Τόπος:
Σύνδεσμος τηλεδιάσκεψης
Έναρξη: 21/01/2026 12:00
Λήξη: 21/01/2026 13:00
ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ ΚΡΗΤΗΣ
ΣΧΟΛΗ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ ΚΑΙ ΔΙΟΙΚΗΣΗΣ
Ονοματεπώνυμο: Μανόλης Ντουντουνάκης
Αριθμός Μητρώου: 2012019059
Θέμα
Τίτλος στα Ελληνικά: ΒΕΛΤΙΣΤΗ ΔΙΑΧΕΙΡΙΣΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΣΕ ΛΙΜΑΝΙΑ ΜΕ ΠΕΡΙΟΡΙΣΜΟ ΤΩΝ ΕΚΠΟΜΠΩΝ ΑΕΡΙΩΝ ΤΟΥ ΘΕΡΜΟΚΗΠΙΟΥ
Τίτλος στα Αγγλικά: OPTIMAL ENERGY MANAGEMENT WITH GREENHOUSE GAS EMISSION LIMITATION FOR SEAPORTS
Εξεταστική Επιτροπή:
Επιβλέπων: Φώτιος Κανέλλος, Καθηγητής, Τμήμα Μηχανικών Παραγωγής & Διοίκησης, Πολυτεχνείο Κρήτης
Πρώτο Μέλος: Βασίλειος Κουϊκόγλου, Καθηγητής, Τμήμα Μηχανικών Παραγωγής & Διοίκησης, Πολυτεχνείο Κρήτης
Δεύτερο Μέλος: Σπυρίδων Παπαευθυμίου, Καθηγητής, Τμήμα Μηχανικών Παραγωγής & Διοίκησης, Πολυτεχνείο Κρήτης
Τρίτο Μέλος: Ιψάκης Δημήτριος, Αναπληρωτής Καθηγητής Μηχανικών Παραγωγής και Διοίκησης ΠΚ.
Τέταρτο Μέλος: Ιωαννίδης Ευστράτιος, Αναπληρωτής Καθηγητής Μηχανικών Παραγωγής και Διοίκησης ΠΚ.
Πέμπτο Μέλος: Τσεκούρας Γεώργιος, Αναπληρωτής Καθηγητής Ηλεκτρολόγων και Ηλεκτρονικών Μηχανικών ΠΑ.Δ.Α.
Έκτο Μέλος: Σπανουδάκης Νικόλαος, Επίκουρος Καθηγητής Ηλεκτρονικών Μηχανικών ΕΛ.ΜΕ.ΠΑ..
Περίληψη
Περίληψη Διατριβής στα Ελληνικά:
Η ποσότητα ηλεκτρικής ενέργειας που απαιτείται από τα λιμάνια συνδέεται στενά με ρυθμιζόμενα φορτία, όπως εμπορευματοκιβώτια ελεγχόμενης θερμοκρασίας (ΕΕΘ), ηλεκτρικά αυτοκίνητα (ΣΡΗΑ)
και τροφοδοσία με ηλεκτρική ενέργεια από την ακτή στα πλοία (ΤΗΕΑΠ) σε αγκυροβόλιο. Ταυτόχρονα, τα λιμάνια παρουσιάζουν σημαντικές ευκαιρίες για παραγωγή ενέργειας από ανανεώσιμες πηγές ενέργειας (ΑΠΕ). Ωστόσο, ο έλεγχος αυτών των διαφορετικών φορτίων είναι δύσκολος με τα συμβατικά συστήματα ελέγχου. Τα συστήματα πολλαπλών πρακτόρων (ΣΠΠ) έχουν αποδειχθεί εξαιρετικά αποτελεσματικά στη διαχείριση πολύπλοκων συστημάτων και, όπως αποδεικνύεται σε αυτή τη διατριβή, μπορούν επίσης να είναι αποτελεσματικά για εφαρμογές διαχείρισης συστημάτων ενέργειας λιμανιών.
Αυτή η εργασία προτείνει ένα κατανεμημένο σύστημα διαχείρισης ζήτησης με χρήση ΣΠΠ, που αναπτύχθηκε με το Java Agent DEvelopment Framework (JADE), για τη διαχείριση της ζήτησης ισχύος από ρυθμιζόμενα φορτία λιμανιών. Η ανάλυση και σχεδίαση του ΣΠΠ έγινε ακολουθώντας την μεθοδολογία ASEME η οποία έχει εφαρμοστεί με επιτυχία στο πεδίο εφαρμογής του έξυπνου δικτύου. Δύο ανεξάρτητα συστήματα που βασίζονται σε ασαφή λογική ενσωματώνονται στο ΣΠΠ για την ελαχιστοποίηση του λειτουργικού κόστους των ΕΕΘ και των ΣΡΗΑ, αντίστοιχα. Επιπλέον, τα πλοία που βρίσκονται αγκυροβολημένα, και λειτουργούν παράλληλα με ΤΗΕΑΠ, λειτουργούν ως έξυπνοι προμηθευτές, μπορούν να βελτιστοποιήσουν αποτελεσματικά το λειτουργικό κόστος διατηρώντας παράλληλα τις εκπομπές εντός των προβλεπόμενων ορίων.
Η αποτελεσματικότητα της προτεινόμενης μεθόδου αξιολογείται με λεπτομερείς προσομοιώσεις ενός λιμανιού. Τα αποτελέσματα, στα συγκεκριμένα συστήματα και σενάρια λειτουργίας που εξετάζονται στη ΔΔ, καταδεικνύουν σημαντική μείωση στο συνολικό ενεργειακό κόστος ανά KWh για ΕΕΘ και ΣΡΗΑ. Περαιτέρω μείωση στο συνολικό λειτουργικό κόστος του λιμανιού επιτυγχάνεται όταν περιλαμβάνονται τα πλοία σε ελλιμενισμό, με τη μείωση να περιορίζεται όταν εφαρμόζεται έλεγχος εκπομπών ανά πλοίο ή ανά λιμάνι, αντίστοιχα.
Αυτή η διατριβή παρουσιάζει επίσης μια προσομοίωση σε πραγματικό χρόνο συστημάτων πολλαπλών πρακτόρων για αποκεντρωμένη στήριξη τάσης στο δίκτυο διανομής ενός λιμανιού. Στις προσομοιώσεις, τα αποτελέσματα στα συγκεκριμένα συστήματα και σενάρια λειτουργίας που εξετάζονται στη ΔΔ, το ΣΠΠ με στήριξη τάσης διατηρεί τις τάσεις εντός των επιτρεπτών ορίων, το βέλτιστο κόστος, τη μείωση των εκπομπών ρύπων και χρόνο εκτέλεσης κατάλληλο για έλεγχο σε πραγματικό χρόνο.
Επιπλέον, δείχνουμε με πραγματικά δεδομένα, ότι το ΣΠΠ μπορεί να είναι ιδιαίτερα κατάλληλο για τον έλεγχο ΕΕΘ σε έναν τερματικό σταθμό. Προτείνεται ένα ΣΠΠ, που υλοποιείται στο JADE, για τη διαχείριση ενεργού ισχύος των ΕΕΘ, με χρήση ασαφούς λογικής, ενσωματωμένο στη δομή του ΣΠΠ, για την εκτίμηση του συντελεστή αξιοποίησης των ΕΕΘ. Τα αποτελέσματα των προσομοιώσεών ενός μεγάλου τερματικού σταθμού απέδειξαν την αποτελεσματικότητα της μεθόδου με σημαντική μείωση του κόστους λειτουργίας των ΕΕΘ.
Τέλος, η παρούσα εργασία παρουσιάζει μέθοδο βέλτιστου προγραμματισμού λειτουργίας λιμανιών. Η προτεινόμενη προσέγγιση αντιμετωπίζει ταυτόχρονα πολλαπλούς στόχους: τον περιορισμό των εκπομπών εντός του λιμανιού, την ελαχιστοποίηση του λειτουργικού κόστους και τη βελτιστοποίηση της χρονικής μετατόπισης του φορτίου του λιμανιού. Για την επίλυση αυτού του εξαιρετικά πολύπλοκου προβλήματος, χρησιμοποιούμε ΣΠΠ, υλοποιημένο στη JADE. Η προτεινόμενη μέθοδος αξιολογήθηκε μέσω λεπτομερών προσομοιώσεων σε ένα λιμάνι με εκατοντάδες ΕΕΘ, ΣΡΗΑ και δύο ΤΗΕΑΠ. Τα αποτελέσματα, στα συγκεκριμένα συστήματα και σενάρια λειτουργίας που εξετάζονται στη ΔΔ, επιβεβαιώνουν την αποτελεσματικότητα της μεθόδου, επιτυγχάνοντας βέλτιστα αποτελέσματα, ενώ ικανοποιούνται πλήρως όλοι οι στόχοι βελτιστοποίησης και οι λειτουργικοί περιορισμοί. Η προτεινόμενη μεθοδολογία εξασφαλίζει ταχεία και αξιόπιστη σύγκλιση του αλγορίθμου βελτιστοποίησης σε έναν γύρο με πολύ καλή απόδοση.
Περίληψη Διατριβής στα Αγγλικά: The amount of electrical energy required by ports is closely associated with adjustable loads such as refrigerated containers (reefers), plug-in electric vehicles (PEVs),
and shore power supplies (SPS) (cold ironing) for ships at berth. At the same time, ports present significant opportunities for energy generation from renewable energy sources (RES). However, controlling these diverse loads is challenging using conventional control systems. Multi-agent systems (MAS) have proven to be highly efficient in managing complex systems and as demonstrated in this thesis, can also be effective for port management applications.
This research proposes a distributed demand-response system using MAS, implemented in Java Agent DEvelopment Framework (JADE), to manage power demand for adjustable loads in ports. ASEME Methodology, which has been successfully employed in smart grid application domain, was adopted for the MAS analysis and design. Two independent fuzzy logic-based systems are integrated into the MAS to minimize the operating costs of reefers and PEVs, respectively. In addition, ships at berth, operating in parallel with SPS and acting as smart prosumers, can effectively optimize operational costs while maintaining emissions within the prescribed limits.
The efficiency of the proposed method is evaluated by detailed simulations of a port. Results demonstrate, in the specific systems and operating scenarios, a significant reduction in the total energy cost per kWh for reefers and PEVs. Further reduction in overall port operational costs is achieved when ships at berth are exploited, with the operation cost reduction being slightly limited when emission control is applied per ship, or at port level, respectively.
This thesis also presents a real–time simulation of multi-agent systems for decentralized voltage control in port distribution network. The MAS approach is used to share the voltage regulation effort and perform the coordination of distributed loads and generators with flexibility and reliability in port distribution network. In simulations, the MAS with local voltage support keeps voltages within allowable limits while preserving near-optimal cost and runtime suitable for real-time control.
In this thesis, we show that MAS can be particularly well-suited to control reefers in a container terminal. We demonstrate using real-world data, that a MAS system, implemented in JADE, is suitable for active power management of reefers. Additionally, we use a fuzzy logic system, integrated in the MAS structure, to estimate the coefficient of utilization of the reefers. The results of our simulations using real data of a large terminal proved the effectiveness of the method. A significant reduction total energy cost of reefers at a container terminal was achieved, in the specific systems and operating scenarios.
Finally, this thesis introduces an emission-aware optimal operation scheduling method, designed to manage power demand across distributed flexible port electric loads. The proposed approach simultaneously addresses multiple objectives: limiting in-port emissions, minimizing operational costs and optimizing port load time-shifting. To solve this highly complex problem, we employ MAS, implemented in JADE. MAS was selected due to the complex nature of the power system under study and the need for a fast and reliable solution. The proposed method was rigorously evaluated through detailed simulations in a case study involving a port with hundreds of reefers, plug-in electric PEVs, and two SPS. The results confirm the method’s effectiveness, achieving optimal outcomes, while fully meeting all optimization goals and operational constraints. The proposed methodology ensures rapid and reliable convergence of the optimization algorithm in one round exhibiting enhanced performance.
Ημερομηνία Εξέτασης
Ημέρα/Μήνας/Έτος: 21/1/2026
Ώρα: 12:00
Χώρος Εξέτασης
Σύνδεσμος (Link): https://tuc-gr.zoom.us/j/97012975713?pwd=JU8gKQSOYIkT9wuqBAe5VpgYICN6JV.1
Meeting ID: 970 1297 5713
Password: 384541
Αίθουσα: Γ3.0.13
Κτίριο: Γ3
