بخشی از مقاله
چکیده -
رنامههای پاسخگویی بار در بسیاری از بازارهای رقابتی برق جهت جلوگیری از افزایش قیمت و عدم اطمینان سیستم قدرت به اجرا درآمدهاست. با گسترش این برنامهها، مشتریان میتوانند مشابه سمت تولید، در بهرهبرداری سیستم مشارکت کنند.
با توجه به جنبههای اقتصادی و فرهنگی، مدلهای رفتاری بار پاسخگو ممکن است در هر جامع یا بازار برق متفاوت باشد به همین جهت در این مقاله مدل های رفتاری مختلف خطی و غیر خطی - توانی، نمایی و لگاریتمی - برای بار پاسخگو در نظر گرفته شده است.
هدف این مقاله شامل استخراج مدل اقتصادی برنامه پاسخگویی بار اضطراری - - EDRP با انواع مدل های رفتاری خطی و غیر خطی و اجرای همزمان آن با مساله مشارکت واحدهای نیروگاهی می باشد که در ادامه با اجرای منطقی و هوشمندانه برنامه - EDRP - ، مقدار پاداش بهینه در جهت کاهش هزینههای کل مساله واحدهای نیروگاهی در همه مدل های خطی و غیر خطی محاسبه شده است. علاوه بر این شاخصههای فنی سیستم در همه مدل ها در این مقاله مورد بررسی قرار گرفته است.
-1 مقدمه
مدیریت سمت مصرف - DSM - نخستین بار در دهه 1980 میلادی توسط 1 - EPRI - به کار گرفتهشد. - DSM - شامل فعالیتهایی از سوی شرکت برق و یا دولت به منظور تغییر میزان و یا زمان مصرف برق مشترکین در جهت منافع مشترک جامعه، شرکت برق و مردم طراحی میشود.
در سیستم تجدید ساختار یافته - DSM - ، پاسخگویی بار 2 - DR - نامیده میشود. در گزارشی که کمسیون تنظیم انرژی فدرال ارائه کرده است، برنامههای پاسخگویی بار به دو دسته زمان محور و تشویق محور تقسیم شدهاند.
مهمترین برنامههای زمان محور برنامههای زمان استفاده - TOU - 3، برنامه قیمت دهی لحظهای - RTP - 4 و برنامه قیمت دهی پیک بحرانی - CPP - 5 میباشند. در برنامه تعرفه زمانی تعرفه ی برق متناسب با هزینهی تولید انرژی در هر بازهی زمانی تغییر میکند. با استفاده از این تعرفهها مشتریان میتوانند مبلغ قبض برق خود را کاهش دهند. این کاهش از طریق تنظیم زمان مصرف در ساعاتی که تعرفهی برق بالا است، حاصل میشود. مهمترین برنامههای تشویق محور برنامه کنترل مستقیم بار - DLC - 6، سرویس قطع بار - I/C - 7، برنامه پاسخگویی بار اضطراری 8 - EDRP - ، برنامه بازار ظرفیت - CAP - 9، برنامه فروش دیماند/بازخرید - DB - 10 و بازار خدمات جانبی - A/S - 11 میباشد.
برنامه پاسخگویی بار اضطراری - EDRP - که یکی از برنامه های تشویق-محور می باشد مشتریان بابت قطع برق در شروع حوادث اضطراری مبلغی به عنوان تشویقی دریافت میکنند که این مبلغ در ساعات پیک به مشتری داده میشود. حضور در برنامه پاسخگویی بار اضطراری داوطلبانه میباشد و جریمهای برای عدم حضور مشترکین در برنامه در نظر گرفته نمیشود.
در مرجع [3] به تاثیر ارزیابی استفاده از کنتور هوشمند بر روشهای مدیریت سمت بار پرداخته است. مرجع [4] به ارزیابی مدلهای غیرخطی - توانی12، نمایی13و لگاریتمی - 14 برنامه پاسخگویی بار مبتنی بر زمان پرداخته است. در این مرجع مدل های اقتصادی برنامه های پاسخگویی بار TOU خطی و غیر خطی استخراج شده و بر روی منحنی های مختلف به اجرا در آمده است.
مرجع [5] اجرای برنامه پاسخگویی بار تشویق محور با مدلهای غیرخطی را در بازارهای مختلف بررسی کرده است. لازم به ذکر است در مرجع [4] و [5] اجرای برنامه پاسخگویی بار با مدل رفتاری خطی و غیر خطی در حضور مشارکت واحدها نبوده و صرفا تاثیرات اجرای برنامهها بر روی منحنی بار بررسی شده است. در بعضی از مقالات به مشارکت واحدهای نیروگاهی با حضور برنامه های پاسخگویی بار پرداخته شده است مانند مرجع [6] به منظور کاهش مسائل زیست محیطی نیروگاه های حرارتی به موضوع تعهد واحدها با برنامه - DR - پرداخته است.
در این مرجع مشتریان مسکونی برنامه - DR - با مدل رفتاری غیر خطی در مساله UC مدل سازی شده است. مطالعه موردی در این مرجع نشان می دهد همکاری مشتریان مسکونی پاسخگو در مساله UC سودمند است و می تواند کل هزینه مساله و میزان انتشار گازهای گلخانه ای نیروگاه های حرارتی را کاهش دهد.
مرجع [7] برنامه های پاسخگویی بار مدل خطی را با مساله مشارکت واحدها به اجرا در آورده است نتایج در این مرجع نشان می دهد اجرای برنامه پاسخگویی بار با مساله مشارکت واحدها باعث کاهش هزینه کل مساله شده است. مقادیر قیمت، تشویق و جریمه در این مرجع به صورت فرضی انتخاب شده و برنامه ها بصورت بهینه و منطقی اجرا نشده اند لذا افزایش یا کاهش این مقادیر می تواند باعث افزایش هزینه کل مساله شود.
مرجع [8] که به اجرای هوشمندانه برنامه زمان استفاده - TOU - توسط یک شرکت تولید کننده به منظور کمینه سازی هزینه مشارکت واحدهای نیروگاهی پرداخته است. در مرجع مذکور مشارکت واحدهای نیروگاهی همراه با برنامه پاسخگویی بار بررسی شده و مقدار قیمت بهینه برنامه - TOU - در مدل خطی محاسبه شدهاست.
مرجع [9] به ارائه مدلی جهت همزمان برنامه مشارکت واحدها و برنامه پاسخگویی بار با استفاده از منحنی کشش قیمتی تقاضا پرداخته و اثر برنامه پاسخگویی بار با مشارکت واحدهای نیروگاهی را بر روی مشخصهها فنی سیستم با مدل خطی بار بررسی کردهاست.
لازم به ذکر است در مرجع [8] و [9] صرفا به اجرای مدل خطی برنامه پاسخگویی بار با مساله مشارکت واحدها پرداخته اند اما در این مقاله با در نظر گرفتن همه مدلهای خطی و غیر خطی بار با حضور مشارکت واحدهای نیروگاهی و با در نظر گرفتن محدودیت فنی ژنراتورها، ارائه رزرو چرخان بالا رونده و پایین رونده و رزرو غیر چرخان از طرف واحدهای نیروگاهی در نظر گرفته شده و به بررسی دو سناریو پرداخته شدهاست در سناریو اول هزینه کل مساله بدون اجرای برنامه پاسخگویی بار بدست آمده و در سناریو دوم با اجرای بهینه - EDRP - ، هزینه کل تولید و مشخصههای اقتصادی سیستم در مدلهای مختلف - خطی و غیرخطی - بار مورد بررسی قرار گرفتهاست.
-2 مدلهای خطی و غیرخطی برنامه تشویق محور
به منظور مدل پاسخگویی مشتری، تقاضای مصرف کننده برای برق را d - t - در نظر میگیریم و فرض میکنیم که این مقدار بستگی به قیمت - ρ - - - یا تعرفهای که مصرف کننده برای برق پرداخت میکند دارد. بدیهی است، بسیاری از شکل-های ساختاری ممکن برای پاسخگویی بار وجود دارد که در این مقاله چهار ساختار خطی و مدلهای غیرخطی توانی، نمایی و لگاریتمی برای پاسخ مشتری در نظر گرفته شدهاست. از آنجایی که در این مقاله هدف، اجرای برنامه پاسخگویی بار اضطراری - EDRP - میباشد جریمهای برای کاهش ندادن بار توسط مشترکین در ساعات پیک در نظر گرفته نشدهاست.
1؛-2 مدل خطی برنامه - EDRP -
الاستیسیته، حساسیت میزان مصرف به قیمت تعریف می شود:
اگر قیمتهای انرژی الکتریکی برای دورههای مختلف متفاوت باشد، تقاضا با یکی از موارد زیر واکنش نشان میدهد:
- بارهایی که امکان جابجایی در پریودهای مختلف را ندارند و فقط می توانند روشن یا خاموش شوند. واکنش این نوع بارها در مقابل قیمت، حساسیت تک پریودی نامیده شده و با الاستیسیته خودی ارزیابی میشوند. علامت الاستیسیته خودی همواره منفی میباشد زیرا هنگامی که در یک پریود قیمت افزایش می-یابد مقدار تقاضا در همان پریود کم میشود.
- بارهایی با حساسیت چند پریودی، این بارها که با حساسیت متقابل سنجیده می شوند امکان جابجایی در بازههای مختلف را داشته و مصرف کننده میتواند مصرف خود را از زمان پیک به زمان غیر پیک منتقل کند.
- برخی از بارهای بزرگ - مانند بارهای صنعتی/شبکههای برق منطقهای و بازارهای برق - ممکن است شامل بارهای تک و چندپریودی باشند که در این مقاله با عنوان مدل کامل برنامه پاسخگویی بار اشاره شدهاست.
در - 1 - الاستیسیته خودی، بیانگر تغییرات بار در پریود t به تغییرات قیمت در همان پریود میباشد و در - 2 - الاستیسیته متقابل، بیانگر تغییرات بار در پریود t به تغییرات قیمت در پریود t' میباشد که در آن - $/MWh - 0 - - قیمت برق قبل از اجرای برنامه پاسخگویی بار، 0 - - تقاضای اولیهی مشترکین و E الاستیسیته میباشد.
همانطور که اشاره شده تقاضا میتواند شامل بارهای تک پریودی و چند پریودی و یا تلفیقی از این دو بار باشد لذا مدل کامل برنامه - EDRP - با ساختار خطی در - 3 - نشان داده شدهاست.
در معادله بالا A - t - مقدار تشویقی داده شده به مشترکین در ساعتهای پیک برای کاهش مصرف خود میباشد. لازم به ذکر است A - t - برای مقادیر منفی قابل قبول نمی باشد. همانطور که از رابطه بالا دیده میشود اگر تشویقی صفر شود مشترکین هیچ انگیزهای برای کاهش بار خود ندارند.
2؛-2 مدل توانی برنامه - EDRP -
مدل کامل بار با ساختار توانی که شامل بارهای تک پریودی و چند پریودی میباشد با توجه به تمام دورهها به صورت - 4 - نشان داده شدهاست.
3؛-2 مدل نمایی برنامه - EDRP -
مدل کامل بار با ساختار نمایی که شامل بارهای تک پریودی و چند پریودی میباشد به توجه با تمام دورهها به صورت - 5 - نشان داده شدهاست.
4؛-2 مدل لگاریتمی برنامه - EDRP -
مدل کامل بار با ساختار لگاریتمی که شامل بارهای تک پریودی و چند پریودی میباشد با توجه به تمام دورهها به صورت - 6 - نشان داده شدهاست.
معادلههای - 3 - تا - 6 - نشان میدهند که مصرف کنندگان در طول 24 ساعت چه مقدار مصرف کنند تا سود خود را با شرکت در برنامه - EDRP - بدست آورند.
-3 هزینه اجرای برنامه - EDRP -
با مشارکت مصرفکنندگان در برنامههای پاسخگویی بار اضطراری سودی از کاهش داوطلبانه بار نصیبشان میشود که ناشی از پاداش پرداختی به آنها می-باشد لذا هزینه اجرای برنامه پاسخگویی بار اضطراری برای شرکت تولید کننده به خاطر تغییرات قیمت انرژی الکتریکی و تغییرات بار شبکه میباشد که به صورت - 7 - بدست میآید.
در ادامه هزینه مربوط به اجرای مدلهای خطی و غیر خطی برنامه پاسخگویی بار اضطراری بدست آمدهاست.
همانطور که در بخش - 2 - اشاره شده به منظور پاسخگویی مشتری، تقاضای مصرف کننده برای برق را d - t - در نظر گرفتیم لذا در این بخش برای بدست آوردن هزینه اجرای برنامه پاسخگویی بار اضطراری با مدل خطی مقدار - - بدست آمده در - 3 - را در - 7 - جایگذاری میکنیم.
در رابطه بالا عبارت، هزینه مربوط به برنامه پاسخگویی بار اضطراری با مدل رفتاری خطی نام دارد.
2؛-3 هزینه اجرای - EDRP - با مدل توانی
با قرار دادن مقدار تقاضا در مدل توانی - - - - از - 4 - در - 7 - ، هزینه اجرای برنامه پاسخگویی بار اضطراری با مدل رفتاری توانی بدست میآید.
3؛-3 هزینه اجرای - EDRP - با مدل نمایی
با قرار دادن مقدار تقاضا در مدل نمایی - - - - از - 5 - در - 7 - ، هزینه اجرای برنامه پاسخگویی بار اضطراری با مدل رفتاری نمایی بدست میآید.
4؛-3 هزینه اجرای - EDRP - با مدل لگاریتمی
با قرار دادن مقدار تقاضا در مدل لگاریتمی - - - - از - 6 - در - 7 - ، هزینه اجرای برنامه پاسخگویی بار اضطراری با مدل رفتاری لگاریتمی بدست میآید.
همانطور که از - 8 - تا - 11 - مشخص است اگر مقدار تشویقی داده شده به مشتری در ساعتهای پیک صفر باشد مقدار هزینه اجرای برنامه پاسخگویی بار اضطراری در همه مدلهای خطی و غیرخطی برابر صفر میشود.
-4 فرمول بندی و قیود مساله
هدف از برنامه مشارکت واحدها به حداقل رساندن هزینه کل سیستم با حضور برنامههای پاسخگویی بار و رضایت مشترکین از اجرای برنامه میباشد. همانطور که از - 12 - مشاهده میشود تابع هدف شامل هزینه تولید انرژی، هزینه راه اندازی واحدهای خاموش و هزینه خاموش شدن واحدها، هزینه برنامه ریزی میباشد.
