نحوه تخصیص هزینه تبادلات توان در یک سیستم تجدید‌ ساختار یافته

امروزه گرایش عمده در صنعت‌برق به سمت ایجاد یك ساختار رقابتی برای افزایش كارایی و بازده مدیریتی و فنی تكنیكی 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 استفاده‌كنندگان باید هزینه استفاده از سیستم انتقال را به صاحبان و مالكان آنها بپردازند. در این مقاله عوامل عمده و اصلی تعیین‌كننده هزینه تبادلات توان در یك 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 یك سیستم یكپارچه تولید، انتقال و توزیع كه یك نهاد متولی تمام قسمتهای آن است به سمت سیستمی كه بخشهای تولید، انتقال و توزیع آنها از هم تفكیك شده و هر بخش دارای صاحبان و مالكان متعدد بوده كه برای حداكثر كردن سود خود با یكدیگر به رقابت می‌پردازند و با آزادسازی خطوط انتقال و امكان 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 كه هزینه واقعی آزادسازی خطوط را بدانند تا براساس آن تصمیمات به صرفه و اقتصادی را برای تقویت و تشویق یك قرارداد و یا انقضاء قرارداد دیگربا در نظر گرفتن محدودیتهای سیستم اتخاذ كنند همچنین مبادله‌كنندگان توان (فروشندگان و خریداران توان) نیاز به دانستن هزینه‌های مذكور برای اتخاذ تصمیمات اقتصادی برای تقویت و توسعه شبكه هستند.
در این مقاله مولفه‌های اصلی تعیین‌كننده 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 یك سیستم تجدید ساختار یافته
در یك سیستم تجدید ساختار یافته انواع مختلفی از قراردادهای انتقال توان می‌تواند وجود داشته باشد كه می‌توان آنها را در چهار گروه طبقه‌بندی كرد. نحوه تخصیص هزینه انتقال كاملاً‌وابسته به نوع قرارداد بوده و برای انواع مختلف تبادلات توان متفاوت هستند. چهار گروه نحوه تبادل توان در یك محیط تجدید‌ ساختار یافته عبارتند از:
۱) قراردادهای محكم Firn
در بعضی از موارد خریدار توان، می‌خواهد مطمئن باشد كه 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 نیازمذكور از نوع قراردادهای محكم است و واضح است كه در این نوع تبادل توان، دلال یا فروشنده توان، ظرفیت رزرو خود را نیز لحاظ می‌كند.
۲) قراردادهای غیرمحكم Nor-firm
این نوع قراردادها دو نوع هستند: قراردادهای قابل انقضاء (curtailable) و قراردادهای در دسترس (as-available). قراردادهای قابل انقضاء قراردادهایی هستند كه فروشنده توان به صلاحدید خود می‌تواند آن را انقضاء كند. قراردادهای در دسترسی، قراردادهایی كوتاه مدت و اساساً اقتصادی هستندكه در هنگامی كه ظرفیت سیستم اجازه دهد در نواحی ویژه و در زمانهای خاص امكان‌پذیر ۳) قراردادهای طولانی مدت
قراردادهای طولانی مدت در یك بازه زمانی چندین ساله منعقد می‌شوند. مدت زمان یك قرارداد طولانی مدت معمولاً به اندازه‌ای است كه برای ساخت خطوط جدید كفایت كند.
۴) قراردادهای كوتاه‌مدت
قراردادهای كوتاه مدت ممكن است در بازه زمانی از چند ساعت تا یك یا دو سال بسته شوند. بهر حال در بازه زمانی در نظر گرفته شده نیاز به تقویت خطوط شبكه نیست. قراردادهای طولانی مدت وكوتاه مدت می‌تواند از نوع Firm یا Non-Firm باشد و همچنین قراردادهای Firm یا Non-Firm ممكن است طولانی مدت یا كوتاه مدت باشند.
● مولفه‌های تعیین كننده هزینه تبادل توان
مولفه‌های اصلی تعیین‌كننده هزینه تبادل توان عبارتند از: هزینه بهره‌برداری، هزینه فرصت، هزینه تقویت شبكه، هزینه سیستم موجود. در ادامه هر یك از هزینه‌های مذكور تشریح شده و روشهایی برای محاسبه آنها ارایه می‌شود.
۱) هزینه بهره‌برداری
هنگامی كه قرارداد جدیدی در بازار برق منعقد می‌شود، لازم است برای مینیمم شدن هزینه‌های تولید كل سیستم برای قراردادهای ماقبل، تولید كل 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 شكل (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 كه در شكل (۱) مشاهده می‌شود دو قرارداد T۱ و T۲ در سیستم مذكور منعقد شده است. قراردادها به شرح زیر هستند:
خریدار توان در باسهای شماره ۳ (۱۵۰۰MW) و باس شماره ۱ (۵۰۰MW) قرارداد T۱ را به شرح قیمت پیشنهادی در جدول (۱) ضمیمه با فروشندگان (تولید‌كنندگان) توان در باسهای ۱ و ۲ منعقد می‌كند. قراراد T۲ برای تامین بار خریدار در باس ۳ (به میزان ۱۰۰MW) است. خریدار مذكور ترجیح می‌دهد كه توان مورد نیاز خود را از تولید‌كننده در باس ۴ و ۱ خریداری كند.
فرض كنید كه قرارداد T۱ منعقد شده و حال می‌خواهیم هزینه بهره‌برداری قرارداد T۲ را محاسبه كنیم. برای این منظور در حالی كه هنوز قرارداد T۲ منعقد نشده است، پخش بار بهینه OPF (Optimum Power Flow) با هدف مینیمم كردن هزینه‌های كل تولید سیستم با توجه به قیمت پیشنهادی تولید‌كنندگان در جدول (۲) ضمیمه انجام می‌گیرد كه نتایج آن در جدول (۱) آورده شده است.
توجه كنید كه در این حالت (فقط وجود قرارداد T۱) بار كل سیستم ۲۰۰MW بوده و OPF، تولیدی به میزان ۲۰۳۹MW (۳۹MW 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 تولید‌كننده مذكور بدست آمده است. به عنوان مثال در باس شماره ۱: $۵۸۵/hr= ۱۵×۳۹
در این حالت هزینه كل تولید سیستم $۲۰۵۹۰/hr نتیجه شده است حال با وجود قرارداد T۱ قرارداد T۲ منعقد می‌شود. با وجود قرارداد T۲ نتایج حل OPF برای قرارداد T۱ در جدول (۱) آورده شده است توجه كنید كه دراین حالت به علت اینكه فلوی انتقالی از باس شماره ۲ به مراكز 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 كنید كه برای تامین بار قرارداد هزینه تولید با توجه به OPF بصورت زیر محاسبه می‌شود:
كه تفاوت آن با حالتی كه قرارداد T۲ نباشد، $۴۷۵/hr خواهد بود. این هزینه، هزینه بهره برداری مربوط به قرارداد T۲ است كه 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 كه باید توسط قرارداد جدید به واسطه ایجاد قید فلوی توان جدید و از دست رفتن فرصتهای قبلی پرداخت شود. برای تشریح بیشتر مطلب سیستم شكل (۲) را در نظر بگیرید.
در این سیستم قرادادهای T۱ و T۲ مشابه مثال قبلی است قرارداد T۲ مطالعه شده است. در این مثال فرض كنید كه امكان خرید توان در دسترس ارزان با قیمت $۵/MW-hr تا ۵۰۰MW در باس ۴ وجود دارد. اگر قرارداد T۲ وجود نداشته باشد با توجه به قیمت تحویل ارزان توان در باس ۴ به صرفه است كه ظرفیت كامل تحویل توان در این باس (۵۰۰MW) برای قرارداد T۱ اختصاص یابد و مابقی نیاز از باسهای تولیدگرانتر ۱ و ۲ تامین شود كه در نتیجه هزینه تولید $۱۸۱۰۰/hr را بر اساس OPF مطابق جدول (۲) نتیجه می‌دهد حال اگر قرارداد T۲ وجود داشته باشد با توجه به تولید ۵۰MW قرارداد T۲ در باس ۴ و محدودیت انتقال خط ۲-۴ تا ۵۰۰MW امكان استفاده از ظرفیت كامل ارزان در باس ۴ برای قرارداد T۱ وجود نداردو قرارداد T۱ تنها می‌تواند ۴۵۰MW را از فروشنده ارزان در باس ۴ خریداری كند و مابقی را باید از باسهای تولید گرانتر ۱ و ۲ خریداری كند كه هزینه تولید آنها مطابق جدول (۲)، $۱۸۷۵۰/hr خواهد بود. تفاوت این دو هزینه كه $۶۵۰/hr است در واقع هزینه‌ای است كه قرارداد T۲ باید بابت از دست رفتن فرصت برای T۱ باید بپردازد.
۳) هزینه تقویت شبكه
هزینه تقویت شبكه در واقع هزینه سرمایه‌گذاری تجهیزات انتقال جدید است كه به واسطه قراردادهای جدید در سیستم ضرورت پیدا می‌كند برای تشریح مطلب سیستم شكل (۳) را در نظر بگیرید.
در این سیستم قراردادهای T۱ و T۲ مشابه مثال اول هستند و قرارداد T۲ مطالعه شده است. در این مثال سیستم مذكور از پیش ملزم به انجام قرارداد T۳ مطابق شكل (۳) است. اگر هیچگونه تقویت برای سیستم مذكور برنامه‌ریزی نشود آنگاه قرارداد T۲ به خاطر محدودیت فلوی توان عبوری از خط ۲-۴ نمی‌تواند اجرا شود. لذا نیاز برای تقویت شبكه برای انجام قراراد T۲ ضرورت پیدا می‌كند. فرض كنید كه خط جدید بین جفت باسهای ۳ و ۴ مطابق شكل (۴) احداث شود.
آنچه مسلم است خط جدید با ظرفیتی بالاتر از ظرفیت مورد نیاز برای قرارداد T۲ احداث می‌شود و حال این سوال پیش می‌آید كه این هزینه اضافی را چه كسی باید پرداخت كند؟ آنچه مسلم است این است كه 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 شبكه را به مقدار استفاده‌شان از این ظرفیت اضافی بپردازند. از طرف دیگر هزینه تقویت شبكه می‌تواند موجب كاهش هزینه بهره‌برداری قراردادهای قبلی و افزایش فرصتها برای قراردادهای بیشتر شود.
تا اینجا سه مولفه قرارداد كه معرفی شده كاملاً‌وابسته به نوع قرارداد بوده اما هزینه مولفه چهارم كه هزینه سیستم موجود نامیده می‌شود مستقل از قراردادها است.
۴) هزینه سیستم موجود
هزینه‌ای كه باید مبادله‌كنندگان 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 یك 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 كسی باید بپردازد؟ هیچ توافق كلی دراین رابطه وجود ندارد بعضی اقتصاد‌دان‌ها معتقدند كه هزینه سیستم موجود را نباید به قراردادهای جدید اختصاص داد. در مقابل دیگران معتقدند كه این هزینه باید به تمام استفاده‌كنندگان سیستم انتقال اختصاص داده شود. در بسیاری موارد دیگر این هزینه تنها به مصرف‌كنندگان قراردادهای محكم Firm اختصاص داده می‌شود چرا كه آنها به علت اجبار و الزام قراردادهای خود، ظرفیت رزرو سیستم را در تمام زمانها اشغال می‌كنند.
▪ چگونه هزینه سیستم موجود باید محاسبه شود؟
برای محاسبه این هزینه روشهایی ارایه شده است كه عبارتند از:
الف) روش تمبر پستی
هزینه تبادل در این روش از رابطه زیر محاسبه می‌شود:
كه Ru هزینه انتقال قرارداد u ، Tc هزینه كل شارژ انتقال، Pu و Ppeak به ترتیب بار قرارداد u و بار كل سیستم در شرایط پیك هستند.
مزیت عمده روش سادگی آن است و عیب عمده روش آن است كه شرایط بهره‌برداری سیستم را در نظر نمی‌گیرد و به عبارت دیگر قراردادهای با فواصل مسافتی كوتاه و طولانی با یك نرخ محاسبه می شوند كه دراین صورت ممكن است قراردادهای با فواصل مسافتی كوتاه 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 كه اگر بین نقاط تحویل و دریافت توان، خطی با ظرفیت انتقال مورد نظر احداث شود چه مقدار هزینه خواهد داشت هزینه مذكور به عنوان هزینه سیستم موجود در نظر گرفته می‌شود. یا تنها یك مسیر موجود بین نقاط تحویل و دریافت توان در نظر گرفته شده و فرض می‌شود كه كل توان از همین مسیر انتقال یابد. عیب این روش نیز آن است كه شرایط بهره‌برداری سیستم را در نظر نمی‌گیرد.
در حالی كه در عمل، عمده توان مبادله شده ممكن است روی مسیرهای غیر از مسیر در نظر گرفته شده و حتی از طریق سیستم‌های انتقال همسایه جاری شود كه این امر ممكن 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 ممكن 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 مذكور روشهای دیگری وجود دارد كه شرایط بهره‌برداری سیستم در آنها لحاظ می‌شود كه معروفترین آنها روش مگاوات – مایل است.
ج) روش مگاوات – مایل
محاسبه هزنیه انتقال در روش مگاوات – مایل از طریق رابطه زیر است:
كه Fj.u مقدار توان جاری شده روی خط jام به واسطه قرارداد u، Lj طول خط به مایل و Cj هزینه ساخت خط مذكور به $/MW-Mile است. برای ترانسفورمرها و خازنهای جبران سری Lj مساوی یك و Cjبرحسب $/MW است. برای تشریح مطلب سیستم شكل (۴) را در نظر بگیرید. در این سیستم قرادادهای T۱ و T۲ مشابه قراردادهای تشریح شده در مثال سوم هستندو قرارداد T۲ باید مطالعه شود تمام خطوط به جز خط بین باس ۳ و ۴ جزء سیستم موجود هستند. هزینه سیستم موجود بر اساس روش مذكور برای سه قرارداد محاسبه و در جدول (۴) آورده شده است. با فرض اینكه هزینه سیستم موجود $۴۰۰۰۰۰۰۰/yr باشد هزینه سیستم موجود برای قرارداد برابر خواهد شد با:
۲.۹۹%×$۴۰۰۰۰۰۰۰/yr = $۱۱۹۶۰۰۰/yr
● نتیجه‌گیری
تعیین دقیق هزینه تبادلات توان در یك محیط تجدید ساختار به منظور ایجاد یك محیط عادلانه رقابتی یكی از موضوعات بسیار مهم است. در این مقاله مولفه‌های اصلی و عمده تعیین كننده هزینه مذكور كه عبارتند از هزینه بهره‌برداری، هزینه فرصت، هزینه تقویت شبكه 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 محسنی‌كبیر
مهندس علیمحمد رنجبر
مهندس محسن پوررفیع عربانی
مهندس بابك پركار

منبع : ماهنامه صنعت برق