نحوه تخصیص هزینه تبادلات توان در یک سیستم تجدید‌ ساختار یافته

0
2803

امروزه گرایش عمده در صنعت‌برق به سمت ایجاد یک ساختار رقابتی برای افزایش کارایی و بازده مدیریتی و فنی تکنیکی صنعت‌برق است. برای برقراری محیط رقابتی عادلانه و جلوگیری از انحصاری شدن بازار، خطوط انتقال به صورت دسترسی آزاد (Open Access) در اختیار تمام مبادلات بازار قرار می‌گیرد و در مقابل استفاده‌کنندگان باید هزینه استفاده از سیستم انتقال را به صاحبان و مالکان آنها بپردازند. در این مقاله عوامل عمده و اصلی تعیین‌کننده هزینه تبادلات توان در یک محیط تجدید ساختار شده مورد بررسی قرار گرفته و روشهایی برای محاسبه آنها ارایه می‌شود.
با جهت‌گیری و تمایل سیستمهای قدرت به سمت خصوصی سازی و تجدید و تغییر ساختار سیستمهای قدرت از یک سیستم یکپارچه تولید، انتقال و توزیع که یک نهاد متولی تمام قسمتهای آن است به سمت سیستمی که بخشهای تولید، انتقال و توزیع آنها از هم تفکیک شده و هر بخش دارای صاحبان و مالکان متعدد بوده که برای حداکثر کردن سود خود با یکدیگر به رقابت می‌پردازند و با آزادسازی خطوط انتقال و امکان دسترسی آزاد تمام خریداران و فروشندگان توان به خطوط انتقال، نحوه تخصیص هزینه مبادلات انتقال توان در چنین سیستمی بسیار مهم است. فروشندگان توان نیاز دارند که هزینه واقعی آزادسازی خطوط را بدانند تا براساس آن تصمیمات به صرفه و اقتصادی را برای تقویت و تشویق یک قرارداد و یا انقضاء قرارداد دیگربا در نظر گرفتن محدودیتهای سیستم اتخاذ کنند همچنین مبادله‌کنندگان توان (فروشندگان و خریداران توان) نیاز به دانستن هزینه‌های مذکور برای اتخاذ تصمیمات اقتصادی برای تقویت و توسعه شبکه هستند.
در این مقاله مولفه‌های اصلی تعیین‌کننده هزینه انتقال توان مورد نقد و بررسی قرار می‌گیرد و روشهایی برای محاسبه هر مولفه ارایه و با مثالهایی تشریح می شود.

انواع قراردادهای انتقال توان در یک سیستم تجدید ساختار یافته
در یک سیستم تجدید ساختار یافته انواع مختلفی از قراردادهای انتقال توان می‌تواند وجود داشته باشد که می‌توان آنها را در چهار گروه طبقه‌بندی کرد. نحوه تخصیص هزینه انتقال کاملاً‌وابسته به نوع قرارداد بوده و برای انواع مختلف تبادلات توان متفاوت هستند. چهار گروه نحوه تبادل توان در یک محیط تجدید‌ ساختار یافته عبارتند از:

۱- قراردادهای محکم Firn
در بعضی از موارد خریدار توان، می‌خواهد مطمئن باشد که توان مورد نیاز او تحت هر شرایطی (حتی با وقوع هر نوع پیشامدی) توسط فروشنده (فروشندگان) توان (یا دلالان توان) تامین می‌شود. قرارداد تنظیمی بر اساس تامین نیازمذکور از نوع قراردادهای محکم است و واضح است که در این نوع تبادل توان، دلال یا فروشنده توان، ظرفیت رزرو خود را نیز لحاظ می‌کند.

۲- قراردادهای غیرمحکم Nor-firm
این نوع قراردادها دو نوع هستند: قراردادهای قابل انقضاء (curtailable) و قراردادهای در دسترس (as-available). قراردادهای قابل انقضاء قراردادهایی هستند که فروشنده توان به صلاحدید خود می‌تواند آن را انقضاء کند. قراردادهای در دسترسی، قراردادهایی کوتاه مدت و اساساً اقتصادی هستندکه در هنگامی که ظرفیت سیستم اجازه دهد در نواحی ویژه و در زمانهای خاص امکان‌پذیر هستند. روشن است که ارزش و اعتبار قراردادهای Non-firm پایینتر از قراردادهای firm است.

۳- قراردادهای طولانی مدت
قراردادهای طولانی مدت در یک بازه زمانی چندین ساله منعقد می‌شوند. مدت زمان یک قرارداد طولانی مدت معمولاً به اندازه‌ای است که برای ساخت خطوط جدید کفایت کند.

۴- قراردادهای کوتاه‌مدت
قراردادهای کوتاه مدت ممکن است در بازه زمانی از چند ساعت تا یک یا دو سال بسته شوند. بهر حال در بازه زمانی در نظر گرفته شده نیاز به تقویت خطوط شبکه نیست. قراردادهای طولانی مدت وکوتاه مدت می‌تواند از نوع Firm یا Non-Firm باشد و همچنین قراردادهای Firm یا Non-Firm ممکن است طولانی مدت یا کوتاه مدت باشند.

مولفه‌های تعیین کننده هزینه تبادل توان
مولفه‌های اصلی تعیین‌کننده هزینه تبادل توان عبارتند از: هزینه بهره‌برداری، هزینه فرصت، هزینه تقویت شبکه، هزینه سیستم موجود. در ادامه هر یک از هزینه‌های مذکور تشریح شده و روشهایی برای محاسبه آنها ارایه می‌شود.

۱- هزینه بهره‌برداری
هنگامی که قرارداد جدیدی در بازار برق منعقد می‌شود، لازم است برای مینیمم شدن هزینه‌های تولید کل سیستم برای قراردادهای ماقبل، تولید کل سیستم با در نظر گرفتن قرارداد جدید توزیع مجدد (redispatch) و نوبت‌بندی مجدد (rescheduling) شود. تفاوت هزینه بهره برداری سیستم با در نظر گرفتن قرارداد جدید و بدون در نظر گرفتن آن برای قراردادهای ماقبل هزینه بهره‌برداری یا هزینه سوخت قرارداد نامیده می‌شود. برای تشریح بیشتر مطلب سیستم ۴ با سه شکل (۱) را در نظر بگیرید.
پارامترهای سیستم شامل طول خطوط، حدود فلوی توان و هزینه‌های تولید ژنراتورها در جداول (۱و ۲۹ ضمیمه آورده شده است. همانطوری که در شکل (۱) مشاهده می‌شود دو قرارداد T1 و T2 در سیستم مذکور منعقد شده است. قراردادها به شرح زیر هستند:
خریدار توان در باسهای شماره ۳ (۱۵۰۰MW) و باس شماره ۱ (۵۰۰MW) قرارداد T1 را به شرح قیمت پیشنهادی در جدول (۱) ضمیمه با فروشندگان (تولید‌کنندگان) توان در باسهای ۱ و ۲ منعقد می‌کند. قراراد T2 برای تامین بار خریدار در باس ۳ (به میزان ۱۰۰MW) است. خریدار مذکور ترجیح می‌دهد که توان مورد نیاز خود را از تولید‌کننده در باس ۴ و ۱ خریداری کند. فرض کنید که قرارداد T1 منعقد شده و حال می‌خواهیم هزینه بهره‌برداری قرارداد T2 را محاسبه کنیم. برای این منظور در حالی که هنوز قرارداد T2 منعقد نشده است، پخش بار بهینه OPF (Optimum Power Flow) با هدف مینیمم کردن هزینه‌های کل تولید سیستم با توجه به قیمت پیشنهادی تولید‌کنندگان در جدول (۲) ضمیمه انجام می‌گیرد که نتایج آن در جدول (۱) آورده شده است.
توجه کنید که در این حالت (فقط وجود قرارداد T1) بار کل سیستم ۲۰۰MW بوده و OPF، تولیدی به میزان ۲۰۳۹MW (39MW در باس ۱ و ۲۰۰۰MW در باس ۲) را نتیجه داده است. هزینه تولید در هر باس از حاصلضرب توان محاسبه شده برای آن باس از OPF در هزینه پیشنهادی تولید‌کننده مذکور بدست آمده است. به عنوان مثال در باس شماره ۱: $۵۸۵/hr= 15×39
در این حالت هزینه کل تولید سیستم $۲۰۵۹۰/hr نتیجه شده است حال با وجود قرارداد T1 قرارداد T2 منعقد می‌شود. با وجود قرارداد T2 نتایج حل OPF برای قرارداد T1 در جدول (۱) آورده شده است توجه کنید که دراین حالت به علت اینکه فلوی انتقالی از باس شماره ۲ به مراکز بار تا ۲۰۰۰MW محدود شده است و با توجه به تولید ۵۰MW در باس ۴، تولید در باس ارزانتر ۲ به باس گرانتر ۱ شیفت یافته است. توجه کنید که برای تامین بار قرارداد هزینه تولید با توجه به OPF بصورت زیر محاسبه می‌شود:
که تفاوت آن با حالتی که قرارداد T2 نباشد، $۴۷۵/hr خواهد بود. این هزینه، هزینه بهره برداری مربوط به قرارداد T2 است که با اضافه شدن آن به سیستم، توزیع مجدد و قیود فلوی عبوری از خطوط سیستم بر قراردادهای ماقبل تحمیل می‌شود.

۲- هزینه فرصت
هزینه فرصت در واقع هزینه‌ای است که باید توسط قرارداد جدید به واسطه ایجاد قید فلوی توان جدید و از دست رفتن فرصتهای قبلی پرداخت شود. برای تشریح بیشتر مطلب سیستم شکل (۲) را در نظر بگیرید.
در این سیستم قرادادهای T1 و T2 مشابه مثال قبلی است قرارداد T2 مطالعه شده است. در این مثال فرض کنید که امکان خرید توان در دسترس ارزان با قیمت $۵/MW-hr تا ۵۰۰MW در باس ۴ وجود دارد. اگر قرارداد T2 وجود نداشته باشد با توجه به قیمت تحویل ارزان توان در باس ۴ به صرفه است که ظرفیت کامل تحویل توان در این باس (۵۰۰MW) برای قرارداد T1 اختصاص یابد و مابقی نیاز از باسهای تولیدگرانتر ۱ و ۲ تامین شود که در نتیجه هزینه تولید $۱۸۱۰۰/hr را بر اساس OPF مطابق جدول (۲) نتیجه می‌دهد حال اگر قرارداد T2 وجود داشته باشد با توجه به تولید ۵۰MW قرارداد T2 در باس ۴ و محدودیت انتقال خط ۲-۴ تا ۵۰۰MW امکان استفاده از ظرفیت کامل ارزان در باس ۴ برای قرارداد T1 وجود نداردو قرارداد T1 تنها می‌تواند ۴۵۰MW را از فروشنده ارزان در باس ۴ خریداری کند و مابقی را باید از باسهای تولید گرانتر ۱ و ۲ خریداری کند که هزینه تولید آنها مطابق جدول (۲)، $۱۸۷۵۰/hr خواهد بود. تفاوت این دو هزینه که $۶۵۰/hr است در واقع هزینه‌ای است که قرارداد T2 باید بابت از دست رفتن فرصت برای T1 باید بپردازد.

۳- هزینه تقویت شبکه
هزینه تقویت شبکه در واقع هزینه سرمایه‌گذاری تجهیزات انتقال جدید است که به واسطه قراردادهای جدید در سیستم ضرورت پیدا می‌کند برای تشریح مطلب سیستم شکل (۳) را در نظر بگیرید.
در این سیستم قراردادهای T1 و T2 مشابه مثال اول هستند و قرارداد T2 مطالعه شده است. در این مثال سیستم مذکور از پیش ملزم به انجام قرارداد T3 مطابق شکل (۳) است. اگر هیچگونه تقویت برای سیستم مذکور برنامه‌ریزی نشود آنگاه قرارداد T2 به خاطر محدودیت فلوی توان عبوری از خط ۲-۴ نمی‌تواند اجرا شود. لذا نیاز برای تقویت شبکه برای انجام قراراد T2 ضرورت پیدا می‌کند. فرض کنید که خط جدید بین جفت باسهای ۳ و ۴ مطابق شکل (۴) احداث شود.
آنچه مسلم است خط جدید با ظرفیتی بالاتر از ظرفیت مورد نیاز برای قرارداد T2 احداث می‌شود و حال این سوال پیش می‌آید که این هزینه اضافی را چه کسی باید پرداخت کند؟ آنچه مسلم است این است که این تقویت اضافی به نفع تمام قراردادها خواهد بود. اما مسلماً منفعت برای تمام قراردادها باتوجه به نوع قرارداد و موقعیت فلوی عبوری قرارداد نسبت به خط جدید متفاوت خواهد بود. لذا تمام قراردادها باید هزینه اضافی تقویت شبکه را به مقدار استفاده‌شان از این ظرفیت اضافی بپردازند. از طرف دیگر هزینه تقویت شبکه می‌تواند موجب کاهش هزینه بهره‌برداری قراردادهای قبلی و افزایش فرصتها برای قراردادهای بیشتر شود.
تا اینجا سه مولفه قرارداد که معرفی شده کاملاً‌وابسته به نوع قرارداد بوده اما هزینه مولفه چهارم که هزینه سیستم موجود نامیده می‌شود مستقل از قراردادها است.

۴- هزینه سیستم موجود
هزینه‌ای که باید مبادله‌کنندگان توان به واسطه استفاده از سیستم انتقال موجود بپردازند. هزینه سیستم موجود شامل هزینه سرمایه‌گذاری برای ساخت سیستم موجود و هزینه‌های مربوط به نگهداری آنها می‌شود. چون هزینه ساخت سیستم موجود بسیار بالاست لذا هزینه سیستم موجود معمولاً بالاترین مولفه در احتساب هزینه‌های یک قرارداد محسوب می‌شود. لذا دقت در محاسبه آنها از اهمیت قابل توجه‌ای برخوردار است در این رابطه سوالات و نقطه‌نظرات زیر مطرح می‌شود:
– هزینه سیستم انتقال موجود را چه کسی باید بپردازد؟ هیچ توافق کلی دراین رابطه وجود ندارد بعضی اقتصاد‌دان‌ها معتقدند که هزینه سیستم موجود را نباید به قراردادهای جدید اختصاص داد. در مقابل دیگران معتقدند که این هزینه باید به تمام استفاده‌کنندگان سیستم انتقال اختصاص داده شود. در بسیاری موارد دیگر این هزینه تنها به مصرف‌کنندگان قراردادهای محکم Firm اختصاص داده می‌شود چرا که آنها به علت اجبار و الزام قراردادهای خود، ظرفیت رزرو سیستم را در تمام زمانها اشغال می‌کنند.
– چگونه هزینه سیستم موجود باید محاسبه شود؟
برای محاسبه این هزینه روشهایی ارایه شده است که عبارتند از:

الف) روش تمبر پستی
هزینه تبادل در این روش از رابطه زیر محاسبه می‌شود:
که Ru هزینه انتقال قرارداد u ، Tc هزینه کل شارژ انتقال، Pu و Ppeak به ترتیب بار قرارداد u و بار کل سیستم در شرایط پیک هستند.
مزیت عمده روش سادگی آن است و عیب عمده روش آن است که شرایط بهره‌برداری سیستم را در نظر نمی‌گیرد و به عبارت دیگر قراردادهای با فواصل مسافتی کوتاه و طولانی با یک نرخ محاسبه می شوند که دراین صورت ممکن است قراردادهای با فواصل مسافتی کوتاه بسیار گران تمام شده و در مقابل قراردادهای با فواصل مسافتی طولانی ارزان‌تر از نرخ واقعی‌شان محاسبه شوند.

ب) روش مسیر قرارداد
در این روش فرض می‌شود که اگر بین نقاط تحویل و دریافت توان، خطی با ظرفیت انتقال مورد نظر احداث شود چه مقدار هزینه خواهد داشت هزینه مذکور به عنوان هزینه سیستم موجود در نظر گرفته می‌شود. یا تنها یک مسیر موجود بین نقاط تحویل و دریافت توان در نظر گرفته شده و فرض می‌شود که کل توان از همین مسیر انتقال یابد. عیب این روش نیز آن است که شرایط بهره‌برداری سیستم را در نظر نمی‌گیرد.
در حالی که در عمل، عمده توان مبادله شده ممکن است روی مسیرهای غیر از مسیر در نظر گرفته شده و حتی از طریق سیستم‌های انتقال همسایه جاری شود که این امر ممکن است هزینه تقویت سیستم‌های خارج از قرارداد مسیر را نیاز داشته باشد و چون این هزینه‌های تقویت در محاسبه قیمت انتقال لحاظ نمی‌شود لذا نتایج محاسبه هزینه انتقال ممکن است دقیق و عادلانه نباشد.
در روش تمبر پستی و روش مسیر قرارداد شرایط بهره‌برداری سیستم لحاظ نمی‌شود و لذا علیرغم سادگی غیردقیق‌اند. در مقابل روشهای مذکور روشهای دیگری وجود دارد که شرایط بهره‌برداری سیستم در آنها لحاظ می‌شود که معروفترین آنها روش مگاوات – مایل است.

ج) روش مگاوات – مایل
محاسبه هزنیه انتقال در روش مگاوات – مایل از طریق رابطه زیر است:
که Fj.u مقدار توان جاری شده روی خط jام به واسطه قرارداد u، Lj طول خط به مایل و Cj هزینه ساخت خط مذکور به $/MW-Mile است. برای ترانسفورمرها و خازنهای جبران سری Lj مساوی یک و Cjبرحسب $/MW است. برای تشریح مطلب سیستم شکل (۴) را در نظر بگیرید. در این سیستم قرادادهای T1 و T2 مشابه قراردادهای تشریح شده در مثال سوم هستندو قرارداد T2 باید مطالعه شود تمام خطوط به جز خط بین باس ۳ و ۴ جزء سیستم موجود هستند. هزینه سیستم موجود بر اساس روش مذکور برای سه قرارداد محاسبه و در جدول (۴) آورده شده است. با فرض اینکه هزینه سیستم موجود $۴۰۰۰۰۰۰۰/yr باشد هزینه سیستم موجود برای قرارداد برابر خواهد شد با:
۲٫۹۹%×$40000000/yr = $1196000/yr

نتیجه‌گیری
تعیین دقیق هزینه تبادلات توان در یک محیط تجدید ساختار به منظور ایجاد یک محیط عادلانه رقابتی یکی از موضوعات بسیار مهم است. در این مقاله مولفه‌های اصلی و عمده تعیین کننده هزینه مذکور که عبارتند از هزینه بهره‌برداری، هزینه فرصت، هزینه تقویت شبکه و هزینه سیستم موجود مورد نقد و بررسی قرار گرفت و روشهایی برای محاسبه آنها ارایه و با ارایه مثالهایی هر مولفه به تفصیل تشریح شد.

مهندس اسماعیل محسنی‌کبیر- مهندس علیمحمد رنجبر- مهندس محسن پوررفیع عربانی- مهندس بابک پرکار

ماهنامه صنغت برق

دیدگاه خود را بیان کنید

لطفا پیام خود را وارد نمایید
لطفا نام خود را در این قسمت وارد نمایید