بخشی از مقاله
چکیده - امروزه پارکینگهاي خودروهاي برقی به عنوان یک منبع تأمین انرژي و یکی از منابع تولید پراکنده به شمار میآیند. همچنین با وقوع تجدید ساختار در صنعت برق و به وجود آمدن بازار برق رقابتی، پارکینگهاي خودروهاي برقی نیز میتوانند در بازار برق شرکت کنند. اهمیت منابع تولید پراکنده مانند پارکینگهاي خودروهاي برقی زمانی مشخص میگردد که در خطوط انتقال پدیده تراکم رخ دهد و سیستم قادر به تأمین بارهاي بخشی از سیستم نباشد. بنابراین براي جلوگیري از قطع بار باید واحدهاي تولیدي جدیدي وارد مدار شوند که مشکل تراکم در خطوط موجب قطع بار نشده و قیمت در بازار افزایش نیابد. ما در این مقاله الگوریتمی براي انتخاب بهینهترین پارکینگ از دید ISO براي شرکت در بازار ارائه کرده و روابط حاکم بر بازار را در حضور پارکینگها بررسی کردهایم . در این الگوریتم از روش تسویه دو مرحلهاي بازار استفاده شده است. نتایج بدست آمده نشان میدهد که حضور پارکینگهاي خودروهاي برقی در بازار موجب کاهش هزینه تراکم و هزینه کل بازار در سیستم میشود.
کلید واژه- خودرو برقی، تراکم خطوط انتقال، بازار برق، ضریب حساسیت - . - GSF
-1 مقدمه
در حال حاضر مقابله با ریسکهاي تأمین انرژي، کاهش آلودگی، افزایش قابلیت اطمینان در تأمین برق و افزایش کیفیت برق تحویلی به مشترك، مهمترین مسائلی هستند که در حوزه انرژي با آن روبرو هستیم. علاوه بر این با کاهش منابع سوخت-هاي فسیلی که منابع اصلی تولید برق میباشند، مراکز مطالعاتی و پژوهشی استفاده از انرژيهاي تجدید پذیر را براي سالهاي آتی توصیه میکنند. یکی از انواع منابع تولید پراکنده پارکینگ-هاي خودروهاي برقی میباشند که با اتصال به شبکه سراسري میتوانند به عنوان یک منبع تولید پراکنده براي سیستم باشند. با توجه به بی سابقه و نو بودن این حرکت، نگرانیهاي زیادي در مورد اتصال این منابع به شبکه و تأثیرات احتمالی آنها بر عملکرد سیستم وجود دارد. به عنوان مثال، تأثیراتی که بر قابلیت اطمینان، بازده و قیمت برق ممکن است بگذارند، نگران کننده خواهد بود. بنابراین باید این ریسکها در نظر گرفته شده و برنامه ریزي صحیحی انجام شود. از سوي دیگر، با وقوع تجدید ساختار در صنعت برق و ظهور بازار برق، محیط رقابتی در بین تولید کنندگان شکل گرفته است و مدیریت مستقل سیستم با هدف افزایش رفاه اجتماعی بازار را مدیریت میکند. حضور منابع تولید پراکنده در بازار، که به محل مصرف نزدیک بوده و به دلیل کوچک بودن واحدها هزینههاي جانبی کمتري دارند، میتواند تأثیر بسزایی در تعادل قیمت داشته باشد. این تأثیر زمانی بیشتر احساس میشود که محدودیتهاي خطوط انتقال نقض شده و قادر به تأمین بخشی از بار نباشیم. در [1-2] مطالعاتی در زمینه شرکت پارکینگهاي خودروهاي برقی در بازار انجام شده است، ولی مطالعهي جامع در مورد حضور پارکینگهاي خودروهاي برقی در بازار صورت نگرفته است. در این مقاله الگوریتمی جامع و دقیق براي انتخاب و حضور پارکینگهاي خودروهاي برقی در بازار برق ارائه شده است . [3,5-6]
در این مقاله، در بخش 2 چگونگی تأثیر خودروهاي برقی بر رفع تراکم خطوط انتقال و همچنین تأثیر آنها در جلوگیري از افزایش قیمت بازار برق توضیح داده شده است. بخش 3 الگوریتم پیشنهادي براي حل مسئله و روابط حاکم بر بازار براي تسویه و برقراري تعادل در بازار را بیان میکند. در بخش 4 به بیان چگونگی انتخاب بهینهترین پارکینگ براي حضور در بازار پرداختهایم. در بخش 5 الگوریتم پیشنهادي بر روي یک سیستم پیادهسازي شده است و در نهایت در بخش 6 نتایج بدست آمده ارائه شده است.
-2 تأثیر پارکینگ خودروهاي برقی بر تراکم خطوط و قیمت در بازار برق
هر سیستم قدرت داراي یک زمان پیک در طول شبانه روز میباشد که حداکثر تقاضاي بار در آن بازه رخ میدهد. در صورتیکه برنامهریزي صحیحی انجام شده باشد، توان مورد نیاز سیستم در این بازه زمانی تأمین میشود، ولی ممکن است به دلیل محدودیت ظرفیت خطوط انتقال، امکان تأمین بار وجود نداشته باشد، که در این حالت پدیده تراکم رخ میدهد. به عبارت دیگر تراکم به معنی استفاده از شبکه انتقال دقیقاً در محدودههاي مجاز بهره برداري است. بنابراین ISO مجبور است براي تأمین بارها از تولید کنندههاي دیگر استفاده کند. همانطور که میدانیم در هر مرحله که ISO تسویه بازار را انجام میدهد بر اساس قیمتهاي پیشنهادي تولید کنندهها، واحدهایی را که قیمتهاي کمتري ارائه کردهاند، برنده اعلام میکند. اما در صورت وقوع تراکم در خطوط انتقال مجبور به وارد کردن واحد هاي دیگر میباشد که در این صورت واحدهایی با قیمتهاي بالاتر وارد سیستم میشوند که این امر باعث افزایش قیمت برق در بازار خواهد شد. البته باید به این نکته توجه داشت که در زمان پیک بار، به دلیل افزایش تقاضا، احتمال وقوع تراکم در خطوط بیشتري وجود دارد، که موجب رشد چندین برابري قیمت در بازار خواهد شد. بنابراین مدیریت صحیح و استفاده از تولیدکنندگان نزدیکتر به بارها میتواند تأثیر زیادي در تعادل و جلوگیري از افزایش بیش از حد قیمت در بازار داشته باشد [7,8]
.یکی از راههاي مقابله با این امر استفاده از واحدهاي تولیدي کوچکتر و نزدیک به محل مصرف میباشد که به دلیل داشتن هزینههاي جانبی کمتر، قیمت کمتري خواهند داشت. بنابراین استفاده از منابع تولید پراکنده میتواند تأثیري به سزا در کنترل قیمت در بازار داشته باشند. یکی از انواع واحدهاي تولید پراکنده، پارکینگ هاي خودروهاي برقی می باشد که می تواند توان مورد نیاز یک ناحیه را با قیمت ارزانتر تأمین کند. علاوه بر دیدگاه اقتصادي در مورد پارکینگهاي خودروهاي برقی، به دلیل اینکه این پارکینگها معمولاً در محلهایی احداث میشوند که در آنجا ترافیک رفت و آمد و به طبع بارهاي تجاري و خانگی و یا صنعتی وجود دارد، بنابراین در صورت استفاده از این پارکینگها در زمان پیک بار، علاوه بر کنترل قیمت در بازار و جلوگیري از وقوع قطعی برق، قابلیت اطمینان سیستم نیز به دلیل کوتاهتر شدن فاصله بین تولید کننده و مصرف کننده افزایش خواهد یافت. براي اینکه یک خودرو برقی بتواند به شبکه توان تزریق کند، در
ابتدا باید خود شارژ شود، پس در ابتدا به عنوان یک بار براي سیستم خواهد بود، و در صورتی که به خوبی مدیریت نشود، آنگاه حجم زیادي از این بارها در ساعات مشخصی از روز ایجاد شده و حتی ممکن است موجب اضافه باري در سیستم شوند. پس از این که خودروها شارژ شدند، میتوانند در ساعات مختلف به شبکه توان تزریق کرده و بدین وسیله در راستاي سیاستهاي مدیریت سمت مصرف، میتوان پیک بار را کنترل کرده و از آنها براي رفع تراکمهاي محلی و جلوگیري از افزایش قیمت در بازار برق استفاده نمود.
موضوع مهمی که در اینجا باید به آن توجه کرد این است که آیا پارکینگهاي خودروهاي برقی میتوانند توان لازم و کافی براي رفع تراکمهاي محلی رخ داده در خطوط انتقال را تأمین کنند؟ براي پاسخ به این سوال، به مطالعهاي که در انگلیس بر روي یک جامعه آماري چند هزار نفري و الگوي استفاده آنها از خودروهایشان انجام شده است، استناد میکنیم. با توجه به شکل 1 که الگوي استفاده از خودروها را طی 24 ساعت نشان میدهد، مشاهده میشود که افراد فقط در 5/2 درصد از طول روز از خودروهاي خود استفاده کرده و در 94/8 درصد طول روز این خودروها در پارکینگها و بدون استفاده میباشند. بنابراین مشاهده میشود که در صورت جایگزین کردن خودروهاي برقی به جاي خودروهاي امروزي، به یک منبع بزرگ از برق به صورت بالقوه دست خواهیم یافت که در صورت مدیریت صحیح و استفاده مناسب، میتوان از آن براي تأمین بخشی از بار در ساعات پیک استفاده کرد .[9]
شکل .1 الگوي استفاده از خودروها در طی 24 ساعت
-3 مدل پیشنهادي
براي مدیریت بازار توسط ISO و اعلام برندگان راههاي مختلفی وجود دارد که یکی از آنها روش تسویه دو مرحلهاي بازار میباشد. همانطور که در شکل 2 نشان داده شده است در این بازار ابتدا شرکتهاي تولید کننده براي واحدهاي خود برنامهریزي مشارکت واحدها را براساس هزینه هر واحد انجام میدهند و با توجه به تابع هزینه بدست آمده براي مجموع واحد-هاي خود، پیشنهادات خود را براي شرکت در بازار به ISO اعلام میکند. در مرحله بعد ISO بدون در نظر گرفتن محدودیتهاي شبکه انتقال بازار برق را تسویه نموده و نتیجه را به اطلاع تولید کنندگان و مصرف کنندگان بازار میرساند. سپس ISO با استفاده از برنامه پخش بار بررسی مینماید که با توجه به نتایج بازار قیود انتقال برقرار باشند.
شروع
تولید کنندگان، مشترکین و پارکینگ هاي خودرهاي برقی پیشنهاد قیمت خود را به ISO اعلام می کند.
ISO مرحله اول تسویه بازار را بدون در نظر گرفتن محدودیت هاي خطوط انتقال و بدون در نظر گرفتن پارکینگ ها اجرا می گردد.
با توجه به نتایج بازار آیا محدودیت هاي شبکه انتقال نقض شده است؟
ISO مدیریت تراکم را بدون در نظر گرفتن محدودیت هاي خطوط انتقال و بدون در نظر گرفتن پارکینگ ها اجرا می گردد.
ISO مرحله دوم تسویه بازار را بدون در نظر گرفتن محدودیت هاي خطوط انتقال و با در نظر گرفتن پارکینگ ها اجرا می گردد.
با توجه به نتایج بازار آیا محدودیت هاي شبکه انتقال نقض شده است؟
ISO مدیریت تراکم را با در نظر گرفتن محدودیت هاي خطوط انتقال و بدون در نظر گرفتن پارکینگ ها اجرا می گردد.
با مقایسه هزینه کلی بازار و هزینه تراکم سیستم در حضور و عدم حضور پارکینگ ها موثر بودن این الگوریتم بررسی می شود.
پایان
شکل.2 روند نماي الگوریتم پیشنهادي
در صورتی که قیدي از شبکه نقض شود، تولید کنندگان پیشنهادات خود براي تغییر تولید خود نسبت به نتایج بازار به ISO ابلاغ کرده و ISO با یک بهینهسازي مجدد، مجموع هزینه تغییر تولید کنندگان نسبت به نتیجه بازار که هزینه تراکم نامیده میشود، را حداقل مینماید به نحوهي که قیود شبکه انتقال نیز برقرار باشند. پارکینگ خودروهاي برقی میتوانند در هر دو مرحله روند فوق استفاده شوند. در این مقاله پارکینگها در مرحله پخش بار مجدد وارد بازار شدهاند. یعنی در صورت نقض محدودیتهاي خطوط انتقال دو بار دیگر تسویه بازار را انجام میدهیم . بار نخست با در نظر گرفتن محدودیتهاي خطوط انتقال و بار دیگر با در نظر گرفتن پارکینگها، و در نهایت با مقایسه هزینه کل خطوط انتقال و هزینه تراکم در حضور و عدم حضور پارکینگها، هر حالتی را که بهینهتر بود، انتخاب میکنیم. در ادامه روابط حاکم بر بازار در دو حالت حضور و عدم حضور پارکینگها ارائه شده است.
-1-3 مدل و روابط حاکم بر بازار بدون حضور پارکینگها
تابع هدف بازارهاي برق حداکثر سازي رفاه اجتماعی است که مجموع مازاد سود تولیدکنندگان و مازاد سود مصرف کنندگان میباشد. روابط زیر تابع هدف و قیود حاکم بر بازار را بدون حضور پارکینگهاي خودروهاي برقی نشان میدهد:
در نهایت بازار با در نظر گرفتن تمام قیود فوق اجرا شده و میزان تولید که هر تولید کننده برنده شده است، اعلام میشود. پس از آنکه نتایج توسط ISO به اطلاع شرکت کنندگان رسید، ISO برقراري قیود شبکه انتقال را براي نتایج بدست آمده بررسی نموده و در صورت نقض شدن این قیود و بروز تراکم در سیستم، برنامه تخصیص مجدد نیروگاهها را اجرا مینماید. اجراي این برنامه مستلزم انجام یک بهینه سازي دیگر است که طی آن هزینه صرف شده براي تخصیص مجدد - هزینه تراکم - حداقل میشود به نحوي که قیود انتقال نیز برقرار باشد. روابط زیر نشان دهنده روابط تخصیص مجدد میباشند.
