در بعضی از بازههای زمانی (بخصوص تعطیلات آخر هفته و در طول شب)، تزریق انرژی باد زیاد و مصرف مشترکین پایین میباشد. از طرف دیگر نیروگاهها نمی توانند پایینتر از یک خروجی مینیموم فنی بهره برداری شوند. تنها راهحل ممکن برای بهره برداری این نیروگاهها در میزانی پایینتر از این مقدار فنی، وضعیت خاموشی نیروگاه میباشد. در بعضی شرایط معین برای نیروگاهها بهتر است که زمان قیمت دهی در بازار قیمت منفی دهند تا مطمئن شوند بیشتر از مینیموم فنی خود در بازار فروش خواهند داشت؛ زیرا ممکن است در این حالت سوددهی بالاتری نسبت به حالتی داشته باشند که نیروگاه را خاموش و دوباره آن را روشن کنند.برای بررسی این موضوع، بعضی از بازارها بحث قیمت دهی منفی و حدود آن را مطرح کرده اند. یکی دیگر از دلایل تولید توان بیش از حد این است که بعضی از نیروگاهها همیشه برای حفظ پایداری شبکه و تنظیم توان باید در مدار باشند. هر چه میزان تزریق منابع دارای عدم قطعیت بیشتر باشد، به میزان بیشتری از نیروگاههایی[۳۴]که باید در مدار باشند، نیاز است. این مسئله خود باعث رشد عرضه بیش‌ازحد تولید میگردد.
بنابراین در بعضی‌اوقات بهتر است که نیروگاههای بادی هیچ تولیدی نداشته باشد، به‌جای اینکه بخواهند با قیمت منفی در بازار شرکت کند. برای تشویق منابع بادی باید یک سری برنامه های تشویقی[۳۵] طراحی شوند تا اینکه در بعضی شرایط که از لحاظ اقتصادی بهصرفه نیست، تولید خود را قطع کند. علاوه بر راهکارهای اقتصادی میتوان از راهکارهای فنی از قبیل استفاده از ذخیرهسازها در کنار منابع بادی نیز استفاده کرد که در این پایان نامه از این مسئله نیز بهره برده شده است. چنانچه قبلاً نیز ذکر شد، مدلسازی راهکارهای فنی و اقتصادی در مسئله برنامه ریزی بهره برداری با در نظر گرفتن منابع بادی بهعنوان یکی از نوآوریهای اصلی این پایان نامه مطرح میباشد.
بر این اساس میتوان گفت که وجود طرحهای تشویقی جهت رسیدن به اهداف رشد منابع بادی الزامی است، اما مسئله بسیار مهم تعیین میزان این تشویقیها است، بطوریکه تعادلی بین نتایج منفی در اجتماع و تسهیل در امر بهره برداری منابع بادی برقرار شود. کاملاً مسلم است که اگر قسمتی از درآمد منابع بادی وابسته به قیمت برق در بازار باشد، بحث برنامه ریزی بهره برداری منابع بادی با توجه به ریسکهای بالای موجود در بازار دچار مشکل میگردد.
علاوه بر سیاست تشویق که منابع بادی را برای شرکت در بازار ترغیب می کند، مکانیزم های بازار نیز باید به گونه ای باشد که مانع از به وجود آمدن قیمتهای منفی در بازار گردند. قیمتهای منفی باعث ایجاد انگیزههایی جهت بهره برداری از ذخیرهسازهای انرژی الکتریکی میگردد. ذخیرهسازها دارای این قابلیت هستند که در زمان کاهش قیمت برق، برق را ذخیره و در زمان افزایش آن را به شبکه دهند[۳۱ و ۳۵]. یکی دیگر از راهکارهایی که در این پایان نامه مدنظر میباشد، راهکارهای مدیریت مصرف میباشد.
۳-۵- ساختار بازارهای تعادل در حضور منابع بادی
به طور سنتی، میزان رزرو موردنیاز سیستم قدرتی که سهم عمدهای از تولید شبکه بر پایه تولید نیروگاههای آبی و یا حرارتی قابل‌کنترل است، بر اساس تغییرات تعادل در مصرف و یا خروجی اجباری بزرگ‌ترین واحد موجود تعیین میگردید. بنابراین در سیستم سنتی رزرو به‌طور اصلی برای تنظیم رو به بالا[۳۶]موردنیاز میباشد، اما با به‌کارگیری نرخ بالایی از منابع بادی در سیستم قدرت، نیازهای جدیدی برای سرویسهای تعادلی و تعیین میزان رزرو مناسب سیستم مطرح میگردد. دلیل این مسئله این است که منابع بادی زیاد قابل پیش بینی نیستند.
برای مقابله با خطاهای موجود در پیش بینی باد، میزان بیشتری از منابع انعطافپذیر موردنیاز میباشد. این مقدار خطای پیش بینی می تواند مثبت و یا منفی باشد. بنابراین نه تنها تنظیم رو به بالا موردنیاز است، بلکه تنظیم رو به پایین[۳۷] نیز ممکن است لازم باشد.
با این تفاسیر برای شبکه ای که نرخ نفوذ منابع بادی در آن بالا است، بحث پایداری سیستم از اهمیت زیادی برخوردار است. بنابراین در دسترس بودن میزان مناسب رزرو باقابلیت دیسپاچ انعطافپذیر جهت فراهم ساختن خدمات جانبی بسیار مهم و حیاتی است.
بنابراین به‌طورکلی میتوان گفت که با افزایش نرخ نفوذ منابع بادی، میزان موردنیاز رزرو نسبت به زمانی که منابع بادی نیستند، افزایش مییابد. بر اساس تجربیات به دست آمده در کشورهای آلمان، اسپانیا و پرتغال، به ازای هر واحد تولید نیروگاه بادی، میزان ۲۵/۰ تا ۳/۰ رزرو موردنیازمیباشد. این مسئله باعث افزایش میزان دیسپاچینگ اجباری واحدهای حرارتی و کاهش توانایی ژنراتورها برای مدیریت سهم آنها جهت شرکت در بازار میگردد[۳۵].
۳-۶-تأثیرات افزایش نرخ نفوذ منابع بادی بر برنامه ریزی دیگر نیروگاهها
منابع بادی بهعنوان منبع انرژی[۳۸] شناخته میشوند تا منبع ظرفیت[۳۹]. این منابع باعث کاهش قیمت سوخت و همچنین کاهش هزینه آلودگی میگردند. به طور خلاصه میتوان گفت که هر مگاوات ظرفیت از منابع بادی به یک مگاوات ظرفیت پشتیبان نیاز دارد تا اینکه به ۹۰ درصد در دسترسپذیری آن بتوان اطمینان کرد[۳۱].
این مسئله منجر به نتیجه بسیار مهمی میگردد و آن اینکه منابع بادی با وجود اینکه هزینه های سوخت را کاهش می دهند، اما مانع سرمایه گذاری ظرفیت پشتیبان نمیشوند[۳۱].
کاهش ضریب بار به علت تقدم در دیسپاچ منابع بادی توانایی نیروگاههای موجود را برای پوشش هزینه های ثابت کاهش میدهد. این مسئله منجر می شود که عدم قطعیت سرمایه گذاری در نیروگاههای سنتی مانند بقیه نیروگاهها افزایش یابد.مطالعات مختلف نشان می دهند که میزان تولید بار پایه با افزایش نرخ نفوذ منابع بادی کاهش مییابد.
در این صورت نیاز به منابع تولید انعطافپذیر از قبیل نیروگاههای آبی، تلمبهذخیرهای[۴۰]، توربینهای گازی سیکل باز(OCGT[41])و توربینهای گازی سیکل ترکیبی(CCGT[42])افزایش مییابد. اگرچه میتوان از طریق نیروگاههای موجود تا حدودی انعطافپذیری سیستم را در آینده تأمین کرد، اما همانطور که بیان شد سرمایه گذاری در مورد نیروگاههای جدید نیز همراه با عدم قطعیت است. از دیگر روشهایی که برای افزایش انعطافپذیری سیستم استفاده می شود، راهکارهای مدیریت سمت مصرف میباشند که در این پایان نامه نیز مطرح شده است.
یکی دیگر از منابعی که با افزایش نرخ نفوذ منابع بادی، نقش آنها پررنگتر میگردد، منابع ذخیرهساز انرژی از قبیل نیروگاه تلمبه ذخیرهای، ذخیرهساز گاز و خودروهای برق ده قابل اتصال به شبکه میباشد. این منابع بهعنوان منبع کارایی[۴۳] شناخته میشوند.اختلافات قیمت بازار که در اثر افزایش نرخ نفوذ منابع بادی حاصل می شود، می تواند یک سیگنال بازاری[۴۴] جهت نیاز به منابع ذخیرهساز بوده و تشویقی جهت توسعه این منابع در محیط رقابتی باشد. یکی دیگر از سیگنالهایی که منجر به استفاده از ذخیرهسازهای انرژی میگردد، قیمتهای منفی میباشد. ذخیرهسازها در زمانی که قیمت برق منفی است، انرژی الکتریکی را در خود ذخیره کرده و در مواقع نیاز به شبکه برق می دهند. این منابع با این کار باعث افزایش رفاه اجتماعی نیز میگردند.
۳-۷- راهکارهای موجود جهت کاهش ریسک سرمایه گذاری در چنین محیطرقابتی
تجارب استفاده از منابع بادی در کشور اسپانیا نشان میدهد که بهره برداری از منابع بادی مشابه منابع سنتی در بحث برنامه ریزی[۴۵] و تعادل[۴۶] ، تهدیدی برای توسعه این منابع محسوب نمیگردد، بلکه این برنامه ها میتوانند بهترین محرک برای بهبود پیش بینی منابع بادی، کاهش نیازمندیها جهت تعادل بازار و کاهش هزینه اختصاص یافته برای انجام این کار باشند[۳۱].
حمایت از منابع بادی از طریق در نظر گرفتن تقدم برای دیسپاچ آنها در بازار و همچنین اختصاص تضمینی شبکه انتقال، این منابع را از الزامات بهره برداری و تعادل معاف نمیکند؛ وگرنه به‌کارگیری کامل منابع بادی در بازار و رقابت با انواع دیگر منابع تولید رخ نخواهد داد. برای توسعه منابع بادی باید یک سری طرحهای تشویقی در نظر گرفته شود.
این کار(حمایت منابع بادی) از طریق قوانین شبکه و بازار( از قبیل قوانین مدیریت تراکم) شدنی نیست، زیرا این روشها میتوانند منجر به نتایج نامناسب و بدتر شدن شرایط بازار گردد. بهترین کار برای استفاده از منابع بادی، تعیین کردن مقدار مطمئن منابع بادی برای شرکت آنها در بازار میباشد.
با بحثهایی که در قسمت های قبل صورت گرفت تأثیر منابع بادی بر بازار برق مورد بررسی قرار گرفت. با توجه به هزینه بالای منابع بادی و همچنین عدم قطعیت‌های موجود در تولید این منابع و تولید تصادفی آنها در نظر گرفتن سیاستهای فنی و اقتصادی در بحث برنامه ریزی سرمایه گذاری امری ضروری میباشد. امروزه بیشتر بازارها فقط شامل بازار انرژی هستند. بعضی از آنها با در نظر گرفتن بازار خدمات جانبی (رزرو) کاملتر شده اند.
در حالت کاملتر شده بازار علاوه بر بازارهای فوق، تشویقی ظرفیت نیز در نظر گرفته می شود. در بازارهایی که فقط بحث بازار انرژی مطرح است، سرمایه گذارانی که درزمینهٔ تولید و بخصوص تولید در زمانهای پیک سرمایه گذاری کرده اند، در صورتی میتوانند از میزان سرمایه گذاری خود بهره برداری بهتری داشته باشند که پیش بینیهای بهتری از وضعیت بازار داشته باشند. پیش بینی این شرایط به دلیل تغییرات بار، تغییرات تولید، خرابی نیروگاهها و دیگر رخدادهای دارای عدم قطعیت بسیار مشکل است.
بهعنوان مثال، نیروگاههای سیکل ترکیبی CCGTبه‌طور تقریبی به قیمت بازار ۱۰ یورو بر مگاوات ساعت نیاز دارند تا اینکه هزینه های ثابت خود را باوجود ۵۰۰۰ ساعت کار در هرسال پوشش دهند. با گسترش و رشد منابع بادی، ساعات کار این نیروگاهها بالطبع کاهش مییابد. این ساعت کار حدوداً به ۲۵۰۰ ساعت و یا حتی کمتر هم خواهد رسید. بنابراین در ساعات پیک، حدود ۱۰ یورو بر مگاوات ساعت اضافه‌تر از قیمت بازار به این نیروگاهها پرداخت شود؛ در غیر این صورت، این نیروگاهها دوامی نخواهند آورد[۳۱].
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 واحد پول بر مگاوات ساعت میباشد. درآمد دوم در قبال ظرفیت و برحسب واحد پول 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.
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. مدلهای مختلف دیگری از تشویق ظرفیت نیز می تواند در نظر گرفته شود. 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. این مسئله بخصوص در بازارهایی که سیستمهای الکتریکی تشکیل حلقه می دهند و ارتباطات بین شبکه ها زیاد است، کاربردیتر است. بر اساس گزارشها و مطالعاتی که تاکنون صورت گرفته است، سیاستهای حمایتی بهره برداری از منابع بادی را میتوان به چهار دسته کلی تقسیم بندی کرد. در ادامه در مورد هر یک از سیاستهای به صورت خلاصه و جامع بحث گردیده است.
۳-۷-۱- مکانیزم تشویق FIT
در این مکانیزم، مشتریان باید انرژی الکتریکی تولید شده توسط منابع تجدیدپذیر (بخصوص منابع بادی) را در قیمتی که از قبل تعیین شده است، خریداری کنند. یکی دیگر از راهکارهایی که در این زمینه میتوان در نظر گرفت، پرداخت مبلغی اضافه بر قیمت تسویه شده بازار به منابع انرژی تجدیدپذیر میباشد. این نوع مکانیزم(FIT)، کاربردیترین مکانیزم تشویق در سرتاسر دنیا میباشد. این مکانیزم در برخی کشورهای بادخیز که به نسبت درصد قابل‌توجهی از تولیدشان را بر اساس منابع بادی پایهریزی کرده اند، استفاده میگردد.
در حال حاضر بیش از ۲۰ کشور اتحادیه اروپا، به نحوی از یکی از طرحهای تشویقی FITاستفاده می کنند. در [۳۶-۳۷] نیز مقایسه ای در مورد سیاستهای حمایتی مورداستفاده شده برای منابع بادی صورت گرفته است.
۳-۷-۲-مدل سهم مشخص و گواهینامه سبز
در این روش مشتریان یا تولیدکنندگان موظف به به‌کارگیری حداقل مقداری از منابع بادی بهعنوان برق مصرفی یا تولید خود میباشند. اگر مکانیزم حمایتی FITبهعنوان یک طرح تشویقی جهت رشد و توسعه منابع بادی در نظر گرفته شود، این مکانیزم یعنی مدل سهم مشخص یک سیاست اجباری برای آماده سازی بستر جهت گسترش نفوذ منابع بادی خواهد بود. این مکانیزم به نسبت مکانیزم اول در کشورهای کمتری اجرا میگردد.
این مکانیزم در بعضی از کشورها ازجمله شیلی و قسمت هایی از ایالات متحده استفاده می شود. درزمینهٔ استفاده از گواهینامه سبز نیز، کشور هلند بهعنوان یک کشور پیشگام عمل کرده است. این سیاست علاوه بر کشور هلند در برخی دیگر از کشورهای اروپایی از قبیل انگلستان نیز اجرا شده است[۳۶-۳۸].
۳-۷-۳-حراج[۴۷]
این مکانیزم شامل یک فرایند قیمت دهی رقابتی میباشد که از این طریق مقداری مشخص از منابع تجدید پذیربه فروش میرسد. در این مکانیزم، آن دسته از منابع تجدیدپذیر که قیمت پایینتری پیشنهاد داده باشند، بهعنوان برنده تعیین میگردند. این مکانیزم در ابتدا در بعضی کشورهای اروپایی از قبیل انگلستان و ایرلند و طی سالهای اخیر در آمریکای لاتین مورد استفاده قرار گرفته است.
۳-۷-۴- تشویق مالی و اعتبار مالیاتی
در این نوع مکانیزم، کمکهای مالی از قبیل معافیت و یا تخفیف مالیات، بازپرداخت مالیات و تأمین مالی ویژه وجود دارد. این راهکارها بیشتر در جاهایی استفاده می شود که نیروگاههای بادی در حال توسعه میباشند. به‌کارگیری این مکانیزم ها و یا ترکیبی از آنها باعث ساخت مقدار قابل‌توجهی از منابع تجدیدپذیر و بخصوص منابع بادی شده است. در نتیجه این سیاستها، ظرفیت نصب شده منابع بادی در کل دنیا از ۲۴ گیگاوات در سال ۲۰۰۱ به ۱۶۰ گیگاوات در سال ۲۰۰۹ رسیده است. همه این تحلیلها نشان میدهد که منابع بادی در حال حاضر به یک ثبات نسبی رسیده اند و نرخ نفوذ آنها نیز در حال افزایش است.
۳-۸-برنامه های مدیریت مصرف
در این روش مشترکین عمده مقدار بار قابل کاهش را همراه با قیمت بهISOپیشنهادمی‌دهندو پس ازاجرای عملیات بازار چنانچه پیشنهادپذیرفته شود، مشتری موظف به اجرای قرارداد میباشد. درشکل (۳-۲) تأثیر برنامه مدیریت مصرف در تغییرقیمت بازار نشان داده شده است. در این روش درحقیقت مشتری می‌تواند درزمان ارزانی ،برق رابخرد و در زمان گرانی برق را بفروشد.این بازار می‌تواند یک روز قبل[۴۸]تشکیل شود یا بازار لحظهای[۴۹]باشد[۳۹].
شکل(۳-۲):تاثیربرنامهDBدرتغییرقیمتبازار
اولین نوع از این برنامه ها توسط اپراتور بازار نیویورک درسال ۲۰۰۱ اجرا شد. در این سال اپراتور مستقل نیویورک دو برنامه را اجرا کرد تا فرصتی را دراختیار آن دسته از مشتریان که توانایی قطع بار و یا تولید پراکنده را دارند، قرار دهد تا در بازارعمدهفروشی به ایفای نقش بپردازند. یکی از این برنامه ها به منابع سمت تقاضا اجازه میداد تا در زمان کاهش ظرفیت رزرو، بارخود را کاهش دهند. برنامه دوم به منابع سمت تقاضا اجازه میداد تا کاهش بارخودرا در بازار انرژی روز قبل پیشنهاد دهند و پولی را بابت کاهش بار خود دریافت کنند[۴,۴۰].
۳-۸-۱-مزایای حضور مشتریان در بازار
حضور مشتری در بازار و استفاده از برنامه های پاسخگویی بار منجر به رقابتیتر شدن بازار و درنهایت کاهش قیمت برق در بازار میگردد. از سوی دیگر استفاده از این منابع افزایش قابلیت اطمینان سیستم را نیز در پی دارد. مزایای حضور مشتریان در بازار را میتوان به سه گروه عمده تقسیم بندی نمود:
- مزایای مشتری
- مزایای شبکه
- مزایای اضافه
مزایای مشتری
شامل مزایای اقتصادی مانند عدم خرید برق در ساعات گرانقیمت و خرید در ساعات ارزان قیمت می باشد که در اثر شرکت در برنامه های پاسخگویی بار نصیب بارهای شرکتکننده می شود.
مزایای شبکه
مزایای شبکه را میتوان در چند گروه کلی طبقه بندی کرد:
- الف) تأثیرات کوتاهمدت بر بازار
