بخشی از مقاله
خلاصه:
برنامه ریزی توسعه ی واحدهای تولیدی در افق بلند مدت، یک مسئله مهم برنامه ریزی در شبکه های برق است. این مسئله به خصوص در کشورهای در حال توسعه با توجه به نرخ رشد بالای مصرف انرژی الکتریکی، از اهمیت بالایی برخوردار است. اینکه چه نوع واحدهایی، با چه ظرفیتی باید راه اندازی شوند تا ضمن پاسخگویی به نیاز مصرف کنندگان، شاخصهای عدم تراکم خطوط و کاهش آلایندگی زیست محیطی نیز تامین گردد، از اهداف اصلی برنامه ریزی توسعه تولید است.
با توجه به روند توسعه سیستمهای تولید انرژی الکتریکی و تجدید ساختار در سیستمهای قدرت و سرمایه گذاری روز اف زون در صنعت تولید برق و لزوم در نظر گرفتن محدودیتهای انتقال توسط خطوط انتقال برق و در نظر گرفتن آلودگیهای زیست محیطی ناشی از احداث و بهره برداری از نیروگاه ها توجه ویژه ای را می طلبد. در شرایط جدید، نه تنها کاهش هزینه انرژی الکتریکی، بلکه کاهش آلودگی نیز جز اهداف موردنظر می باشد.
.1 مقدمه
در این مقاله یک استراتژی با فرض اینکه ژنراتورهای جدیدی را بخواهیم به شبکه قدرت اضافه کنیم و با این شرط که بار کل را تامین کند ارائه شده است. در این مقاله یک دوره یکساله را جهت برنامه ریزی انتخاب کرده است. در اینجا جهت برنامه ریزی توسعه واحدهای تولیدی بدین ترتیب صورت می پذیرد که با فرض کمینه نمودن هزینه احداث نیروگاه ها، هزینه بهره برداری نیروگاهها ، تعدادواحدها که می بایست به شبکه اضافه گردد نیز تعیین میگردد. در این مقاله نقش تراکم خطوط در اثرگذاری بر مقدار سود دهی و هزینه سرمایه گذاری و همچنین نقش تراکم درانتخاب محل احداث واحدهای جدید مورد ارزیابی قرار گرفته است.
همچنین نقش آلودگی به عنوان عنصری مهم در برنامه ریزی توسعه تولید از دیدگاه ISO مورد ارزیابی قرارگرفته و اثرات محدودیت آلودگی در برنامه ریز توسعه تولید مورد کنکاش قرار گرفته است. در مورد آلودگی ، گازهایی که بیشترین سهم در گازهای آلاینده خروجی از اگزوز نیروگاه ها را دارا میباشند که شامل آلایندگی دی اکسید کربن و دی اکسید گوگرد و که شامل - مونوکسید نیتروژن و دی اکسید نیتروژن و اکسید نیتروژن - میشود مد نظر قرار گرفته است.
در پایان اثرات هر دو ملاحظه آلودگی و تراکم به صورت ترکیبی در برنامه ریزی توسعه تولید مورد ارزیابی و دقت نظر قرار گرفته است.لازم به ذکر است که کمینه سازی تابع هدف با در نظر گرفتن محدودیت ها و قیدهایی همراه است که در مطالعات برنامه ریزی در مدار قرار گرفتن واحدها باید رعایت شوند. برای هر شبکه با توجه به تولید، منحنی های بار و غیره ممکن است قواعد مشخصی در مورد برنامه ریزی واحدها وجود داشته باشد.
.2 مروری بر مقالات
پرشدگی زمانی اتفاق میافتد که سیستم انتقال نتواند بصورت ایمن در یک الگوی مشخص تولید، تقاضا و انتقال عمل نماید. امروزه مطالعات گسترده ای، در پیشگیری، کاهش و کنترل فنی و اقتصادی این پدیده تحت عنوان مدیریت پرشدگی انجام میگیرد که بسته به ساختار بازار بکار رفته، در کشورهای مختلف جهان بسیار متنوع هستند.[ 1] اهمیت مدیریت پرشدگی خطوط انتقال در اروپابه حدی است که نهادی تحت عنوانETSO * جهت رسیدگی به مسائل مربوط به پرشدگی شبکه انتقال تاسیس گردیده اند.
در شرایط پرشدگی، با وجود اینکه تعدادی از خطوط به حد ظرفیت خود رسیده اند، در زمان مشابه خطوطی وجود دارند که هنوز بطور کامل بارگیری نشده اند.[3] اگر با کنترل پخش بار بتوان از این خطوط استفادهی بهتری نمود، قطع قراردادها و بارها در شرایط پرشدگی کاهش خواهد یافت. سیستم انتقال انعطافپذیر که به ادوات FACTS معروف هستند تکنولوژیی است که میتواند کنترل دینامیکی کامل پخش بار اکتیو و راکتیو را در سیستمهای انتقال و براساس متغیرهای کنترلی مانند امپدانس خط، فاز ولتاژ و اندازه ولتاژ انجام دهد.[4] در مرجع[5] تابع هدف مورد استفاده، حداقل نمودن کل هزینه تولید و هزینه سرمایه گذاری واحدهای جدید بوده است.
این موضوع در مرجع[6] به صورت حداقل کردن مجموع هزینه سرمایه گذاری واحدهای جدید، هزینه سوخت و هزینه تعمیر و نگهداری در نظر گرفته شده است. در مرجع [7] تابع هدف به صورت حداقل هزینه های متغیر و ثابت سالیانه هر نوع تکنولوژی در دوره طراحی بیان شده است. در برخی از تحقیقات هزینه خروج واحد و میزان نجات سرمایه نیز به تابع هدف اضافه شده است. در مرجع[8] هدف حداقل کردن هزینه سرمایه گذاری و بهره برداری و حداقل کردن هزینه خروج واحد در نظر گرفته است. در مرجع[9] هدف پیدا کردن بهترین تصمیم در افق طراحی است، بطوریکه مجموع هزینه های سرمایه گذاری، بهره برداری، تعمیر و نگهداری و منفی هزینه بازگشتی مینیمم گردد .
تابع هدف مرجع[ 10] حداقل هزینه سرمایه گذاری واحدهای جدید، هزینه بهره برداری، تعمیرات و خروج اضطراری واحدها و ماکزیمم کردن میزان نجات سرمایه در نظر گرفته شده است. در خصوص قیود نیز، در مرجع[11] برآورده کردن بار سیستم و محدودیت تعداد ژنراتور به عنوان قیود مسأله بهینه سازی در نظر گرفته شده است. در مرجع[5] قیود تأمین تقاضای توان، معیار قابلیت اطمینان شامل معیار احتمال از دست دادن بار الکتریکی، دسترسی انرژی حرارتی، محدودیت های انتشار گازها شامل محدودیت انتشارات آلاینده و محدودیت غلظت آلاینده و محدودیت محل را به عنوان قیود مسأله معرفی کرده است.
بر اساس آمار منتشر شده در ابتدای سال 2004 خون یک ششم زنان باردار در آمریکا به متیل کوری آلوده است و از هر 4 میلیون نوزاد به دنیا آمده در سال، 630000 نفر دچار اختلالات یادگیری ناشی از متیل کوری میگردند. این آمار دو برابر میزانی بود که قبلا تخمین زده شده بود[12] .در باب تاثیر این آلاینده ها بر انسان و گیاهان، طریق اندازه گیری و پالایش آنها، تاثیر آنها بر اتمسفر و ... مطالب مهم و ارزنده ای وجود دارد که از حوصله این پژوهش خارج است و تنها به مدلسازی ریاضی آن و چگونگی تاثیر آن بر مساله توزیع اقتصادی بار خواهیم پرداخت.
از آنجاییکه نیروگاههای حرارتی نقش عمده ای در تولید برق دارندباید به فکر کاهش آلوده گیهای زیست محیطی این نیروگاهها بود . یکی از معایب آنها آلوده کردن محیط زیست به خاطر انتشار گازهای گلخانه ای می باشد. 21درصد از گازهای گلخانه ای جهان به وسیله نیروگاه های حرارتی انتشار می یابد. سوخت مورد استفاده در این نیروگاه ها از نوع فسیلی مانند زغال سنگ و مازوت و غیره می باشد.
میزان انتشار گاز های گلخانه ای در هر کشور توسط نیروگاههای حرارتی، بستگی به میزان استفاده از منابع انرژی تجدید پذیر تولید برق در آن کشور دارد، هر چه از منابع تجدید پذیر بیشتر استفاده شو د میزان انتشار گاز ها نیز کمتر است.[15] مثلا در کشور کانادا که 61 درصد انرژی برق از برق آبی و 12 درصد از سوخت هسته ای ایجاد میشود فاکتور انتشار گاز دی اکسیدکربن 220 گرم بر هر کیلو وات ساعت و گاز دی اکسید گوگرد 1,08 گرم بر هر کیلو وات ساعت و گاز اکسیدهای نیترو ژن.45 گرم بر هر کیلو وات ساعت میباشد.[16]در مرجع[17] قیود به صورت میزان ظرفیت رزرو، تعادل توان شبکه، محدودیت دسترسی منابع انرژی، کناره گیری واحدهای قدیمی و محدودیت انتشار انتخاب شده است.
.3 بیان مسئله
تغییر ساختار و مقررات زدایی صنعت برق اهداف توسعه تولید را تغییر داده و عدم قطعیت ها را افزایش داده است.[18] بدلیل این تغییرات روشها و معیارهای جدیدی برای توسعه تولید در محیطهای مقررات زدایی شده لازم می باشد. هدف اصلی این مقاله تدوین یک استراتژی توسعه تولید با در نظر گرفتن قیود آلودگی و پرشدگی خطوط میباشد. هدف این استراتژی مشخص نمودن مکان و ظرفیت واحدهای تولیدی در شبکه انتقال برای یک دوره برنامه ریزی یک ساله است. از آنجا که در شبکه قدرت نیروگاهها به منظور فروش انرژی خود دربازار برق شرکت میکنند، داشتن اطلاعات از نقطه تعادل بازار کمک زیادی به تصمیم گیری سرمایه گذاران تولید مینماید.
در این مقاله این اطلاعات به گونه ای از طریق ISO در تصمیم گیری سرمایه گذاران دخیل میشود. در روشهای سنتی توسعه تولید،شبکه انتقال در نظر گرفته نمیشود.[19] اما اخیرا شبکه انتقال و اثر آن در توسعه تولید دیده شده است.[20] اما توجه به مسئله مدیریت تراکم وآلودگی و نقش آن در تصمیم گیری سرمایه گذاران موضوع مهمی است که باید بیشتر مورد تحقیق قرار گیرد.
.4فرمولاسیون مدل
جهت حل مسئله بهینه سازی حتما میبایست از روش KKT استفاده کرد چرا که نرم افزار بهینه سازی گمز همزمان دو مسئله را به عنوان تابع هدف نمی تواند در نظر بگیرد . معادلات - 11 - - - 3 - سطح دوم مسئله برنامه ریزی میباشند و به جای استفاده از آنها از doal variable های آنها استفاده کرده
