بخشی از مقاله

چکیده

در مقاله حاضر ترکیب بهینه تکنولوژيهاي تولید برق در کشور با درنظر گرفتن محدودیت سوخترسانی به نیروگاههاي حرارتی تعیین میشود. محدودیت سوخت به صورت حداکثر سهم گاز طبیعی قابل تخصیص به نیروگاههاي حرارتی در کل سال و بطور خاص در 4 ماه سرد آن درنظر گرفته میشود. به منظور ارزیابی و تحلیل اثرات این محدودیت، با بهرهگیري از مدل MESSAGE، سیستم عرضه انرژي الکتریکی کشور مدلسازي میشود.

در این مدل کل هزینههاي سیستم عرضه انرژي الکتریکی به منظور تأمین تقاضاي نهایی برق حداقل میگردد. نتایج اصلی مدل شامل روند بهینه کل ظرفیت مورد نیاز براي نصب، تولید ناویژه هر یک از نیروگاهها و ضریب بهرهبرداري بهینه آنها در یک افق زمانی 30 ساله میباشد. مدل طراحی شده و نتایج حاصل از آن میتواند به عنوان ابزاري مناسب جهت تسهیل فرآیند برنامهریزي میانمدت و درازمدت در بخش عرضه برق مورد استفاده قرار گیرد.

-1 مقدمه

امروزه، اهمیت توجه به برنامهریزيهاي بلندمدت و یکپارچه که در حقیقت اثرات متقابل بخشهاي مختلف سیستم عرضه انرژي را بر یکدیگر مورد بررسی قرار داده و بهترین گزینه و همچنین نحوه بهرهبرداري بهینه از منابع و فنĤوريهاي مختلف انرژي را نشان میدهد، بر کسی پوشیده نیست. سیستم عرضه انرژي که از زیرمجموعه هاي مختلف تشکیل یافته است ، به منظور تأمین انرژي مورد نیاز بخشهاي اقتصادي و اجتماعی توسعه مییابد.

در این سیستم، تأمین انرژي مفید از طریق استفاده از انواع حاملهاي انرژي اولیه و با بهرهبرداري از فنĤوريهاي متنوع و متعدد انرژي امکان پذیر است. جریان صورتهاي مختلف انرژي، زیرمجموعه هاي سیستم عرضه انرژي را تشکیل میدهند و تغییرات در جریان هر یک از انواع حاملهاي انرژي، کل سیستم عرضه انرژي و جریان سایر حاملهاي انرژي را متأثر میسازد. بههم تنیدگی و بههمپیوستگی جریانها و تکنولوژيهاي انرژي، توسعه و بهکارگیري ابزار تحلیلی مناسب براي بررسی و مطالعه حالات مختلف سیستم را ضروري میسازد.

این ابزارها تحت عنوان توسعه سیستم عرضه برق کشور در شرایط محدودیت سوخت نیروگاهها در ماههاي سرد مدلهاي سیستم عرضه انرژي بهطور گستردهاي توسعه یافتهاند. با استفاده از این مدلها، تحلیل جامع سیستم عرضه انرژي در سطح کلان امکان پذیر میگردد. در چهارچوب این تحلیل, ترکیب بهینه حاملهاي انرژي، تکنولوژيهاي مناسب، روند بهرهبرداري از منابع انرژي و سرمایهگذاري در این بخش به منظور تأمین تقاضاي انرژي با حداقل هزینه تعیین میگردند.

مدلهاي عرضه انرژي با توجه به نوع و تعداد حاملهاي انرژي به دو گروه عمده مدلهاي عرضه چندسوختی و مدلهاي عرضه تکسوختی تقسیمبندي میشوند. در مدلهاي عرضه چندسوختی، جریان انرژي براي حاملهاي مختلف انرژي مورد بررسی قرار می گیرد و در چهارچوب آن ترکیب بهینه حاملها و تکنولوژيهاي انرژي در سطوح مختلف تعیین میشوند. در مدلهاي عرضه تکسوختی، جریان یک حامل انرژي در سطوح مختلف مورد بررسی قرار میگیرد. نتایج حاصل از این مدلها ترکیب بهینه تکنولوژيهاي عرضه کننده یک حامل انرژي خاص را مشخص میکند. مدل عرضه برق نمونهاي از مدلهاي عرضه تکسوختی میباشد که در آن ظرفیتسازي بهینه براي تکنولوژيهاي نیروگاهی و وضعیت بهینه عملیاتی آنها به منظور تأمین تقاضاي نهایی برق مشخص میشود.

سیستم تولید و انتقال انرژي الکتریکی به عنوان زیربخشی از کل سیستم عرضه انرژي است که سهم و مقدار قابل تخصیص از حاملهاي مختلف انرژي به آن جهت تبدیل به برق از اهمیت زیادي برخوردار بوده و با توجه به وضعیت موجود نیروگاههاي کشور، این امر میتواند اثر قابل ملاحظهاي بر برنامهریزيهاي کوتاهمدت و بلندمدت توسعه نیروگاهها و تولید برق کشور داشته باشد. بهطور معمول محدودیت عرضه گاز طبیعی به مصرفکنندگان مختلف در 4 ماه سرد سال، بخش نیروگاهی کشور را نیز تحت تأثیر قرار میدهد.  در این شرایط به منظور تداوم تولید برق، استفاده از سوختهاي نیروگاهی جایگزین و یا تکنولوژيهاي دیگر مورد توجه قرار میگیرد. چنین رویکردي نه تنها میتواند وضعیت سیستم عرضه برق در ماههاي سرد را تحت تأثیر قرار دهد، بلکه بر وضعیت عملیاتی نیروگاهها در سایر ماههاي سال نیز مؤثر است.

به منظور ارزیابی و تحلیل این اثرات، در مقاله حاضر با بهرهگیري از آخرین نسخه مدل MESSAGE1 ، سیستم عرضه انرژي الکتریکی کشور مدلسازي شده2 و نتایج حاصل از ارزیابی محدودیتهاي سوخت رسانی به نیروگاهها در ماههاي سرد سال با استفاده از این مدل ارائه میگردد. بدین منظور در بخش دوم مقاله، مدل MESSAGE به اختصار معرفی شده و پس از آن در بخش سوم، ساختار سیستم انرژي مرجع براي بخش برق کشور و نحوه مدلسازي آن در محیط MESSAGE ارائه میشود. در بخش چهارم مفروضات اصلی و پایگاه اطلاعات مورد استفاده به عنوان ورودي مدل مشخص شده و در انتها نتایج حاصل از اجراي مدل ارائه و تحلیل میگردد.

-2 معرفی مدل MESSAGE

یکی از مدلهاي سیستم عرضه انرژي که در اواخر دهه 70 میلادي در مؤسسه بین المللی سیستمهاي کاربردي - IIASA3 - توسعه یافت، مدل MESSAGE است. آژانس بینالمللی انرژي اتمی - IAEA4 - آخرین نسخه مدل MESSAGE را از IIASA دریافت نموده و با طراحی و افزودن یک واسط کاربري مناسب نحوة استفاده از آنرا تسهیل نموده است. MESSAGE  مدلی جهت تعیین ساختار بهینه سیستم عرضه اتمی در اختیار دفتر برنامهریزي کلان برق و انرژي وزارت نیرو قرار گرفته و در حال حاضر در این دفتر راهاندازي شده و به منظور مطالعه ابعاد و جوانب مختلف عرضه برق مورد استفاده قرار میگیرد.

در این مدل کل هزینههاي سیستم عرضه به منظور تأمین تقاضاي انرژي مفید حداقل میگردد. بدین ترتیب این مدل ابزاري مناسب براي برنامهریزي میانمدت و درازمدت بخش عرضه انرژي را فراهم مینماید. منطق مدل، بهینهسازي دینامیک مبتنی بر مهندسی سیستمها میباشد که در آن از ابزار برنامهریزي خطی و برنامهریزي عدد صحیح مختلط استفاده میشود .[1] در این مدل، جریان انواع انرژي و کلیه تکنولوژيها در مراحل مختلف استخراج، فرآورش، تبدیل، انتقال و توزیع مشخص میباشد.

بهطور کلی وروديهاي مدل عمدتاً شامل: تقاضاي انرژي مفید یا نهایی، مشخصات نواحی باري - تعداد آنها، طول دورهها و سهم آنها در کل انرژي مصرفی سال - ، شاخصهاي فنی-اقتصادي مربوط به تکنولوژيهاي انرژي، اطلاعات منابع انرژي، اطلاعات مربوط به آلایندههاي زیست محیطی و سایر منابع اقتصادي - نظیر منابع مالی براي سرمایهگذاري - میباشد.  خروجیهاي اصلی مدل بهطور کلی منعکس کنندة ساختار بهینه سیستم عرضه انرژي، ترکیب بهینه فنĤوريها و حاملهاي انرژي در کلیه سطوح سیستم عرضه، روند بهینه استخراج از منابع انرژي، حجم سرمایهگذاري لازم در بخش عرضه انرژي، میزان پخش و پراکنش آلایندهها و هزینه نهایی تولید حاملهاي انرژي میباشند. این مدل از ابزار برنامهریزي ریاضی بهره میبرد. مهمترین قیودي که در این مدل قابل بررسی هستند عبارتند از:

•    قیود مربوط به تامین تقاضاي انرژي مفید - یا نهایی -

•    قیود مربوط به شبکه توزیع

•    قیود مربوط به شبکه انتقال

•    قیود مربوط به سطوح فرآورش و تبدیل

•    محدودیت منابع انرژي

•    محدودیتهاي زیست محیطی

•    محدودیتهاي فنی تکنولوژيهاي انرژي

•    محدودیت منابع طبیعی - نظیر آب -

•    محدودیت منابع اقتصادي - نظیر محدودیتهاي

سرمایهگذاري داخلی و خارجی -

مجموعه محدودیتهاي فوق، یک مجموعه امکانپذیر تولید براي سیستم عرضه انرژي را در مدل ایجاد میکنند. اما براي یافتن بهترین وضعیت کارکرد در این مجموعه امکانپذیر، باید معیار خاصی در نظر گرفته شود. معمولاً هزینههاي کل سیستم به عنوان معیار در نظر گرفته شده و با حداقل کردن آن، بهترین وضعیت عملکرد سیستم عرضه بهدست میآید. هزینه هاي سیستم در مدل MESSAGE در حالت کلی به شش گروه تقسیم میشوند:

•    هزینه هاي سرمایه گذاري سیستم

•    هزینه هاي تعمیر و نگهداري ثابت سیستم

•    هزینه هاي تعمیر و نگهداري متغیر سیستم

•    هزینه منابع انرژي

•    هزینه واردات انرژي - یا درآمدهاي صادراتی -

•    هزینه هاي زیست محیطی

هزینههاي مذکور باید براي تمام سطوح، تکنولوژيها، مناطق و زمانهاي مختلف محاسبه شده و به یک سال پایه تنزیل شوند. در اینصورت مجموع ارزش حال کل هزینههاي سیستم، تابع هدف مدل را شکل خواهد داد. با حداقل کردن تابع هدف مذکور با توجه به محدودیتهاي فوقالذکر، وضعیت بهینه سیستم بهدست میآید. در ادامه، نحوه راهاندازي و اجراي مدل MESSAGE براي سیستم عرضه برق کشور تشریح شده و نتایج حاصل از آن ارائه خواهد شد.

-3 ساختار سیستم مرجع انرژي براي بخش برق کشور

مطالعه و بررسی سیستم عرضه انرژي ایجاب می کند که تأثیرات متقابل زیر بخشهاي مختلف آن مد نظر قرار گیرد. بدین منظور از مفهوم »سیستم مرجع انرژي1« به عنوان چهارچوب تحلیل مدلهاي عرضه استفاده میشود.

در متن اصلی مقاله به هم ریختگی وجود ندارد. برای مطالعه بیشتر مقاله آن را خریداری کنید