Агентное моделирование потребления электроэнергии в офисном здании при ярусном механизме ценообразования

© Никулин Виктор, группа э-602, ЭФ МГУ

Реформа, внедрившая ярусный механизм ценообразования (ТЕР) для бытового потребления электроэнергии, была проведена в Китае в июле 2012 года. Она способствовала снижению потребления электроэнергии в жилых помещениях и более оптимальному распределению и использованию ресурсов. Общественные сооружения, такие как офисные здания, госпитали, отели и торговые центры, занимают большую долю в потреблении электроэнергии в городах. Таким образом, воздействие внедрения ТЕР на потребление электроэнергии общественными сооружениями являлось интересным и требующим исследования вопросом.

Потребление электроэнергии сильно зависит от поведения людей, которое часто характеризуется случайностью и взаимной зависимостью. Для моделирования высоко неопределенного поведения людей в сфере потребления электроэнергии используется метод агентного моделирования.

Описание модели.

Имитация поведения агентов при потреблении электроэнергии в офисном здании.

Использование электрического оборудования и приборов, т.е. шаблон потребления электроэнергии, определяет уровень потребления электроэнергии в офисном здании. Цены за электроэнергию могут повлиять на характер использования людьми электрических приборов. Была разработана агентная модель офисного здания с целью имитации потребления электроэнергии в нем. Модель была создана, используя пакет AnyLogic 7.3.1. Потребление электроэнергии в здании происходит в связи с использованием различных приборов, таких как свет и компьютеры, которые управляются пользователями электроэнергии. В модели были созданы три типа агентов: пользователи электроэнергии, компьютеры и приборы освещения. Всего в модели 50 пользователей электроэнергии, с каждым из которых связан один компьютер и один прибор освещения.

Ниже представлена диаграмма состояний поведения пользователя электроэнергии. Пользователи электроэнергии заходят в здание с утра для работы и их поведение на различных этапах будет приводить к использованию различных электроприборов. Всего существует пять состояний пользователей электроэнергии: дома (athome), на работе (atwork), отдых (relaxing), прием пищи (eating) и выходные (weekend).

Рисунок 1. Диаграмма состояний поведения пользователя электроэнергии.

В состояниях athome и weekend агент не работает и, следовательно, не потребляет электроэнергию. В состоянии atwork пользователь электроэнергии включает компьютер и прибор освещения, которые связаны с эти агентом. Переход из состояния atwork в состояние relaxing основан на рабочем времени: пользователь электроэнергии находится в состоянии atwork в течении 50-90 минут и затем изменяет свое состояние на relaxing на 10-20 минут. Вероятность работы на выходных составляет 30%. Переходы между другими состояниями определяются в соответствии с таблицей 1.

Процесс принятия решений является психологической моделью и может быть параметризирован. Осознание необходимости энергосбережения задается как параметр M, принимающий значения от 1 до 100. Чем выше значение параметра у пользователя электроэнергии, тем больше вероятность того, что он будет выключать неиспользуемые приборы. Изначальные значения М задаются в соответствии с таблицей 2:

Вероятность выключить неиспользуемый прибор освещения - , вероятность выключить компьютер при уходе из офиса - . Так как поведение пользователя электроэнергии зависит от цены за электроэнергию, то параметр М зависит от изменения цены за электроэнергию следующим образом:

где  значение параметра осознания необходимости энергосбережения до изменения цены,  изменение цены за электроэнергию,  цена за электроэнергию до изменения.

В данной модели поведение компьютеров и приборов освещения контролируется пользователями электроэнергии. Мощность приборов освещения – 120W, мощность компьютера составляет 170W во время работы и 30W в режиме ожидания.

Ярусный механизм ценообразования в офисном здании.

В данной модели ТЕР для домашних хозяйств было адаптировано для офисного здания:

Результаты.

Шаг в имитационной модели составил одну минуту и модель имитировала рабочий день в офисах в течение двух месяцев. Рисунок 2 демонстрирует потребление электроэнергии при ТЕР и при единой цене.

Рисунок 2. Потребление электроэнергии при двух механизмах ценообразования.

В таблице 4 обобщены главные результаты. Было обнаружено, что цена за электроэнергию переходит с первого яруса на второй на 18 день и со второго на третий на 24 день.

Ежедневное потребление электроэнергии сокращается на 4.4% на втором ярусе и на 21.2% на третьем ярусе. С другой точки зрения, ежедневное потребление электроэнергии сокращается на 4.4% при возрастании цены за нее на 9.14% и сокращается на 17.57% при возрастании цены на 41.88%. Люди более чувствительны к изменению цены при переходе на второй ярус. В сравнении со случаем единой цены за электроэнергию, общее потребление при ярусном ценообразовании сократилось на 186 kWh в первом месяце. После первого месяца, осознание необходимости энергосбережения у пользователей электроэнергии улучшилось, что привело к сокращению потребления более чем на 800 kWh. Также было обнаружено, что сокращение потребления электроэнергии происходило в большей степени за счет сокращения использования осветительных приборов (на 20 kWh), чем за счет сокращения использования компьютеров (на 6.5 kWh).

Более подробно: [Lin H., Wang Q., Wang Y., Wennerstern R., Sun Q. Agent-based modeling of electricity consumption in an office building under tiered pricing mechanism // Energy Procedia 104 (2016), pp. 329-335].