چکیده

در پی تجدید ساختار بازار برق در بسیاری از کشورها، قیمت در بازار رقابتی و متأثر از نیروهای بازار و از طریق اثر متقابل توابع پیچیده عرضه و تقاضای برق تعیین میشود. در این ساختار جدید، پیش بینی مقدار تقاضا و قیمت برق به یکی از زمینههای تحقیقاتی مهم برای مهندسان برق تبدیل شده است و محققان در این راستا به توسعه ابزارها و الگوریتمهای آموزش میپردازند. در این مقاله ضمن معرفی ساختار بازار برق، فرایند فروش انرژی و روشهای قیمت گذاری و پرداخت در بازار رقابتی برق، روشهای پیشبینی قیمت برق مورد مطالعه و بررسی قرار گرفتهاست. با توجه به ساختار بازار برق، شرایط جغرافیایی و سایر پارامترهای اثرگذار بر قیمت، روشهای متعددی به منظور پیشبینی قیمت برق در کوتاه مدت، میان مدت و بلند مدت و نیز پیشبینی وقوع جهش قیمت ارائه شده است. روشهای آماری، شبیه سازی و روشهای مبتنی بر هوش مصنوعی از جمله روشهای مطرح در این زمینه میباشند. همچنین مدلهای ترکیبی و مدلهای مبتنی بر دادهکاوی که اخیراً مورد توجه محققین قرار گرفتهاند، پیشرفتهای قابل توجهی را در بهبود فرایند پیشبینی قیمت در بر داشتهاند.

کلمات کلیدی: بازار برق، پیشبینی قیمت برق، هوش مصنوعی، سریهای زمانی، شبکههای عصبی، دادهکاوی

.۱مقدمه

صنعت برق، از شاخصهای اثرگذار بر وضعیت اقتصادی، اجتماعی، سیاسی، فرهنگی و رفاهی جامعه به شمار میرود. صنعت برق، سالها به عنوان یک خدمت عمومی تلقی می شد و به همین دلیل، انحصاری وغیررقابتی بود؛ امّا امروزه دیگر چنین نیست. صنایع برق جهان در دو دهه گذشته با تغییر ساختار بنیادینی همراه شدهاند که از این تغییرات با عنوان تجدید ساختار یاد میشود. تجدید ساختار در صنعت برق با اهداف و انگیزههایی چون ایجاد محیط رقابتی و جلوگیری از انحصار، ایجاد محیط رقابتی و جلوگیری از انحصار، ایجاد حق انتخاب برای مشتریان، شفافیت هزینهها، تبعیت از قوانین بینالمللی، شرایط و پروتکلهای منطقهای و … همرا بوده است (کرشن و همکاران، .(۱۳۸۶ در بسیاری از کشورها از جمله ایران، رقابت تنها در سطح عمدهفروشی می باشد و مصرف کنندگان نهایی برق، همچنان با قیمتهای ثابت که توسط دولتها تعیین میشود، مواجه هستند. برق کالایی غیرقابل ذخیرهسازی است و نوسانات تقاضا موجب نوسانات قیمت شدید برای این کالا میشود. تقاضای برق نیز به عوامل غیرقابلپیشبینی نظیر شرایط آب و هوایی وابسته است. همین امر اثر شوک های عرضه و تقاضا را بر قیمت بازار برق تشدید می نماید. کالای برق در پاسخ به نوسانات دورهای تقاضا دارای الگوی فصلی است. تقاضای برق به میزان فعالیتهای اقتصادی و شرایط آب و هوایی بستگی دارد و همین امر سطوح مختلفی از فصلی بودن را برای این کالا ایجاد مینماید. برای پیش بینی صحیح قیمتهای ارائه شده در بازار برق باید این ویژگیها را در نظر داشت و از ابزارهای مدلسازی لازم برای ورود این خصوصیات در مدل استفاده نمود (هیأت تنظیم بازار برق ایران، .(۱۳۸۵ به طور کلی میتوان عوامل موثر بر رفتار قیمت انرژی را به عاملهای ساختاری، رفتاری، عملیاتی، تاریخی و همچنین عوامل خارجی تقسیمبندی کرد. هر چند باید متذکر شد که این دستها کاملاً تفکیکشده از هم نبوده و دارای همپوشانی میباشند. از جمله عوامل ساختاری میتوان به طراحیهای بازار۱ اشاره کرد که شامل انواع قیمتگذاریهای یکپارچه، قیمتگذاری منطقهای و حضور بازارهای پیشرو موازی۲ میباشند. این عوامل بر روی رفتار کلی شرکتکنندگان در بازار برای تعیین راهبردهای قیمتگذاری و یا

۱ market design 2 parallel forward market

اولین همایش ملی پیشرفت های تکنولوژی در مهندسی برق، الکترونیک و کامپیوتر
First National Conference of Technology Developments on Electronical, Electronics and Computer Engineering
. . . W W W . T D E C O N F . I R . . .

راهبریهای ایجاد مناقصه تأثیر میگذارند. ساختار فیزیکی مثل ظرفیتهای انتقال و یا ذخیره می باشند که میتوانند الگوی قیمت را مخصوصاً در ساعات پیک مصرف تغییر دهند. چرا که در این ساعات عملکرد سیستم به ظرفیتهای حدی خود نزدیک میشود. عامل های عملیاتی همان سیاستهای عملیاتی کنترلکنندگان و متصدیان سیستم های مستقل بازار است که بر روی رفتار شرکتکنندگان در بازار نقش مؤثری دارد. عوامل تاریخی نیز شامل مقادیر گذشته بار و قیمت انرژی است و در نهایت منظور از عوامل خارجی هم مواردی از قبیل وضعیت آب و هوایی و قیمتهای سوخت هستند که خارج از کنترل متصدیان برق میباشند (مهدوی، .(۱۳۸۵

.۲تفاوت انرژی الکتریکی با سایر کالاها

پیشفرض توسعه بازار برق این است که با انرژی الکتریکی نیز میتوان مثل یک کالا رفتار کرد؛ اما تفاوتهایی مهم میان انرژی الکتریکی و دیگر کالاها وجود دارد. این تفاوتها اثری اساسی بر سازماندهی و قوانین بازار برق دارند (کرشن و همکاران، .(۱۳۸۶ اساسی ترین تفاوت انرژی الکتریکی با دیگر کالاها در این است که انرژی الکتریکی وابستگی زیادی به سیستمی فیزیکی دارد که بسیار سریعتر از هر بازار دیگری عمل میکند. در سیستم فیزیکی قدرت، توازن بین عرضه و تقاضا (تولید و بار) باید ثانیه به ثانیه برقرار شود و اگر چنین نشود، سیستم قدرت با عواقبی فاجعه انگیز، دچار فروپاشی خواهد شد. چنین اتفاقی قابلتحمل نیست؛ زیرا نه تنها نظام تجاری را متوقف میکند، بلکه موجب قطع برق کامل یک منطقه یا کشور برای چند ساعت خواهد شد. بازیابی سیستم قدرت به شرایط عادی بهره برداری، در پی یک فروپاشی کامل، فرایندی پیچیده است که ممکن است در کشورهای صنعتی بزرگ، ۲۴ ساعت و یا حتی بیشتر به طول انجامد. عواقب اقتصادی و اجتماعی خاموشی سراسری، به قدری ناگوار است که هیچ دولتی با بهکارگیری بازار برقی که موجب افزایش احتمال چنین حوادثی گردد، موافق نیست؛ بنابراین توازن بین عرضه و تقاضای انرژی الکتریکی در کوتاه مدت، فرایندی است که نمیتوان آن را به سادگی به نهادی نسبتاً کند و غیرمسئول مثل بازار، سپرد. در کوتاه مدت، عملاً باید این توازن را با هر هزینهای حفظ کرد. این کار باید از طریق سازوکاری که در انتخاب و توزیع منابع، مبتنی بر بازار نیست، انجام شود.

تفاوت اساسی دیگر انرژی الکتریکی با سایر کالاها در این است که انرژی تولیدی توسط یک مولد، نمیتواند به طور مستقیم به یک مصرفکننده خاص هدایت شود. بالعکس، یک مصرفکننده نیز نمیتواند انرژی را فقط از یک مولد مشخص دریافت نماید. در عوض، توان تولیدی همه مولدها به سیستم قدرت میریزد و سپس به مصرفکننده ها تحویل میگردد. این تجمیع۳ توان، به دلیل عدم تفاوت در انرژی تولیدی واحدهای مختلف، میسر است. همچنین این تجمیع، مطلوب است؛ زیرا به صرفه مقیاس باارزشی می انجامد: حداکثر ظرفیت تولید باید با حداکثر بار کل مصارف متناسب باشد؛ درحالیکه در صورت عدم تجمیع توان، میبایست کل ظرفیت تولید با مجموع حداکثر مصرف تکتک مصرفکنندگان برابری مینمود. از طرف دیگر، یک خرابی۴ در سیستمی که کالا در آن تجمیع میشود، همگان را متأثّر می سازد.

و بالأخره، تقاضای انرژی الکتریکی دارای تغییرات قابل پیش بینی متناوب در طی یک روز یا هفته میباشد و از دیگر سو، انرژی الکتریکی باید همزمان با مصرف، تولید شود. چون کشش قیمتی تقاضای برق، در کوتاه مدت بسیار پایین است، برای تطبیق تولید با مصرف، باید تجهیزات تولید، قابلیت ردگیری تغییرات سریع و بزرگ مصرف را که در طی روز رخ میدهد، داشته باشند. همه مولدها در تمام طول یک روز، تولید نمیکنند. هنگامی که تقاضا کم باشد، احتمالاً فقط واحدهای با بهرهوری بیشتر در رقابت شرکت میکنند و سایر واحدها موقتاً خاموش خواهند ماند. این واحدهای با بهرهوری کمتر، فقط در زمان اوج تقاضا مورد نیاز خواهند بود. از آنجا که با افزایش و کاهش بار، تولیدکننده حدی۵ نیز تغییر میکند، باید انتظار داشت که هزینه حدی۶ تولید انرژی الکتریکی و به همین دلیل قیمت لحظهای۷ هم طی یک روز تغییر کند. چنین تغییرات سریع و متناوب در هزینه و قیمت یک کالا بسیار

غیرعادی است.