Abstract
Microgrids are promising in reducing energy consumption and carbon emissions, compared with the current centralised energy generation systems. Smart homes are becoming popular for their lower energy cost and provision of comfort. Flexible energy-consuming household tasks can be scheduled co-ordinately among multiple smart homes to reduce economic cost and CO2. However, the electricity tariff is not always positively correlated with CO2 intensity. In this work, a mixed integer linear programming (MILP) model is proposed to schedule the energy consumption within smart homes using a microgrid system. The daily power consumption tasks are scheduled by coupling environmental and economic sustainability in a multi-objective optimisation with ε-constraint method. The two conflicting objectives are to minimise the daily energy cost and CO2 emissions. Distributed energy resources (DER) operation and electricity-consumption household tasks are scheduled based on electricity tariff, CO2 intensity and electricity task time window. The proposed model is implemented on a smart building of 30 homes under three different price schemes. Electricity tariff and CO2 intensity profiles of the UK are employed for the case study. The Pareto curves for cost and CO2 emissions present the trade-off between the two conflicting objectives
چکیده
ریزشبکه ها، فناوری‌های قابل‌اطمینانی از نظر کاهش مصرف انرژی و نیز انتشار کربن، در مقایسه با سیستم‌های تولید انرژی متمرکز فعلی هستند. خانه‌های هوشمند به خاطر هزینه‌های انرژی کم و آسایشی که برای مصرف‌کننده به دنبال دارد، بسیار مرسوم شده‌اند. تجهیزات مصرف‌کننده انرژی انعطاف‌پذیر در خانه‌های مسکونی می‌تواند به صورت هماهنگ میان خانه‌های هوشمند برنامه‌ریزی شود تا هزینه اقتصادی و نیز هزینه‌های انتشار CO2 کاهش یابد. اما، تعرفه برق همیشه دارای رابطه مستقیم با شدت انتشار CO2 نمی‌باشد. در این تحقیق، یک مدل برنامه‌ریزی خطی مختلط صحیح (MILP) برای برنامه‌ریزی مصرف انرژی در خانه‌های هوشمند با استفاده از یک سیستم ریزشبکه پیشنهاد شده است. مصرف روزانه توان با ترکیب مسائل اقتصادی و زیست‌محیطی در یک مسئله بهینه‌سازی چند منظور با روش قید ε حل شده است. دو هدف متضاد در این مسئله مینیمم سازی هزینه روزانه انرژی و انتشار CO2 می‌باشند. بهره‌برداری از منابع انرژی پراکنده (DER) برای مصرف‌کننده‌های خانگی می‌بایست بر اساس تعرفه برق، شدت CO2 و پنجره زمانی مدیریت برق، برنامه‌ریزی شوند. مدل پیشنهادی روی یک ساختمان هوشمند شامل 30 خانه تحت سه الگوی قیمت مختلف پیاده‌سازی شده است. تعرفه برق و نیز پروفیل‌های شدت CO2 در UK (بریتانیا) به‌عنوان مطالعه موردی استفاده شده‌اند. منحنی‌های پارتو برای هزینه و انتشار CO2 مصالحه‌ای را بین دو هدف متضاد نشان می‌دهد.
1-مقدمه
به خاطر مصرف سوخت‌های فسیلی و گرم شدن زمین، قیمت انرژی و کاهش آلایندگی، به دو مسئله عمومی بدل شده‌اند. برنامه تغییر اقلیم UK به‌عنوان مثال، با هدف کاهش 80% انتشار کربن تا سال 2050 بر اساس اقدامات تغییر اقلیم سال 2008 برنامه‌ریزی شده است. در عمل، در UK، بخش انرژی مسئول بیشترین تولید گازهای گلخانه‌ای در جو است (یعنی 30%). در حال حاضر، سیستم‌های تغذیه برق در اصل بر اساس واحدهای بزرگ عمل می‌کنند که از سوخت‌های فسیلی متداول استفاده کرده و در مکان‌های مرکزی فعال هستند. توان در ادامه از طریق شبکه‌های توزیع و انتقال به مصرف‌کننده نهایی می‌رسد. سیستم‌های متمرکز تلفات انرژی کلی برابر 65% یا بیشتر را نشان می‌دهد که شامل تلفات در شبکه‌های تولید، توزیع و انتقال است. سیستم‌های ریزشبکه به‌عنوان جایگزینی برای سیستم‌های تولید انرژی متمرکز فعلی مطرح می‌شوند به این خاطر که مزایای اقتصادی متعددی را به‌واسطه جلوگیری از ارسال در فواصل طولانی، فراهم می‌کنند. علاوه بر این، مزایای زیست‌محیطی نیز با استفاده از منابع انرژی پراکنده (DER) به صورت ترکیبی با ریزشبکه ها فراهم می‌شود که امکان تولید حجم کمتری از گازهای آلاینده را فراهم می‌کند. در کنار منابع انرژی تجدید پذیر، ژنراتورهای تولید همزمان برق و حرارت (CHP) در ریزشبکه ها به‌واسطه بازدهی بالا که حاصل از استفاده از گرمای تلف شده در تولید انرژی است، استفاده می‌شوند. پیاده‌سازی سیستم‌های CHP ی میکرو در UK می‌تواند انتشار CO2 را تا 2.1 تن در هر سال به ازای هر خانه مسکونی در مقایسه با بویلرهای بخار آب کم کرده و نیز بر اساس گزار سازمان انرژی و تغییرات اقلیمی (DECC)، میزان برق عبوری از شبکه نیز کم می‌شود. ضمناً، امنیت و قابلیت اطمینان شبکه نیز تحت تأثیر ارتباطات و نیز کنترل هماهنگ سیستم قرار می‌گیرد....