انرژی به عنوان موتور رشد و توسعه در هر کشور و از جمله نیازهای اصلی اقتصاد میباشد که بخصوص پس از انقلاب صنعتی به عنوان یک عامل بسیار مهم در تولید در بخشهای مختلف از جمله صنعت،کشاورزی و… تلقی میگردد. در این راستا انرژی الکتریکی به دلیل ویژگیهای خاص آن از قبیل سادگی تبدیل به سایر انرژیها و انتقال سریع آن به نقاط مختلف از جمله مهمترین صورتهای انرژی است که کاربرد آن از سال 1904 میلادی در ایران آغاز و به شدت توسعه یافته است بهطوریکه زندگی بدون آن تقریباٌ غیرممکن مینماید. همچنین انرژی الکتریکی نقش مهمی در برنامهریزی اقتصادی دارد و بنابراین بررسی و شناخت عوامل مؤثر بر تقاضای برق در بخشهای مهم اقتصادی از مباحث مهم این حوزه محسوب میگردد. لذا با توجه به نقش مهم نهاده برق بعنوان یک نهاده تولید در زیر بخشهای تولیدی و مصرف قابل توجه آن در این بخشها، در پژوهش حاضر سعی شدهاست تا براساس تاثیر متغیرهای کلان بر تقاضا برای این نهاده، ابتدا تابع تقاضا برای 16 منطقه برق کشور برآورد شود سپس عرضه برق به تفکیک مناطق مدلسازی شود و در نهایت با متدولوژی دینامیک سیستمی عرضه و تقاضای برق این مناطق به طور همزمان شبیهسازی شود تا به این ترتیب، امکان بررسی تراز انرژی الکتریکی در سطح ملی و به تفکیک مناطق میسر شود. در ادامه اهمیت و ضرورت تحقیق، هدف از انجام تحقیق، ارائه فرضیات و قلمروتحقیق و تعاریف مفاهیم اصطلاحات کلیدی ارایه میشود.
1-2 بیان مساله و اهمیت و ضرورت تحقیق
امروزه در تولید ملی هر جامعهای، انرژی نقش مهمی ایفا میکند. به طور کمی توسعه اقتصادی به عنوان رکن اساسی در مجموعه سیاستها و خط مشیهای هر کشور مدنظر قرار دارد. انرژی در جریان توسعه اقتصادی به عنوان موتور و مولد رشد و توسعه به شمار میرود لذا بخش انرژی به عنوان یکی از بخشهای اقتصادی- اجتماعی تاٌثیر بسزایی بر سایر بخشها دارد[2]. راهبرد تاٌمین انرژی، به میزان کافی و هزینهی مناسب، جزو برنامههای اصلی هر کشور میباشد. ایران به دلیل برخوردار بودن از منابع نفت و گاز، دارای موقعیت خاصی بوده است. این امکان دارد که با استفاده بهینه از این منابع، به رشد اقتصادی مطلوبی دست یابد. نقش برق به عنوان یک انرژی، در ایجاد روشنایی به طور عام (خانگی) و ایجاد سرما و گرما بر کسی پوشیده نیست و به طور خاص در تجارت و صنعت میتواند یکی از کاربردیترین انرژیهای رایج در جامعه باشد. رشد چشمگیر و فزاینده تقاضای برق به عنوان یک سوخت موثر و بدون ایجاد آلودگی در رشد و توسعه اقتصادی جامعه، آیندهنگری در این زمینه را برای محققین، دانشپژوهان و سیاستگذاران الزامی ساخته است. برق به عنوان عالیترین نوع انرژی، نقش مهمی در توسعه اقتصادی یک کشور دارد و تامین مطمئن آن برای ادامه فعالیتهای اقتصادی بسیار حیاتی است. میزان تولید و مصرف انرژی الکتریکی یکی از شاخصهای مهم رشد اقتصادی و مبین کیفیت زندگی جوامع و ملت‌ها میباشد.
انرژی الکتریکی در اکثر کشورها به عنوان صنعت مادر شناخته شدهاست. فرآیند جابجایی توان الکتریکی را انتقال انرژی الکتریکی گویند. این فرآیند معمولاٌ شامل انتقال انرژی الکتریکی از مولد یا تولید کننده به پستهای توزیع نزدیک شهرها یا مراکز توزیع صنایع است، از این پس یعنی تحویل انرژی التریکی به مصرفکنندهها در محدوده توزیع انرژی الکتریکی است. انتقال انرژی الکتریکی این امکان را فراهم می کند، تا به راحتی و بدون متحمل شدن هزینه حمل سوختها و همچنین جدای از آلودگی تولید شده از سوختن سوختها در نیروگاه، از انرژی الکتریکی استفاده شود. در بسیاری از موارد انتقال منابع انرژی مانند باد یا آب سدها غیرممکن است و تنها راه ممکن، انتقال انرژی الکتریکی است.
بنابراین انتقال انرژی الکتریکی بین مناطق جزو ماهیت سیستم تولید و مصرف برق است. اما مشکلی که در فرایند انتقال انرژی الکتریکی
پدید می آید، اتلاف آن است و بنابراین این پدیده ضروری در نظام تولید و مصرف برق باید به گونه ای مدیریت شودکه در حد ضرورت و در حداقل ممکن باشد.
برق هم به صورت انرژی اولیه و هم به صورت انرژی ثانویه در تراز انرژی کشور وارد میشود. برق تولیدی از انرژیهای حرارتی فسیلی در قالب نیروگاههای بخار، نیروگاههای گازی، نیروگاههای سیکل ترکیبی و نیروگاههای دیزلی تحت عنوان انرژی ثانویه طبقهبندی شدهاند و سایر روشهای تولید نیروی برق (اعم از برق آبی، بادی، زمینگرمایی، خورشیدی و اتمی) جزو انرژیهای اولیه محسوب شدهاند.
انرژی الکتریکی معمولا در فواصل طولانی به وسیله خطوط هوایی انتقال مییابد و از خطوط زیرزمینی فقط در مناطق پرجمعیت شهری استفاده میشود و این به دلیل هزینه بالای راهاندازی و نگهداری و همچنین تولید توان راکتیو اضافی در این گونه خطوط است.
پیشبینی تقاضای مصرف برق و عوامل موثر بر آن یکی از کلیدیترین مباحث مربوط به انرژی میباشد با توجه به اینکه این موضوع با مباحث توسعه و اقتصاد یک کشور پیوند میخورد بنابراین مصرف برق وابسته به متغیرهای اقتصادی، غیراقتصادی و محیطی میباشد. در ایران 16 شرکت برق منطقهای وظیفه تامین، تولید و انتقال برق را بر عهده دارند و این مناطق با نیروگاههایی که در آنها موجود است میزان عرضه برق را که در توان دارند ایجاد میکنند. متقاضیان مصرف برق در مناطق مختلف کشور بر اساس تقسیمبندی وزارت نیرو به چند گروه تقسیم میشوند: صنعتی، کشاورزی، تجاری، خانگی، عمومی و سایر مصارف که ولتاژهای برق مصرفی در این بخشها با هم متفاوت است. تقاضا برق تحت تاثیر عواملی مانند کل مشترکین برق، محصول ناخالص داخلی، قیمت واقعی برق، مصرف سرانه برق به ازای هر مشترک، محصول ناخالص داخلی سرانه و… میباشد. و همچنین عرضه از عواملی مانند تولید نیروگاهها (حرارتی، هستهای، بادی، آبی، خورشیدی)، قیمت برق، تقاضای صادراتی و. . . تاثیر میپذیرد. با توجه به اینکه انرژی الکتریکی یک انرژی پاک است باید تلاش گردد که این انرژی به نحو بهینه تولید و توزیع شود و از اتلاف آن جلوگیری شود. در این تحقیق به بررسی سیستم توزیع انرژی الکتریکی و اتلاف انرژی از جنبه توزیعی پرداخته می شود.
پیشبینی تقاضای برق بعد از جنگ جهانی دوم و تا دهه 1970 به شکل سادهای صورت میگرفت. این امر برای بسیاری از کشورهای اروپایی و آمریکا نیز صادق بود. به طوریکه در آمریکا رشد سالانه برق در حدود 7 درصد در نظر گرفته میشد و بدین ترتیب هر ده سال مصرف برق دو برابر میگردید. اما تغییرات شدید در قیمتهای انرژی در دهه 1970 همراه با کند شدن نرخ رشد اقتصادی کشورهای صنعتی سبب شد که این پیشبینیها قابلیت اعتماد خود را از دست بدهند و به همین علت روشهای دقیقتری برای پیشبینی و تحلیلهای تقاضای برق مطرح گردید. این پیشبینیها برای این است که از میزان تقاضا به طور تقریبی آگاه شد که بتوان بسترهای لازم برای عرضه آن را فراهم کرد. در صنعت برق ایران، تلفات انتقال و فوقتوزیع و توزیع بسیار بالاتر از استاندارد جهانی آن است. یکی از عوامل بالا بودن این رقم انتقال جریان الکتریسته در فواصل طولانی است. حرکت در جهت خودکفایی تولید منطقهای باعث کاهش تلفات انتقال خواهد شد. خودکفایی تولید منطقهای در صورتی میسر است که پیشبینی دقیقی از تراز ظرفیت شرکتهای برق منطقهای در سالهای آینده، وجود داشتهباشد. همچنین به دلیل وابستگی روزافزون همه زیر بخشهای اقتصادی به انرژی و از جمله انرژی الکتریکی و همچنین جایگزینی نیروی ماشین به جای نیروی انسانی، سبب شدهاست که برق در کنار سایر عوامل تولید (سرمایه و نیروی کار) یک عامل موثر در رشد و توسعه اقتصادی تلقی شود و در عملکرد بخشهای مختلف اقتصادی نقش چشمگیری ایفا مینماید. دلایل و انگیزههای متعددی در زمینه اهمیت تحلیل و پیشبینی تقاضا و عرضه برق وجود دارد:
برنامهریزی و تعیین ظرفیت موردنیاز برای تولید برق در آینده
ملاحظات قیمتگذاری برق
تجزیه و تحلیل اثرات زیستمحیطی و یا سایر اثرات ناشی از افزایش تقاضا
انتقال برق در مسافتهای طولانی، هزینه خطوط انتقال نیرو شامل خطهای 400 کیلو ولتی را افزایش میدهد و از این رهگذر قیمت تمامشده برق را بالا میبرد. انتقال جریان الکتریسته در فواصل طولانی میان مکانهای تولید و مصرف در کنار عواملی همانند برقرسانی به اماکن کم جمعیت و دوردست تاثیر بسزائی بر افزایش تلفات انتقال دارد. به طوری که تلفات انتقال و فوقتوزیع وتوزیع در صنعت برق ایران نزدیک به 15 درصد است و از استاندارد جهانی آن فاصله زیادی دارد. جهت کاهش تلفات انتقال و کاهش قیمت تمام شده برق، توزیع مناسب جغرافیایی نیروگاههای جدید با توجه به نیازهای هر منطقه بسیار ضروری و بااهمیت است. با توجه به مطالب ارائه شده در خصوص اهمیت برنامهریزی انرژی به خصوص انرژی الکتریکی برای کشور، در این تحقیق تلاش میشود مدل یکپارچه و سیستمی و در عین حال پویایی از تعاملات تولید و مصرف انرژی الکتریک در اقتصاد کشور و هر منطقه تدوین گردد و به کمک آن دورنمایی از آینده تولید و مصرف انرژی الکتریکی ترسیم شود و نقاط عطفی که در این دورنما قابل پیشبینی است، شناسایی شود. به این ترتیب با تکیه به مدل سیستمی که دورنمای تولید (عرضه) و مصرف (تقاضا) انرژی الکتریکی را در اقتصاد کشور به تصویر میکشد، راهکارهای سیاستی قابل گزینش برای مدیریت بهینه این نقاط عطف، تحلیل و بررسی شود.
1-3 اهداف تحقیق
با توجه به منطقهبندی برق در کشور، نیروگاههای موجود در هر منطقه توان تولید انرژی الکتریکی بیشتر یا کمتر از حد نیاز منطقه را فراهم میکنند. به خاطر این مسئله که انرژی الکتریکی قابل ذخیره کردن نمیباشد بنابراین هر منطقه زمانی که کمبود دارد باید این انرژی را از مناطقی که دارای مازاد هستند تامین کند و همچنین زمانی که مازاد انرژی دارد باید این انرژی را به مناطق دارای کمبود انتقال دهد. بیشتر هدف ما این است که مناطق کشور را از نظر میزان مصرف صنعتی، کشاورزی، خانگی و. . . شناخت و به یک برنامهریزی دست یافت که نیروگاههای هر منطقه توان تامین انرژی منطقه خود را داشته باشند یعنی دولت باید بودجه خود را طوری تخصیص دهد که تعادل منطقهای از نظر عرضه و تقاضا ایجاد شود و وزارت نیرو هم باید میزان تقاضای منطقهای خود را بشناسد و برای صادرات برق هم باید نیروگاهای مناطق مرزی را توسعه دهیم. در این کار از شبیهسازی استفاده خواهد شد و مدل چندین بار در سناریوهای مختلف محتمل مورد تجزیه و تحلیل قرار داده میشود و هر بار نتایجی به دست میآید آنگاه با تحلیل آمار به دست آمده به نتایج قابل اطمینانی از عملکرد حقیقی سیستم واقعی دست خواهید یافت.
1-4 فرضیه های تحقیق
با وجود تراز کلی عرضه و تقاضای برق در کشور اما تعادل منطقهای در عرضه و تقاضا وجود ندارد.
1-5 قلمرو تحقیق
این تحقیق در حوضه اقتصاد ایران انجام شده است. برای تخمین توابع تقاضای موجود در مدل سیستم دینامیک از اطلاعات مقطعی برق منطقهای موجود در سالنامههای آماری مرکز آمار، بین سالهای 1387تا 1389 استفاده خواهد شد. عرضه برق نیز براساس میزان تولید نیروگاههای هر منطقه از سال 1387تا 1389 که داده واقعی داریم به دست خواهد آمد سپس استفاده از شبیهسازی عرضه برای سالهای آتی پیشبینی خواهد شد. معادلات به صورت چهار گام زمانی در سال انجام میگیرد، در طول هر گام زمانی ابتدا متغیرهای جریانه یا نرخ در درون متغیرهای انباره یا سطحانباشته میشوند (انتگرال گرفته میشوند)، سپس تمامی روابط متغیرهای نرخ بر اساس مقادیر جدید متغیرهای سطح روزآمد میگردد. این تاثیر متغیرهای حالت بر روی متغیرهای نرخ و پس از آن تاثیر متقابل متغیرهای نرخ بر روی متغیرهای حالت، در صورتی که زنجیره پیوندها در نهایت به متغیر اولیه بازگردد میتواند منجر به شکل‌گیری حلقههای بازخوردی شود. این حلقههای بازخوردی از دید متخصصان دانش سیستم دینامیک به عنوان مهمترین پایه ایجاد رفتار سیستم شناخته میشود.
مدل این پژوهش مبتنی بر طبقه مدلهای شبیه سازی رفتاری و دینامیک سیستمی است. متدولوژی سیستمی مبتنی بر تئوری کنترل مدرن است که در آن رفتار سیستم به وسیله معادلات دیفرانسیل و انتگرال شبیهسازی میگردد. در این متدولوژی از پیش هیچ فرض محدودکنندهای در مورد رفتارسیستم در نظر گرفته نمیشود و برای تحلیل سیستمها و بازارهای پیچیده که در آن عوامل متعددی به یکدیگر تنیده شدهاند، مناسب است.
1-6 تعاریف مفاهیم و اصطلاحات
نیروگاه: نیروگاه عبارت است از محل استقرار مولدهای نیروی برق و تجهیزات وابسته.
نیروگاه برق آبی : نیروگاهی است که در آن از انژری پتانسیل آب انباشتهشده در پشت سدها جهت مصرف در توربین آبی برای تولید برق استفاده میگردد.
نیروگاه بخاری : نیروگاهی است که درآن از انرژی حرارتی سوختهای مایع و جامد و گاز جهت تولید بخار و مصرف آن در توربینهای بخار برای تولید برق استفاده میشود.
نیروگاه چرخه ترکیبی : نیروگاهی است که در آن علاوه بر انرژی الکتریکی توربینهای گازی از حرارت گازهای خروجی از توربینهای گازی جهت تولید بخار از یک دیگ بخار بازیاب استفاده شده و بخار تولیدی در یک دستگاه توربوژنراتور بخار، تولید انرژی برق میکند.
نیروگاه گازی : نیروگاهی است که در آن از انرژی حرارتی سوختهای فسیلی گاز و مایع جهت تولید گاز داغ (دود) و مصرف آن در توربین گازی برای تولید برق استفاده میگردد.
نیروگاه دیزلی : نیروگاهی است که در آن از سوخت گاز یا مایع در سیلندرهای دستگاه استفاده کرده و انرژی مکانیکی حاصل توسط ژنراتور کوچله شده با آن به انرژی الکتریکی تبدیل میشود.
نیروگاه چند سوخته: نیروگاه چند سوخته، نیروگاهی است که مجهز به کولرها و مشعلهایی است که توانایی به کارگیری بیش از یک نوع سوخت را دارد.
نیروگاه هسته ای : نیروگاه هستهای، نیروگاهی است که در آن انرژی حرارتی ناشی از سوختهای هستهای به انرژی الکتریکی تبدیل می شود.
شرکت برق: منظور، شرکت سهامی برق است که به موجب مقررات قانونی، به کار تولید، انتقال و توزیع نیرو و یا بخشی از این امور اشتغال دارد و برق متقاضی را تأمین میکند.
