Προώθηση της ενεργειακής απόδοσης στο σπίτι με τη χρήση εξελικτικών αλγορίθμων
Η ενέργεια είναι ένα σημαντικό στοιχείο της σημερινής κοινωνίας της οποίας η ζήτηση έχει αυξηθεί τα τελευταία χρόνια με την αύξηση του πληθυσμού και την οικονομική ανάπτυξη, μεταξύ άλλων ζητημάτων, τα οποία μπορούν να θέσουν σε κίνδυνο τις διάφορες δεσμεύσεις που αναλήφθηκαν για τη μείωση των εκπομπών αερίων του θερμοκηπίου (GEE). Η μείωση της κατανάλωσης ενέργειας είναι, επομένως, απαραίτητη για την επίτευξη βιωσιμότητας, με τα κτίρια να αντιπροσωπεύουν περίπου το 30-45 τοις εκατό της τελικής ενέργειας που καταναλώνεται στις περισσότερες χώρες, αντιπροσωπεύοντας μια ευκαιρία για αύξηση της ενεργειακής απόδοσης (Santos et al, 2018).
Τα τελευταία χρόνια, έγιναν κάποιες βελτιώσεις όσον αφορά τις ηλεκτρικές οικιακές συσκευές με τη θέσπιση μέτρων, όπως η Ευρωπαϊκή Οδηγία 2010/30/ΕΕ και, πιο πρόσφατα, ο Κανονισμός (ΕΕ) 2017/1369 της 4ης Ιουλίου 2017 του Ευρωπαϊκού Κοινοβουλίου και του το Συμβούλιο, το οποίο καθιέρωσε την υποχρεωτική επισήμανση ταξινομώντας αυτές τις συσκευές ανάλογα με την κατανάλωσή τους καθώς και άλλα θέματα, προωθώντας τη μείωση του κόστους των ενεργειακών υπηρεσιών και τις ισοδύναμες εκπομπές CO2. Στο Σχήμα 1, παρουσιάζουμε ένα παράδειγμα ενεργειακής ετικέτας σχετικά με μια συσκευή πλυντηρίου ρούχων.
Αυτό σχετίζεται με την ενημέρωση του καταναλωτή για σημαντικά ζητήματα, ειδικά για κάθε συσκευή (π.χ. κατανάλωση ενέργειας, θόρυβος, χωρητικότητα σε λίτρα (ψυγείο), χωρητικότητα ρούχων (πλυντήριο ρούχων), μεταξύ άλλων), προωθώντας την αποτελεσματική χρήση κάθε συσκευής προσαρμοσμένη στον καταναλωτή ανάγκες.
Εκτός από την ενδεχόμενη ύπαρξη αντιστάθμισης μεταξύ της αρχικής επένδυσης και της κατανάλωσης ηλεκτρικής ενέργειας κατά τη χρήση του κύκλου ζωής της συσκευής, όλες αυτές οι διαθέσιμες πληροφορίες οδηγούν σε διάφορους συμβιβασμούς, οι οποίοι φέρνουν ορισμένες δυσκολίες σχετικά με την επιλογή που πρέπει να πραγματοποιηθεί για να αποκτήστε την καλύτερη συσκευή που ταιριάζει στις ανάγκες του καταναλωτή. Αυτές οι ανάγκες μπορούν να υποστηριχθούν από ορισμένα κριτήρια και μπορεί να εξαρτώνται από ζητήματα όπως ο αριθμός των επιβατών, η χωρητικότητα του κλιματιστικού (όταν εφαρμόζεται) κ.λπ. Ένα παράδειγμα τέτοιων κριτηρίων που υιοθετήθηκαν παρουσιάζεται στον Πίνακα 1, λαμβάνοντας υπόψη 4 επιβάτες.
Με βάση όσα αναφέρθηκαν προηγουμένως και δεδομένων των πολλών επιλογών που διατίθενται στην αγορά, είναι δύσκολο να αναλυθεί η καλύτερη λύση που πρέπει να υιοθετηθεί για να ικανοποιηθούν οι ατομικές ανάγκες κάθε καταναλωτή. Το πρόβλημα αυξάνεται όταν γνωρίζουμε ότι κάθε συσκευή έχει τα δικά της ξεχωριστά χαρακτηριστικά, τα οποία διαφέρουν ανάλογα με τη μάρκα και το μοντέλο προς αγορά, καθιστώντας τη σχέση κόστους-οφέλους πολύ διαφορετική, καθιστώντας μερικές φορές δύσκολη την ανάλυση, δεδομένων των διαφορετικών κύκλων ζωής του εξοπλισμού και της κατανάλωσης ενέργειας, μεταξύ άλλων ζητήματα.
Υπό αυτή την έννοια, και δεδομένων των διαφορετικών επιλογών που διατίθενται στην αγορά όσον αφορά τη διάσταση, ο αριθμός των πιθανών συνδυασμών θα μπορούσε να είναι σημαντικά μεγαλύτερος με την αύξηση του αριθμού των διαστάσεων που λαμβάνονται υπόψη για το πρόβλημα (π.χ. φωτισμός, στεγνωτήρια ρούχων, ηλεκτρικοί φούρνοι κ.λπ. ), καθώς και τον αριθμό των επιλογών/διάστασης που διατίθενται στην αγορά, με αποτέλεσμα να υπάρχουν αρκετοί συμβιβασμούς μεταξύ τους. Επομένως, εάν λάβουμε υπόψη έναν καταναλωτή που επιθυμεί να αποκτήσει διαφορετικούς τύπους οικιακών συσκευών, θα πρέπει να αντιμετωπίσει ένα πρόβλημα συνδυαστικής φύσης (Εικόνα 2), το οποίο μπορεί να αντιμετωπιστεί με τη χρήση τεχνικών βελτιστοποίησης.
Σε συνδυασμό με τα κριτήρια που αναφέρθηκαν προηγουμένως, θα οδηγήσει σε μια προσέγγιση (η οποία αυτή τη στιγμή αναπτύσσεται) που επιτρέπει στις αποφάσεις του καταναλωτή να υποστηρίζονται από βιώσιμες λύσεις που ενσωματώνουν οικονομικές, κοινωνικές και περιβαλλοντικές ανησυχίες, οι οποίες θα είναι οι διαστάσεις που πρέπει να μεγιστοποιηθούν , προκειμένου να βελτιωθεί η συνολική ευημερία του καταναλωτή. Στο Σχήμα 3, παρουσιάζουμε μια προσέγγιση που επιτρέπει στον καταναλωτή να λάβει ενεργειακά αποδοτικές λύσεις από την αγορά μεγιστοποιώντας την οικονομική διάσταση.
Σύμφωνα με το Σχήμα 3, πραγματοποιήθηκε μια προεπιλογή ενός συνόλου συσκευών σύμφωνα με τις ενεργειακές υπηρεσίες που χρειάζεται ο καταναλωτής, καθώς και τα κριτήρια που καθορίστηκαν σύμφωνα με τις ατομικές ανάγκες του καταναλωτή. Επιπλέον, για κάθε πιθανή λύση/επιλογή, υπολογίσαμε την αντίστοιχη εξοικονόμηση (κατανάλωση και αρχική επένδυση) όσον αφορά τον κύκλο ζωής της συσκευής, η οποία συνδέεται με τη φάση χρήσης του καταναλωτή καθώς και με το προφίλ χρήσης της. Στον Πίνακα 2, εξετάσαμε ένα παράδειγμα σχετικά με τη μελέτη περίπτωσης που εξετάζεται εδώ.
Επιτυγχάνοντας την αντίστοιχη εξοικονόμηση που σχετίζεται με κάθε επιλογή και για κάθε εξεταζόμενη ενεργειακή υπηρεσία, η βελτιστοποίηση πραγματοποιείται στη συνέχεια χρησιμοποιώντας εξελικτικούς αλγόριθμους. Η εκτελεσθείσα βελτιστοποίηση θεωρεί τον διαθέσιμο προϋπολογισμό του καταναλωτή ως περιορισμό που πρέπει να συμπεριληφθεί, καθώς κάθε βέλτιστη λύση που πρέπει να επιτευχθεί συγκρίνεται με κάθε ενεργειακή υπηρεσία που χρειάζεται ο καταναλωτής, αν και γνωρίζοντας ότι υπάρχει περιορισμένος προϋπολογισμός για την απόκτησή τους. Στον Πίνακα 3, παρουσιάζουμε ένα παράδειγμα μιας εφικτής λύσης που λήφθηκε από GA (εξετάστηκε η χρήση ενός σεναρίου περιορισμού προϋπολογισμού 2600 ευρώ). Παρουσιάζεται επίσης η εξοικονόμηση εκπομπών CO2 όσον αφορά την επιλογή της αποδοτικής λύσης σε σύγκριση με την τυπική (αναποτελεσματική) (τιμές κατά προσέγγιση).
Ένας συντελεστής εκπομπής χρησιμοποιήθηκε ως δείκτης αποτυπώματος άνθρακα για τον υπολογισμό της εξοικονόμησης CO2. Σύμφωνα με τον Πίνακα VIII, εάν ο καταναλωτής επιλέξει την αποτελεσματική λύση, μπορεί να εξοικονομήσει έως και 1726,16 € (2100,82 -374,66 €), συμβάλλοντας έτσι σε μείωση περίπου 1457,97 kg CO2 για χρονικό ορίζοντα 10 χρόνια, σύμφωνα με τον κύκλο ζωής που εξετάζεται σε αυτήν την εργασία.
Το επόμενο βήμα σε αυτή την προσέγγιση είναι να ενσωματωθούν οι υπόλοιπες διαστάσεις της αειφορίας (περιβαλλοντικές και κοινωνικές), οι οποίες αναπτύσσονται επί του παρόντος. Ωστόσο, μεγιστοποιώντας την οικονομική εξοικονόμηση (όσον αφορά κάθε ενεργειακή υπηρεσία που πρέπει να ληφθεί υπόψη) κατέστη δυνατό να μειωθεί η κατανάλωση ενέργειας καθώς και οι εκπομπές CO2, προωθώντας την ενεργειακή απόδοση όσον αφορά κάθε βέλτιστη λύση που επιτυγχάνεται και λαμβάνοντας ταυτόχρονα υπόψη τις ανάγκες του καταναλωτή, συμπεριλαμβανομένων των διαθέσιμος προϋπολογισμός του καταναλωτή.
Συμπερασματικά, παρουσιάσαμε μια προκαταρκτική προσέγγιση για την παροχή βιώσιμων λύσεων (ηλεκτρικές οικιακές συσκευές) από την αγορά σε έναν οικιακό καταναλωτή, ικανοποιώντας και τις δύο διαφορετικές ανάγκες προεπιλεγμένες σύμφωνα με ένα σύνολο συγκεκριμένων κριτηρίων για κάθε τύπο ενεργειακής υπηρεσίας/ηλεκτρικής συσκευής που πρέπει να που αποκτάται από τον καταναλωτή. Αυτή η προσέγγιση, και σε αυτό το στάδιο ανάπτυξης, μας επιτρέπει να προωθήσουμε την ενεργειακή απόδοση παρέχοντας στον καταναλωτή λύσεις από την αγορά που επιτρέπουν την επίτευξη όχι μόνο εξοικονόμησης ενέργειας, αλλά και εξοικονόμησης CO2 κατά τη διάρκεια του κύκλου ζωής της συσκευής (φάση χρήσης).
Η αξιοπιστία της χρήσης των Εξελικτικών Αλγορίθμων (Γενετικοί Αλγόριθμοι) σε αυτή την προσέγγιση αξιολογήθηκε σε προηγούμενη εργασία και η εφαρμογή της σχετίζεται με μερικά από τα κύρια πλεονεκτήματά τους, τα οποία, σε αυτήν την περίπτωση, είναι η δυνατότητα παροχής πολλών και διαφορετικών βέλτιστων λύσεων στον καταναλωτή. καθώς και τον μειωμένο χρόνο υπολογισμού του.
Άλλες διαστάσεις θα μπορούσαν να διερευνηθούν σε περαιτέρω εργασία, όπως ο ηλεκτρονικός εξοπλισμός ή ακόμη και μια μελλοντική εφαρμογή που θα εφαρμοστεί σε ένα βιομηχανικό πλαίσιο, που θα μπορούσε να προωθήσει την κατανάλωση ενέργειας, τις επενδύσεις και την εξοικονόμηση CO2 από ένα σύνολο αποτελεσματικού εξοπλισμού.
Αναφορά:
- Ricardo S. Santos, J.C.O. Matias, Antonio Abreu, Francisco Reis, Εξελικτικοί αλγόριθμοι για τη μείωση της κατανάλωσης ενέργειας στα κτίρια:Μια προσέγγιση για την παροχή έξυπνων και αποδοτικών επιλογών, λαμβάνοντας υπόψη το φαινόμενο ανάκαμψης, Computers &Industrial Engineering, Τόμος 126, 2018, Σελίδες 729-755, ISSN-835 , https://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S0360835218304662. https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0360835218304662
