پایان نامه شبیه سازی عرضه و تقاضای برق به تفکیک مناطق ایران

انرژی به عنوان موتور رشد و توسعه در هر کشور و از جمله نیاز­های اصلی اقتصاد می­باشد که بخصوص پس از انقلاب صنعتی به عنوان یک عامل بسیار مهم در تولید در بخش­های مختلف از جمله صنعت،کشاورزی و. تلقی می­گردد. در این راستا انرژی الکتریکی به دلیل ویژگی­های خاص آن از قبیل سادگی تبدیل به سایر انرژی­ها و انتقال سریع آن به نقاط مختلف از جمله مهم­ترین صورت­های انرژی است که کاربرد آن از سال 1904 میلادی در ایران آغاز و به شدت توسعه یافته است به­طوریکه زندگی بدون آن تقریباٌ غیرممکن می­نماید. همچنین انرژی الکتریکی  نقش مهمی در برنامه ­ریزی­ اقتصادی دارد و بنابراین بررسی و شناخت عوامل مؤثر بر تقاضای برق در بخش­های مهم اقتصادی از مباحث مهم این حوزه محسوب می­گردد. لذا با توجه به نقش مهم نهاده برق بعنوان یک نهاده تولید در زیر بخش­های تولیدی و مصرف قابل توجه آن در این بخش­ها، در پژوهش حاضر سعی شده­است تا براساس تاثیر متغیرهای کلان بر تقاضا برای این نهاده، ابتدا تابع تقاضا برای 16 منطقه برق کشور برآورد شود سپس عرضه برق به تفکیک مناطق مدلسازی شود و در نهایت با متدولوژی دینامیک سیستمی[1] عرضه و تقاضای برق این مناطق به طور همزمان شبیه­سازی شود تا به این ترتیب، امکان بررسی تراز انرژی الکتریکی در سطح ملی و  به تفکیک مناطق میسر شود. در ادامه اهمیت و ضرورت تحقیق، هدف از انجام تحقیق، ارائه فرضیات و قلمروتحقیق و تعاریف مفاهیم اصطلاحات کلیدی ارائه می شود.

1-2 بیان مساله و اهمیت و ضرورت تحقیق
امروزه در تولید ملی هر جامعه­ای، انرژی نقش مهمی ایفا می­ کند. به طور کمی توسعه اقتصادی به عنوان رکن اساسی در مجموعه ت­ها و خط مشی­های هر کشور مدنظر قرار دارد. انرژی در جریان توسعه اقتصادی به عنوان موتور و مولد رشد و توسعه به شمار می­رود لذا بخش انرژی به عنوان یکی از بخش­های اقتصادی-  اجتماعی تاٌثیر بسزایی بر سایر بخش­ها دارد[2]. راهبرد تاٌمین انرژی، به میزان کافی و هزینه­ مناسب، جزو برنامه ­های اصلی هر کشور می­باشد. ایران به دلیل برخوردار بودن از منابع نفت و گاز، دارای موقعیت خاصی بوده است. این امکان دارد که با استفاده بهینه از این منابع، به رشد اقتصادی مطلوبی دست یابد. نقش برق به عنوان یک انرژی، در ایجاد روشنایی به طور عام (خانگی) و ایجاد سرما و گرما بر کسی پوشیده نیست و به طور خاص در تجارت و صنعت می ­تواند یکی از کاربردی­ترین انرژی­های رایج در جامعه باشد. رشد چشمگیر و فزاینده تقاضای برق به عنوان یک سوخت موثر و بدون ایجاد آلودگی در رشد و توسعه اقتصادی جامعه، آینده­نگری در این زمینه را برای محققین، دانش­پژوهان و ت­گذاران اامی ساخته است. برق به عنوان عالی­ترین نوع انرژی، نقش مهمی در توسعه اقتصادی یک کشور دارد و تامین مطمئن آن برای ادامه فعالیت­های اقتصادی بسیار حیاتی است. میزان تولید و مصرف انرژی الکتریکی یکی از شاخص­های مهم رشد اقتصادی و مبین کیفیت زندگی جوامع و ملت ها می­باشد.

انرژی الکتریکی در اکثر کشورها به عنوان صنعت مادر شناخته شده­است. فرآیند جابجایی توان الکتریکی را انتقال انرژی الکتریکی گویند. این فرآیند معمولاٌ شامل انتقال انرژی الکتریکی از مولد یا تولید کننده به پست­های توزیع نزدیک شهرها یا مراکز توزیع صنایع است، از این پس یعنی تحویل انرژی التریکی به مصرف ­کننده­ها در محدوده توزیع انرژی الکتریکی است. انتقال انرژی الکتریکی این امکان را فراهم می کند، تا به راحتی و بدون متحمل شدن هزینه حمل سوخت­ها و همچنین جدای از آلودگی تولید شده از سوختن سوخت­ها در نیروگاه، از انرژی الکتریکی استفاده شود. در بسیاری از موارد انتقال منابع انرژی مانند باد یا آب سدها غیرممکن است و تنها راه ممکن، انتقال انرژی الکتریکی است.

بنابراین انتقال انرژی الکتریکی بین مناطق جزو ماهیت سیستم تولید و مصرف برق است. اما مشکلی که در فرایند انتقال انرژی الکتریکی پدید می آید، اتلاف آن است و بنابراین این پدیده ضروری در نظام تولید و مصرف برق باید به گونه ای مدیریت شودکه در حد ضرورت و در حداقل ممکن باشد.

برق هم به صورت انرژی اولیه[3] و هم به صورت انرژی ثانویه[4] در تراز انرژی کشور وارد می شود. برق تولیدی از انرژی­های حرارتی فسیلی در قالب نیروگاه­های بخار، نیروگاه­های گازی، نیروگاه­های سیکل ترکیبی و نیروگاه­های دیزلی تحت عنوان انرژی ثانویه طبقه ­بندی شده ­اند و سایر روش­های تولید نیروی برق (اعم از برق آبی، بادی، زمین­گرمایی، خورشیدی و اتمی) جزو انرژی­های اولیه محسوب شده ­اند.[5]

انرژی الکتریکی معمولا در فواصل طولانی به وسیله خطوط هوایی انتقال می­یابد و از خطوط زیر­زمینی فقط در مناطق پرجمعیت شهری استفاده می­شود و این به دلیل هزینه بالای راه­اندازی و نگه­داری و همچنین تولید توان راکتیو[6] اضافی در این گونه خطوط است.

پیش ­بینی تقاضای مصرف برق و عوامل موثر بر آن یکی از کلیدی­ترین مباحث مربوط به انرژی می­باشد با توجه به اینکه این موضوع با مباحث توسعه و اقتصاد یک کشور پیوند می­خورد بنابراین مصرف برق وابسته به متغیر­های اقتصادی، غیر­اقتصادی و محیطی می­باشد. در ایران 16 شرکت برق منطقه­ای وظیفه تامین، تولید و انتقال برق را بر عهده دارند و این مناطق با نیروگاه­هایی که در آنها موجود است میزان عرضه برق را که در توان دارند ایجاد می­ کنند. متقاضیان مصرف برق در مناطق مختلف کشور بر اساس تقسیم­بندی وزارت نیرو به چند گروه تقسیم می­شوند: صنعتی، کشاورزی، تجاری، خانگی، عمومی و سایر مصارف که  ولتاژهای برق مصرفی در این بخش­ها با هم متفاوت است. تقاضا برق تحت تاثیر عواملی مانند کل مشترکین برق، محصول ناخالص داخلی، قیمت واقعی برق، مصرف سرانه برق به ازای هر مشترک، محصول ناخالص داخلی سرانه و. می باشد. و همچنین عرضه از عواملی مانند تولید نیروگاه­ها (حرارتی، هسته ای، بادی، آبی، خورشیدی)،  قیمت برق، تقاضای صادراتی و. . . تاثیر می­پذیرد. با توجه به اینکه انرژی الکتریکی یک انرژی پاک است باید تلاش گردد که این انرژی به نحو بهینه تولید و توزیع شود و از اتلاف آن جلوگیری شود. در این تحقیق به بررسی سیستم توزیع انرژی الکتریکی و اتلاف انرژی از جنبه توزیعی پرداخته می شود.

پیش ­بینی تقاضای برق بعد از جنگ جهانی دوم و تا دهه 1970 به شکل ساده­ای صورت می­گرفت. این امر برای بسیاری از کشورهای اروپایی و آمریکا نیز صادق بود. به طوریکه در آمریکا رشد سالانه برق در حدود 7 درصد در نظر گرفته می­شد و بدین ترتیب هر ده سال مصرف برق دو برابر می­گردید. اما تغییرات شدید در قیمت­های انرژی در دهه 1970 همراه با کند شدن نرخ رشد اقتصادی کشورهای صنعتی سبب شد که این پیش ­بینی­ها قابلیت اعتماد خود را از دست بدهند و به همین علت روش­های دقیق­تری برای پیش ­بینی و تحلیل­های تقاضای برق مطرح گردید. این پیش ­بینی­ها برای این است که از میزان تقاضا به طور تقریبی آگاه شد که بتوان بستر­های لازم برای عرضه آن را فراهم کرد. در صنعت برق ایران، تلفات انتقال و فوق­توزیع و توزیع بسیار بالاتر از استاندارد جهانی آن است. یکی از عوامل بالا بودن این رقم انتقال جریان الکتریسته در فواصل طولانی است. حرکت در جهت خودکفایی تولید منطقه­ای باعث کاهش تلفات انتقال خواهد شد. خودکفایی تولید منطقه­ای در صورتی میسر است که پیش ­بینی دقیقی از تراز ظرفیت شرکت­های برق منطقه­ای در سال­های آینده، وجود داشته­باشد. همچنین به دلیل وابستگی روز­افزون همه زیر بخش­های اقتصادی به انرژی و از جمله انرژی الکتریکی و همچنین جایگزینی نیروی ماشین به جای نیروی انسانی، سبب شده­است که برق در کنار سایر عوامل تولید (سرمایه و نیروی کار) یک عامل موثر در رشد و توسعه اقتصادی تلقی شود و در عملکرد بخش­های مختلف اقتصادی نقش چشمگیری ایفا می­نماید. دلایل و انگیزه­های متعددی در زمینه اهمیت تحلیل و پیش ­بینی تقاضا و عرضه برق وجود دارد:

برنامه ­ریزی و تعیین ظرفیت مورد­نیاز برای تولید برق در آینده

ملاحظات قیمت­ گذاری برق

تجزیه و تحلیل اثرات زیست­محیطی و یا سایر اثرات ناشی از افزایش تقاضا

انتقال برق در مسافت­های طولانی، هزینه خطوط انتقال نیرو شامل خط­های 400 کیلو ولتی را افزایش می­دهد و از این رهگذر قیمت تمام­شده برق را بالا می­برد. انتقال جریان الکتریسته در فواصل طولانی میان مکان­های تولید و مصرف در کنار عواملی همانند برق­رسانی به اماکن کم جمعیت و دوردست تاثیر بسزائی بر افزایش تلفات انتقال دارد. به طوری که تلفات انتقال و فوق­توزیع وتوزیع در صنعت برق ایران نزدیک به 15[7] درصد است و از استاندارد جهانی آن فاصله زیادی دارد. جهت کاهش تلفات انتقال و کاهش قیمت تمام شده برق، توزیع مناسب جغرافیایی نیروگاه­های جدید با توجه به نیازهای هر منطقه بسیار ضروری و با­اهمیت است. با توجه به مطالب ارائه شده در خصوص اهمیت برنامه ­ریزی انرژی به خصوص انرژی الکتریکی برای کشور، در این تحقیق تلاش می­شود مدل یکپارچه و سیستمی و در عین حال پویایی از تعاملات تولید و مصرف انرژی الکتریک در اقتصاد کشور و هر منطقه تدوین گردد و به کمک آن دورنمایی از آینده تولید و مصرف انرژی الکتریکی ترسیم شود و نقاط عطفی که در این دورنما قابل پیش ­بینی است، شناسایی شود. به این ترتیب با تکیه به مدل سیستمی که دورنمای تولید (عرضه) و مصرف (تقاضا) انرژی الکتریکی را در اقتصاد کشور به تصویر می­کشد، راهکارهای تی قابل گزینش برای مدیریت بهینه این نقاط عطف، تحلیل و بررسی شود.

1-3 اهداف تحقیق
با توجه به منطقه­بندی برق در کشور، نیروگاه­های موجود در هر منطقه توان تولید انرژی الکتریکی بیشتر یا کمتر از حد نیاز منطقه را فراهم می­ کنند. به خاطر این مسئله که انرژی الکتریکی قابل ذخیره کردن نمی­باشد بنابراین هر منطقه زمانی که کمبود دارد باید این انرژی را از مناطقی که دارای مازاد هستند تامین کند و همچنین زمانی که مازاد انرژی دارد باید این انرژی را به مناطق دارای کمبود انتقال دهد. بیشتر هدف ما این است که مناطق کشور را از نظر میزان مصرف صنعتی، کشاورزی، خانگی و. . . شناخت و به یک برنامه ­ریزی دست یافت که نیروگاه­های هر منطقه توان تامین انرژی منطقه خود را داشته باشند یعنی دولت باید بودجه خود را طوری تخصیص دهد که تعادل منطقه­ای از نظر عرضه و تقاضا ایجاد شود و وزارت نیرو هم باید میزان تقاضای منطقه­ای خود را بشناسد و برای صادرات برق هم باید نیروگاهای مناطق مرزی را توسعه دهیم. در این کار از شبیه­سازی استفاده خواهد شد و مدل چندین بار در سناریوهای مختلف محتمل مورد تجزیه و تحلیل قرار داده می­شود و هر بار نتایجی به دست می­آید آنگاه با تحلیل آمار به دست آمده به نتایج قابل اطمینانی از عملکرد حقیقی سیستم واقعی دست خواهید یافت.

1-4  فرضیه های تحقیق
با وجود تراز کلی عرضه و تقاضای برق در کشور اما تعادل منطقه­ای در عرضه و تقاضا وجود ندارد.

1-5 قلمرو تحقیق
این تحقیق در حوضه اقتصاد ایران انجام شده است. برای تخمین توابع تقاضای موجود در مدل سیستم دینامیک از اطلاعات مقطعی برق منطقه­ای موجود در سالنامه­های آماری مرکز آمار، بین سالهای 1387تا 1389 استفاده خواهد شد. عرضه برق نیز براساس میزان تولید نیروگاه­های هر منطقه از سال 1387تا 1389 که داده واقعی داریم به دست خواهد آمد سپس استفاده از شبیه سازی عرضه برای سال­های آتی پیش ­بینی خواهد شد. معادلات به صورت چهار گام زمانی در سال انجام می­گیرد، در طول هر گام زمانی ابتدا متغیرهای جریانه[8] یا نرخ در درون متغیرهای انباره[9] یا سطح­انباشته می شوند (انتگرال گرفته می­شوند)، سپس تمامی روابط متغیرهای نرخ بر اساس مقادیر جدید متغیرهای سطح روزآمد می­گردد. این تاثیر متغیرهای حالت بر روی متغیرهای نرخ و پس از آن تاثیر متقابل متغیرهای نرخ بر روی متغیرهای حالت، در صورتی که زنجیره پیوندها در نهایت به متغیر اولیه بازگردد می ­تواند منجر به شکل گیری حلقه­های بازخوردی شود. این حلقه های بازخوردی از دید متخصصان دانش سیستم دینامیک به عنوان مهم ترین پایه ایجاد رفتار سیستم شناخته می­شود[10].

مدل این پژوهش مبتنی بر طبقه مدل­های شبیه سازی رفتاری و دینامیک سیستمی است. متدولوژی سیستمی مبتنی بر تئوری کنترل مدرن است که در آن رفتار سیستم به وسیله معادلات دیفرانسیل و انتگرال شبیه­سازی می­گردد. در این متدولوژی از پیش هیچ فرض محدودکننده­ای در مورد رفتارسیستم در نظر گرفته نمی­ شود و برای تحلیل سیستم­ها و بازارهای پیچیده که در آن عوامل متعددی به یکدیگر تنیده شده ­اند، مناسب است.

1-6 تعاریف مفاهیم و اصطلاحات[11]
 

نیروگاه: نیروگاه عبارت است از محل استقرار مولدهای نیروی برق و تجهیزات وابسته.

نیروگاه برق آبی[12] :  نیروگاهی است که در آن از انژری پتانسیل آب انباشته­شده در پشت سدها جهت مصرف در توربین آبی برای تولید برق استفاده می­گردد.

نیروگاه بخاری[13]  : نیروگاهی است که درآن از انرژی حرارتی سوخت­های مایع و جامد و گاز جهت تولید بخار و مصرف آن در توربین­های بخار برای تولید برق استفاده می­شود.