تعیین استراتژی عملیاتی بهینه جهت راه‌اندازی سیستم CAES در بازار برق نوسانی-ساعتی دارای نفوذ بالای قدرت تجدیدپذیر بادی (مطالعه موردی: شرکت برق منطقه‌ای خراسان)

محورهای موضوعی : مدیریت محیط زیست

مهدی قائمی اصل ¹ (استادیار گروه اقتصاد و بانکداری اسلامی، دانشکده اقتصاد، دانشگاه خوارزمی، تهران، ایران *(مسوول مکاتبات))
مصطفی سلیمی فر ² (استاد گروه اقتصاد، دانشکده علوم اداری و اقتصادی، دانشگاه فردوسی)
مصطفی رجبی مشهدی ³ (استایار دانشکده مهندسی برق و مهندسی پزشکی دانشگاه صنعتی سجاد و معاون راهبری شبکه برق ایران)
محمدحسین مهدوی عادلی ⁴ (استاد گروه اقتصاد، دانشکده علوم اداری و اقتصادی، دانشگاه فردوسی مشهد)

تاریخ دریافت : 1393/08/02 تاریخ پذیرش : 1393/11/26 تاریخ انتشار : 1395/10/01

کلید واژه: شبیه‌سازی سیستم قدرت, تولید هیبرید بادی-فسیلی, سیستم ذخیره‌ساز هوای فشرده, استراتژی بهینه,

چکیده مقاله :

زمینه و هدف: با ورود انرژی پایدار و تجدیدپذیر با سهم بالایی از نفوذ به سیستم تولید، سیستم ذخیره ساز هوای فشرده[1] (CAES) را می توان برای ایجاد یک سیستم تولید انرژی الکتریکی برخوردار از کفایت[2] و صافی[3] قابل قبول مورد استفاده قرار داد. این سیستم با ذخیره سازی انرژی در قیمت های پایین بازار برق و تولید برق در قیمت های بالای بازار راه اندازی می شود. شرط اساسی سود آوری سیستم هیبرید برخوردار از سیستم CAES، به کارگیری استراتژی مناسب برای خرید و فروش انرژی در سیستم CAES است. این مطالعه با هدف تعیین استراتژی عملیاتی بهینه جهت راه اندازی سیستم CAES در بازار برق نوسانی-ساعتی دارای نفود بالای قدرت تجدیدپذیر بادی به انجام رسیده است. مواد و روش ها: در این پژوهش با شبیه سازی سیستم تولید نیروگاه های محدوده شرکت برق منطقه ای خراسان، استراتژی های به کارگیری سیستم CAES در سیستم هیبرید بادی-فسیلی مورد بررسی قرار گرفته است که در این میان، استراتژی بهینه تئوریک در واقع فراهم کننده بالاترین درآمد خالص برای واحد ذخیره ساز است. اما از آن جایی که قیمت در ساعات آتی بازار ساعتی-نوسانی از پیش مشخص نیست، دو استراتژی کاربردی-عملیاتی پیش رویدادی[4] و پس رویدادی[5] برای راه اندازی واحد ذخیره ساز به کار گرفته شده اند. یافته ها: نتایج پژوهش نشان می دهد که استراتژی پیش رویدادی کاربردی و پس رویدادی کاربردی، به ترتیب به طور متوسط 93 درصد و 89 درصد خالص درآمد استراتژی بهینه تئوریک سیستم ذخیره ساز هوای فشرده را در تمامی ظرفیت های شش گانه (50 تا 300 مگاواتی) برای واحد ذخیره ساز فراهم می کند. بحث و نتیجه گیری: بر اساس نتایج این پژوهش، لازم است از ذخیره سازی قدرت برای افزایش پایداری شبکه[6] و قابلیت اطمینان[7] تولید در سیستم های هیبرید با نفوذ بالای قدرت تجدیدپذیر استفاده نمود. زیرا برای شرایط احتمالی Black-Out، لازم است که واحدی به عنوان Black-Start در شبکه آماده باشد که بتواند درکمترین زمان ممکن، بار شبکه را تامین کند. استفاده از سیستم CAES می تواند راه کار بسیار مناسبی باشد که نه تنها قابلیت اطمینان تولید و پایداری شبکه در مواقع اضطراری را تضمین می کند، بلکه از لحاظ اقتصادی امکان پذیر بوده و از سود عملیاتی مناسبی نیز برخوردار است. [1]- Compressed air energy storage [2]- Adequacy [3]- Smooth [4]- Prognostic [5]- Historical [6]- Grid Stability [7]- Reliability

چکیده انگلیسی:

Background and Purpose: With influx of sustainable and renewable energy with high penetration into the production system, Compressed Air Energy Storage (CAES) could be used for creation of an acceptable adequate and smooth Electricity production system. CAES plants operate on electricity markets by storing energy when electricity prices are low and producing electricity when prices are high. An essential condition for the profitability of the CAES in hybrid systems is appropriate strategy for CAES operation about the sale and purchase of energy. This study aimed to determine optimal operating strategy for CAES systems fluctuating-hourly electricity market with high penetration of renewable wind power. Method: In this study, with simulation of production system of Khorasan Regional Electricity Company power plants which among all, the theoretical optimal strategy provides the highest net income for the storage unit. But since the market price of the upcoming hourly-fluctuating market is not pre-determined, two prognostic and historical practical-operational strategies have used for Setting up compressed air energy storage system. Findings: The results show that prognostic and historical practical-operational strategies, on average have 93% and 89% of theoretical optimal strategy s’ net income, respectively, in all six simulated capacities for compressed air energy storage system. Discussion and Counclusion: Based on the results, it is necessary to use power storage in order to increase grid stability and reliability of production in hybrid systems with high renewable power penetration; because a Black-Start must be ready in grid for Possible Black-Out situations which could provide load of grid in the least possible time. Use a CAES could be a great way that not only guarantees reliability and stability of grid in emergencies, but also is economically feasible and have operational suitable profit.

منابع و مأخذ:

1. Van Notten, W. F., Sleegersb, and A.M. and van Asselt, M.B.A., 2005, the future shocks: On discontinuity and scenario development; Technological Forecasting and Social Change, Volume 72, Issue 2, February 2005, Pages 175–194.


2. Jaffe, A. B. and Stavins R. N. ,1994, The energy-efficiency gap, What does it mean?, Energy Policy 1994, 22 (10), pp 804-810


3. Kanase Patil, A. B., R. P. Saini, M. P. Sharma, 2011, Sizing of integrated renewable energy system based on load profiles and reliability index for the state of Uttarakhand in India, Renewable Energy, vol. 36, pp. 2809-2821.


4. Tanrioven, M., 2005, Reliability and cost-benefits of adding alternate power sources to an independent micro-grid community, Journal of Power Source, vol. 150, pp. 136–149.


5. Lund, H., 2014, Advanced Energy Systems Analysis Computer Model, Documentation Version 11.4, Aalborg University, Denmark.


6. ادریسیان. اشکان، سامانی. حمید و ناصح. مجیدرضا، 1391، الگوی جدید هایبرید هوای فشرده برای تولید پایدار در مزارع بادی، دومین همایش ملی انرژی باد و خورشید، هم اندیشان انرژی کیمیا، تهران.


7. هادی. حمید و حقیقی خوشخو. رامین، 1393، طراحی مفهومی سیستم ذخیره­سازی انرژی هوای فشرده در مقیاس کوچک (Micro CAES) به همراه توربین بادی برای تامین برق یک واحد مسکونی، بیست و هشتمین کنفرانس بین­المللی برق، تهران.


8. مرادی، شهرام و هنرمند، محمداسماعیل، 1388، بررسی استفاده از نیروگاه­های بادی به همراه سیستم های ذخیره ساز انرژی، نخستین کنفرانس انرژی های تجدید پذیر و تولید پراکنده ایران، بیرجند، دانشگاه بیرجند.


9. ارشادی عباس آباد. سالار، میرزایی ضیاپور. بهروز و عتابی. فریده، 1392، بهینه سازی عددی سیستم هیبریدی باد- دیسل- ذخیره انرشی هوای فشرده بر مبنای الگوریتم ژنتیک، اولین همایش سراسری محیط زیست، انرژی و پدافند زیستی، تهران، موسسه آموزش عالی مهر اروند، گروه ترویجی دوستداران محیط زیست.
   
   
   1. Celik, A. N., 2003, Techno-economic analysis of autonomous PV-wind hybrid energy systems using different sizing methods, Energy Conversion Management, vol. 44, pp. 1951–1968,
   
   
   2. Celik, A. N., 2002, Optimisation and techno-economic analysis of autonomous photovoltaic–wind hybrid energy systems in comparison to single photovoltaic and wind systems, Energy Conversion Management, vol. 43, pp. 2453–2468.
   
   
   3. Koutroulis, E., D. Kolokotsa, A. Potirakis, K. Kalaitzakis, 2006, Methodology for optimal sizing of stand-alone photovoltaic/wind-generator systems using genetic algorithms, Solar Energy, vol. 80, pp. 1072–88.
   
   
   4. Ekren, B. Y. and O. Ekren, 2009, Simulation based size optimization of a PV/wind hybrid energy conversion system with battery storage under various load and auxiliary energy conditions, Applied Energy, vol. 86, pp. 1387–94.
   
   
   5. Tascikaraoglu, A. M. Uzunoglu, B. Vural, 2012, The assessment of the contribution of short-term wind power predictions to the efficiency of stand-alone hybrid systems, Applied Energy, vol. 94, pp. 156-165.
   
   
   6. Takagi, M. and Y. Iwafune, K. Yamaji, H. Yamamoto, K. Okano, R. Hiwatari, T. Ikeya, 2013, Economic value of PV energy storage using batteries of battery-switch stations, IEEE Trans. on Sustainable Energy, vol. 4164-73.
   
   
   7. Abbaspour, M., Satkin, M., Mohammadi-Ivatloo, B.,  Hoseinzadeh Lotfi, F. and Noorollahi, Y., 2013, Optimal operation scheduling of wind power integrated with compressed air energy storage (CAES), Renewable Energy, 51 (2013) pp53-59.
   
   
   8. شرکت برق منطقه­ای خراسان، 1391، گزارش اقدامات شرکت برق منطقه­ای خراسان در زمینه توسعه انرژی­های تجدیدپذیر، مشهد.
   
   
   9. شرکت مشاوره مدیریت آریانا، 1391، تدوین نقشه راه توسعه انرژی­های تجدیدپذیر صنعت برق خراسان، پژوهش­گاه نیرو، مرکز رشد برق، واحد تحقیقات برق شرکت مشاوره مدیریت آریانا، تهران.
      
      
      1. Zelinka, I., 2001, Analytic programming by means of new evolutionary algorithms, Proceedings of 1st International Conference on New Trends in Physics’01, Brno, Czech Republic, pp. 210–214.
      
      
      2. Zelinka, I., 2002a, Analytic programming by means of soma algorithm, Proceedings of First International Conference on Intelligent Computing and Information Systems, Cairo, Egypt, pp. 148–154.
      
      
      3. Zelinka, I., 2002b, Analytic programming by means of soma algorithm, Proc. 8th International Conference on Soft Computing, VUT Brno, Mendel’02 Czech Republic, pp. 93–101.
      
      
      4. Zelinka, I., Oplatkova, Z. & Nolle, L., 2005, Analytic programming - symbolic regression by means of arbitrary evolutionary algorithms, In: Special Issue on Inteligent Systems of International Journal of Simulation, Systems, Science and Technology Vol.6 (No.9): 44–55.
      
      
      5. National Renewable Energy Laboratory, 2012, Cost and Performance Data for Power Generation Technologies, Golden, Colorado, United States, February 2012.
      
      
      6. Danish Energy Agency, 2012, Energinet.dk. Technology Data for Energy Plants, Danish Energy Agency.
      
      
      7. خلاصه تحولات اقتصادی کشور ،1391، بانک مرکزی جمهوری اسلامی ایران، تهران.
      
      
      8. رستمی. ثریا، حق پرست کاشانی. آرش و لاری. حمیدرضا، 1392، مطالعه و برآورد قیمت برق تولیدی از نیروگاه های بادی، خورشیدی و بیوگاز، نخستین کنفرانس ملی انجمن انرژی ایران، تهران، پژوهش­گاه نیرو.
      
      
      9. طاهری فرد. علی و شهاب. سمیه، 1389، بررسی جنبه های فنی و اقتصادی تولید برق زمین گرمایی، اقتصاد انرژی، شماره 125.
      
      
      10. Danish Energy Agency, 2011, Assumptions for socio‐economic analysis on energy, Danish Energy Agency.
      
      
      11. Succar, S. and Williams, R.H., 2008, Compressed Air Energy Storage: Theory, Resources, And Applications for Wind Power, published for the Princeton Environmental Institute, April 2008.