کمبود منابع مالی دولتها
افزایش توجه به مسائل زیستمحیطی
کاهش قیمتها و شفافسازی آنها
افزایش قابلیت اطمینان و بهبود کیفیت برق
در ساختار جدید از دیدگاه سیستم مدیریتی، مجموعه سیستم قدرت به سه بخش مجزا تفکیک‌شده که عبارت‌اند از: مدیریت بهره برداری در بخش تولید، انتقال و توزیع. اجزای کلیدی سیستم در ساختار جدید شامل شرکت تولید، شرکت انتقال، شرکت توزیع و بهرهبردار مستقل سیستم میباشد.در راستای بهبود عملکرد بازار برق و رقابتی شدن هر چه بیشتر آن و مشارکت هر چه بیشتر سرمایه گذاران بخش خصوصی راهکارهای متفاوتی پیشنهاد گردیده است.
یکی از مؤثرترین روشها، استفاده از تولیدات پراکنده در سیستمهای جدید میباشد. عملکرد این سیستمها و پایین بودن هزینه سرمایه گذاری اولیه باعث جذب سرمایه گذاران خرد و بهبود کارایی این سیستمها شده است.
در این پایان نامه مطالعات در بازار برق رقابتی صورت گرفته است. یکی از مسائل مهم در بازار برق رقابتی و در مسئله برنامه ریزی بهره برداری مدلسازی عدم قطعیت استراتژیک بازیگران میباشد که در فصلهای بعد راجع به آن صحبت خواهد شد.
۲-۹- نقش تولیدات پراکنده در بازار برق
تولیدات پراکنده در تأمین ظرفیت موردنیاز در پیک، تغذیه پشتیبان جهت بارهای حساس، افزایش کیفیت برق و بهرهوری مناسب با بهره گرفتن از تکنولوژی همزمان برق و حرارت نقش بسزایی دارند. این ویژگیها قابلیت استفاده تولیدات پراکنده را برای کل مشترکین اعم از تجاری، صنعتی و خانگی و حتی عرضه در بازارهای انرژی فراهم نموده است. کلیدیترین دلیل توسعه DGدر شرایط رقابتی بازار برق، تأمین نیازهای اساسی مصرف کنندگان میباشد [۱۸و ۱۹].
مشکل پیشروی این تولیدات بالا بودن هزینه سرمایه گذاری اولیه و هزینه تولید در مقایسه با نیروگاههای بزرگ، همچنین محدودیت تکنولوژیکی این تولیدات و برخی قوانین مربوط به بازار برق در برخی کشورها و نحوه اتصال آنها به شبکه میباشد.
برخی از این مشکلات را نیز میتوان با بهره گرفتن از حرارت خروجی، افزایش سطح قابلیت اطمینان، جلوگیری از محدودیتهای تأمین بار در ساعات پیک، کاهش جهشهای قیمتی برق، کاهش هزینه های انتقال، کاهش تلفات و افزایش انعطافپذیری بازیگران بازار متعادل نمود.
برای بیان مزایای این تولیدات به طور خلاصه میتوان به موارد زیراشاره نمود:
کاهش کسری تولید و جهشهای قیمتی: قیمت برق در ساعاتی که در شبکه حادثهای رخ میدهد و یا دچار کمبود میگردد، به‌شدت افزایش مییابد، به‌گونه‌ای که در برخی از بازارها این قیمت گاهی تا ۱۰۰ برابر نیز افزایش مییابد. ازاین‌رو استفاده مصرف کنندگان از منابع تولید پراکنده می تواند کمک قابل‌توجهی به مصرف کنندگان و شرکتهای تأمین‌کننده برق نماید. در این شرایط با کاهش بار مصرفی میتوان در کاهش و کنترل قیمت برق نقش مؤثری ایفا نمود.
استفاده از منابع تولید پراکنده می تواند باعث کاهش قدرت بازار و ریسک ناشی از افزایش قیمت برق خریداری‌شده از شبکه گردد.
با بهره گرفتن از این تولیدات میتوان از هزینه های سرسامآور مربوط به توسعه شبکه انتقال و میزان پرداختی مصرف کنندگان بابت خدمات انتقال جلوگیری نمود.
نصب تولیدات پراکنده باعث کاهش میزان و مدت‌زمان خاموشی و همچنین کاهش خسارتهای پرداختی به مشترکین میگردد.
کاهش ریسک دسترسی به خطوط انتقال: یکی از شرایط اساسی در رقابتی بودن بازار دسترسی یکسان و آزاد کلیه تولیدکنندگان و مصرف‌کنندگان به خطوط انتقال میباشد، لیکن در اکثر موارد به دلیل بارگیری و پرشدگی خطوط انتقال، امکان دسترسی کلیه مصرف کنندگان به خطوط انتقال موجود نمی باشد. یکی از راهکارهای پیشنهادی به مصرف کنندگان جهت تأمین انرژی موردنیاز در مناطقی که خطوط انتقال دچار پرشدگی میباشند، استفاده از این تولیدات جهت کاهش ریسک مربوط به امکان دستیابی به خطوط میباشد.
۲-۱۰- خلاصه و نتیجه گیری
در این فصل مروری بر تکنولوژیهای تولید پراکنده، مشخصات آنها، دستهبندی و اصول کارکرد آنها صورت گرفت. ازآنجایی‌که هدف از این پایان نامه برنامه ریزی بهره برداری از منابع تولید پراکنده، ذخیرهسازها و اجرای راهکارهای مدیریت مصرف است، لذا ضروری است که ضمن آشنایی با این منابع، منابعی در مطالعات در نظر گرفته شوند که اولاً در شبکه قدرت هوشمند امروزی رو به رشد بوده و ثانیاً بحثهای جذابی را در محیط رقابتی با وجود عدم قطعیت‌های زیاد مطرح کنند.
در بین منابع موردمطالعه، منابع بادی به خاطر افزایش نرخ نفوذ آنها، عدم قطعیت بالا و همچنین وجود چالشهای زیاد برای شرکت آنها در بازار برق به عنوان یکی از منابع در نظر گرفته شده و در فصلهای بعد به‌تفصیل راجع به آنها بحث خواهد شد. در بین ذخیرهسازها نیز خودروهای برقده قابل اتصال به شبکه ازجمله ذخیرهسازهای نوین شناخته میشوند که روند توسعه آنها چشمگیر بوده و همچنین در بحث بازار رقابتی مباحث جالبی را مطرح می کنند.
علاوه بر این منابع و به دلیل هوشمند شدن شبکه قدرت، بهره گیری از راهکارهای مدیریت مصرف همچون منابع سمت تولید رو به رشد میباشد. راجع به برنامه ریزی بهره-برداری این منابع در فصلهای بعد بحث خواهد شد.
فصل سوم
مروری بر برنامه ریزی بهره برداری از منابع بادی،
خودروهای قابل اتصال به شبکه و راهکارهای مدیریت مصرف
۳-۱- مقدمه
در فصل قبل منابع تولید پراکنده و ذخیرهسازها موردمطالعه واقع شدند. در این پایان نامه از بین منابع تولید پراکنده منابع تجدید پذیر و در رأس آنها منابع بادی موردمطالعه قرار خواهد گرفت. علت این مسئله افزایش نرخ نفوذ این منابع و همچنین عدم قطعیت‌های موجود این منابع میباشد که باعث افزایش جذابیت مطالعات میگردد. از طرف دیگر در بین ذخیرهسازها نیز خودروهای برق ده قابل اتصال به شبکه موردمطالعه واقع خواهد شد.
بنابراین در این فصل این دو نوع از منابع به‌طور دقیقتری موردمطالعه واقع خواهد شد. نکته مهم دیگری که از نوآورهای این پایان نامه میباشد در نظر گرفتن راهکارهای مدیریت مصرف در کنار این منابع جهت افزایش انعطافپذیری این منابع و همچنین کاهش قیمت برق میباشد. ازآنجایی‌که مطالعات در محیط رقابتی صورت گرفته است، قیمت برق ثابت نبوده و با شرکت مشترکین در قیمت دهی، قیمت برق قابل‌تغییر خواهد بود. در این فصل ابتدا مروری بر منابع بادی، خودروهای برق ده قابل اتصال به شبکه و همچنین راهکارهای مدیریت مصرف موردمطالعه واقع خواهد شد. سپس مروری بر برنامه ریزی بهره-برداری این منابع صورت خواهد گرفت.
۳-۲- منابع بادی
همانطور که قبلاً نیز بیان شد منابع بادی به علت تولید تصادفی و نوسانی خود و همچنین به علت هزینه های سرمایه گذاری بالا نیازمند یکسری سیاستهای حمایتی در بحث برنامه ریزی بهره برداری میباشند. با توجه به بحران در قیمت سوختهای فسیلی و همچنین کاهش روزبه‌روز این منابع کشوری در آینده موفق خواهد بود که سهم عمدهای از منابع انرژی الکتریکی خود را در آینده از این منابع تأمین کند. از طرف دیگر با افزایش اهمیت مسائل زیستمحیطی در جوامع، دولتها مجبور به پیادهسازی و اجرای طرحهایی جهت حمایت از به‌کارگیری بیشتر منابع بادی در سیستم قدرت با بهره گرفتن از استانداردهای اجباری استفاده از منابع بادی[۲۸] گردیدهاند.
کارهایی که تاکنون در زمینهٔ توسعه منابع انرژی بادی صورت گرفته است شامل تشویقهای حمایتی، تقویت شبکه، حمایت درزمینهٔ هزینه های بهره برداری و ایجاد زیرساختهای حمایتی
میباشد. با این وجود در زمینهٔ مسائل اقتصادی و تأثیرات این منابع بر بازار برق مطالعات زیادی انجام نشده است. در این فصل از پایان نامه ضمن ارائه سیاستهای حمایتی از منابع بادی، مسائل مربوط به بهره برداری آنها در محیط رقابتی نیز موردمطالعه واقع خواهد شد.
۳-۲-۱- سیاستهای حمایتی[۲۹] منابع بادی
درصورتی‌که درآمد حاصل شده در بازار انرژی نتواند هزینه های مربوط به سرمایه گذاری موجود و یا بقای ظرفیتهای موجود را تأمین کند، باید به فکر مکانیزم جدید بود. این مکانیزم ها شامل دو نوع مکانیزم قیمت گذاری میباشد. نوع اول درآمد شامل پرداخت در قبال انرژی و برحسب دلار بر مگاوات ساعت میباشد. درآمد دوم در قبال ظرفیت و برحسب دلار بر مگاوات میباشد. این مکانیزم باعث می شود که عملکرد بازار اولیه انرژی مختل نشود و پشتیبانی برای توسعه نیروگاهها نیز از طریق پرداخت ظرفیت تأمین شود. درواقع مکانیزم بازار ظرفیت راهکاری بوده که برای پشتیبانی منابع تولید انرژی مورداستفاده قرار میگیرد.
نکته بسیار مهمی که باید در نظر گرفته شود این است که تحلیل دقیقی برای ارزیابی اینکه در چه مواردی، در چه شرایطی و چه مقیاس جغرافیایی اجرای این مدلها بهصرفه خواهد بود، صورت گیرد. این مسئله بخصوص در بازارهای اروپا که سیستمهای الکتریکی تشکیل حلقه می دهند و ارتباطات بین شبکه ها زیاد است، کاربردی است. علاوه بر این، وجود مکانیزم پرداخت ظرفیت ممکن است که جهشهای قیمت را کمتر کند. جهشهای قیمت یک مسئله نگران‌کننده برای دولتها و سرمایه گذاران میباشند [۳۱].
حال باید دید که برای منابع بادی که دارای هزینه سرمایه گذاری بالاتر و همچنین عدم قطعیت بیشتر هستند، چه راهکارهایی میتوان در نظر گرفت. با توجه به بالا بودن هزینه سرمایه گذاری منابع بادی، یکسری سیاستهای حمایتی برای این منابع باید در نظر گرفته شود.
بر این اساس مشخص کردن چارچوب پایدار و شفاف برای موفقیت و پیوسته بودن افزایش به‌کارگیری منابع بادی ضروری است. نکتهای که در این مورد دارای اهمیت زیادی میباشد این است که نحوه اجرا و چارچوب کلی این سیاستها باید بهگونه ای باشد که با رقابتی بودن بازار مغایرت نداشته باشد. بیشتر سیاستهای حمایتی در نظر گرفته شده طی سالیان اخیر در شبکه های برق برخی کشورها از قبیل آلمان، اسپانیا و دانمارک که سهم قابل‌توجهی از تولید خود را از منابع بادی تأمین می کنند، بر اساس تشویقهایی است که در زمان بهره برداری و به ازای هر مگاوات تولیدی به این منابع پرداخت می شود.
۳-۳-تأثیر منابع بادی بر بهره برداری در محیط رقابتی
بر اساس دستورالعمل اخیر ۲۰۰۹/۲۸/ECدر اروپا، سهم مشخصی از مصرف انرژی برق (حدود ۲۰ درصد) تا سال ۲۰۲۰ از منابع تجدید پذیر خواهد بود. اگر از دیدگاه تولید به مسئله نگاه شود، سهم منابع تولید تجدید پذیر در اروپا باید بیش از ۲۰ درصد (بین ۳۰ تا ۳۵ درصد) باشد. یکی از دلایل این مسئله می تواند عدم قطعیت و تصادفی بودن منابع تجدید پذیر بخصوص منابع بادی و فتوولتاییک باشد. از بین منابع انرژی تجدید پذیر که ۲۰ درصد از منابع تولید را تا سال ۲۰۲۰ تشکیل خواهند داد، منابع بادی با ۴۲ درصد و فتوولتاییک با ۴ درصد، به طور تقریبی حدود ۵۰ درصد از سهم منابع تجدید پذیر خواهند بود. ۵۰ درصد بقیه نیز به نیروگاههای آبی و بیوماس اختصاص دارد که به ترتیب حدود ۳۱ درصد و ۲۲ درصد از ظرفیت نصبشده منابع تجدید پذیر را به خود اختصاص خواهند داد [۳۱].
نیروگاههای آبی و بیوماس نسبت به منابع بادی و فتوولتاییک انعطافپذیرتر بوده و کنترلپذیرتر میباشند. به همین دلیل به‌کارگیری منابع بادی و فتوولتاییک همراه با یک سری چالش در سیستم قدرت میباشد. در این پایان نامه از منابع بادی استفاده شده است. با توجه به این مباحث میتوان گفت که منابع بادی دارای بیشترین تأثیر بر شکلدهی مجدد بازار برق و شبکه قدرت در یک دهه آینده میباشند؛ با افزایش توسعه منابع تجدید پذیر و به‌طور خاص منابع بادی، نیاز به نیروگاههای سوخت فسیلی کاهش مییابد. این مسئله به‌طور چشمگیری بهره برداری نیروگاههای سنتی موجود را تحت تأثیر قرار میدهد. با توسعه منابع تجدید پذیر نیاز به نیروگاههای بار پایه انعطافپذیر از قبیل نیروگاههای هستهای و CCS[30] هنوز وجود دارد، با این تفاوت که این منابع در ساعات کمتری نسبت به بازار برق کنونی بهره برداری خواهند شد. در بازار برق جدید نیاز به خدمات جانبی جهت بالانس و تعادل سیستم بیش از بازار کنونی میباشد. همچنین برای کاهش تراکم خطوط، نیاز به دیسپاچ مجدد[۳۱] بیشتری میباشد.
افزایش میزان منابع تجدید پذیر باعث کاهش واردات سوختهای فسیلی و همچنین کاهش سودآوری نیروگاههای سنتی میگردد. این مسئله باعث می شود که سرمایه گذاری مناسب در این زمینه صورت نگیرد. علاوه بر این، به علت وابستگی منابع تجدید پذیر به شرایط آب و هوایی، با توسعه این منابع و افزایش سهم آنهادر بازار برق، تغییرات کوتاهمدت[۳۲] بازار افزایش مییابد؛ بنابراین به‌طورکلی میتوان گفت که به‌کارگیری منابع بادی با نرخ نفوذ بالا زمانی امکان پذیر است که یک سری تغییرات در ساختار بازار صورت گیرد [۳۲ و ۳۳].
۳-۴-تأثیر منابع بادی بر دینامیکهای قیمت بازار عمدهفروشی
۳-۴-۱- تغییرات کوتاهمدت قیمت
همانطور که قبلاً نیز بیان شد، قیمت نهایی[۳۳] برق تولید شده توسط منابع بادی به نسبت منابع سنتی بسیار پایین است. هزینه نهایی منابع بادی در بازار بسته به میزان مورد انتظار انرژی باد متفاوت میباشد. این تغییرات باعث شیفت منحنی قیمت-تولید میگردد که این مسئله در شکل (۳-۱) نشان داده شده است.
بسته به میزان تزریق انرژی باد و منحنی توان تولیدی و مصرفی واقعی دیگر شرکت کنندگان بازار، قیمت ساعت‌به‌ساعت بازار نسبت به حالتی که منابع بادی حضور ندارد، بیشتر خواهد بود[۳۱].
شکل (۳-۱): جابجایی منحنی به علت تولید منابع تجدید پذیر
درحالی‌که بهرهبردار نیروگاه سنتی می تواند تقریب قابلاطمینانی از میزان و مدت‌زمان منابع خود داشته باشد، حضور منابع بادی می تواند منحنی تقدم بهره برداری از نیروگاهها را غیرقابل‌پیش‌بینی کند. این مسئله می تواند منجر به افزایش ریسک و هزینه و تغییرات زیاد قیمت در منحنی تولید گردد.
از طریق جمعآوری خروجی منابع بادی(بهخصوص نیروگاههای(off-shore) در کنار یکدیگر میتوان تغییرات ساعتی تولید منابع بادی را کاهش داد. این مسئله تا زمانی که اندازه بازار به میزان کافی برای جذب سهم قابل‌توجهی از منابع بادی بزرگ باشد صدق می کند. علاوه بر این، بایستی ارتباط مناسبی بین اجزای بازار برقرار باشد تا اینکه از منابع تولید متغیر به‌ویژه منابع بادی به صورت بهینهتری بهره برداری گردد. تنها درزمانی که مزارع مختلف بادی با یکدیگر یکی شوند و باهم ارتباط داشته باشند، میتوان تغییرات در قیمت برق را که از تغییرات تولید منابع بادی ناشی می شود، کاهش داد[۳۴].
