ارائه یک مدل بهینه ریاضی چندهدفه برای شبکه‌های هوشمند انرژی با در نظر گرفتن برنامه‌های پاسخ‌گویی بار

Abstract

هدف: انرژی یکی از عوامل حیاتی برای توسعۀ اجتماعی و اقتصادی کشورهاست؛ به‌طوری که اغلب، میزان مصرف انرژی در یک کشور، نشان‌دهندۀ سطح رفاهی است که مردم آن کشور می‌توانند به‌دست آورند. با مصرف روزافزون انرژی در سال‌های اخیر و همچنین با توجه به اینکه در سیستم‌های تولید برق سنتی بیشترِ انرژی از طریق نیروگاه‌های بزرگ و به‌صورت متمرکز تأمین می‌شود، بعضی مسائل از جمله هزینه‌های تولید، آلودگی هوا، قابلیت اطمینان و کیفیت انرژی اهمیت چشمگیری پیدا می‌کنند و برای شبکه‌های تأمین انرژی سنتی، ممکن نیست که چنین نیازهای توسعه‌ای را برآورده کنند. بنابراین شبکه‌های هوشمند تأمین انرژی، به‌تدریج جایگزین شبکه‌های سنتی شدند. از طرفی، برای نیل به قیمت‌های مناسب و قابلیت اطمینان شبکه، برنامه‌های پاسخ‌گویی بار راه‌کاری است که می‌توان به‌کمک آن، الگوی مصرف انرژی الکتریکی را در زمان‌های پیک بار در شبکۀ هوشمند بهبود داد. این برنامه‌ها به دو دسته برنامه‌های قیمت‌محور و برنامه‌های تشویق‌محور دسته‌بندی می‌شوند. در این پژوهش از برنامه‌های قیمت‌محور مبتنی بر قیمت‌گذاری لحظه‌ای استفاده می‌شود. هدف از پژوهش حاضر، ارائۀ یک مدل ریاضی چندهدفه برای شبکه‌های هوشمند انرژی با در نظر گرفتن برنامه‌های پاسخ‌گویی بار است.روش: پارامترهای این پژوهش به دو دسته پارامترهای غیرقطعی و قطعی دسته‌بندی شدند. پارامترهای سرعت باد، تابش خورشید، تقاضای انرژی و قیمت برق منطقه با توجه به ماهیت آن‌ها، پارامترهای غیرقطعی در نظر گرفته شدند. با توجه به اینکه هر یک از پارامترهای غیرقطعی، از توزیع احتمالی خاصی پیروی می‌کنند، پس از شناسایی توزیع مربوطه، به سناریوسازی برای هر یک از این پارامترها اقدام شد. در نهایت مدل چندهدفه ریاضی که شامل اهداف حداقل‌سازی هزینۀ بهره‌برداری، حداقل‌سازی آلودگی و حداقل‌سازی پیک مصرف و محدودیت‌های مربوطه بود، طراحی شد. پس از جمع‌آوری داده‌ها و با استفاده از زبان برنامه‌نویسی گمز، به حل مدل اقدام شد. همچنین تأثیر برنامه‌های پاسخ‌گویی بار در بهبود توابع هدف نیز بررسی شد. یافته‌ها: نتایج حاصل از حل مدل نشان داد که شبکه‌های هوشمند انرژی و مشارکت طرف مصرف‌کننده در برنامه‌های پاسخ‌گویی بار، امکان کاهش هزینه‌های بهره‌برداری، کاهش انتشار آلودگی و کاهش پیک مصرف را میسر می‌سازد؛ به‌گونه‌ای که با افزایش مشارکت مصرف‌کنندگان در برنامه‌های پاسخ‌گویی بار، توابع هدف بهبود می‌یابند. طبق نتایج به‌دست‌آمده، با مشارکت ۲۰ درصدی مصرف‌کنندگان، میزان بهبود در اهداف ذکر شده، به‌ترتیب حدود ۱۵.۱۷ و ۱۳ درصد بود.نتیجه‌گیری: شبکه‌های هوشمند انرژی با استفاده از فناوری دیجیتال دوطرفه، امکان تبادل اطلاعات بین تولیدکننده و مصرف‌کننده را فراهم می‌آورند و انرژی را از تولیدکنندگان به مصرف‌کنندگان منتقل می‌کنند. همچنین از طریق کنترل وسایل مصرف‌کنندگان، در مصرف انرژی آن‌ها صرفه‌جویی می‌کنند و هزینه‌ها و مسائل زیست محیطی شبکه را کاهش می‌دهند. دولت‌ها می‌توانند از شبکه‌های هوشمند انرژی، به‌عنوان راه‌حلی برای مدیریت استقلال انرژی، کاهش گرمایش جهانی و انتشار آلودگی زیست‌محیطی استفاده کنند.