برنامه ریزی توسعه تولید در بازار حوضچه‌ای، با استفاده از نظریه بازی‌ها و الگوریتم ژنتیک

چکیده

حروف اختصاری

 مقدمه

فرمول بندی GEP در بازار حوضچه

درآمدها

محاسبۀ قیمت و انرژی

شکل 1.  محاسبۀ انرژی تولید شده توسط واحد‌های شرکت تولید i-ام

 هزینه‌ها

محدودیتی مسالۀ GEP در بازار حوضچه

 الگوریتم راه حل

شکل 2.  الگوریتم راه حل بازی gep رقابتی

 مطالعۀ موردی

جدول 7.   نتایج GEP شرکت‌های انحصاری

جدول 1.   بار پیک پیشبینی شده

جدول 2.   مشخصه‌های فنی و اقتصادی واحدها

جدول 3.   نتایج GEP برای شرکت تولید کننده برق 1

جدول 4.   نتایج GEP برای شرکت تولید کننده برق 2

جدول 5.   نتایج GEP برای شرکت تولیدکننده 3

جدول 6.   GEP کل و نتایج RM و قابلبت اطمینان

نتیجه گیری

تجدیدساختار، هدف برنامه ریزی توسعه تولید (GEP)را از کم-هزینه بودن به پرسود بودن، تغییر داده است. در این مقاله، ما یک فرمولبندی تازه برای تابع هدف مسالۀ GEP شرکت‌های تولید کننده (GENCOs) را در بازار برقی که شامل درآمدهای انرژی و بازارهای ذخیرۀ ظرفیت و هزینه‌های سوخت، سرمایه گذاری، O&M، مالیات‌های قطع و وصل، می‌باشد را معرفی می‌کنیم. به علاوه، به منظور حل مسالۀ GEP با تابع هدف بالا، از یک الگوریتمی‌که بترتیب از الگوریتم ژنتیک و نظریه بازی‌ها برای مدل کردن بازار و بهینه سازی توابع هدف GENCO استفاده کرده است، معرفی شده است. به منظور محاسبۀ سطوح تولید واحدهای تولید کننده و نرخ بلند-مدت بازار، ما از روش مرسوم هزینۀ تولید احتمالی (PPC) که به گونه‌ای اصلاح شده است که در بازار برق رقابتی قابل استفاده باشد، استفاده کرده‌ایم.

برنامه ریزی توسعه تولید (GEP)، یک مسالۀ بهینه سازی در مقیاس بزرگ، غیر خطی، گسسته، پویا و بسیار محدود شده می‌باشد که تعیین می‌کند کدام یک از واحدهای تولید باید ساخته شوند و چه موقع باید در افق برنامه ریزی به خط وصل شوند طوری که توان (ظرفیت) نصب شده تقاضای پیشبینی شده را ارضا کند [1-4]. موقعیت سایت‌ها و دیگر ضرایب مربوط به شبکۀ انتقال، بطور عادی و جداگانه و پس از اینکۀک‌اندازه برای توسعه تعیین شد، تجزیه و تحلیل می‌شود [5]. در یک چارجوب انحصاری مرسوم، فعالیت‌های توسعه تولید، توسط یک ابزاری که بطور عمودی مجتمع شده است، و به منظور ارضای معیارهای قابلیت اطمینان بلند مدت، انجام پذیرفته است. هدف مسالۀ GEP انحصاری، کمینه کردن جمع هزینه‌های کاهندۀ سالانۀ مورد انتظار _ شامل هزینه‌های ساخت، هزینه‌های عملکرد، مقادیر پس‌انداز و غیره است_ بوده است [6]. اگرچه، محدودیت‌هایی همانند اختلاف ذخیره، مخلوط سوخت، معیارهای اطمینان و محدودیت‌های محیطی، باید در نظر گرفته شوند [7]. مدل‌های متفاوتی برای GEP مرسوم توسعه داده شده‌اند تا کمترین هزینه را با استفاده از الگوریتم‌های بهینه سازی گوناگون [2و3] و هزینه‌های تولید احتمالی (PPC) بدست آورند [8]. در سال‌های اخیر، صنعت تولید برق در بسیاری از کشورها، دستخوش بازسازی از انحصار دولت بودن به بازارهای آزاد بازتنظیم شده، شده‌اند. یکی از دلایل بازسازی، این باور است که تولید برق، دیگر ویژگی‌های یک انحصار طبیعی را بنا بر کاهش‌های تکنولوژی-محرک در‌اندازه‌های نیروگاه‌های سودمند، ندارد. کاهش مقیاس اقتصاد در تولید، صنعت ابزار را به شرکت‌های تولیدی که با یکدیگر برای فروش توانی که توسط یک سیستم انتقال فشار قوی انحصاری به کارخانه‌های توزیع مستقل و مشتری‌های محلی انتقال می‌یابد، رقابت می‌کنند، مبدل ساخته است [9]. این تغییرات بر روی برنامه ریزی توسعه بلند مدت،تاثیر می‌گذارد، زیرا اکنون تصمیمات سرمایه گذاری توسط محققان خصوصی منتهی به سطح بیشتر کاهش داده شدۀ مختصات متمرکز شده، گرفته می‌شود [10]. تغیییرات دیگری که بازسازی در فرایند GEP انجام داده است، شامل [1،9،10] می‌باشد: ● تغییر هدف از کم هزینه بودن به پرسود بودن ● لحاط کردن اثر تقاضا بر روی نرخ‌های برق (معرفی پاسخ تقاضا) ● پیدایش ارتباط استراتژیک و بازیینگ در میان کارخانه‌های درگیر در فرآیند GEP کوتاه کردن افق برنامه ریزی به سبب زدودن بازگشت سرمایۀ تضمین شدۀ مرسوم ● لحاظ کردن ساختار اطلاعات ناقص بازار. این معمولن با بکارگیری تئوری بازی، کنترل می‌شود. مدل‌های GEP در سیستم قدرت بازسازی شده، به مدل بازار برق (یعنی بازار اولیۀا بازار حوضچه) بستگی دارد. در مدل رقابتی اولیه، بسیاری از تولید کننده‌های برق مستقل (IPP) تنها به ازای سود خود توان می‌فروشند، اما در مدل رقابتی حوضچه هر تولید کنندۀ خصوصی (GENCO) با شرکت‌های تولید کنندۀ دیگر برای بیشینه کردن سود خود، رقابت می‌کند [11]. بر خلاف تکنیک‌های مرسوم گذشته، GEP رقابتی بخاطر تداخل آن با شرکت‌های تولید کننده، بسیار پیچیده است [12]. اساسا، مسالۀ GEP رقابتی در بازار برق حوضچه، را می‌توان به عنوان یک بازی غیر تعاونی که در آن GENCOها (شرکت‌های تولید کنندۀ برق) دربارۀ توسعه ظرفیتشان تصمیم می‌گیرند _تا سود مورد انتظار خود را بیشینه کرده و با شرکت‌های تولید دیگر_ رقابت کنند، مدل کرد [13]. تابع سود را می‌توان به گونۀ اختلاف میان درآمدهای بدست آمده و هزینه‌های وارد شده از ارایۀ خدمات برقی، بیان کرد. اغلب، درآمدها مبنی بر پرداخت‌های بازار انرژی بوده و هزینه‌ها حاصل از هزینه‌های سرمایه گذاری و هزینه‌های نگهداری، می‌باشد [5،6،10،11،12،13]. در این مقاله، ما برنامۀ توسعه تولید را در بازارهای حوضچه بررسی می‌کنیم. ما یک فرمول بندی تازه برای تابع هدف مسالۀ GEP را در یک بازار حوضچه ارایه می‌کنیم. هر شرکت تولید (GENCO) از الگوریتم ژنتیک (GA) برای بهینه کردن تابع هدف خودش از مساله GEP، بطور پویا به ازای همۀ سال‌های برنامه ریزی، استفاده می‌کند. آنگاه، GENCOها نقشه‌های خود را به بدنۀ تنظیمی‌_به نام اپراتور سیستم مستقل (ISO)_ معرفی می‌کند [12]. یکی از اهداف ISO، پایدار کردن بازار در مختصات بین GENCOها _با ارایۀ اطلاعات بازار بلند مدت به آنها، که می‌تواند از سرمایه گذاری بیش از حد کم/زیاد در بازار برق، جلوگیری کند_ می‌باشد [6،12]. ISO بازار را پاک کرده و انرژی را تعیین کرده و قیمت‌های بازار را ثبت می‌کند. قیمت‌ها و دیگر اطلاعات ضروری برای برنامه ریزی، بطور جداگانه به هر شرکت تولید فرستاده می‌شود. همچنین ISO در قبال لحاظ کردن محدودیت‌های مطمین بودن، اختلاف رزرو و امنیت ملی، پاسخگو می‌باشد [11]. در این مقاله ما از بازی Cournot برای مدل کردن ساختار ناقص بازار برق حوضچه، استفاده می‌کنیم. بازیکن‌ها، شرکت‌های تولید کنندۀ قدرت خصوصی هستند. بردار تصمیمات بازیکن‌ها که در آن هیچ بازیکنی نقشۀ خود را پس از یک دوره کامل بهینه سازی تغییر نمی‌دهد، تعادل Cournot نام دارد. الگوریتم راه حل بازی GEP تا زمانی که چنین تعادلی روی دهد، تکرار می‌شود [1].