فهرست مطالب

فصل 1. مقدمه 1
1 - 1 چرا مشارکت منابع تجدید‌پذیر؟ 1
1 - 2 بازارهای برق 2
1 - 2 - 1 نکاتی دربارۀ روند تکامل تاریخی و ویژگی‌های اصلی بازار برق 2
1 - 2 - 2 تأثیر منابع تجدید‌پذیر بر بازار برق 4
1 - 3 ضرورت انعطاف‌پذیری 7
1 - 3 - 1 در پی ترکیب تولید مناسب 7
1 - 3 - 2 نقش پاسخ‌گویی تقاضا 8
1 - 3 - 3 ذخیرۀ برق در مقیاس بزرگ: راه‌حل همۀ مشکلات؟ 9
1 - 3 - 4 به‌سوی سیستم قدرتی بر‌پایۀ منابع انرژی پراکنده 10
1 - 3 - 5 بهره‌برداری بهینه و توسعۀ شبکۀ انتقال 11
1 - 3 - 6 ابزارهای پیشرفته برای بهره‌برداری سیستم‌های قدرت 11
1 - 4 فروش انرژی از منابع تجدید‌پذیر 12
1 - 5 خلاصه 13
مراجع 14

فصل 2. انرژی‌های تجدید‌پذیر - مدل‌سازی و پیش‌بینی 15
2 - 1 مقدمه 15
2 - 2 تولید توان تجدیدپذیر به‌عنوان یک فرایند تصادفی 16
2 - 3 انواع مختلف پیش‌بینی توان تجدیدپذیر ۱۸
2 - 3 - 1 ویژگی‌های مشترک روش‌های پیش‌بینی توان تجدیدپذیر 19
2 - 3 - 2 پیش‌بینی نقطه‌ای 20
2 - 3 - 3 پیش‌بینی‌های احتمالاتی 22
2 - 3 - 4 سناریوها 26
2 - 3 - 5 پیش‌بینی‌های رویداد - محور 29
2 - 4 جنبه‌های ارزیابی پیش‌بینی 32
2 - 4 - 1 چارچوب عمومی 32
2 - 4 - 2 پیش‌بینی‌های نقطه‌ای33
2 - 4 - 3 پیش‌بینی‌های احتمالاتی 35
2 - 4 - 4 سناریوها 41
2 - 5 روش‌های مدل ـ محور برای پیش‌بینی تولید انرژی تجدید‌پذیر 42
2 - 5 - 1 بررسی اجمالی روش‌های پیش‌بینی و ورودی‌های لازم 42
2 - 5 - 2 ارائۀ پیش‌بینی‌های احتمالاتی 44
2 - 5 - 3 ارائۀ پیش‌بینی‌های تک‌مقداره 48
2 - 5 - 4 ارائۀ سناریوها 49
2 - 6 خلاصه و نتیجه‌گیری 54
2 - 7 مطالعۀ بیشتر 56
مراجع 58

فصل 3. تسویۀ بازار روز بعد با نفوذ بالای تولیدات تصادفی ۵۹
3 - 1 بازارهای برق: بازار روز بعد ۵۹
3 - 2 تسویۀ بازار روز بعد تحت عدم‌قطعیت ۶۱
3 - 2 - 1 بهینه‌سازی همزمان ظرفیت انرژی و رزرو ۶۱
3 - 2 - 2 نیازهای رزرو ۶۴
3 - 2 - 3 روش برنامه‌ریزی تصادفی دو‌مرحله‌ای ۶۷
3 - 3 قیمت‌گذاری انرژی در بازار روز بعد در شرایط عدم‌قطعیت ۷۸
3 - 3 - 1 به‌سوی قیمت‌گذاری برق تنها بر‌مبنای انرژی ۷۸
3 - 3 - 2 ویژگی‌های طرح تسویه ۸۱
3 - 4 تسویۀ بازار روز بعد با استفاده از بهینه‌سازی مقاوم ۸۵
3 - 5 خلاصه و نتیجه‌گیری ۹۵
3 - 6 مطالعۀ بیشتر ۹۶
مراجع ۱۰۳

فصل 4. بازارهای متعادل‌سازی 10۵
4 - 1 چرا بازارهای متعادل‌سازی لازم است؟ ۱۰۵
4 - 1 - 1 بازارهای روز بعد، تنظیم، و متعادل‌سازی 10۵
4 - 1 - 2 ساز‌و‌کار بازار ۱۰۶
4 - 2 حراج بازار متعادل‌سازی ۱۰۷
4 - 2 - 1 مقدمه ۱۰۷
4 - 2 - 2 روابط حراج 11۰
4 - 2 - 3 مصرف اضافی ۱۱۱
4 - 2 - 4 تولید اضافی ۱۱۳
4 - 2 - 5 پرداخت‌ها و درآمدها 11۵
4 - 3 تسویۀ دو‌تعرفه‌ای عدم‌تعادل ۱۲۱
4 - 3 - 1 مصرف اضافی 12۲
4 - 3 - 2 تولید اضافی 12۴
4 - 4 حراج متعادل‌سازی با حضور بار پاسخ‌گو 1۲۸
4 - 5 پیشنهادهای متعادل‌سازی پله‌ای 13۳
4 - 6 حراج متعادل‌سازی با محدودیت‌های شبکه 1۳۶
4 - 7 تجربه‌های جهانی مرتبط 14۰
4 - 7 - 1 امریکا 14۱
4 - 7 - 2 اروپا ۱۴۱
4 - 8 قیمت‌های متعادل‌سازی 14۲
4 - 9 خلاصه و نتیجه‌گیری 14۲
4 - 10 مطالعۀ بیشتر 14۲
مراجع 14۳

فصل 5. مدیریت عدم‌قطعیت به‌کمک انعطاف‌پذیری 14۵
5 - 1 مقدمه 14۵
5 - 2 انعطاف‌پذیری: مدل‌سازی ریاضی ۱۴۶
5 - 3 انعطاف‌پذیری ازسمت تولید 15۱
5 - 3 - 1 متغیرها و مقادیر ثابت 15۱
5 - 3 - 2 محدودیت‌های ظرفیت 15۲
5 - 3 - 3 محدودیت‌های شیب 1۵۶
5 - 3 - 4 کمینۀ زمان خاموش و روشن بودن 1۵۹
5 - 3 - 5 دسترسی محدود به انرژی آبی 16۲
5 - 4 انعطاف‌پذیری ازسمت تقاضا 16۴
5 - 4 - 1 مدل ریاضی برای تقاضای منعطف 1۶۵
5 - 5 انعطاف‌پذیری از دسترسی به ذخیره‌سازی 17۱
5 - 6 انعطاف‌پذیری از ارتقاء شبکۀ انتقال 17۵
5 - 7 اندازه‌گیری انعطاف‌پذیری به کمک حساسیت 1۷۶
5 - 8 قیمت‌گذاری 1۷۸
5 - 9 خلاصه و نتیجه‌گیری 18۰
5 - 10 مطالعۀ بیشتر 18۰
مراجع 18۲

فصل 6. اثر تولید تصادفی انرژی تجدیدپذیر بر کمیت‌های بازار 18۳
6 - 1 مقدمه 18۳
6 - 2 چرا منابع انرژی تجدیدپذیر تصادفی، بر بازارهای برق اثر دارند؟ 1۸۴
6 - 2 - 1 اثر ترتیب شایستگی1۸۴
6 - 2 - 2 تغییرپذیری تولید انرژی ازمنظر علل هواشناسی 1۸۵
6 - 2 - 3 فرایند غیر‌خطی و محدود تولید 1۸۷
6 - 2 - 4 قابلیت پیش‌بینی فرایند تولید انرژی تجدیدپذیر 1۸۷
6 - 3 تأثیر مورد‌ انتظار بر بازارهای مختلف و ویژگی‌های آنها 1۸۸
6 - 3 - 1 بازار روز بعد 1۸۸
6 - 3 - 2 بازار متعادل‌سازی 19۱
6 - 4 تحلیل تجربی تأثیر منابع انرژی تجدیدپذیر ۱۹۹
6 - 4 - 1 روش تحلیل تجربی داده‌ها 20۰
6 - 4 - 2 کاربرد نمونه در بازار Nord Pool اسکاندیناوی ۲۰۷
6 - 5 خلاصه و نتیجه‌گیری 21۱
6 - 6 مطالعۀ بیشتر 21۲
مراجع 2۱۳

فصل 7. مبادلۀ تولیدات تصادفی در بازارهای مشترک برق 2۱۵
7 - 1 معرفی و چارچوب تصمیم‌گیری 2۱۵
7 - 2 عایدی و مخارج عدم‌تعادل: مفاهیم و تعاریف 2۱۷
7 - 2 - 1 بازار تک‌تعرفه‌ای 2۱۸
7 - 2 - 2 بازار دو‌تعرفه‌ای 22۰
7 - 3 مبادله در شرایط قیمت‌های قطعی: پیشنهاد کمیت 22۳
7 - 3 - 1 بازار تک‌تعرفه‌ای 22۳
7 - 3 - 2 بازار دو‌تعرفه‌ای 2۲۴
7 - 4 مبادله با قیمت‌های تصادفی 2۲۷
7 - 4 - 1 تعمیم حالت تصادفی پیشنهاد مقدار به بازار 2۲۷
7 - 4 - 2 وابستگی جریمه‌ها به قیمت بازار روز بعد: منحنی‌های عرضه 23۱
7 - 5 مدل‌سازی ریسک‌گریزی 2۳۶
7 - 5 - 1 استراتژی ریسک‌گریز در بازار دوتعرفه‌ای 2۳۷
7 - 6 استراتژی‌های پیشنهاددهی: روش برنامه‌ریزی تصادفی 2۳۹
7 - 7 خلاصه و نتیجه‌گیری 25۰
7 - 8 مطالعۀ بیشتر 25۰
مراجع 2۵۴

فصل 8. نیروگاه‌های مجازی 2۵۵
8 - 1 نیروگاه مجازی چیست؟ 2۵۵
8 - 2 مدل‌سازی اجزای یک نیروگاه مجازی 2۵۶
8 - 2 - 1 نیروگاه‌های قابل‌کنترل 2۵۷
8 - 2 - 2 بارهای انعطاف‌پذیر 26۲
8 - 2 - 3 واحدهای ذخیره‌سازی 2۶۵
8 - 2 - 4 واحدهای تولید تصادفی 2۶۷
8 - 3 مدیریت انرژی در یک نیروگاه مجازی 2۶۸
8 - 4 مدیریت منابع انرژی تصادفی در یک نیروگاه مجازی 2۷۹
8 - 5 توسعۀ مدل پیشنهاد یک نیروگاه مجازی به یک چارچوب چند‌بازاره ۲۹۴
8 - 6 خلاصه و نتیجه‌گیری ۲۹۷
8 - 7 مطالعۀ بیشتر ۲۹۷
مراجع 30۲

فصل 9. تسهیل مشارکت منابع تجدید‌پذیر به‌کمک پاسخ‌گویی تقاضا 3۰۳
9 - 1 مقدمه 3۰۳
9 - 2 ساختار بازار برای کنترل تقاضای انعطاف‌پذیر 3۰۴
9 - 2 - 1 قیمت‌گذاری پویا 3۰۵
9 - 3 مدل‌سازی دینامیک پاسخ‌گویی تقاضا 3۰۷
9 - 3 - 1 بارهای تعویق‌پذیر 3۰۸
9 - 3 - 2 کشسانی قیمت مصرف‌کننده 31۰
9 - 3 - 3 مصرف برای اهداف گرمایشی 312
9 - 4 حل مسائل تصادفی مصرف‌کننده 316
9 - 4 - 1 روش برنامه‌ریزی تصادفی 317
9 - 4 - 2 رویکرد بهینه‌سازی مقاوم 320
9 - 4 - 3 چارچوب کنترل با مدل پیش‌بین برای مصرف‌کنندگان انعطاف‌پذیر 325
9 - 5 پیش‌بینی پتانسیل پاسخ‌گویی تقاضا 328
9 - 6 مدل‌های برنامه‌ریزی دو‌سطحی برای قیمت‌گذاری پویا 335
9 - 7 خلاصه و نتیجه‌گیری 342
9 - 8 مطالعۀ بیشتر 343
مراجع 345

پیوست‌ها 347
واژه‌نامه 443
فهرست راهنما 447



پیشگفتار مترجمان
تجدید ساختار و روی آوردن به منابع تجدیدپذیر انرژی، طی دو دهۀ گذشته دو عامل اصلی در ایجاد دگرگونی‌های اساسی در ساختار فنی و روش‌های مدیریت، بهره‌برداری، کنترل، حفاظت و برنامه‌ریزی سیستم‌های انرژی الکتریکی بوده است. عامل اول که ریشه در نظریه‌های اقتصاد کلان دارد، نتیجۀ تغییر نگاه به انرژی الکتریکی از یک سرویس عمومی که به شکل انحصاری یا دولتی اداره می‌شود به یک کالا است که باید توسط تولید‌کنندگان در بازار آزاد به مشتری عرضه شود. عامل دوم که ریشه در نگاه بلند‌مدت به آیندۀ کرۀ زمین و محیط زیست دارد، با منطق اتمام منابع فسیلی و مقابله با افزایش آلودگی محیط زیست، کربن دی‌اکسید و گرمایش زمین، سعی در جایگزینی منابع فسیلی مانند نفت، گاز و زغال‌سنگ با منابع تجدید‌پذیر مانند خورشید، باد و غیره دارد.گذشته از اینکه روش‌های قبلی بهره‌برداری، مدیریت و برنامه‌ریزی سیستم‌های انرژی الکتریکی در ساختارهای جدید و تغییر شکل‌یافته کاربرد ندارند، در ساختار جدید با مسائل تازه‌ای مانند ادارۀ بازار، راهبرد شرکت در بازار برای تولید‌کنندگان، چگونگی پاسخ مصرف‌کنندگان، مدیریت ریسک و غیره رو‌به‌رو هستیم. از ‌نظر علمی برای تحلیل و حل این مسائل نیز با پدیدۀ عدم‌قطعیت بیشتر در اطلاعات اولیۀ لازم مواجه هستیم. بخشی از این عدم‌قطعیت‌های تازه ناشی از عدم‌قطعیت در میزان تولید منابع تجدید‌پذیر و رفتار بازار است که نیاز به الگوریتم‌ها و روش‌های تازه دارد. این روش‌ها و الگوریتم‌ها موضوع اصلی تعداد زیادی از مقالات و پژوهش‌های علمی جدید در سیستم‌های انرژی الکتریکی است که به تجزیه، تحلیل و ارائۀ راه‌حل برای این مسائل نو در سیستم‌های قدرت می‌پردازند. شاید این اولین کتابی است که می‌تواند به‌عنوان یک کتاب درسی در معرفی این روش‌ها و الگوریتم‌ها که قطعاً در آینده باید تکمیل شوند، استفاده شود. ترجمۀ این کتاب، مانند هر کار دیگری بدون نقص نیست. در ویرایش جدید کتاب، علاوه بر آنکه مطالب ویرایش اول، به‌طور کامل گنجانده شده است، تلاش کرده‌ایم برخی از اشکالات نسخۀ قبلی اصلاح شود. همچنین صفحه‌آرایی کتاب نیز تغییر کرده است. از خوانندگان و به‌ویژه دانشجویانی که از این کتاب استفاده می‌کنند، خواهشمندیم دیدگاه‌های اصلاحی خود را به اطلاع دفتر قطب علمی مدیریت و کنترل شبکه‌های قدرت در دانشکدۀ مهندسی برق دانشگاه صنعتی شریف(cepsmc@ee.sharif.edu)برسانند.