شکل۴-۴۲- مساحت نمودار جدید L کل جدید در قیمت ۲۰۰ تومان……………………………………………..۱۱۱
شکل۴-۴۳- نمودار نقطه بهینه…………………………………………………………………………………………………….۱۱۳
چکیده:
در این پایان نامه در ابتدا به بررسی پاسخگویی بار و انواع مدل های آن میپردازیم سپس یک شبکه توزیع جهت مطالعات در نظر میگیریم و بارهای شبکه توزیع را طبق مقادیرشان رسم مینماییم و بر طبق این نمودارها و نمودار پروفیل بار نسبت به نرخ خرابی، نمودارهای نرخ خرابی بر حسب زمان را رسم و مجموع مساحت زیر نمودارهای آن را بررسی مینماییم و مقدار انرژی تامین نشده در شبکه را بدست می­آوریم سپس نمودار بار کل شبکه بر حسب زمان را بدست می آوریم و نسبت به حد ظرفیت تولید ناحیه ای که باید پاسخگویی بار در آن انجام شود را مشخص میکنیم. حال با توجه به کشسانی قیمت و بار و افزایش قیمت در هر مرحله، مقادیر جدید بارهای شبکه توزیع مورد مطالعه را بدست می آوریم. حال طبق مقادیر بدست آمده و مقدار حد ظرفیت، مقادیر صرفه جویی انرژی و هزینه های تحمیلی را در هر مرحله محاسبه و مینیمم حالت آن را بدست می آوریم. از نتایج بدست آمده نشان میدهیم که با اجرای برنامه­ی پاسخگویی بار در شبکه توزیع، نرخ خرابی شبکه کاهش میابد و در نتیجه قابلیت اطمینان افزایش میابد.
کلمات کلیدی: قابلیت اطمینان – شبکه توزیع – پاسخگویی بار – نرخ خرابی
فصل اول
مقدمه­ای بر پاسخ گویی بار
(کلیات تحقیق)
۱-۱- مقدمه:
امروزه صنعت برق در سرتاسر دنیا دستخوش تغییرات زیادی گردیده است و کشورهای مختلف با انگیزه‌های متفاوت پا به عرصه خصوصی‌سازی و تجدید ساختار^[۱] گذاشته‌اند. تا پیش از تجدید ساختار و تشکیل بازار برق، برنامه‌های مدیریت مصرف^[۲] (DSM) غالبا از طریق شرکت‌های برق به اجرا در می‌آمد. به این صورت که آن‌ ها مصرف‌کنندگان بزرگ تجاری و صنعتی را برای قطع بار فراخوانی می‌کردند و از آنان می‌خواستند که وسایل روشنایی، دستگاه‌ها و سایر تجهیزاتی را که به آن نیاز ندارند، خاموش کنند. همچنین آن‌ ها را در صورت مواجه شدن با کمبود تولید، بدون اطلاع قبلی مستقیما برق مشترکان را قطع می‌کردند. اما پس از تجدیدساختار و باتوجه به شکسته شدن ساختار سنتی و بوجود آﻻمدن بازارهای رقابتی، بارها حاضر به اجرای برنامه‌های مدیریت مصرف نبودند و در نتیجه اجرای این فعالیت‌ها ناموفق ماند. از جمله مشکلاتی که بعد از تجدیدساختار در مسیر اجرای برنامه‌های مدیریت مصرف قرار داشت می‌توان به شکسته شدن ساختار اداره سیستم قدرت و عدم پاسخگویی بازیگران بازار در مقابل برنامه‌های مدیریت مصرف، فروش برق با نرخ ثابت به مشتریان در نتیجه عدم وجود انگیزه در آنها و متفاوت بودن اهداف مصرف‌کنندگان و فروشندگان برق اشاره کرد.

بدون اجرای برنامه‌های مدیریت مصرف بازارهای برق دچار مشکلات عدیده‌ای شدند که از آن‌ جمله می‌توان به بی‌ثباتی قیمت‌ها^[۳]، بروز تراکم^[۴] در خطوط انتقال شبکه، افزایش قیمت برق در ساعات پرباری و نیاز به نصب ظرفیت نیروگاهی بیشتر اشاره کرد. لذا عوامل اداره‌کننده بازار به سرعت دریافتند که رفع مشکلات فوق بدون دخالت دادن مصرف‌کنندگان در بازار امکان‌پذیر نیست. اما مشارکت مصرف‌کنندگان در بازار برای حل مشکلات فوق نیز کار چندان راحتی نیست، زیرا سال‌هاست که برق به سهولت و ارزانی در اختیار مصرف‌کنندگان قرار گرفته و هزینه انرژی الکتریکی بخش اندکی از هزینه‌های یک تولیدکننده صنعتی و یا قسمت کوچکی از هزینه یک خانوار را تشکیل می‌دهد. بنابراین در چنین شرایطی وظیفه دست‌اندرکاران بازار این است که به گونه‌ای انگیزه لازم را در مصرف‌کنندگان ایجاد کرده و آن‌ ها را به تغییر الگوی مصرف برق ترغیب کنند که برنامه‌های پاسخگویی بار^[۵] (DR) به عنوان زیر مجموعه‌ای از برنامه‌های مدیریت مصرف، این انگیزه را در مصرف‌کنندگان نهایی ایجاد کرده و آن‌ ها را به مشارکت در بازار‌های رقابتی تشویق می‌کند.
۱-۲- مفاهیم پاسخگویی بار:
در سیستم های سنتی برنامه های مدیریت مصرف به منظور فائق آمدن بر برخی مشکلات سیستم قدرت مورد استفاده قرار میگرفت. در این بین برنامه های پاسخگویی بار نیز بعنوان بخشی از این برنامه ها مطرح بود. اما پس از تجدیدساختار سیستم های قدرت، این برنامه ها به دلیل عدم تطابق هایی که با ماهیت بازار داشت، رفته رفته کنار گذاشته شدند. اما پس از مدتی بدلیل مشکلات بوجود آمده مانند عدم ثبات قیمت ها، اجرای مجدد برنامه های مدیریت مصرف، مجددا مورد توجه قرار گرفتند. این بار این برنامه ها به گونه ای که با ساختار مدیریت سیستم قدرت تجدیدساختار یافته همخوانی داشته باشد، تغییر یافتند. شایان ذکر است که پس از تجدیدساختار سیستم قدرت، برنامه های پاسخگویی بار بخش عمده ای از برنامه های مدیریت مصرف را تشکیل می دهد. زیرا ماهیت این برنامه ها برای تطبیق با ساختار جدید مدیریت سیستم قدرت بسیار مناسب می باشد. امروزه این برنامه ها به عنوان راه حلی مناسب برای رفع برخی مشکلات سیستم قدرت های قدرت تجدیدساختاریافته مطرح می باشند.
۱-۳- مدیریت مصرف بار:
مدیریت مصرف بار در حالت کلی به برنامه‌هایی اطلاق می‌شود که روی الگوی مصرف برق مشارکتی تأثیرگذار است. به عبارت دیگر فعالیت‌هایی هستند که شرکت‌های برق برای تغییر در مقدار و / یا زمان مصرف برق، آن‌ ها را به گونه‌ای طراحی کرده‌اند که زمینه‌ لازم را برای سودرسانی به جامعه، مصرف‌کنندگان و حتی خودشان فراهم کنند. به طور کلی برنامه‌های مدیریت مصرف از دو قسمت اصلی تشکیل شده است:
بهره‌وری انرژی^[۶]
پاسخگویی بار
که در ادامه این موارد مورد بررسی قرار خواهند گرفت. شکل ۲- ۱ اهداف برنامه‌های مدیریت مصرف را در قالب شش منحنی بار نشان می‌دهد که شامل کاهش مصرف در ساعات اوج^[۷]، افزایش مصرف در ساعات غیراوج^[۸]، انتقال بار از ساعات اوج به ساعات غیر اوج^[۹]، بار انعطاف‌پذیر^[۱۰]، استراتژی رشد بار^[۱۱]، یا برق‌رسانی^[۱۲] و بهره‌وری انرژی می‌باشد]۱[.

کاهش اوج انتقال بار

استراتژی رشد بار یا برق رسانی بار انعطاف پذیر

بهره­وری انرژی افزایش مصرف در ساعات غیر اوج
شکل ۱- ۱ :اهداف برنامه‌های مدیریت مصرف
۱-۳-۱- بهره‌وری انرژی:
بنابر تعریف ارائه شده از طرف EPA^[13] و DOE^[14] افزایش بهره وری انرژی، استفاده از انرژی کمتر برای تأمین سطح یکسان و یا بهبود یافته ای از خدمات برای مصرف کننده با یک روش مناسب اقتصادی می باشد. به عبارتی افزایش بهره وری انرژی به معنای کاهش مصرف انرژی در تمامی بازه های زمانی و نه تنها در ساعات اوج بار می باشد. این کاهش مصرف از طریق تغییر در مسائل فنی و بهره برداری مانند تعویض موتورهای کم بازده، استفاده از سیستم‌های تهویه مطبوع (HVAC) و سیستم‌های بازیافت گرما، بهبود سیستم‌های کنترلی و عایق‌کاری مناسب تجهیزات، استفاده از لامپ ها و وسایل کم مصرف، بهبود مصرف برق تجهیزات گرمایشی، سرمایشی و سایر وسایل قابل حصول میباشد. شکل ۱-۲ تأثیر اجرای برنامه‌ بهره‌وری انرژی را بر منحنی بار نشان می‌دهد ]۲ [.
شکل ۱- ۲ : تأثیر اجرای برنامه‌ بهره‌وری انرژی بر منحنی بار
۱-۳-۲- پاسخگویی بار:
پاسخگویی بار یکی از تحولات جدید در حوزه DSM به شمار می‌آید که به معنای مشارکت مصرف‌کنندگان در بهبود الگوی مصرف انرژی می‌باشد. پاسخگویی بار بطورکلی به عنوان مشارکت مصرف کنندگان کوچک در بازار برق، روبروشدن آنها با قیمت های لحظه ای بازار و پاسخگویی به آن تعریف میشود. در واقع این مشارکت در پاسخ به قیمت‌هایی که هر لحظه در حال تغییر هستند، صورت می‌گیرد. علاوه بر این، پرداخت‌های تشویقی طراحی شده در زمان‌هایی که قیمت بازار عمده فروشی بالاست و یا زمانی که قابلیت اطمینان^[۱۵] سیستم در معرض خطر می‌باشد نیز می‌تواند انگیزه تغییر مصرف را در مشترکان به وجود آورد. بنابراین هدف کلی از اجرای برنامه‌های پاسخگویی دست یابی به دو مشخصه مهم قابلیت اطمینان شبکه و کاهش قیمت‌ها می‌باشد.
بنابر تعریف ارائده شده از سمت DOE در فوریه سال ۲۰۰۶:
پاسخگویی بار، تغییر در مصرف انرژی الکتریکی توسط مصرف‌کنندگان از مقدار عادی الگوی مصرفشان، در پاسخ به تغییر قیمت برق و یا در پاسخ به هزینه‌های تشویقی تعیین شده برای کاهش مصرف برق (در ساعاتی که قیمت برق در بازار بالا و یا قابلیت اطمینان سیستم در خطر است)، می‌باشد ]۳[.
بطورکلی هدف از پاسخگویی بار، کاهش مصرف برق در ساعات بحرانی می باشد. ساعات بحرانی ساعاتی هستند که قیمت بازار عمده فروشی بسیار بالا و یا سطح ذخیر ه­ی سیستم به دلیل وقوع پیشامدهای اتفاقی مانند برون رفت خطوط انتقال و ژنراتور و یا شرایط آب و هوایی شدید پائین می باشد.
دو عاملی که میتوانند سبب پذیرش پاسخگویی از سمت مصرف کنندگان شود، تغییر در قیمت برق در سطح خرده فروشی به عنوان نمایانگر طبیعت متغیر قیمت واقعی برق و یا اجرای برنامه ای تشویقی به منظور راضی کردن مشتریان برای کاهش مصرفشان در ساعات بحرانی می باشد. این هزینه تشویقی جدا از قیمت عادی پرداخت شده برای برق می باشد، این تشویق می تواند پرداخت مبلغی به مصرف کننده برای کاهش بار، تعیین جریمه برای عدم کاهش بار و یا هردو باشد. پاسخگویی بار در واقع تغییر در رفتار مصرفی بارها در پاسخ به یک محرک می باشد.
پاسخگویی بار می تواند حاصل برنامه ریزی مجدد تولید یک مصرف کننده ی صنعتی، تنظیم مجدد سیستم گرمایشی یک مصر ف کننده ی تجاری و یا کنترل مستقیم شرکت برق بر سیستم آبگرمکن یک مصرف کننده ی خانگی باشد. همچنین پاسخگویی بار می تواند بصورت جایگزینی برق تأمین شده توسط سیستم قدرت با تولیدات داخلی باشد(استفاده از ژنراتور پشتیبان برای چند ساعت در زمان اوج بار).
به طور کلی، پاسخگویی بار میتواند شکل مصرف انرژی الکتریکی را به نحوی تغییر دهد که بار پیک سیستم کاهش یافته و مصارف به ساعات غیرپیک منتقل شوند. شکل ۱- ۳ تاثیر برنامه های پاسخگویی بار بر منحنی بار مصرفی مشتریان را نشان میدهد.
شکل ۱- ۳ : تاثیر برنامه های پاسخگویی بار بر منحنی بار مصرفی مشتریان[۴]
۱-۴- اهمیت پاسخگویی بار:
امروزه منحنی‌های پیش‌بینی بار خبر از رشد روز‌افزون مصرف انرژی الکتریکی را می‌دهند که تأمین این بار مصرفی به سرمایه‌گذاری‌های بسیار زیادی نیاز دارد. بدیهی است که در این شرایط استفاده از پاسخگویی بار می‌تواند کمک شایانی به حل معضل فوق نماید. به طور کلی اهمیت پاسخگویی بار زمانی مشخص می‌شود که بدانیم سودهای مالی و کاربردی فراوانی را برای مصرف‌کنندگان و حتی خود شبکه فراهم می‌کند که از آن جمله می‌توان به کاهش میزان خاموشی^[۱۶]، کاهش هزینه‌های تولید، صاف و هموار شدن منحنی بار، کمک به ثبات قیمت‌ها در بازار و … اشاره کرد[۵]. به طورکلی سیستم‌ای قدرت الکتریکی دارای سه مشخصه مهم می‌باشند که از آن جمله می‌توان به موارد زیر اشاره کرد ]۳[:
۱- انرژی الکتریکی در سطح سیستم قدرت به طور گسترده قابل ذخیره‌سازی نمی‌باشد. بنابراین مقدار ظرفیت در دسترس تولید در تمامی زمان‌ها می‌بایست برابر و یا بیشتر از مقدار بار کل مصرف‌کنندگان سیستم باشد. در برخی زمانها در طی یک سال، میزان تولید مصرفی سیستم به شدت افزایش می‌یابد که بدون در نظر گرفتن پاسخگویی بارها، میزان ظرفیت تولید مورد نیاز به منظور تأمین توان و ذخیره‌‌ی این ساعات، افزایش خواهد یافت.
۲- هزینه‌ نصب واحدهای نیروگاهی بسیار بالا و امری زمانبر می‌باشد. اما با اجرای برنامه‌های پاسخگویی بار، مقدار مصرف در ساعات اوج توسط مصرف‌کنندگانی که خود حاضر به کاهش مصرفشان هستند، کاهش یافته و به تبع آن از صرف هزینه‌ی اضافه برای ایجاد ظرفیت تولید برای مدت زمان کوتاه، جلوگیری می‌شود.
۳- قیمت برق در ساعات مختلف روز به شدت متغیر می‌باشد، این موضوع به دلیل تغییر بار مورد نیاز سیستم در دوره‌ها و ساعات مختلف و همچنین تغییر در ظرفیت موجود تولید و خطوط انتقال (به دلیل وقوع پیشامدهدی اتفاقی) می‌باشد. چرا که در ساعات پرباری برای تأمین توان می‌بایست از واحدهای گراتن‌تر نیز استفاده نمود که این مهم سبب افزایش قیمت بازار خواهد شد. این در حالیست که با وجود متغیر بودن قیمت بازار، مصرف‌کنندگان در همه حال هزینه ثابتی (قیمت بازار خرده‌فروشی) که در واقع متوسط هزینه تولید، انتقال و توزیع است را می‌پردازند. این قطع ارتباط بین قیمت واقعی برق و هزینه‌ی پرداختی توسط مصرف‌کنندگان، منجر به استفاده ناصحیح از منابع می‌شود. زیرا بارها به دلیل اینکه از قیمت واقعی برق در ساعات مختلف مطلع نمی‌باشند انگیزه کافی برای تطبیق خود با سمت عرضه‌کنندگان انرژی را نخواهند داشت. بنابراین قیمت ثابت برق، سبب مصرف زیاد در ساعات اوج (که در آن قیمت واقعی برق بالاتر از مقدار میانگینش است) و مصرف کمتر در ساعات کم‌باری (که در آن قیمت واقعی برق کمتر از مقدار میانگینش است)، خواهد شد و قیمت برق در ساعات اوج به دلیل استفاده از ژنراتورهای گران‌قیمت برای توان مصرفی مشترکان افزایش خواهد یافت.
باتوجه به موارد مطرح شده در بالا، استفاده از پاسخگویی بار امری ضروری به نظر می‌رسد. به طور مثال با اجرای برنامه‌های پاسخگویی بار می‌توان ساخت نیروگاه‌های جدید را به تعویق انداخت، در هزینه‌های منابع تولید برق صرفه‌جویی کرد و تعادل را در هر لحظه بین تولید و مصرف برقرار کرد.
همچنین پاسخگویی بار می‌تواند قابلیت اطمینان سیستم را افزایش دهد. چرا که در این برنامه بارها می‌توانند با کاهش مقداری از مصرف خود، مشکل قیود ظرفیت سیستم و یا محلی را که برطرف کنند. در مواقع اضطراری و یا هنگامی‌که سطح ذخیره‌ی سیستم کم می‌باشد، شرکت برق به ناچار ب منظور جلوگیری از برون رفت‌های پی در پی^[۱۷] و حفظ یکپارچگی سیستم می‌بایست توان مصرف‌کنندگان را جیره‌بندی کند. اما ارائه خدمات کاهش بار توسط مصرف‌کنندگان سبب کاهش ضررهای ناشی از قطع برق به طور ناخواسته می‌شود. زیرا شرکت داوطلبانه مصرف‌کنندگان در برقراری تعادل تولید و مصرف در مواقع اضطراری، به صرفه‌تر و مناسب‌تر از قطع اجباری آنها خواهد بود.
علاوه بر این می‌توان از قیمت‌های واقعی برق برای رفع مشکل ظرفیت‌های محدود سیستم نیز استفاده کرد. زیرا مصرف‌کنندگان به قیمت‌های بالای برق در ساعات اوج، با کاهش مصرف‌شان پاسخ خواهند داد. در نتیجه اعمال تغییرات قیمت بازار عمده‌فروشی به بارها، سبب کاهش مصرفشان در ساعات پرباری خواهد شد که این مهم موجب کاهش قیمت بازار در ساعات پرباری و همچنین سبب آزادسازی بخشی از ظرفیت‌ سیستم در این ساعات (که سیستم قدرت با کمبود توان مواجه است)، می‌شود.