چکیده

در سالهای اخیر تجدید ساختار در بازارهای برق شرایط و مکانیزمهای معاملاتی جدیدی را در راستای افزایش رقابت در عرصههای تولید، انتقال و توزیع انرژی الکتریکی پیش روی شرکتکنندگان در این بازار قرار داده است. تحت شرایط جدید به وجود آمده در بازار برق و با رقابتی شدن بخش تولید، تعداد روزافزونی تولیدکنندهی مستقل وارد بازار تولید برق شده و با شرکتهای برق به رقابت میپردازند. در این شرایط شرکتهای برق میتوانند بر اساس هزینه کل شامل هزینههای سرمایهگذاری و بهرهبرداری و همچنین هزینه خرید انرژی از تولیدکنندگان مستقل، تصمیمگیری نمایند کهکلاًًًآیاطرح های نیروگاهی جدید را خودشان بسازند و یا اینکه بخشی از انرژی موردنیاز مصرفکنندههای خود را از سایر شرکتها و یا تولیدکنندگان مستقل با عقد قراردادهای بلندمدت خریداری نمایند.

در این مقاله هدف بررسی مسئله برنامهریزی توسعه تولید از دیدگاه یک شرکت برق در محیط رقابتی است. در این شرایط فرض میشود که شرکت برق امکان خرید انرژی از تولیدکنندگان مستقل و همچنین تولید انرژی توسط واحدهای تحت مالکیت خود را دارد. هدف شرکت نیز حداکثر سازی سود خود از فروش انرژی در بازار رقابتی است. در این پایان نامه همچنین راهکاری برای پیشبینی قیمت بهمنظور محاسبه سود حاصل از فروش انرژی در بازار ارائه خواهد شد.

واژههای کلیدی: برنامهریزی توسعهی تولید، تجدید ساختار در شبکههای برق، شرکتهای تولیدی

-۱ مقدمه

بسیاری از شبکههای برق در دنیا از ساختار مالکیت انحصاری خارج شده و به ساختار بازارهای آزاد برق در حال تغییر هستند. در چنین شرایطی، رقابت میان همه تولیدکنندگان برق به وجود آمده و مصرف کنندگان نیز غالبا مختار هستند که تامین کننده برق خود را با قیمت و سطح قابلیت اطمینان مناسب تعیین کنند. با ایجاد تجدیدساختار در مدیریت سیستمهای قدرت، برنامهریزی در این سیستم از حالت متمرکز خارج شده و هم نهاد نظارتی و هم شرکتهای تولید و

سرمایهگذاران باید مطابق با استراتژی خود برنامهریزی کنند. رقابت در بازار و تضاد بین تصمیمگیری بازیگران که هر کدام به دنبال منافع خود هستند، باید به نوعی در نظر گرفته شود. بنابراین سرمایهگذاری در توسعه ظرفیت نتیجه تصمیمگیریهای غیر متمرکزی است که توسط بازیگران بازار اتخاذ میشود. در چنین محیط رقابتی، تصمیمها بر پایه بازخورد سیگنال قیمت و معمولا همراه با عدم وجود بینش کامل از شرایط آینده بازار و پیشبینیهای غیردقیق با وجود عدم قطعیتها استوار است. این عدم قطعیتها در شبکههای تجدیدساختار شده نسبت به شبکههای سنتی بسیار بیشتر

۱

بوده و عمدتاًدر متغیرها یی از جمله میزان تقاضا، قیمت بازار، میزان دسترسی به اطلاعات و قوانین و مقررات تنظیمی وجود دارند. آگاهی بازیگران از شرایط به جبران هزینهها با کارآمدترین شکل ممکن و پوشش انواع ریسکهای مالی کمک شایانی میکند. نهاد بهرهبردار مستقل بازار، در راستای عملکرد نظارتی، امنیت تأمین برق که همان قابلیت اطمینان سیستم است را کنترل و مدیریت میکند.[۱]

در واقع هدف از برنامهریزی توسعه تولید یافتن پاسخ سؤالهای زیر است:

۱) از چه نوع نیروگاهی استفاده شود (انتخاب تکنولوژی ساخت نیروگاه).

با چه ظرفیتی نیروگاه ساخته شود (ظرفیت).

چه موقع احداث نیروگاه آغاز شود.

در کجا به سرمایهگذاری احداث نیروگاه پرداخته شود.

در دستیابی به اهداف فوق، پیشبینی دقیق بار از اهمیت ویژهای برخوردار است. اما محاسبات پیشبینی بار مبتنی بر روشهای اثبات شده، نشان میدهد که آنها قادر به پیشبینی شوکهای اعمال شده و نتایج و اثرات آنها در سیستم نمیباشند. از آنجا که نمیتوان الکتریسیته را ذخیره نمود، یکی از راههای تضمین قابلیت اطمینان در تولید این است که یک مقدار رزرو برای تولید در نظر گرفته شود تا در مواقع ضروری در مقابله با پیشامدهای غیر قابل پیشبینی و لحاظ نشده در پیشبینی بار، مورد استفاده قرار گیرد. این مقدار ظرفیت نصب شده اضافی برای تأمین شوکهای غیر منتظره در تقاضای بار است. این ظرفیت نصب شده باید جوابگوی پیک مورد انتظار در صورت خروج اضطراری غیر قابل پیشبینی نیروگاه و همچنین تغییرات در پیک تقاضا باشد. با توجه به اینکه تصمیمگیری ظرفیت برای یک زمان طولانی انجام میشود، حد رزرو را برای این در نظر میگیرند تا بتواند خطای ناشی از پیشبینی پیک بار را پوشش دهد.

یکی از مشکلات اساسی در بررسی مسئله برنامهریزی توسعه تولید، بزرگی بیش از حدابعاد مسئله است مخصوصاً در حالتی که برنامهریزی بهصورت متوالی و در چند سال پیدرپی بخواهد انجام پذیرد. برای رهایی از این مشکل، یکی از فرضیاتی که در اکثر مدلهای ارائه شده برای بررسی مسئله برنامهریزی توسعه تولید در نظر گرفتهشده، عبارت است از

۲

اینکه تمامی بار و ظرفیت تولید شبکه بهطور متمرکز در یک گره منظور شود. بهاینترتیب مدل ارائهشده بهعنوان مدل تک گرهی شناخته میشود.[۲]

در این مقاله نیز برای بررسی مسئله برنامهریزی توسعه تولید از مدل تک گرهی استفاده شده است. بهکارگیری این مدل باعث میشود که کلیه مباحث مربوط به شبکه انتقال از مباحث برنامهریزی توسعه تولید تفکیک شود و در نتیجه ابعاد مسئله بهطور قابل توجهی کاهش یابد. البته توجه به این نکته حائز اهمیت است که به این ترتیب تعیین محل احداث واحدهای نیروگاهی جدید از مباحث برنامهریزی توسعه تولید حذف میشود و دستیابی به این نتایج مستلزم یک مطالعه جدید با یک مدلسازی متفاوت خواهد بود.

در این مقاله مسئله برنامهریزی توسعه تولید از دیدگاه یک شرکت برق مورد بررسی قرارگرفته و یک روش بهینهسازی مبتنی بر الگوریتم ژنتیک برای دستیابی به پاسخ بهینه آن ارائه شده است. برنامهریزی بهینه با در نظر گرفتن عدم قطعیتهای مسئله برای یک دوره ۵ سال انجام شده است. در این راستا، قیمت خرید انرژی از تولیدکنندههای مستقل توان۱ معلوم فرض شده و نتایج مطالعات عددی برای چند سناریوی مختلف ارائه شده است. نتایج به دست آمده از روش ارائه شده در این بخش میتواند راهکارهای مناسبی را به شرکتهای برق در راستای برنامهریزی مناسب توسعه تولید ارائه دهد.

-۲ تابع هدف

در اینجا تابع هدف مسئله برنامهریزی توسعه تولید از دیدگاه یک شرکت برق با هدف حداکثرسازی سود شرکت فرمولبندی شده است. بدین منظور مطابق با رابطه زیر از تفاوت هزینهها و درآمدها، سود شرکت به دست میآید:

(۱) Max NPVj Profit  NPVjEng  NPVjcap  NPVjCost
که در آن، NPV j Pr ofit مقدار معادل سود خالص منتقل
شده به سال نصب واحد، NPV jcap مقدار معادل عایدی
واحد بابت ظرفیت آماده در طول دوره برنامهریزی،

NPV jEng مقدار معادل کل عایدی واحد از فروش انرژی در طول دوره برنامهریزی منتقل شده به سال نصب واحد، NPV jCost ارزش حال هزینه منتقل شده به سال نصب واحد است.

۱ Independent Power Producers (IPPs)×

-۱-۲ عایدی حاصل از فروش انرژی

پس از محاسبه عایدی سالیانه هر واحد از فروش انرژی در بازار، مقدار معادل کل عایدی واحد در طول دوره برنامهریزی منتقل شده به ابتدای سال نصب واحد محاسبه میگردد.

۳۶۵ T
(2) NPV j Eng  (۱  r) (k  j ۱)  ۲۴ .uk .ufk .Pki
i۱ k  j

که در آن داریم: uk ظرفیت واحد در سال k، ufk ضریب استفاده واحد در سال k، Ck بردار تغییرات تصادفی ظرفیت سیستم در سال k (با دقت »یک روز(« و Pk بردار قیمتهای بازار در سال k (این بردار با دقت »یک روز« به کمک مدلهای دینامیکی تغییرات بار و ظرفیت سیستم محاسبه میگردد).

-۲-۲ عایدی حاصل از ظرفیت آماده

تاکنون سازوکارهای مختلفی برای پرداخت بابت آمادگی در راستای تشویق تولیدکنندهها به سرمایهگذاری در زمینه توسعهی تولید و کاهش ریسک سرمایهگذاری ابداع گردیده است. هدف از این سازوکار پرداخت مبالغی متناسب با ظرفیت آماده هر واحد، بهصورت منظم به تولیدکنندههاست؛ بهطوری که بخشی از هزینه سرمایهگذاری واحدها را پوشش دهد. این پرداختها جریانی از عایدی را نصیب تولیدکنندهها مینماید که مستقل از درآمد آنها از فروش انرژی است و باعث تشویق تولیدکنندهها به آماده نگه داشتن حتی واحدهای با سودآوری کم میشود.[۳]

-۱-۱-۲ مدل پرداخت دینامیکی در این تحقیق

در این تحقیق از روشی مشابه آنچه در مرجع [۴] معرفی گردیده، برای مدلسازی پرداختهای ماهیانه بابت ظرفیت آماده واحدهای تولیدی استفاده شده است. در این مدل مبلغ ماهیانه پرداختی بابت هر مگاوات ظرفیت آماده (CP) تابعی است از حداکثر بار ماهیانه پیشبینی شده و کل ظرفیت آماده سیستم بهگونهای که در شکل ۱ نشان داده شده است. در این شکل محور افقی، ضریب ظرفیت سیستم (CF) را نشان میدهد که عبارت است از نسبت کل ظرفیت آماده به پیک بار در ماه مورد نظر. این مبلغ تنها در ماههایی به تولیدکننده ها پرداخت میشود که ضریب ظرفیت سیستم از یک حد مشخص (CFlimit) کمتر باشد.

Capacity Price

CPcrit.

Capacity

rotcaF 1 CFlimit

شکل :۱ سازوکار تعیین قیمت پرداختی بابت ظرفیت

توصیف ریاضی ضریب ظرفیت سیستم و عایدی سالیانه هر واحد بابت آمادگی به ترتیب با روابط (۳) و (۴) نشان داده شده است.

(۳) AC ik CFki 
max (Lik )

۱۲
(۴) kCa pCk,Lk,ukAVAkukCPki
i۱

که در آن داریم: CFki ضریب ظرفیت سیستم در ماه i از سال K، AC ik کل ظرفیت آماده سیستم در ماه i از سال K، UK ظرفیت واحدهای مربوط به شرکت و IPP در سال k، AVAk نرخ آمادگی واحد در سال K، CPki مبلغ ماهیانه پرداختی بابت آمادگی در ماه i از سال K (این مبلغ از شکل ۱به دست میآید)، CK بردار تغییرات تصادفی ظرفیت سیستم در سال K و Lk بردار تغییرات تصادفی بار سیستم در سال .K در نهایت با استفاده از رابطه (۵) مبالغ عایدی سالیانه هر واحد به ابتدای سال نصب واحد (سال ( j منتقل شده و مقدار معادل عایدی واحد بابت ظرفیت آماده در طول دوره برنامهریزی محاسبه میگردد.

T

NPV jCa p C, L,u, r  (۱ r) (k  j۱) kCa p Ck , Lk ,u k  (۵) k  j

-۳-۲ محاسبه هزینههای تولید انرژی

در این بررسی، هزینههای تولید انرژی الکتریکی به دو بخش تقسیم میشود. بخش اول مربوط به هزینههای تولید انرژی توسط واحدهای شرکت است (رابطه (۶ که خود به دو بخش هزینههای ثابت و متغیر تقسیم گردیده است. در این رابطه an و bn هزینه ثابت و متغیر تولیدکننده مستقل N ام، QUPGn,k انرژی سالیانه خریداری شده از واحد N ام شرکت
در سال K، BP و , Q I P G قیمت خرید انرژی و انرژی
m m k

۳

سالیانه خریداری شده از تولیدکننده مستقل M ام در سال K است. بخش دوم (رابطه (۷ هزینههای مربوط به واحدهای IPP است. هزینههای متغیر تولید شامل هزینه سوخت و هزینه بهرهبرداری و نگهداری (O&M) است. مقدار معادل هزینه تولید یک شرکت در طول دوره برنامهریزی از رابطه((۸

همچنین منحنی نمایی برازش شده برای مدلسازی قیمتهای بازار به ازای سطوح مختلف ظرفیت رزرو نشان داده شده است.[۷]