بخشی از مقاله
چکيده
در اين مقاله به پيش بيني انرژي الکتريکي مورد نياز بخش خانگي در ايران تا افق ١٤٠٤ پرداخته مي شود. انتخاب اين بخش از آن جهت بوده که سهم آن در مصرف انرژي الکتريکي در کشور بيش از ٣٠ درصد است . تجزيه و تحليل انجام شده با استفاده از مدل MAED صورت مي پذيرد که بر پايه روش مصرف نهايي تدوين شده است .
در اين مطالعه سال ١٣٨٥ به عنوان سال پايه و بازه زماني ١٣٨٩ تا ١٤٠٤ به عنوان دوره زماني پيش بيني در نظر گرفته شده و تقاضاي انرژي الکتريکي در قالب سه سناريوي رشد راندمان تجهيزات الکتريکي که در واقع مديريت مصرف بشمار مي رود مورد تجزيه و تحليل قرار گرفته است .
در مدل MAED تقاضاي انرژي در بخش خانگي به صورت مصارف نهايي شامل گرمايش فضا، گرمايش آب ، پخت و پز، تهويه مطبوع و تجهيزات ثانويه (مثل يخچال فريزر، روشنايي و...) محاسبه مي گردد. در ابتدا اين مقادير با تکيه بر اطلاعات ورودي مدل در بخش خانگي و بر حسب انرژي مفيد محاسبه شده و در ادامه بر مبناي نفوذ در بازار و کارايي هر فرم انرژي که توسط کاربر تعريف شده ، تقاضاي انرژي بر حسب انرژي نهايي محاسبه مي گردد. نکته قابل توجه در خصوص استفاده از مدل MAED تامين اطلاعات آن است . تعداد زيادي از پارامترهاي ورودي اين مدل به صورت آماري در کشور موجود نيست . در اين مطالعه و براي اولين بار بر اساس يک فعاليت ميداني جامع در کل کشور و تکميل پرسشنامه اطلاعات مورد نياز حاصل شده است .
نتايج حاصل از اجراي مدل نشان داد که تقاضاي برق در بخش خانگي در کشور طي سالهاي ١٣٨٥ تا ١٤٠٤ در سناريوهاي رشد کم ، مرجع و زياد مديريت مصرف به ترتيب ٣.٢٦، ٢.٨ و ٢.٣٨ درصد رشد خواهد داشت و از ٤٨٠٨٥ گيگاوات ساعت در سال ١٣٨٥ به ٨٨١٦٧، ٨١١٢٤ و ٧٥٠١٥ گيگاوات ساعت در سال ١٤٠٤ خواهد رسيد.
١- مقدمه
بخش خانگي در کشور ما بيش از ٣٠ درصد مصرف انرژي الکتريکي را به خود اختصاص مي دهد. آمار منتشره در ترازنامه انرژي ايران نشان مي دهد که مصرف برق بخش خانگي در ايران در سالهاي اخير با رشد تقريبي ساليانه ٦ درصد روبرو بوده و در سال ١٣٨٨ به رقمي بالغ بر ٥٧ تراوات ساعت (٣٣.٣ از کل مصرف ) رسيده است [١]. تعداد مشترکين بخش خانگي نيز طي دوره ٥ ساله ١٣٨٣ تا ١٣٨٨ به طور متوسط ساليانه ٤.٨ درصد رشد داشته است . روند افزايش تعداد مشترکين بخش خانگي در کشور طي سالهاي ١٣٨٣ تا ١٣٨٨ در شکل (١) نشان داد شده است .
شکل (١) تعداد مشترکين بخش خانگي در ايران طي سالهاي ١٣٨٣ تا ١٣٨٨ (هزار مشترک )
دلايل عمده افزايش مصرف برق در بخش خانگي استفاده از تجهيزات برقي متنوع ، افزايش جمعيت و رشد درآمد سرانه مي باشند. در اين بين هر چند اجراي طرح هدفمند سازي يارانه ها موجب شده است تا اکثر خانوارها در جهت صرفه جويي و استفاده بهينه از انرژي الکتريکي اهتمام ورزند لکن با افزايش جمعيت و ظهور تکنولوژيهاي جديد مبتني بر انرژي الکتريکي به منظور رفع نيازهاي روزمره بررسي تقاضاي انرژي الکتريکي در اين بخش و عوامل تاثير گذار بر آن و همچنين نحوه تغييرات آن در آينده ضروري به نظر مي رسد.
با توجه به مطالب بيان شده و نيز نظر به گسترش کاربرد انرژي الکتريکي در بخش خانگي ، ضروري است که پيش بيني مناسبي از ميزان مصرف برق در طي سالهاي آتي در بخش خانگي در ايران صورت پذيرد. در راستاي تحقق اين موضوع در اين مقاله به پيش بيني انرژي الکتريکي مورد نياز بخش خانگي در ايران طي بازه زماني ١٣٨٩ تا ١٤٠٤ پرداخته مي شود. براي انجام اين پيش بيني از مدل End-use با نام MAED که توسط آژانس بين المللي انرژي اتمي تهيه و تدوين شده است استفاده مي شود[٢]. مدل MAED از روش پايين به بالا جهت پيش بيني ميزان تقاضا استفاده نموده و به صورت کلي تحت تاثير پارامترهاي کلان اقتصادي و اجتماعي همچون GDP , جمعيت و يا پارامترهايي همچون تغييرات تکنولوژيکي قرار دارد. امکان تغيير در پارامترهاي کلان و خرد در مدل MAED در قالب سناريوهاي مختلف اين مدل را جهت انجام پيش بيني هاي بلند مدت ممتاز ساخته است .
مدلهاي از پايين به بالا مانند مدل MAED بدون اينکه متکي بر داده هاي تاريخي يا سري هاي زماني باشند قابليت تعيين مصارف انرژي در حد زير بخشهاي مصارف نهايي را دارند. در نقطه مقابل مدلهاي بالا به پايين به دليل عدم پيش بيني مصارف انرژي به تفکيک نوع مصارف نهايي قابليت تشخيص نقاط کليدي کاهش مصرف انرژي را ندارند و حال آنکه در مدلهاي از پايين به بالا به دليل لحاظ نمودن بازده تجهيزات انرژي بر و ساير پارامترهاي فني امکان برآورد تغيير در مصرف انرژي به تفکيک مصارف نهايي وجود دارد.
در ايران تاکنون مطالعات مختلفي در خصوص پيش بيني ميزان تقاضاي برق و استخراج تابع مربوطه بر اساس روشهاي آماري و يا اقتصاد سنجي صورت پذيرفته است [٤-٣]. لکن در هيچ يک از مطالعات پيش بيني انرژي الکتريکي مورد نياز بر اساس تاثير تمامي پارامترهاي فني و اقتصادي و به تفکيک مولفه هاي مصرف نبوده و اين امر موجب شده تا دقت و صحت موارد فوق الذکر تحت الشعاع قرار گرفته و از سوي ديگر استفاده از آنها در مباحثي همچون مديريت مصرف (به تفکيک نوع تجهيز و مصرف ) امکان پذير نباشد. در اين مطالعه ضمن از بين بردن نقاط ضعف مطرح شده تمامي پارامترهاي ورودي مدل که به صورت آماري موجود نبوده بر اساس يک فعاليت ميداني جامع در بخش خانگي جمع آوري شده است . اين موضوع موجبات کاهش عدم قطعيت را فراهم آورده و از سوي ديگر امکان نادرست بودن اطلاعات ورودي را تا حد زيادي کاهش داده است .
اين مقاله بر مبناي ٦ بخش اصلي تدوين شده است . بخش دوم به تبيين روش پيش بيني تقاضاي انرژي در مدل MAED
مي پردازد. در اين بخش روش مصارف نهايي (Use –End ) از زير مجموعه روشهاي پايين به بالا و نحوه محاسبه تقاضاي برق در مدل MAED تشريح خواهد شد. در بخش سوم داده هاي مورد مطالعه حاصل از اجراي عمليات ميداني به منظور اجراي مدل مورد ارزيابي و تجزيه و تحليل قرار مي - گيرد. در بخش چهارم سناريوهاي محتمل در خصوص تغيير انواع پارامترها مطرح مي گردد. در بخش پنجم نتايج پيش بيني تقاضاي برق پس از اجراي نرم افزار MAED ارائه مي گردد و در انتها نيز يک جمعبندي از کل کار ارائه مي گردد.
٢- متدولوژي
جهت پيش بيني بلند مدت تقاضاي انرژي الکتريکي در بخش خانگي در ايران طي سالهاي ١٣٨٩ تا ١٤٠٤ در اين مطالعه از مدل 2-MAED استفاده شده است [٢].اين مدل با قابليت استفاده در سيستم عاملهايي همچون ويندوز و تحت نرم افزار اکسل موجود بوده و مورد استفاده قرار مي گيرد.
در مدل MAED تقاضاي انرژي مفيد در بخش خانگي به تعداد قابل توجهي از مصارف نهايي آن شکسته مي شود. اين مصارف تامين کننده انرژي براي گرمايش فضا، گرمايش آب ، پخت و پز، تهويه مطبوع و ساير تجهيزات الکتريکي در بخش خانگي بوده و در واقع تابع پارامترهايي همچون رشد جمعيت ، تعداد خانوارها، تعداد وسايل الکتريکي مورد استفاده در هر خانوار، نحوه استفاده مردم از تجهيزات مصرف کننده انرژي ، سياستهاي ملي در خصوص بکارگيري تجهيزات مصرف کننده انرژي در بخش خانگي ، راندمان تجهيزات مورد استفاده و يا حتي سهم هر يک از تکنولوژيهاي نوظهور از بازار مي باشد. هر چند پارامترهاي فوق در سال پايه با توجه به منابع آماري در هر جامعه نمونه تا حد زيادي قابل دسترسي است لکن پيش بيني هر يک از آنها طي سالهاي دوره مطالعه با توجه به طولاني بودن دوره (بيشتر از ١٠ سال ) نيازمند تعريف سناريوهاي گوناگون است تا عدم قطعيتهاي پيش آمده را تا حد قابل توجهي پوشش دهد. بنابر اين مي توان گفت که پارامترهاي فني ، اقتصادي ، اجتماعي و سياستهاي موجود و مرتبط با مصرف انرژي در بخش خانگي در هر جامعه در سال پايه از دوره مطالعه و همچنين مقادير آنها در سالهاي دوره مطالعه تحت سناريوهاي متفاوت وروديهاي مدل MAED در اين بخش بوده و اين مدل با در اختيار داشتن ماژول انرژي مي تواند خروجي هايي شامل تقاضاي نهايي انواع حاملهاي انرژي (در اين مطالعه انرژي الکتريکي ) را به تفکيک نوع مصرف توليد نمايد.
به طور کلي روش مورد استفاده در مدل MAED جهت پيش بيني تقاضاي انواع حاملهاي انرژي در بخش خانگي در مراحل ذيل خلاصه مي گردد :
١. شکستن تقاضاي انرژي در بخش خانگي به تعداد قابل توجهي از مصارف نهايي که داراي ارتباط منطقي با يکديگر هستند.
٢. مشخص نمودن پارامترهاي فني ، اقتصادي و اجتماعي تاثير گذار بر تقاضاي انرژي در بخش خانگي
٣. پياده سازي روابط رياضي که نشان دهنده ارتباط ميان پارامترهاي تاثير گذار و تقاضاي انرژي هستند.
٤. تعريف سناريوهاي متفاوت در خصوص تغييرات پارامترهاي موثر در دوره مورد مطالعه
٥. بررسي و تجزيه و تحليل تقاضاي انرژي حاصل در هر سناريو و انتخاب سناريو با بيشترين احتمال وقوع
٦. توليد مصارف نهايي انواع حاملهاي انرژي به تفکيک نوع مصرف
هر چند بخشي از اطلاعات ورودي مدل MAED در بخش خانگي به صورت آماري در کشور موجود است لکن محاسبه تعدادي از آنها نيازمند جمع آوري اطلاعات مربوط به اين بخش اعم از نوع تجهيزات ، نحوه استفاده از آنها، نوع ساختمان و حتي شرايط اقليمي است بگونه اي که لازم است مصرف انرژي در هر ساختمان به صورت دقيق شبيه سازي شود. در اين مطالعه و جهت انجام اين مهم پس از جمع آوري اطلاعات هر ساختمان با استفاده از پرسشنامه ، ساختمان مورد نظر در نرم افزار بهسات شبيه سازي و اطلاعات مورد نظر استخراج گرديد. نرم افزار بهسات از جمله نرم افزارهاي شبيه سازي مصرف انرژي در ساختمان است که توسط پژوهشگاه نيرو در سال ١٣٨٣ تهيه شده و طي سالهاي اخير توسعه داده شده است . در اين مطالعه با توجه به وروديها و خروجيهاي مدل MAED تغييراتي در نرم افزار بهسات ايجاد و سپس مورد استفاده قرار گرفت .
با بکارگيري نسخه اي تغيير يافته از نرم افزار بهسات ابتدا اطلاعات بخش خانگي به تفکيک نوع اقليم بدست آمد . در ادامه اين اطلاعات در سطح کشور تجميع و نتايج حاصل به عنوان ورودي مدل MAED مورد استفاده قرار گرفت .
٣- جمع آوري اطلاعات و اجراي مدل در سال پايه
بکارگيري مدل MAED جهت پيش بيني ميزان تقاضاي انرژي در گام نخست نياز به انتخاب يک سال پايه دارد. سال پايه در مطالعات انرژي بايد بگونه اي انتخاب شود که از يکسو اطلاعات مورد نياز در آن سال موجود و يا قابل حصول باشد و از سوي ديگر سيستم تامين انرژي کشور در آن سال از ثبات نسبي خوبي برخوردار باشد. بنابر اين انتخاب يک سال پايه نزديک به سال اول از دوره مطالعه بهترين کار در اين زمينه است . در اين مطالعه با توجه به اين نکته که تمامي اطلاعات مورد نياز مدل MAED براي کشور ايران در بخش خانگي به صورت آماري موجود نبوده و محاسبه آنها با انتخاب جامعه نمونه ، تنظيم پرسشنامه و انجام فعاليت ميداني گسترده جهت تکميل پرسشنامه ها در سال ١٣٨٥ صورت پذيرفته است لذا همين سال به عنوان سال پايه و بازه زماني
١٣٨٩ تا ١٤٠٤ به عنوان دوره مطالعه انتخاب گرديده است .
اطلاعات مورد نياز جهت اجراي مدل در سال ١٣٨٥ از منابع اطلاعاتي گوناگون و همچنين از طريق توزيع پرسشنامه در بخش خانگي بدست آمده است . در اين راستا اطلاعات مربوط به جمعيت ، تعداد خانوارها و اطلاعاتي نظير اينها از سايت مرکز آمار ايران (سرشماري هاي عمومي نفوس و مسکن در سال ١٣٨٥) اخذ شده است [٧]. اطلاعات مربوط به مصرف برق در بخش خانگي از آمار تفصيلي صنعت برق ايران طي سالهاي ١٣٨٣ تا ١٣٨٨ [٣]، اطلاعات مربوط به ساير حاملهاي انرژي از ترازنامه انرژي ايران [٨] و ساير اطلاعات با توجه به انتخاب جامعه نمونه در بخش خانگي و تکميل پرسشنامه حاصل گرديده است . بر اساس اطلاعات حاصل از پرسشنامه ها ساختمانهاي بخش خانگي در نسخه تغيير يافته نرم افزار بهسات شبيه سازي و اطلاعات ورودي مدل MAED حاصل شده است .
٣-١- جمعيت شناسي
اطلاعات مربوط به ساختار شکست جمعيتي در ايران با توجه به سرشماري عمومي نفوس و مسکن در سال ١٣٨٥ قابل دسترسي است . بر اين اساس در سال ١٣٨٥ جمعيت ايران بالغ بر ٧٠.٥ ميليون نفر بوده و نزديک به ٧٠ درصد از اين جمعيت شهر نشين بوده اند. تعداد خانوارها در ايران در سال ١٣٨٥ برابر با ١٧.٣٣ ميليون و متوسط تعداد افراد در هر خانوار بيش از ٤ نفر بوده است [٧].
٣-٢- اطلاعات فني مورد نياز در بخش خانگي
با توجه به اينکه وضعيت اقليمي هر منطقه بر ميزان مصرف برق در بخش خانگي تاثير قابل ملاحظه اي دارد. لذا در اين مطالعه وضعيت اقليمي و تقسيم بندي آن به عنوان فاکتور اصلي در انتخاب جامعه آماري مورد نظر بخش خانگي در نظر گرفته شد. بر اين اساس کليه شهرهاي ايران تحت ٤ طبقه آب و هوايي ١- سرد ٢- گرم و خشک ٣- گرم و مرطوب و ٤- معتدل به اضافه استان تهران طبقه بندي شدند[٩]. در اين بين هر چند شهر تهران را مي توان در اقليم بندي فوق جاي داد لکن بدليل شرايط خاص و اهميت ويژه بصورت جداگانه و در کنار چهار اقليم بررسي شد. پس از تقسيم بندي اقليمي و با توجه به شاخصهايي همچون ميانگين مصرف برق شهرهاي يک پهنه ، تعداد مشترکين هر شهر، مصرف مشترکين کل شهر به مصرف پهنه و تراکم مصرف انرژي الکتريکي در استان مربوطه (مصرف . مساحت ) طبقه بندي شهرها بر اساس ميزان مصرف در هر پهنه آب و هوايي در قالب سه طبقه ميان مصرف ، کم مصرف و پر مصرف نيز صورت پذيرفت . بدين ترتيب کليه شهرها در قالب ١٥ طبقه دسته بندي شدند که ٥ طبقه اصلي مربوط به پهنه هاي آب و هوايي و هر طبقه آب و هوايي نيز حاوي ٣ طبقه مصرف مي باشد. با توجه به وجود دو نوع ساختمان بلوکي و آجري در کشور در هر طبقه ٦ ساختمان ( سه ساختمان بلوکي و سه ساختمان آجري ) جهت جمع آوري اطلاعات مورد نياز مدل MAED انتخاب گرديد.
انتخاب شهرها در هر طبقه به صورت تصادفي صورت پذيرفت و اطلاعات مورد نظر در قالب ٩٠ پرسشنامه جمع آوري و پردازش شد.
پس از پردازش اوليه ، اطلاعات مورد نظر وارد نرم افزار بهسات شده و مصرف انرژي در ساختمانهاي مورد نظر شبيه سازي شد. در ادامه با استفاده از متوسط گيري وزني بر حسب تعداد مشترکين در طبقات کم مصرف ، ميان مصرف و پرمصرف در هر اقليم ، مولفه هاي گوناگون مصرف انرژي الکتريکي واحدهاي خانگي مطابق جدول (١) بدست آمد.
جدول (١) مولفه هاي گوناگون مصرف انرژي الکتريکي در اقليمهاي مختلف در سال ١٣٨٥
پس از اين مرحله با استخراج متوسط زير بنا در هر واحد مسکوني و تعداد نفرات ساکن در آن پارامترهاي ورودي مدل در هر اقليم (مطابق با مواردي که در جدول (٢) آمده است ) استخراج شده و در ادامه با استفاده از متوسط گيري وزني بر حسب تعداد مشترکين پارامترهاي مذکور براي کل کشور در بخش خانگي بدست آمد. آنگونه که از جدول (٢) پيداست در حال حاضر متوسط زير بنا در بخش خانگي تقريبا معادل ١٠٠ متر و متوسط ضريب انتقال حرارت نيز برابر با ٢.٤٥ وات ساعت بر متر مربع بر درجه سانتيگراد بر ساعت است .
ضريب انتقال حرارت متوسط با توجه به مشخصات ساختمانهايي که در آنها پرسشنامه پر شده است بدست آمده است . در اين ميان طيف قابل توجهي از ساختمانهاي تاسيس شده در ايران فاقد اصول فني در خصوص عايقکاري جداره بوده و لذا ضريب انتقال حرارت در آنها بالاست . مطابق اطلاعات ارائه شده در جدول (٢) در هر منزل مسکوني ساليانه ٣٠١٩ کيلووات ساعت انرژي صرف پخت و پز مي - شود و انرژي مورد نياز جهت تهويه مطبوع نيز ساليانه برابر با ٥٥١٢.٣٥ کيلووات ساعت است . در اين ميان ضريب نفوذ برق جهت تهويه مطبوع و ساير کاربردها برابر با ١٠٠ و براي گرمايش فضا، گرمايش آب و پخت و پز به ترتيب برابر با
٠.٣٩ ، ٢.٨ و ٣.٨٥ است که نشان مي دهد انرژي الکتريکي سهم اندکي جهت تامين حرارت در بخش خانگي بر عهده دارد.
پس از وارد نمودن اطلاعات ورودي در مدل MAED و اجراي آن به ازاي سال پايه ١٣٨٥ مقدار مصرف نهايي انرژي الکتريکي در بخش خانگي برابر با ٤٧٩٦٦ گيگاوات ساعت بدست آمد که در مقايسه با مقادير آماري ارائه شده مصرف نهايي برق در بخش خانگي در ايران در سال ٤٨٠٨٥،١٣٨٥ گيگاوات ساعت ، اختلافي کمتر از ١ درصد را نشان مي - دهد[١]. اين اختلاف کم حکايت از آن دارد که پارامترهاي ورودي مدل به درستي تنظيم شده اند.
جدول (٢) پارامترهاي ورودي مدل در بخش خانگي در سال ١٣٨٥
٤- تعريف سناريو
در اين مطالعه ميزان تقاضاي انرژي الکتريکي در بخش خانگي طي يک بازه زماني پانزده ساله مورد بررسي و تجزيه و تحليل قرار گرفته است . در اين بين نقش و تاثير تمامي پارامترهاي فني و اقتصادي بر ميزان تقاضاي انرژي الکتريکي در سال پايه ١٣٨٥ (به عنوان سال شروع مطالعه ) و بعد از آن به صورت بازه هاي زماني ٥ ساله (بجز بازه زماني ٤ ساله اول ) آناليز شده است . تجزيه و تحليل و بررسي روند حاکم بر مترهاي مزبور در آينده منجر به تعريف تغييرات پارا سناريوهايي شده که بتوانند تغييرات احتمالي پارامترها را به صورت کامل پوشش دهند.
در سناريوي اول تعريف شده در اين مطالعه با عنوان سناريوي رشد زياد تغييرات قابل ملاحظه اي در راندمان تجهيزات مصرف کننده انرژي الکتريکي و يا پارامترهاي وابسته رخ داده بگونه اي که تا سال ١٣٩٩ اين مقادير به بالاترين سطح رسيده و از آن پس ايران همگام با ساير کشورهاي پيشرفته در اين زمينه پيش خواهد رفت . در اين سناريو رشد جمعيت مطابق آمار و پيش بيني هاي ارائه شده توسط انجمن جمعيت شناسي ايران طي بازه زماني مورد مطالعه برابر با ١.٥٦ درصد خواهد بود[١٠].
در سناريوي دوم تعريف شده در اين مطالعه روند رو به رشدي در خصوص افزايش راندمان تجهيزات مصرف کننده انرژي الکتريکي رخ داده بگونه اي که تا سال ١٤٠٤ اين مقادير به سطح قابل قبولي مي رسند. در مقايسه با سناريوي رشد زياد افزايش راندمان در اين سناريو با نرخ کمتري صورت مي گيرد.
رشد جمعيت در اين سناريو مطابق سناريوي رشد زياد است .
در سناريوي سوم تعريف شده در اين مطالعه روند کندتري در خصوص افزايش راندمان تجهيزات الکتريکي و وسايل اندازه گيري وجود دارد بگونه اي که مي توان گفت نسبت به سناريوي مرجع تنها نيمي از مسير پيموده مي شود. رشد جمعيت در اين سناريو مطابق سناريوي رشد زياد است .
پارامترهاي مذکور براي سناريوي مرجع در جدول (٣) آورده شده است .
جدول (٣) پارامترهاي ورودي مدل در بخش خانگي در سناريوي مرجع
