بخشی از مقاله
*** این فایل شامل تعدادی فرمول می باشد و در سایت قابل نمایش نیست ***
برنامه ريزي مشارکت واحدهاي انرژي الکتريکي با در نظر گرفتن قيود زيست محيطي
واژه هاي کليدي : برنامه ريزي مشارکت واحدها، پخش بار اقتصادي ، روش هاي بهينه سازي ، قيود زيست محيطي
چکيده
طي سال هاي اخيـر، افـزايش آلـودگي نيروگـاه هـاي حرارتـي همزمان با افزايش آلاينده ها از منابع ديگر در جو کـره زمـين ، نگراني هاي بسياري در مديريت توليد انرژي الکتريکـي ايجـاد نموده است . نيروگاه هاي حرارتي انواع مختلفي از آلاينده ها را به هوا منتشر مي کنند. بنابراين وضع قوانين و انجـام فعاليـت - هاي اساسي جهت کاهش اين آلودگي ضروري بـه نظـر مـي - رسد. يکي از راه حل هاي مناسب در ايـن مـورد، برنامـه ريـزي مشارکت واحدهاي حرارتي با درنظـر گـرفتن قيـود زيسـت - محيطي (ECUC) مـي باشـد. در ECUC، تـابع هـدف کـه بـه صورت مجموع هزينه سوخت ، راه اندازي و آلـودگي مـي - باشد، با رعايت قيود مشخصـي از جملـه قيـد حـداقل زمـان روشن و خاموش بودن ، قيد ذخيـره چرخـان و قيـد آلـودگي بايستي حداقل گردد. هدف اين مطالعـه بکـارگيري الگـوريتم ارائه شده در برنامه ريزي مشارکت واحـدهاي حرارتـي بـراي حل ECUC مي باشد.اين روش ها به صورت موفقيت آميزي بر روي يک سيستم ٢٦ واحدي که در مقالات ديگـر بکـار رفتـه براي يک بازه ٢٤ ساعته اعمال شده است . نتايج نشـان دهنـده بهبود ٠.٠٣ و ٠.٥ درصدي در هزينه کل و آلودگي اضافي در مقايسه با نتايج مشابه در مقاله ديگـر مـي باشـد. در مطالعـات بعدي ، مي توان با اضافه نمودن قيود جديد مانند قيد نرخ توان و واحدهاي جديدي ماننـد واحـدهاي آبـي و پمـپ ذخيـره ، مسأله ECUC را بررسي نمود.
١- مقدمه
استراتژي هاي گوناگوني براي حداقل کردن هزينه واحد- هاي توليد انرژي الکتريکي پيشنهاد شده است که برنامه ريزي مشارکت واحدها (UC) و پخش اقتصادي بار (ED) جزو بهترين راه ها براي تأمين برق با کيفيت ، براي مشتري در يک حالت اقتصادي و امن مي باشد [١]. مسأله UC در سيستم هاي قدرت ، شامل تعيين برنامه - ريزي براي خاموش و روشن شدن واحدهاي توليد انرژي الکتريکي در جهت تأمين تقاضاي مورد نياز مي باشد [٢] و [٣]. اين برنامه ريزي تحت قيود مختلفي قرار دارد. مسأله ED
شامل تخصيص تقاضا بين واحدهاي مشارکت کننده و از پيش تعيين شده ، با شرط حداقل نمودن هزينه سوخت و تأمين ذخيره چرخان در يک ساعت مشخص مي باشد. قيود اين مطالعه دو نوع است . قيود سيستم (ذخيره چرخان و تأمين تقاضا) و قيود کارکرد واحدهاي توليد انرژي الکتريکي (حداقل زمان روشن و خاموش بودن ) [٤]. واحدهاي حرارتي همواره يکي از بزرگترين منابع انتشار گازهاي آلوده کننده هوا مي باشد. در واقع تبديل انرژي از حالت شيميايي سوخت فسيلي به الکتريسيته داراي بازده پايين و همراه با تلفات خواهد بود. اين تلفات مي تواند به شکل آلودگي و شامل خاکستر، نيتروژن ، اکسيدهاي گوگرد، جيوه و گازهاي گلخانه - اي باشد [٥]. از جمله مهمترين اين گازهاي آلوده کننده مي - توان به SO2، CO2 و NOx اشاره نمود [٦]، [٧] و [٨]. از اين رو برنامه ريزان انرژي دولت ها اقدام به ارائه راه کارها و وضع قوانيني جهت کاهش آلودگي واحدهاي حرارتي نموده اند که اکثرا به صورت معرفي هزينه يا جريمه آلودگي ، خود را نشان داده است [٨].
با در نظر گرفتن قيد آلودگي ، UC معمولي به UC با درنظر گرفتن قيود زيست محيطي ١ (ECUC) و به صورت مشابه ED به (ECED) تغيير مي کند. در ECUC، هدف ، حداقل کردن همزمان هزينه سوخت و آلودگي با رعايت برخي قيود مي باشد. در واقع واحدهايي که داراي کمترين هزينه سوخت و آلودگي به صورت همزمان مي باشند براي مشارکت در يک ساعت مشخص انتخاب مي شوند. پس از تعيين واحدهاي مشارکت کننده ، تواني که بايد در آن ساعت تأمين شود، بوسيله ECED بين واحدهاي مشارکت کننده که از قبل معين شده اند تقسيم مي گردد.
از مهمترين مطالعات در زمينه ECUC مي توان به موارد زير اشاره نمود:
مطالعات [٦]، [٧] و [٩] با استفاده از روش لاگرانژ، مسأله ECUC را با در نظر گرفتن SO٢ به عنوان آلوده کننده حل نموده است . تابع هدف به صورت ترکيبي از هزينه سوخت و آلودگي مي باشد. در مطالعه [٨]، ECUC با تعريف آلودگي راه اندازي انجام شده است . در مطالعه [١٠] نيز قيود زيست - محيطي در نظر گرفته شده است . همچنين UC واحدهايي که داراي خاصيت جابجايي ، تعويض و يا مخلوط کردن سوخت مي باشند انجام شده و تأثير قيمت گاز طبيعي بر عملکرد روزانه واحدهاي سيکل ترکيبي مورد بررسي قرار گرفته است .
مطالعات [٥]، [١١] و [١٢] نيز مسأله ECUC را مورد بررسي قرار داده اند که مطالعه [١٢] از روش Simulated Annealing
استفاده نموده است .
هدف اين مطالعه بکارگيري الگوريتم ارائه شده در برنامه - ريزي مشارکت واحدهاي حرارتي [١٣] و [١٤] براي حل ECUC و ECED مي باشد.
به منظور دست يابي به هدف ذکر شده ، در بخش دوم به فرمول بندي مسأله پرداخته شده و روابط و قيود حاکم بر آن بيان مي گردد. در بخش سوم الگوريتم شرح داده مي شود.
بخش چهارم نتايج شبيه سازي و مقايسه کارايي الگوريتم پيشنهادي با الگوريتم مشابه در مطالعه ديگر را دربر دارد. در انتها در بخش پنجم خلاصه اي از مطالعه و نتيجه گيري و پيشنهادات آورده شده است .
٢- فرمول بندي مسأله
در اين قسمت به فرمول بندي مسأله ECUC پرداخته مي - شود و تابع هدف و قيود مسأله به صورت زير تعريف مي - گردند.
٢-١- تابع هدف
در اين مطالعه ، کمينه کردن تابع زير انجام مي گيرد [١٢].
که در آن [١٢]
تابع هدف ECED شامل هزينه سوخت واحدهاي مشارکت کننده و از قبل تعيين شده مي باشد.اين فرمول در واقع همان فرمول ١ است وقتي هزينه راه اندازي وجود نداشته و تمام واحدها روشن باشند.
٢ود -٢- قیود مساله
کمينه سازي به شرح زیر می باشد.
قید تامین تقاضا [١٢]:
قيد توليد هر واحد [١٢]:
قيد ذخيره چرخان [١٢]:
قيد حداقل زمان روشن و خاموش بودن [١٢]:
٢ -٣- فرمولبندي آلودگي
آلودگي توليدي واحد حرارتي iام در ساعت t ام از فرمول زير محاسبه مي گردد
که در آن [١٢]
اگر ضريب تبديل آلودگي و به صورت زير تعريف شود [١٢]
با جاي گذاري فرمول ١٣ در ١١ و با استفاده از تعريف ، آلودگي واحد حرارتي i ام به صورت زير در مي آيد [١٢]
براي محاسبه EMC، لازم است EMS با EMCAP به صورت زير مقايسه شود.
آ. اگر EMCAP≥EMS : محدوديت آلودگي مورد نظر واحد حرارتي رعايت شده و بنابراين هزينه آلودگي وجود نخواهد داشت . به عبارت ديگر ٠ = EMC [١٢].
ب. اگر EMCAPEMS : محدوديت آلودگي مورد نظر واحد حرارتي رعايت نشده و به ازاي آلودگي اضافي بايستي هزينه اي به اندازه EMC پرداخت شود [١٢]. در اين حالت ،
٣- الگوريتم حل
روشي که در اين مطالعه به کار گرفته شده است به دو بخش تقسيم مي شود. در مرحله اول حالت مشارکت واحدها تعيين مي گردد و سپس به پخش بار اقتصادي و تعيين سهم توليد هر واحد توليد پرداخته مي شود.
٣-١- الگوريتم حل ECUC
همانطور که در مقاله [١٣] و [١٤] اشاره شده است ، تابع برازندگي (FF) براي حل مسأله UC به صورت زير مي - باشد.
براي اينکه قسمت دوم تابع هدف که شامل هزينه آلودگي مي باشد وارد FF شود، FF به صورت زير اصلاح مي گردد.
بقيه الگوريتم ، مشابه الگوريتم حل UC [١٣] و [١٤] مي باشد.
روش حل UC در ساعت tام به شرح زير است .
آ) محاسبه توان بهينه FF توسط مشتق گيري از FF:
بايستي اين واحد در اولويت اول انتخاب قرار گيرد. بنابراين :
ج-٢) اگر
بايستي اين واحد در اولويت آخر انتخاب قرار گيرد. بنابراين :
د) مرتب کردن واحدها بر اساس FFi ها
ه) با شروع از واحد با اولويت بالاتر، تا برآورده شدن شروط زير واحدها روشن مي شوند:
و) از ميان واحدهاي روشن شده ، اگر واحدي که اولويت پايينتري ( FFi کوچکتر) داشته (مثلا واحد jام )، خاموش شود بقیه واحد های روشن مانده ، در توان هایی بیش از شايد بتوانند شرايط فرمول هاي ٦ و ٨را برآورده شود، بقيه واحدهاي روشن مانده ، در توانهايي بيشتر سازند. در اين حالت ، با خاموش شدن واحد jام ، دو حالت زير پيش مي آيد:
- هزينه راه اندازي کاهش مي يابد
- هزينه سوخت افزايش مي يابد (زيرا واحدها از حالت بهينه خارج شده اند)
بنابراين :
و-١) اگر قدر مطلق هزينه راه اندازي کاسته شده بيشتر از قدر مطلق هزينه سوخت افزايش يافته باشد، واحد jام خاموش مي گردد و ECED بقيه واحدهاي روشن شده انجام مي گيرد.
و-٢) اگر قدر مطلق هزينه راه اندازي کاسته شده کمتر از قدر مطلق هزينه سوخت افزايش يافته باشد، واحد jام روشن مي - ماند و ECED انجام مي گيرد.
