بخشی از مقاله
چکیده
طراحی بهینه سد و نیروگاه برقابی با توجه به هزینهها و سرمایهگذاری عظیم مو ضوع مهمی به شمار میرود. روش نیروگاه حرارتی یکی از روشهای معمول در برآورد منافع طرحهای برقابی میباشد. در این روش منافع حاصل از تولید انرژی برقابی برابر با هزینههای نیروگاه حرارتی جایگزینی است که در صورت عدم ساخت طرح برقابی باید احداث گردد. همچنین به هزینههای خارجی ناشی از تولید آلایندههای نیروگاههای حرارتی پرداخته و اثر در نظر گرفتن آن در تحلیل اقت صادی ارزیابی شده ا ست.
در ادامه با ا ستفاده از دیدگاه مدل شبیه سازی-بهینه سازی و ترکیب PSO-WEAP و در نظر گرفتن تابع هدف کارایی اقت صادی به بهگزینی پارامترهای طراحی پرداخته شده ا ست. در نهایت مدل تو سعه یافته برای طرح نیروگاه برقابی کارون 2 به کار گرفته شده است. با استفاده از روش نیروگاه حرارتی جایگزین، مقادیر تراز حداقل و نرمال بهرهبرداری به ترتیب برابر 668 .و672 از سطح دریا و ظرفیت نصب 498 مگاوات، به عنوان مقادیر بهینه اقتصادی محاسبه شدهاند. همچنین در نظر گرفتن هزینههای خارجی علاوه بر افزایش ظرفیت نصب و انرژی تولیدی، منافع خالص طرح را در حذوذ 12 درصد افزایش میدهد.
-1 مقدمه
با اینکه مدلهای شبیه سازی در ارزیابی عملکرد سیستمهای آبی در شرایط گوناگون مدلهای کارایی میباشند، این مدلها در زمینه انتخاب و تعریف بهترین ترکیب از مسئله نظیر ظرفیت و ابعاد عناصر سیستم ابزار کاملی نیستند. مدلهای شبیهسازی میتوانند تنها گزینههای محدودی از پارامترهای طراحی را ارزیابی نمایند. علیرغم آن در این شرایط رسیدن به بهترین جواب تضمین نمیگردد. این نقیصه میتواند با استفاده از ابزار بهینهسازی و مجهز به الگوریتمهای جستوجوی هوشمند بر طرف شود.
این الگوریتمها در فرآیند جستوجوی خودکار و تکاملی به جستوجوی بهترینن ترکیب از متغیرهای مورد نظر در مسئله میپردازند. مدلهای شبیهسازی و بهینهسازی در زمینه منابع آب کاربردهای فراوانی داشتهاند. Evenson و همکاران یک مدل بهینه سازی را با هدف به حداقل رساندن هزینههای کلی یک سیستم چند مخزنه، همراه با مدل شبیه سازی مورد ا ستفاده قرار دادهاند
Diaz و همکاران مدل بهینه سازی با هدف حداکثر سازی منافع اقت صادی حاصل از فروش انرژی در سیستم چند مخزنه برقابی به کار بردند
Wardlaw و همکاران از الگوریتم ژنتیک برای بهرهبرداری بهینه از مخزن استفاده کردند Tdoukalas .[3] و همکاران به بهینهسازی بهرهبرداری از سیستمهای چندمخزنه با تلفیق مدل شبیهساز WEAP با روشهای فراکاوشی پرداختند
-2 مواد و روشها
در ایتدا به مدل شبیه سازی انرژی و نرم افزار WEAP، به عنوان مدل شبیه ساز پرداخته میشود. در ادمه به تشریح الگوریتم بهینهساز ازداحام ذرات پرداخته و در نهایت به روش نیروگاه حرارتی جایگزبن برای تحلیل اقتصادی و به عنوان تابع هدف الگوریتم PSO پرداخته میشود.
-2-1 مدل شبیهسازی انرژی برقابی
نرمافزار WEAP یک ابزار رایانهای مناسب برای برنامهریزی یکپارچه منابع آب میباشد که توسط موسسه محیطزیست استکهلم توسعه داده شده است و در سالهای اخیر در سطح جهان و کشور کاربرد بسیار وسیع یافته است .[5] مزیت مهم WEAP در رویکرد یکپارچه در شبیه سازی سی ستمهای آبی و جهتگیری آن در را ستای سیا ستها میبا شد. اساس عمکرد WEAP معادلات پایه بیلان آب میباشد و از آن میتوان در مدلسازیهای پیچیده در سیستمهای شهری، کشاورزی و ... غیره استفاده برد.
علیرغم توانایی های بسیار، این نرم افزار در زمینه مدلسازی سیستم های برقابی نقاط ضعفی دارد. از جمله مهمترین نقاط ضعف در محاسبات انرژی برقابی میتوان به ناتوانی در احتساب شرایط انتهای گامهای زمانی در تخصیص بر مبنای اهداف برقابی و همچنین شبیهسازی تولید انرژی نام برد. عدم محدود کردن حداکثر توان تولیدی به ظرفیت نصب نیروگاه، عدم لحاظ محدودیتهای حداکثر و حداقل هد توربین، ناتوانی در محاسبه افت هد به صورت تابعی از دبی و خ صو صیات نیروگاه همچون قطر و طول تونل آب بر، جزو دیگر محدودیتهای قابلیتهای برقابی این نرم افزار ا ست. در این راستا یک ماجول محاسبات برقابی با استفاده از روش روندیابی متوالی جریان شامل دو جزو مهم تخصیص بر مبنای اهداف برقابی و همچنین شبیهسازی تولید انرژی با استفاده از قابلیت Scripting درون محیط WEAP توسعه یافته است
-2-2 الگوریتم بهینهسازی ازدحام ذرات - PSO -
روش بهینه سازی ازدحام ذرات، اولین بار توسط Eberhart وKenney در سال 1995 معرفی گردید .[7]اساس این الگوریتم، شبیهسازی یک رفتار دسته جمعی است که از آن برای نشان دادن حرکت گروه پرنده ها و ماهیان استفاده میشود. نیز مانند سایر تکنیکهای محاسبات تکاملی، از یک جمعیت یا Swarm شامل راه حلهای بالقوه مسئله تحت بررسی است، جهت اکتشاف در فضای جستجو استفاده می کند. هر چند که در PSO هر عضو از جمعیت، دارای یک سرعت انطباقی - تغییر مکان - ا ست که مطابق با آن در ف ضای ج ستجو حرکت میکنند، علاوه بر آن، هر کدام ازآنها دارای حافظه نیز میباشند، یعنی بهترین موقعیتی که در فضای جستجو به آن میرسند را به خاطر میسپارند. بنابراین حرکت هرعضو در دو جهت صورت می گیرند:
-1 بسوی بهترین موقعیتی که ملاقات کردهاند
-2 بسوی بهترین موقعیتی که بهترین عضو در همسایگی آنها ملاقات کرده است
2-3 روش نیروگاه حرارتی جایگزین
مادامی که یک جایگزین م شابه برای طرحهای برق آبی وجود دا شته با شد، منا سب ترین نوع ارزیابی اقت صادی طرح، استفاده از معیار هزینهی طرح جایگزین است. در ادبیات اقتصادی، این رویکرد معادل با مفهوم هزینهی فرصت است. هزینه فرصتِ فراهم آوردن یک کالا یا خدمت، بر حسب ارزش منابع کمیابی که در تولید محصول مورد نظر به کار گرفته شدهاند، تعریف میشود. به عبارتی دیگر، مفهوم مذکور عبارتست از ارزش بهترین گزینهی جایگزینی که میتوانست با به کارگیری منابع م شابه طرح جاری، همان مح صول را تولید کند یا بهترین چیزی که با ا ستفاده از منابع یک سان میتوان ست تولید شود.
بنابراین در این روش سوال اصلی، مقایسهی میان روشهای جایگزین در تولید برق برای پاسخگویی به یک تقاضای انتظاری مشابه است، نه انتخاب میان سرمایهگذاری در بخش برق یا در بخشی دیگر. در این روش از آنجا که منافع حاصل از سرمایهگذاری ناشی از هر نوع انتخاب، مشابه بوده و تنها از بعد هزینهای متفاوت هستند، لذا مسئلهیانتخابِ اقتصادی بین گزینههای مختلف عبارتست از انتخاب اقتصادیترین روش برای تولید برق.
بنابراین در زمینهی اجرای پروژههای برقابی، روش محتملترین گزینهی رقیب به دنبال این ا ست که بهترین واحد یا واحدهای نیروگاههای حرارتی را که میتوان جایگزین پروژهی برقابی جاری نمود تا قادر به تولید انرژی مورد نظر باشند، کدامند. علت دیگر استفاده از هزینه روش جایگزین بعنوان درآمد این میباشد که قیمت بازار انرژی الکتریکی که به مصرف کننده ارائه میشود با قیمت واقعی آن تطبیق نداشته و لذا این قیمت نمیتواند به عنوان مبنای محاسبه درآمد حاصل از اجرای پروژه تلقی گردد.
از طرف دیگر با توجه به رشد جمعیت کشور و نیاز روز افزون به منابع انرژی، تولید برق اهمیتی بیش از اهمیت اقتصادی صرف یافته و تولید آن جدا از توجیه اقتصادی، از ملزومات اصلی توسعه کشور به شمار می رود .از این رو میتوان هزینه مربوط به محتملترین گزینه ای که در صورت اجرا نکردن پروژه مورد نظر، جایگزین آن میشود را بعنوان سود در محاسبات اقتصادی به کار گرفت.
