در این پایان نامه نیز تأثیر این منابع یعنی خودروهای برقده در نظر گرفته شده است. به‌طورکلی خودروهای الکتریکی با قابلیت اتصال به شبکه خودروهایی هستند که قابلیت اتصال به شبکه‌ی قدرت در نقاط تعریف شده معینی را دارا هستند و از این طریق می‌توانند در تبادل توان الکتریکی با شبکه‌ی قدرت شرکت نمایند. زیرساخت‌های فنی و مخابرات لازم به‌منظور بهره‌برداری بهینه از این خودروها می‌بایست فراهم باشد. این خودروها دارای این قابلیت هستند که در بعضی از ساعات شارژ و در ساعاتی دشارژ گردند. بنابراین این خودروها می­توانند در یک بازی همکارانه در کنار منابع بادی مورد بهره ­برداری قرار گیرند[۱۷-۱۴].

(( اینجا فقط تکه ای از متن درج شده است. برای خرید متن کامل فایل پایان نامه با فرمت ورد می توانید به سایت feko.ir مراجعه نمایید و کلمه کلیدی مورد نظرتان را جستجو نمایید. ))

در این پایان نامه این مسئله مدل­سازی شده و به‌عنوان یکی از نوآوری­های این پایان نامه مطرح
می­باشد. در این حالت خودروها به‌صورت یکپارچه با منابع بادی عمل کرده و در صورت برنامه­ ریزی بهینه می­توانند باعث افزایش ضریب ظرفیت منابع بادی گردند. علاوه بر این و با توجه به اینکه در سیستم قدرت هوشمند، علاوه بر منابع سمت تولید، منابع سمت مصرف نیز این قابلیت را دارند که در بازار برق شرکت کرده و در تسویه قیمت بازار سهیم باشند، لذا در این پایان نامه نیز تأثیر راهکارهای مدیریت مصرف نیز در نظر گرفته شده است.
برای اجرایی کردن این راه­کار بار مشترکین به‌صورت الاستیک در نظر گرفته شده و بار تابعی خطی از قیمت برق می­باشد. یکی دیگر از راهکارهای مدیریت مصرف که در این پایان نامه توسعه یافته و اجرا شده است، جابجایی پیک می­باشد. این کار از طریق توسعه یک بازی همکارانه بین خودروهای برقده قابل اتصال به شبکه (که نقش ذخیره­ساز را دارند) و بار مشترکین صورت گرفته است. این مسئله نیز به‌عنوان یکی از نوآوری­های دیگر این پایان نامه مطرح می­باشد.
۱-۲-ضرورت تحقیق و هدف از انجام پایان نامه
امروزه بحث انرژی یکی از مهم­ترین دغدغه­هایی است که افکار دولت­هـا و ملت­هـا را در جهـان بـه خـود مشغول ساخته است. شاید بتـوان تـأمین انـرژی در آینـده را از مهم­ترین مـشکلات بـشر در دهـه­هـا وقرن­های آینده دانست.اصولاً بحث انرژی یک مبحث اسـتراتژیک می­باشـد و به‌طور مـستقیم بـه سیاست­های کشورها و تعاملات بین آن­ها بستگی دارد. یکی از منابعی که در دهه اخیر استفاده وبهره­گیری از آن رایج شده است، منابع تولید پراکنده می­باشند.
این منابع در ابتدا شامل منابعی بودند که از سوخت­های فسیلی استفاده می­کردند. اما بعد از چند سال مسائل و مشکلاتی راجع به این سوخت­ها مطرح شد. پی بردن به متناهی بودن این منابع، مطرح شـدن بحـث آلـودگی محیط‌زیست و پایین بودن بازده این منابع ازجمله این مسائل و مشکلات می­باشد.علاوه بر مسائل مطـرح شـده،با پیچیده­تر شدن روابط دیپلماتیک بین کشورها و تعامل دولت­ها با یکدیگر، منابع فسیلی به یک ابـزار در بحث­های سیاسی تبدیل شده است. همه این موارد باعث شده است که دولت­ها در کشورهای مختلف به دنبال منابع جدید انرژی باشند تا مشکلات ذکـرشده را نداشته و با نامتناهی بودن آن‌ها، خیال بشر برای همیشه از تأمین انرژی راحت گردد.یکی از منابعی که از دیرباز بشر از آن استفاده می­کرده و امـروزه نیـز گـرایش جهـانی بـه سـمت استفاده از این منابع می­باشد، انرژی­های تجدیدپذیراز قبیل منابع بادی، خورشیدی،بیوماس، جزر و مد و … می­باشد. باوجوداینکه تکنولوژی­های استفاده از ایـن منـابع نـوپـا و درنتیجه پـرهزینه می­باشند، ولی به دلیل داشتن برتری در جنبه­ های ذکر شده، مورد استقبال تمام کـشورها قرار گرفته‌اند و متعاقب آن روزبه‌روز تکنولوژی آن­ها بهبود یافته و هزینه آن­ها کاهش می­یابد.درنتیجه استفاده از آن‌ها در دنیا مقرون به‌صرفه‌ترشده و نیز خواهد شد .به‌طورقطع در چند دهه آینده درصد زیادی از انرژی دنیـا توسـط ایـن منـابع تأمین خواهـد شـد وکشوری موفق خواهد بود که از هم‌اکنون به این منابع توجه کرده و سـهمی از سـبد انـرژی خـود را از این منابع تأمین کند[۱۳].
لازم به ذکر است، هنوز درصد استفاده از این منابع به دلیل تکنولوژی بالای آن­هاو هزینه­ های ساخت زیاد، در اغلب کشورها پایین می­باشد. ولی همـان­طور کـه بیان شـد بـا پیـشرفت تکنولوژی، استفاده از این منابع سیر صعودی خود را با شتاب بیشتری طی خواهد کرد.یکی از مهم­ترین منابع تجدیدپذیر، منـابع بـادی مـی­باشـد.در سال­های اخیر هدف عمده بیشتر سرمایه ­گذاری­ها در زمینه منابع بادی کاهش گازهای گلخانه­ای به میزان ۲۰ درصد، افزایش کارایی انرژی به‌اندازه ۲۰ درصد و افزایش مقادیر انرژی نو به میزان ۲۰ درصد تا سال ۲۰۲۰ با بهره گرفتن از منابع بادی بوده است که آن را سیاست پنج- بیست^[۲] نیز می­نامند[۱۳].
یکی­دیگر از منابعی که طی سالیان اخیر استفاده از آن توسعه یافته است، ذخیره­سازهای انرژی بوده ­اند. در بین ذخیره­سازها نیز خودروهای برقده قابل اتصال به شبکه از اهمیت زیادی برخوردار گشته­اند. این خودروها قابلیت شارژ و دشارژ را دارا هستند و می­توانند به برقراری تعادل توان در شبکه کمک کنند. از طرف دیگر با مطرح شدن سیستم­های قدرت هوشمند، منابع سمت مصرف نیز این فرصت را یافته­اند که همانند منابع سمت تولید در بازار برق شرکت کنند.
در این پایان نامه تأثیر منابع تولید پراکنده سنتی، بادی، خودروهای برقده قابل اتصال به شبکه و راهکارهای مدیریت مصرف در نظر گرفته شده است و برنامه­ ریزی بهره ­برداری از این منابع مدنظر می­باشد. با توجه به اینکه این مطالعات در محیط رقابتی صورت می­گیرد، لذا ضروری است که عدم قطعیت‌های مربوط به مسئله بخصوص عدم قطعیت استراتژیک بازیگران مدنظر قرارگیرد. بنابراین ضروری است که برنامه­ ریزی بهره ­برداری از این منابع که اخیراً نرخ نفوذ آن­ها در شبکه نیز زیاد شده است، به صورت جامع و کاملی مدل­سازی گردد. در این پایان نامه به این مهم پرداخته می­ شود.
۱-۳-نوآوری­های پایان نامه
نوآوری­های اصلی مدل­سازی عدم­قطعیت استراتژیک بازیگران شامل منابع بادی، ذخیره­سازها با در نظر گرفتن راه­کارهای مدیریت مصرف در محیط رقابتی می­باشد. از طرف دیگر منابع بادی دارای تولید تصادفی بوده و این مسئله شرکت آن­ها را در بازار برق مشکل می­ کنند. علاوه بر این خودروهای برقده قابل اتصال به شبکه به‌عنوان ذخیره­ساز دارای ظرفیت محدودی نسبت به کل شبکه می­باشند که این مسئله باعث می­گردد برای تأمین بار پایه مناسب نباشند.بنابراین در این پایان نامه یک مدل بازی همکارانه توسعه یافته تا منابع بادی و این خودروها در این بازی به فکر بیشینه کردن سود خود باشند. این مسئله باعث افزایش انعطاف­پذیری منابع بادی شده و همچنین نقش خودروهای برقده را برای شرکت در بازار برق پررنگ­تر می­ کند.
این مسئله نیز به‌عنوان یکی از نوآوری­های این پایان نامه مطرح می­باشد.علاوه بر این در مدل پیشنهادی دیگر سعی شده است که خودروهای برقده در کنار راه­کارهای مدیریت مصرف در یک بازی همکارانه در کنار هم فعالیت کنند که در این صورت قابلیت کنترل­پذیری بارها نیز بیشتر می­ شود. این مسأله نیز به‌عنوان نوآوری دیگر این کار محسوب می­ شود.
۱-۴-سرفصل­های پایان نامه
بعد از اینکه در این بخش مقدمه­ای راجع به موضوع پایان نامه بیان شد، در فصل دوم مروری بر توسعه منابع تولید پراکنده و دسته­بندی آن­ها صورت می­گیرد. ازآنجاکه در این پایان نامه منابعی مانند منابع بادی، خودروهای برقده قابل اتصال به شبکه و راهکارهای مدیریت مصرف مدنظر
می­باشند، لذا در فصل سه به‌تفصیل در مورد آن­ها بحث شده و مروری بر کارهای صورت گرفته درزمینهٔ برنامه­ ریزی بهره ­برداری این منابع صورت گرفته است.
در فصل چهارم نیز مدل­سازی مسئله برنامه­ ریزی بهره ­برداری در محیط رقابتی و با مدل­سازی عدم قطعیت استراتژیک بازیگران صورت گرفته است. در فصل پنجم شبیه­سازی مربوط به مدل استخراج شده در فصل چهارم صورت گرفته و نتایج حاصل شده موردبررسی و تحلیل قرار گرفته است. سرانجام نتیجه‌گیری حاصل از تحقیق و پیشنهادات لازم در فصل ششم ارائه شده است.
فصل دوم
مروری بر انواع مختلف تکنولوژی­های تولید پراکنده
۲-۱- مقدمه
با تغییر و پیشرفت روزافزون صنعت برق و به‌واسطه برخی عوامل همچون محدودیت­های محیطی، جغرافیایی و مالی برای ایجاد نیروگاه­های با ظرفیت بالا، افزایش روزافزون مشکلات پایداری و امنیت در سیستم­های قدرت، رشد دائمی و زیاد مصرف و مطرح شدن بازار رقابتی، ساختار سیستم­های قدرت دستخوش تغییر و تحولات فراوانی در سایر بخش­ها شده ­اند.
ازجمله این تغییر و تحولات در بخش تولید، به کارگیری منابع تولید با توان کم که به‌طور غیرمتمرکز و پراکنده در شبکه توزیع نصب می­شوند، می­باشد. براساس مطالعاتDCPA^[3][4]منابع تولید پراکنده توانایی تأمین حداقل ۲۰ درصد ظرفیت جدید نصب در شبکه را داشته که البته با روند فعلی، این چشم­انداز تا ۳۰ درصد نیز قابل افزایش است[۲۰-۱۸].
همچنین مؤسسه EPRI^[5] میزان مشارکت این منابع تا سال ۲۰۱۰ را بین ۵/۲ تا ۵ گیگاوات تخمین زده است که نشان‌دهنده رشد روز افزون به‌کارگیری این تولیدات در تأمین انرژی موردنیاز در کشورهای مختلف می­باشد[۲۱].
به‌کارگیری و حضور این واحدهای تولیدی، تأثیرات مثبت و منفی گوناگونی را در آنالیز و ارزیابی فنی و اقتصادی شبکه به همراه دارد. نصب این واحدها بدون بررسی تأثیرات آن­ها در شبکه باعث افزایش اثرات منفی، بروز مشکلات جدی در بهره ­برداری و کاهش کارایی و بهره­وری از این تولیدات در شبکه می­گردد.
در این فصل مروری بر تکنولوژی­های تولید پراکنده، مشخصات آن­ها، دسته­بندی و اصول کارکرد آن­ها صورت می­گیرد. 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 باوجودعدم قطعیت‌های زیاد مطرح کنند.
۲-۲- تعریف تولیدات پراکنده
استفاده از تولیدات پراکنده را می­توان به­عنوان یک حرکت و گرایش جدید در صنعت و شبکه ­های قدرت در نظر گرفت، لیکن تاکنون تعریف واحدی برای مشخص نمودن تکنولوژی­های این تولیدات معرفی نشده است. اگر بخواهیم یک تعریف کلی از این منابع داشته باشیم، به‌صورت زیر است:
” تولید پراکنده عبارت است از کلیه تکنولوژی­های تأمین انرژی الکتریکی موردنیاز در مقیاس کوچک که در نزدیکی و یا در محل مصرف قرار گرفته و توان تولیدی توسط این تولیدات به شبکه توزیع و یا مستقیماً به بار و مصرف ­کننده مشخصی تزریق می­گردد [۲۲] “.
استفاده از تعریف فوق در جداسازی این تولیدات از بقیه روش­های تأمین انرژی الکتریکی کار مبهم و پیچیده­ای است. به همین منظور تعاریف و تقسیم ­بندی دقیق­تری براساس هدف، کاربرد، ظرفیت و استفاده و عدم استفاده از انرژی­های تجدیدپذیر ارائه می­ شود. در ادامه به برخی از این تعاریف اشاره شده است.
۲-۲-۱- اهداف و کاربردهای تولیدات پراکنده
هدف اصلی از به‌کارگیری واحدهای تولید پراکنده، تأمین توان راکتیو موردنیاز بارهای شبکه
می­باشد. بر اساس این تعریف نیازی به تأمین توان اکتیو موردنیاز از طریق این تجهیزات نمی ­باشد، هر چند که برخی از واحدهای تولید پراکنده قادر به تولید توان راکتیو نیز می­باشند و بخشی از توان راکتیو بارها را نیز تأمین می­نمایند. همچنین جهت تأمین نیازمندی­های بار و شبکه و با توجه به نوع تولید پراکنده، کاربردهای مختلفی را برای این تولیدات در نظر گرفته­اند که عبارت است از[۲۳]:

• • تولید همزمان برق و حرارت (CHP):انرژی حرارتی بسیاری در فرایند تبدیل سوخت به انرژی الکتریکی تولید می­گردد. به­ طور متوسط،انرژی تولیدی در طی این فرایند تبدبل به انرژی حرارتی می­گردد. این حرارت تولید شده در صورت نزدیکی به مراکز مصرف می ­تواند مورداستفاده قرار گیرد. علاوه بر مزیت فوق، استفاده از این تکنولوژی باعث کاهش آلودگی­های زیست­محیطی نیز می­گردد.

• • تغذیه پشتیبان: تولید پراکنده می ­تواند در شبکه توزیع در برخی مواقع که یکی از بخش­های شبکه دچار مشکل شده است، به‌طور اضطراری بار موردنیاز برخی مصرف­ کنندگان که دارای هزینه خاموشی هنگفتی می­باشند را تأمین نماید.

• • پیکسایی^[۶]: هزینه تأمین انرژی موردنیاز بارهای شبکه در هر ساعت وابسته به میزان بار شبکه و آمادگی نیروگاه­ها می­باشد. در صورتیکه هزینه تأمین انرژی توسط DGدر ساعات پیک از هزینه خرید انرژی از شبکه در این ساعات کمتر باشد، می­توان از این تولیدات جهت کاهش هزینه­ های تأمین انرژی الکتریکی استفاده نمود. در این حالت DGدر حدود ۲۰۰ تا ۳۰۰۰ ساعت در سال به تأمین انرژی الکتریکی موردنیاز مصرف­ کنندگان می ­پردازد. ویژگی­های اساسی این تولیدات جهت استفاده در شبکه بدین‌صورت عبارت است از: پایین بودن هزینه نصب و راه ­اندازی،راه ­اندازی و اتصال سریع و پایین بودن هزینه­ های مربوط به تعمیر و نگهداری.

• • پشتیبانی شبکه: استفاده از تولید پراکنده قابلیت کاهش هزینه­ های سرمایه ­گذاری در سایر بخش­ها ازجمله تقویت ولتاژ شبکه، کاهش تلفات خطوط، کنترل توان راکتیو، آزادسازی ظرفیت خطوط انتقال و افزایش ظرفیت اضطراری شبکه را دارا می­باشد.

• • تغذیه بارها به­ صورت جداگانه از شبکه برای مناطقی که هزینه اتصال آن­ها به شبکه به دلیل موانع طبیعی بالا بوده و صرفه اقتصادی ندارد.

• • تعویق هزینه­ های احداث و توسعه شبکه: در این حالت با آنالیز و بررسی تولیدات پراکنده و
    هزینه­ها در طول دوره بهره ­برداری و مقایسه با توسعه شبکه، روش مناسب جهت توسعه شبکه ارائه می­گردد.

• • کاهش آلودگی­های زیست­محیطی با بهره گرفتن از تولیدات مبتنی بر انرژی­های تجدیدپذیر و بالا بودن راندمان و آلودگی کمتر در تولیداتی که از سوخت­های فسیلی استفاده می­ کنند.

• • تأمین خدمات جانبی^[۷]موردنیاز جهت بهره ­برداری شبکه: در شبکه ­های قدرت تجدید ساختار یافته، قابلیت ارائه خدماتی همچون ذخیره چرخان^[۸]، ذخیره تکمیلی^[۹] و راه ­اندازی شبکه، دارای اهمیت زیادی می­باشند[۲۴].

• • بهبود کیفیت برق­رسانی: حضور منابع تولیدات پراکنده در نزدیکی مراکز مصرف می ­تواند تأثیرات مثبتی بر روی قابلیت اطمینان و کاهش تعداد و تداوم مدت‌زمان خاموشی­های مصرف­ کنندگان و همچنین افزایش کیفیت برق­رسانی به مراکز بار با بهبود پروفیل ولتاژ در نقاط مصرف داشته باشد.

۲-۲-۲- ظرفیت تولیدات پراکنده
حداکثر ظرفیت منابع تولید پراکنده را نمی­ توان به‌طور دقیق مشخص نمود. به‌عنوان مثال EPRIظرفیت این تولیدات را از چند کیلووات تا چند مگاوات تعریف می­ کند[۳]. نکته­ای که در اینجا حائز اهمیت است این است که حداکثر ظرفیتی را که می­توان به یک شبکه متصل نمود وابسته به میزان ظرفیت شبکه و سطح ولتاژ می­باشد؛ برای مثال تولیدات با ظرفیت بیش از ۱۰۰ تا ۱۵۰ مگاوات را نمی­ توان به شبکه ­های با سطح ولتاژ کمتر از ۱۱۰ کیلوولت متصل نمود[۲۲]. در جدول زیر یک تقسیم‌بندی از واحدهای DGبر اساس ظرفیت تولیدی آن‌ها ارائه شده است.
جدول (۲-۱) تقسیم‌بندی DG بر اساس ظرفیت تولید