ReReVITO (“Regret Regret VIKOR TOPSIS”), a multicriteria decision support methodological framework, that enables the identification of the power generation policy scenario that best serves the preferences of policymakers, in the light of uncertainty, was developed. The uncertainty is handled through the quantification of decision makers’ regrets, based on the "group utility” and “maximum regret” measures. The evaluation of the inspected power generation scenarios against the performance criteria, is conducted by applying both the VIKOR and TOPSIS multicriteria methods, thereby enabling results’ classification with respect to decision maker’s profile against uncertainty. •An integrated, robust, transparent and rigorous methodology for the parametrization, handling, linkage and exploitation of the above tools was developed, with a view to formulating and evaluating power generation planning, under uncertainty conditions. •Τhe methodology and tools developed were applied to two case studies for the Greek power sector, with a view to extracting crucial knowledge and lessons for energy policy makers. The conducted applications comprise, on the one hand, the evaluation of the macroeconomic and social footprint of a fast delignitization, and on the other hand, the identification of the appropriate speed of green hydrogen’s diffusion. Based on the results arisen, a crystallization of the real policy dilemmas and stakes of alternative decisions, for the Greek government, was attempted.

Αντικείμενο της παρούσας διδακτορικής διατριβής αποτελεί η ανάπτυξη μίας ολοκληρωμένης μεθοδολογίας υποστήριξης αποφάσεων ηλεκτροπαραγωγικού σχεδιασμού. Ο στόχος της διατριβής εδράζεται στην υποστήριξη των διαμορφωτών ηλεκτροπαραγωγικού σχεδιασμού, αφενός, στη λήψη εμπεριστατωμένων αποφάσεων, και αφετέρου, στη διαχείριση της εγγενούς αβεβαιότητας και αντισταθμιστικότητας αυτού του είδους της άσκησης. Ο έτερος στόχος της διατριβής, συνίσταται στην εισαγωγή νέων —ποιοτικότερων και ολιστικότερων— εννοιών στην κατάστρωση ηλεκτροπαραγωγικού σχεδιασμού, όπως αυτή του χρονισμού («πότε») και της ταχύτητας («πόσο γρήγορα»). Η συμβολή της παρούσας διδακτορικής διατριβής, αφορά το ευρύτερο επιστημονικό πεδίο της επιχειρησιακής έρευνας και συγκεκριμένα αυτό της υποστήριξης αποφάσεων ηλεκτροπαραγωγικού σχεδιασμού. Η διεξοδική αναγνώριση όλων των διαστάσεων του αξιολογούμενου προβλήματος και των μεταξύ τους αλληλεπιδράσεων, ενέπνευσε την επιλογή των κατάλληλων εργαλείων «ανοιχτού κώδικα», όπως και την ανάπτυξη μίας σειράς διαδικασιών αναφορικά με τη ρύθμιση και διασύνδεσή τους. Πιο συγκεκριμένα, οι κύριοι άξονες συνεισφοράς της διατριβής είναι οι ακόλουθοι: •Αναπτύχθηκε το OSeMOSYS-Ελλάδας, ένα «ανοιχτού κώδικα» δυναμικό μοντέλο βελτιστοποίησης του (μεσο-) μακρο-πρόθεσμου προγραμματισμού της ηλεκτροπαραγωγής της Ελλάδας. Το εν λόγω μοντέλο, επιτρέπει την προσομοίωση των ηλεκτροπαραγωγικών σεναρίων ενδιαφέροντος και —συνεπακόλουθα— τον υπολογισμό των προεκτάσεών τους, επί του συνολικού εύρους των διαστάσεων που άπτονται της ηλεκτροπαραγωγής. •Αναπτύχθηκε το GTAP-Ελλάδας, ένα «ανοιχτού κώδικα» παγκόσμιο μακροοικονομικό μοντέλο «γενικής ισορροπίας», με εστίαση στην ελληνική οικονομία. Το εν λόγω μοντέλο, διασυνδέθηκε αποδοτικά με το OSeMOSYS-Ελλάδας, επιτρέποντας —κατ’ αυτό τον τρόπο— την αξιολόγηση του μακροοικονομικού και κοινωνικού αποτυπώματος των εξεταζόμενων ηλεκτροπαραγωγικών σεναρίων πολιτικής, και συνεπαγόμενα την απάντηση ερωτήσεων που αφορούν σε ολόκληρη την οικονομία. •Αναπτύχθηκε το ReReVITO (“Regret Regret VIKOR TOPSIS”), ένα πολυκριτηριακό μεθοδολογικό πλαίσιο υποστήριξης αποφάσεων, το οποίο επιτρέπει τον εντοπισμό του ηλεκτροπαραγωγικού σεναρίου πολιτικής που ικανοποιεί καλύτερα τους σκοπούς των αποφασιζόντων, υπό το πρίσμα αβεβαιότητας. Η αβεβαιότητα διαχειρίζεται μέσω της ποσοτικοποίησης των «βαθμών-δυσαρέσκειας» των αποφασιζόντων, με βάση τα μέτρα «συνολικής χρησιμότητας» και «μέγιστης δυσαρέσκειας». Η αξιολόγηση των ηλεκτροπαραγωγικών σεναρίων επί των κριτηρίων επίδοσης, πραγματοποιείται μέσω της εφαρμογής των πολυκριτήριων μεθόδων VIKOR και TOPSIS, επιτρέποντας —κατ’ αυτόν τον τρόπο— την κατηγοριοποίηση των αποτελεσμάτων με βάση το προφίλ του αποφασίζοντα έναντι του κινδύνου. •Αναπτύχθηκε μία ολοκληρωμένη, ευσταθής, διαφανής και ευέλικτη μεθοδολογία αναφορικά με την παραμετροποίηση, διαχείριση, διασύνδεση, και αξιοποίηση των παραπάνω εργαλείων, με γνώμονα τη διαμόρφωση και αξιολόγηση του ηλεκτροπαραγωγικού σχεδιασμού, υπό συνθήκες αβεβαιότητας. •Η μεθοδολογία και τα εργαλεία που αναπτύχθηκαν εφαρμόστηκαν σε δύο μελέτες περίπτωσης για το ελληνικό ηλεκτροπαραγωγικό σύστημα, με γνώμονα την εξαγωγή καίριας γνώσης και διδαγμάτων για τους σχεδιαστές ενεργειακής πολιτικής. Oι υλοποιηθείσες εφαρμογές συνίστανται, αφενός, στην αξιολόγηση του μακροοικονομικού και κοινωνικού αποτυπώματος μίας ταχείας «απολιγνιτοποίησης», και, αφετέρου, στον εντοπισμό της κατάλληλης ταχύτητας διάχυσης του πράσινου υδρογόνου. Με βάση τα προκύπτοντα αποτελέσματα, επιχειρήθηκε μία αποκρυστάλλωση των πραγματικών διλημμάτων πολιτικής και των διακυβευμάτων των εναλλακτικών αποφάσεων, για την ελληνική κυβέρνηση.