Mô hình message v và hướng dẫn chi tiết bản demo

Mô hình message v của cơ quan năng lượng nguyên tử iaea sử dụng trong môn học quy hoạch hệ thống năng lượng, dùng để tối ưu hóa hệ thống năng lượng quốc gia hay một khu vực nào đó hoặc nhiều khu vực dựa trên cơ sở dữ liệu có sẵn để nghiên cứu

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

VIỆN KINH TẾ VÀ QUẢN LÝ

ĐỀ TÀI TÌM HIỂU VỀ MÔ HÌNH MESSAGE V

Nhóm thực hiện: 13 GVHD: ThS Nguyễn Hoàng Lan

B

C

01 02

03

Kết quả chạy

mô hình

Cơ sở dữ liệu của mô hình Message V

Tổng quan

mô hình Message V

1 GIỚI THIỆU TỔNG QUAN MÔ HÌNH MESSAGE 1.1 Nhiệm vụ của mô hình MESSAGE

 MESSAGE (Model for Energy Supply Strategy Alternatives and their General Environmental impacts) là mô hình tối ưu hệ thống năng lượng (từ cung cấp đến sử dụng)

 MESSAGE được thiết kế để xây dựng và đánh giá các chiến lược cung cấp năng lượng khác nhau với các ràng buộc do người sử dụng xác lập

1.2 Nguyên tắc cơ bản của của mô hình MESSAGE

Nguyên tắc cơ bản của mô hình là tối ưu một hàm mục tiêu dựa trên các ràng buộc, xác định các nghiệm có thể có của bài toán

1 GIỚI THIỆU TỔNG QUAN MÔ HÌNH MESSAGE

● Các điều kiện ràng buộc của mô hình

- Ràng buộc về cân bằng:

Trong đó:

: Hiệu suất quá trình sản xuất năng lượng i tại năm t.

: Sản lượng năng lượng i tại năm t.

: Tiêu dùng năng lượng của ngành k tại năm t.

1.2 Nguyên tắc cơ bản của của mô hình MESSAGE

1.2 Nguyên tắc cơ bản của của mô hình MESSAGE

- Ràng buộc về nhu cầu:

Trong đó: là nhu cầu của năng lượng i tại năm t.

1 GIỚI THIỆU TỔNG QUAN MÔ HÌNH MESSAGE

- Ràng buộc về công suất:

Trong đó:

 : Công suất công nghệ xem xét tại năm 0.

 : Công suất công nghệ xem xét tại năm t.

 : Hệ số sử dụng công suất công nghệ xem xét tại năm 0

 : Hệ số sử dụng công suất công nghệ xem xét tại năm t.

 : Hiệu suất của công nghệ xem xét tại năm T.

 : Tiêu dùng nhiên liệu của công nghệ xem xét tại năm T.

1.2 Nguyên tắc cơ bản của của mô hình MESSAGE

- Ràng buộc về đầu tư:

Trong đó:

 : Suất chi phí đầu tư cho công nghệ i ở năm t.

 : Công suất của công nghệ mới i ở năm t.

 : Khả năng đầu tư vốn cho công nghệ i ở năm t.

- Bên cạnh đó là các ràng buộc về phát thải, nhập khẩu, xuất khẩu…

1.2 Nguyên tắc cơ bản của của mô hình MESSAGE

1 GIỚI THIỆU TỔNG QUAN MÔ HÌNH MESSAGE 1.3 Một số đặc điểm của mô hình Message

● Dòng năng lượng: các dạng vận chuyển năng lượng và công nghệ

Mô hình MESSAGE đảm bảo việc đáp ứng đầy đủ nhu cầu năng lượng thông qua việc sử dụng các công nghệ và các nguồn năng lượng được xem xét, cho phép mô hình hóa tất cả các khâu của dòng năng lượng từ cung đến cầu

MESSAGE cho phép mô tả chi tiết hệ thống năng lượng đang được mô hình hóa, bao gồm việc xác định: các nguồn năng lượng, dạng năng lượng tại từng mức của chuỗi năng lượng cũng như các công nghệ sản xuất hoặc sử dụng dạng năng lượng này

1.3 Một số đặc điểm của mô hình Message

● Sự thay đổi nhu cầu năng lượng: đường cong phụ tải

MESSAGE tính các đường cong phụ tải dựa trên việc xác định các vùng phụ tải và việc phân phối nhu cầu hàng năm trên các vùng này

● Công suất và đầu tư công nghệ

Mô hình cho phép thống kê công suất của các loại công nghệ khác nhau

● Giới hạn tuyệt đối và giới hạn động

Các giá trị giới hạn về công nghệ và nguồn năng lượng có thể được cho dưới

1 GIỚI THIỆU TỔNG QUAN MÔ HÌNH MESSAGE 1.3 Một số đặc điểm của mô hình Message

● Quan hệ và ràng buộc

Điểm mạnh nhất của mô hình MESSAGE là khả năng mô hình hóa các quan

hệ giữa các công nghệ với nhau hoặc giữa các công nghệ và nguồn năng lượng

Mô hình đưa ra một tiêu chuẩn để xác định nhiều loại quan hệ

● Giới hạn về thời gian

Giới hạn về thời gian là khoảng thời gian giữa năm cơ sở do người sử dụng chọn và năm kết thúc một dự án

● Tiêu chuẩn tối ưu

Tiêu chuẩn tối ưu của mô hình là cực tiểu tổng chi phí của hệ thống

 MESSAGE cho phép người sử dụng xây dựng các mô hình khác nhau, mỗi

mô hình là một case study mới

 Case study là một khuôn khổ mà trong đó, một mô hình năng lượng được

phát triển, tính toán dựa trên các giả thiết (thường gọi là các kịch bản)

 MESSAGE sử dụng 3 loại cơ sở dữ liệu chính là:

study khác nhau

 Cơ sở dữ liệu cục bộ (ldb) được tạo ra và sử dụng cho từng kịch bản trong

case study

2 CÁC CƠ SỞ DỰ LIỆU CỦA MÔ HÌNH MESSAGE 2.1 Dữ liệu tổng quát trong case study

 Dữ liệu tổng quát là những dữ liệu đầu tiền cần thiết lập của một case study, bao gồm những thông tin cơ bản về case study

 Danh sách dữ liệu tổng quát trong Case Study

 Country: Tên quốc gia hoặc khu vực

 Case Study: Tên Case Study

 Drate: Hệ số chiết khấu (%)

 Years: Các năm của mô hình, bắt đầu bằng năm cơ sở Khoảng cách giữa các năm gọi là chu kì của mô hình

 Ntrun: Số các chu kì cần tối ưu

 Mixsw: Lựa chọn đối với quy hoạch nguyên (Yes/No)

2.1 Dữ liệu tổng quát trong case study

 Actint: Số các chu kì của mô hình, trong đó, các biến hoạt động được lựa

chọn sẽ phải tính toán như biến nguyên

 Invent: Số các chu kì của mô hình, trong đó, các biến công suất được lựa

chọn sẽ phải tính toán như biến nguyên

 Description: Trường mô tả ngắn gọn case study

2 CÁC CƠ SỞ DỰ LIỆU CỦA MÔ HÌNH MESSAGE 2.1 Dữ liệu tổng quát trong case study

2.2 Dữ liệu vùng phụ tải

 Dùng để xác định cấu trúc của vùng phụ tải, bao gồm mùa, các kiểu ngày, xác định các ngày nghỉ

 Danh sách dữ liệu ngày và mùa trong vùng phụ tải:

 Name: Tên của mùa trong năm, bắt đầu từ mùa đầu tiên

 Start date: Ngày đầu tiên của mùa Mùa đầu tiên phải bắt đầu từ ngày 01 tháng 01

 Days: Số kiểu ngày trong một mùa (Ngày làm việc, ngày nghỉ lễ, ngày nghỉ cuối tuần, ngày nghỉ phép…)

2 CÁC CƠ SỞ DỰ LIỆU CỦA MÔ HÌNH MESSAGE 2.2 Dữ liệu vùng phụ tải

2.2 Dữ liệu vùng phụ tải

 Các kiểu ngày trong tuần

Các ngày nghỉ trong một năm mô hình

Trong MESSAGE, người sử dụng có thể xóa hoặc thêm mới các ngày nghỉ của từng năm mô hình

2 CÁC CƠ SỞ DỰ LIỆU CỦA MÔ HÌNH MESSAGE 2.2 Dữ liệu vùng phụ tải

2.3 Thiết lập các dạng năng lượng

 Xác định các mức của dòng năng lượng:

 Người sử dụng có thể thêm mới hay xóa một mức trong dòng năng lượng của

hệ thống (như năng lượng sơ cấp, cuối cùng,…)

 Thứ tự nhập mức năng lượng nhập từ mức cuối cùng ngược trở lại đầu tiên

 Mỗi mức năng lượng đều có thể viết tắt và mô tả chi tiết

2 CÁC CƠ SỞ DỰ LIỆU CỦA MÔ HÌNH MESSAGE 2.3 Thiết lập các dạng năng lượng

2.3 Thiết lập các dạng năng lượng

 Xác định các dạng năng lượng tại các mức

 Với từng mức năng lượng, ta nhập các dạng năng lượng tương ứng thuộc

mức đóCác loại năng lượng được xác định bởi tên, kí hiệu, mô tả chi tiết.Ngoài ra,

người sử dụng có thể quyết định loại năng lượng nào có vùng phụ tải

2 CÁC CƠ SỞ DỰ LIỆU CỦA MÔ HÌNH MESSAGE 2.4 Dữ liệu nhu cầu năng lượng

 Dữ liệu về nhu cầu năng lượng là các dữ liệu của mức năng lượng cuối cùng

của dòng năng lượng.Người sử dụng có thể thấy các loại năng lượng trong mức với tên gọi, đơn vị tính, kiểu giá trị của nhu cầu năng lượng, nhu cầu năng lượng trong các năm mô hình

 MESSAGE cho phép người sử dụng nhập dữ liệu nhu cầu năng lượng với

bốn kiểu sau:

> C: Một giá trị nhu cầu được áp dụng cho tất cả các năm mô hình

 Ts: Một chuỗi các giá trị nhu cầu cho năm cơ sở và các năm mô hình

2.4 Dữ liệu nhu cầu năng lượng

 Cg: Giá trị nhu cầu được nhập cho năm mô hình đầu tiên và các năm tiếp theo được tính bằng hệ số tăng trưởng trung bình hàng năm

 Pg: Một giá trị nhu cầu cho năm mô hình đầu tiên và các chu kỳ tiếp theo được tính bằng các hệ số tăng trưởng

2 CÁC CƠ SỞ DỰ LIỆU CỦA MÔ HÌNH MESSAGE 2.4 Dữ liệu nhu cầu năng lượng

2.4 Dữ liệu nhu cầu năng lượng

 Mô hình cho phép người sử dụng nhập dữ liệu về đường cong phụ tải cho tất

cả các năm hoặc nhập dữ liệu vùng phụ tải của một năm và áp dụng cho các năm khác.Trong mỗi năm mô hình, MESSAGE sẽ thể hiện các mùa với tỷ lệ nhu cầu trong tổng nhu cầu của năm đó.Tổng các giá trị này phải bằng 1

2 CÁC CƠ SỞ DỰ LIỆU CỦA MÔ HÌNH MESSAGE 2.4 Dữ liệu nhu cầu năng lượng

2.5 Dữ liệu ràng buộc/ quan hệ/ biến

Trong MESSAGE, có năm loại ràng buộc có thể mô hình hóa được Các loại ràng buộc này được chia thành các nhóm:

 Chi phí

 Nhóm 1

 Nhóm 2

 Tích lũy

 Tích lũy theo chu kỳ

Trong MESSAGE, người dùng có thể thêm, sửa hay xóa một mối quan hệ

Dữ liệu của các loại quan hệ gồm hai phần:

 Các thực thể đơn (single entries)

 Các thực thể đơn: trình bày tên của mối quan hệ và kí hiệu của mối quan hệ,

xác định ràng buộc liên quan đến đầu vào hay đầu ra của các loại công nghệ

2 CÁC CƠ SỞ DỰ LIỆU CỦA MÔ HÌNH MESSAGE 2.5 Dữ liệu ràng buộc/ quan hệ/ biến

2.5 Dữ liệu ràng buộc/ quan hệ/ biến

relation name Tên của mối quan hệ được định nghĩa trong nhóm ràng buộc.

ident Định dạng cho mối quan hệ.

cost

Chi phí cho một đơn vị giá trị của quan hệ nếu giá trị của quan hệ đó nằm giữa giới hạn trên và dưới Giá trị này có thể dương hoặc âm phụ thuộc bản chất mối quan hệ, là thiệt hại hay lợi ích tùy thuộc giá trị của quan hệ.

upper lim Giới hạn trên của giá trị kết quả.

lower lim Giới hạn dưới của giá trị kết quả.

first year Năm đầu tiên mà giới hạn được áp dụng.

initval Giới hạn của giá trị kết quả trong năm đầu Giá trị giới hạn này phải nằm giữa giới hạn trên và giới hạn

dưới đã được thiết lập cho quan hệ.

2 CÁC CƠ SỞ DỰ LIỆU CỦA MÔ HÌNH MESSAGE 2.5 Dữ liệu ràng buộc/ quan hệ/ biến

Các đa thực thể: mô hình MESSAGE cho phép các giá trị kết quả của quan hệ vượt

quá giới hạn đã được xác định trước trong phần Các thực thể đơn nhưng kèm theo đó

là các chi phí gia tăng, có thể hiểu là các mức phạt

Bảng dữ liệu phạt

2.5 Dữ liệu ràng buộc/ quan hệ/ biến

Các đa thực thể gồm hai trường dữ liệu:

2 CÁC CƠ SỞ DỰ LIỆU CỦA MÔ HÌNH MESSAGE 2.5 Dữ liệu ràng buộc/ quan hệ/ biến

Mức phạt là mức chi phí mới khi giá trị của quan hệ nằm ngoài khoảng cho

phép

Danh sách dữ liệu phạt trong ràng buộc/ quan hệ

Cost Mức chi phí mới được áp dụng nếu giá trị kết quả của mối quan hệ nằm ngoài khoảng giới hạn trên và dưới được thiết lập trước đó.

Limit Giá trị giới hạn mà từ đó chi phí mới sẽ được áp dụng Người sử dụng có thể thiết lập riêng cho giới hạn trên và giới hạn dưới.

2.5 Dữ liệu ràng buộc/ quan hệ/ biến

khi giá trị của quan hệ nằm ngoài khoảng giới hạn cho phép

đơn vị cuối cùng của giới hạn đã được thiết lập từ trước

Limit

Giá trị giới hạn nằm ngoài giới hạn trên hoặc dưới Người sử dụng có thể thiết lập riêng giá trị này cho giới hạn trên và giới hạn dưới

2 CÁC CƠ SỞ DỰ LIỆU CỦA MÔ HÌNH MESSAGE 2.6 Dữ liệu công nghệ

Thiết lập dữ liệu công suất của công nghệ

2.6 Dữ liệu công nghệ

Thiết lập dữ liệu công suất của công nghệ

2 CÁC CƠ SỞ DỰ LIỆU CỦA MÔ HÌNH MESSAGE 2.6 Dữ liệu công nghệ

Thiết lập dữ liệu hoạt động của công nghệ

Cửa sổ nhập và chỉnh sửa dữ liệu hoạt động của công nghệ

2.6 Dữ liệu công nghệ

Thiết lập dữ liệu hoạt động của công nghệ

Một bộ dữ liệu về hoạt động của một công nghệ bao gồm hai phần:

 Xác định các dữ liệu kỹ thuật và kinh tế (single entries)

 Xác định mối quan hệ của công nghệ với hệ thống năng lượng (multiple

entries)

2 CÁC CƠ SỞ DỰ LIỆU CỦA MÔ HÌNH MESSAGE 2.7 Dữ liệu về dự trữ

Gồm hai phần:

 multiple entries : Các ràng buộc, giới hạn dòng ra và dòng vào cùng các

mức phạt

2.7 Dữ liệu về dự trữ

2 CÁC CƠ SỞ DỰ LIỆU CỦA MÔ HÌNH MESSAGE 2.7 Dữ liệu về dự trữ

2.8 Dữ liệu về nguồn năng lượng

MESSAGE có khả năng hỗ trợ người lập quy hoạch thiết lập các dữ liệu về

nguồn năng lượng cung cấp cho hệ thống

 Cùng một dạng năng lượng nhưng hệ thống có thể được cung cấp từ nhiều

nguồn khác nhau

 Mỗi nguồn đó được MESSAGE thiết lập trong một phần gọi là grade

2 CÁC CƠ SỞ DỰ LIỆU CỦA MÔ HÌNH MESSAGE 2.8 Dữ liệu về nguồn năng lượng

Nhóm một (single entries) bao gồm:

 volume : Khối lượng nguồn của một grade.

 intval : : Giá trị của nguồn tại thời điểm bắt đầu của năm cơ sở.

 byrex : Sản lượng khai thác trung bình năm trong năm cơ sở.

 resrem : Các nguồn còn lại có thể khai thác trong từng thời kỳ.

 cost : Chi phí khai thác cho một đơn vị.

 uplim : Lượng khai thác hàng năm tối đa trong mỗi thời kỳ.

Nhóm dữ liệu thứ hai (multiple entries) bao gồm:

 bda : Giới hạn hàng năm đối với hoạt động.

 con1a : Ràng buộc loại 1.

 con2a : Ràng buộc loại 2.

 conca : Ràng buộc tích lũy của hoạt động.

 conpa : Ràng buộc tích lũy theo chu kỳ.

 mpa : Thị phần của grade được chọn

MESSAGE giải mô hình theo hai bước sau:

 Bước 1: Tạo một ma trận

 Bước 2: Tối ưu hóa mô hình bằng cách sử dụng ma trận đã tạo ra

Sau chọn kịch bản cho mô hình, người dùng giải mô hình với bốn lựa chọn:

 Chạy chương trình tạo ma trận (gọi là mxg)

 Chạy chương trình tối ưu (gọi là opt) MESSAGE sử dụng hai chương trình tối

ưu là glpk và cplex

 Chạy chương trình tính toán kết quả các biến cin được xác định bởi người sử dụng (gọi là cap)

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

VIỆN KINH TẾ VÀ QUẢN LÝ

DANH SÁCH NHÓM 13