با گسترش فزاینده­ی مصرف برق، نیاز به افزایش تولید انرژی و استفاده از منابع تجدیدپذیر در تولید انرژی الکتریکی به دلایل زیست­محیطی و اقتصادی افزایش یافته است که در این میان واحدهای تولید پراکنده مورد توجه قرار گرفته­است ]۱[. انتظار می­رود در آینده­ای نزدیک استفاده از واحدهای تولید پراکنده در بخش خرده­فروشی بازار برق بطور قابل ملاحظه­ای افزایش یابد. شرکت­های خرده­فروشی در بازار برق به عنوان واسط بین تولیدکنندگان و مصرف­ کنندگان فعالیت می­نمایند. فعالیت خرده­فروشان شامل خرید انرژی از بازار عمده­فروشی به منظور فروش آن به مصرف­ کنندگان می­باشد. برای یک بازه زمانی میان­مدت، این شرکت­ها باید برای غلبه بر ریسکی که به دلیل متغیر بودن قیمت­های بازار اشتراکی به وجود می ­آید، در مورد جایگاه خود در بازار آینده تصمیم ­گیری کنند. مسئله مهم این است که خرده­فروشان به یک دانش و آگاهی دقیق در مورد قیمت­های بازار اشتراکی در طول بازه زمانی قراردادهای آینده دست یابند تا بتوانند تصمیمات درستی را در مورد این قراردادها اتخاد نمایند.

امروزه با ایجاد رقابت در سیستم­های قدرت و تجدید ساختار آن، بسیاری از مسائل گذشته تغییر کرده و مسائل جدید و عدم­قطعیت­هایی در مسائل وارد شده که این مسئله انگیزه­ای بسیار قوی جهت استفاده از برنامه­ ریزی تصادفی را در حل مسائل ایجاد نموده است. برنامه­ ریزی تصادفی یک چارچوب مدل­سازی مناسب را فراهم می ­آورد بطوریکه در آن مسائل تصمیم_­­گیری تحت شرایط عدم قطعیت به طور مناسب فرمول­بندی می­ شود ]۲[ و ]۳[ . برنامه­ ریزی تصادفی به داشتن اطلاعاتی در مورد توابع توزیع پارامترهای غیر­قطعی مثل، قیمت بازار اشتراکی متکی است. هنگامیکه پارامترهای غیر­قطعی با بهره گرفتن از توابع توزیع پیوسته یا گسسته مدل می­شوند، امکان فرمول­نویسی یک مسئله برنامه­ ریزی ریاضی که عدم­قطعیت در این پارامترها را در نظر می­گیرد امکان­ پذیر خواهد شد. هر پارامتر غیر­قطعی توسط مجموعه ­ای از نتایج یا سناریو مدل می­ شود، بطوریکه هر کدام از سناریوها یک تحقق محتمل از پارامترهای غیر­قطعی را با یک احتمال وقوع مربوطه نشان می­دهد. معمولا تعداد سناریوهای مورد نیاز برای نشان دادن یک پارامتر غیر­قطعی بسیار زیاد است. برای این منظور از روش­های کاهش سناریو برای کاهش تعداد سناریوها استفاده می­ شود در حالیکه مشخصات تصادفی پارامترهای غیر­قطعی محفوظ بماند.
عمده­ترین هدف شرکت در بازار آینده غلبه بر ریسک مربوط به عدم­قطعیت قیمت بازار اشتراکی است. بنابراین، مدل کردن ریسک مرتبط با تصمیمات گرفته شده توسط نمایندگان بازار منطقی است. این کار را می­توان مستقیمأ از طریق وارد کردن مقدارهای ریسک در مسئله برنامه­ ریزی تصادفی انجام داد ]۴[ .
پایان نامه حاضر ضمن ارائه ­ یکی از مصادیق تجدیدساختار در صنعت برق(نقش واحد تولید پراکنده­ی مقیاس کوچک بر عملکرد خرده­فروش در بازار برق) نتایج حاصل از حضور آن در بازار برق را مورد بررسی قرار خواهد داد. در این فصل به معرفی اهداف کلی طرح و محتویات فصل­های آینده پرداخته می­ شود.
خرده­فروش در نظر گرفته شده در این پایان نامه برای تعیین قرارداد آینده و قیمت فروش پیشنهادی به مصرف­ کنندگان خود باید عدم­قطعیت در قیمت­های بازار اشتراکی و تقاضای مصرف ­کننده را در نظر بگیرد، همچنین باید این احتمال را در نظر بگیرد که اگر قیمت فروش پیشنهادی به مصرف­ کنندگان تا حد کافی رقابتی نباشد مصرف کننده ممکن است خرده­فروش دیگری را انتخاب کند. پس از تصمیم ­گیری در مورد بازار آینده و انتخاب قیمت فروش، خرده­فروش باید خرید و فروش خود را در بازار اشتراکی تعیین کند.
نوآوری این پایان نامه این است که فرض شده است خرده­فروش واحد تولید پراکنده­ی مقیاس کوچک از نوع حرارتی در اختیار دارد و می ­تواند علاوه بر مشارکت در بازار اشتراکی و آینده، در برخی از ساعت­ها بخشی از بار مورد نیاز خود را از طریق واحد مقیاس کوچک تأمین نماید و از این طریق به حداکثر سود دست یابد. با توجه به اینکه قیمت بازار اشتراکی و تقاضای مصرف­ کنندگان در مدل پیشنهادی دارای عدم قطعیت می­باشد، مدل ارائه شده از نوع تصادفی است. مدل برنامه­ ریزی میان­مدت تصادفی دو مرحله­ ای ارائه شده یک مسئله برنامه­ ریزی آمیخته­ عدد صحیح (MILP) است که با بهره گرفتن از نرم­افزار GAMS مدل شده است.

معرفی ساختار پایان نامه

در فصل ۲، به معرفی مفاهیم اساسی بازار برق پرداخته می­ شود و ویژگی­های برجسته­ی آن­ بیان می­ شود. این مفاهیم شامل بازار برق، نمایندگان مختلف شرکت­کننده در بازار برق، بازار اشتراکی ، بازار آینده و منابع تولید پراکنده می­باشند. سپس، برنامه­ ریزی تصادفی معرفی شده و روش تولید سناریوی استفاده شده در این پایان نامه ارائه می­ شود. این روش مبتنی بر مدل­های سری زمانی و یک روش کاهش سناریو می­باشد. فصل۲ با معرفی اندازه­ های ریسک که در برنامه­ ریزی تصادفی از آن استفاده می­ شود و مروری بر تحقیقات انجام شده پایان می_­­یابد.
در فصل ۳، روش پیشنهاد شده به منظور حل مسئله برنامه­ ریزی میان­مدت حضور واحد تولید پراکنده مقیاس کوچک به طور کامل مورد بررسی قرار می­گیرد. خرده­فروش مورد نظر به دنبال تعیین مسائل بازار آینده و تعیین قیمت فروش پیشنهادی به مصرف­ کنندگان است. در این فصل تقاضای برق مصرف­ کنندگان توسط خرده­فروش و از طریق خرید از بازار آینده، بازار اشتراکی و واحد تولید حرارتی تأمین می­ شود. قیمت بازار اشتراکی و تقاضای مصرف­ کنندگان به صورت یک فرایند تصادفی با بهره گرفتن از مجموعه ­ای از سناریوهای مناسب مدل می­ شود. پاسخ مصرف­ کنندگان به قیمت پیشنهادی توسط خرده­فروش توسط منحنی سهمیه­بندی قیمت مدل می­ شود. از منحنی­های قرارداد آینده برای مدل کردن توان بازاری خرده­فروش در بازار آینده استفاده می­ شود. مدل­سازی ریسک توسط CVaR انجام شده است. در آخر فرمول­بندی مسئله ارائه می­ شود.
در فصل ۴، دو مطالعه موردی به منظور تحلیل فرمول­بندی پیشنهاد شده در فصل ۳ بیان می­ شود و نتایج به دست آمده توسط نرم­افزار GAMS مورد بررسی قرار می­گیرد. مطالعه موردی اول مربوط به بازه زمانی کوتاه­مدت و مطالعه موردی دوم مربوط به بازه زمانی میان­مدت می­باشد.
در انتها، خلاصله­ای از پایان نامه و همچنین نتایج و نکات مربوط به مدل­های بیان شده در این پایان نامه در فصل ۵ بیان می­ شود و کارهای تحقیقاتی آینده پیشنهاد می­ شود.

فصل دوم

برنامه­ ریزی تصادفی و مروری بر تحقیقات انجام شده در زمینه عملکرد خرده فروش در بازار برق

مقدمه

در این فصل مباحث اساسی موضوع پایان نامه به اختصار مطرح می­گردد. این مباحث شامل معرفی تجدید ساختار،بازار برق، نمایندگان مختلف شرکت­کننده در بازار برق، بازار اشتراکی، بازار آینده و منابع تولید پراکنده می­باشند. سپس، چارچوب برنامه­ ریزی تصادفی و روش تولید و کاهش سناریو معرفی می­ شود.

تجدید ساختار

صنعت برق به عنوان یک صنعت زیربنایی در دهه­های اخیر دستخوش تغییرات بنیادی گردیده است، که از آن به عناوین مختلفی چون تجدید ساختار یاد می­ شود. در ساختار جدید صنعت برق برخلاف ساختار قدیم آن که مدیریت تولید، انتقال و توزیع مدیریتی واحد بود، سیستم‌های نامبرده به صورت مستقل عمل می­ کنند و از حالت عملیاتی مرکزی به شکل رقابتی تبدیل شده اند.
عوامل مختلفی باعث تجدید ساختار صنعت برق شده است که از آن جمله می­توان به موارد زیر اشاره کرد:

 

1. 1. جبران کمبودهای سرمایه ­گذاری توسط بخش دولتی و مشارکت بخش خصوصی

 

1. 1. افزایش بهره­وری

 

1. 1. شفافیت هزینه­ها در بخش­های تولید، انتقال و توزیع به منظور فراهم کردن شرایط منطقی­تر برای برنامه­ ریزی و گسترش شبکه و تأسیسات برق

 

1. 1. ایجاد محیط رقابت و جلوگیری از انحصار

 

1. 1. کشف قیمت واقعی برق در بازار رقابتی

 

1. 1. تبعیت از قوانین بین ­المللی و یا منطقه­ای

 

با راه ­اندازی بازار برق ساختار عمودی بین بخش­های تولید، انتقال و توزیع (انحصار طبیعی) به ساختار افقی (رقابتی) تبدیل شده است. شروع تجدید ساختار در ایران نیز با جداسازی بین بخش­های تولید، انتقال و توزیع انجام پذیرفت. نمونه­ این تجدید ساختار در شکل (۲-۱) آمده است.
تجدید ساختار چهار مرحله دارد:

 

1. 1. مجزاسازی^[۱]: هدف تفکیک مالکیت­ها و ساختارشکنی عمودی (انحصارزدایی) و همچنین جدایی شرکت­های تولید، انتقال و توزیع از یکدیگر می­باشد. شکل (۲-۲) این مرحله را نشان می­دهد.

 

ساختار جدید(افقی)
ساختار سنتی(عمودی)
شکل (۲-۱): روند تجدید ساختار
شکل (۲-۲): مرحله­ مجزا سازی در تجدید ساختار

 

1. 1. بازنگری در مقررات: هدف آن اصلاح قوانین و مقررات جهت تغییرات ساختاری در صنعت برق یعنی، تغییرات مالکیتی، مدیریتی، فنی و اقتصادی می­باشد.

 

1. 1. ایجاد محیط رقابتی: هدف آن ایجاد بازار آزاد، برقراری عدم تبعیض از طریق فراهم­آوری سرویس­های موجود برای دست­اندرکاران بازار، کشف قیمت برق، امکان بهره­وری اقتصادی و ایجاد مکانیزم­ های قیمت­ گذاری بهینه و همچنین ساده­سازی معاملات برق بر اساس دسترسی آسان به تعرفه­ها می­باشد.

 

از جمله خصوصیات بازار رقابتی عبارت است از:

 

• • ورود و خروج آزادانه به بازار

 

• • تعداد زیاد فروشندگان

 

• • همگن بودن کالا

 

• • وجود اطلاعات کامل در بازار

 

 

 

1. 1. خصوصی­سازی: هدف آن جذب منابع غیر دولتی (بخش خصوصی)، کاهش هزینه­ تولید و مصرف، کاهش تلفات برق، بهره­وری بالا و عملکرد بهینه و همچنین رقابت هرچه بیشتر می­باشد.

 

 

بازار برق