مدلسازی صنعت برق ایران و ارزیابی روند توسعه آن

مصرف انرژی دﺭ ایران طی دهه های گذشته تغییراﺕ چشمگیری ﺭا داشته است و به دلیل دسترسی ﺁسان به منابع انرژی فسیلی، کل مصرف نهایی انرژی این کشوﺭ طی سه دهه گذشته اﺯ کمتر اﺯ ۳۵۰ به بیش اﺯ ۱۳۶۳ میلیون بشکه معادﻝ نفت ( BOE ) افزایش یافته است . با توجه به توسعه میدان گاﺯی پاﺭﺱ جنوبی میزان تولید ساﻻنه گاﺯ طبیعی دﺭ ایران اﺯ ساﻝ ۲۰۰۰ تاکنون، اﺯ ۲۸۷ به ۸۴۵ میلیون متر مکعب دﺭ ﺭوﺯ افزایش یافته و ایران ﺭا به سومین تولید کنندﻩ بزﺭﮒ گاﺯ طبیعی دﺭ جهان تبدیل کردﻩ است، اما اکثریت قریب به اتفاﻕ تولید گاﺯ طبیعی، صرف تقاضای داخلی می شود. دﺭ حقیقت به دلیل جایگزینی گاﺯ طبیعی با فرﺁوﺭدﻩهای نفتی بویژﻩ دﺭ تولید برﻕ و گرمایش فضا و همچنین توسعه پتروشیمی ها و صنایع پرانرژی، مصرف گاﺯ طبیعی به شدﺕ افزایش یافته است.

برای آموزش در حوزه نظام مهندسی برق در نوین پارسیان کلیک نمایید

سهم ایران در مصرف انرژی جهانی

دﺭ ساﻝ ،۲۰۱۸ سهم نفت و گاﺯ طبیعی اﺯ مصرف نهایی انرژی دﺭ ایران به ترتیب ۳۲ و ۵۶ دﺭصد بودﻩ است ایران به عنوان کشوﺭی با منابع متنوﻉ و ﺯیاد انرژی و با توجه به مشکلاﺕ موجود دﺭ این حوﺯﻩ، دﺭ تهیه برنامه دﺭاﺯمدﺕ توسعه انرژی خود نیاﺯ مبرﻡ به استفادﻩ اﺯ ابزاﺭهای مدﻝساﺯی داﺭد. دﺭ طی دو دهه اخیر مطالعاتی دﺭ ﺭابطه با برنامهﺭیزی انرژی دﺭ ایران شدﻩ است . به عنوان نمونه مطالعه انجاﻡ شدﻩ توسط صادقی و همکاﺭانش که به برﺭسی برنامهﺭیزی یکپاﺭچه انرژی دﺭ بخش حمل و نقل با استفادﻩ اﺯ ﺭویکرد اقتصادی و فنی پرداخته اند. کیانی و همکاﺭانش دﺭ ساﻝ ۲۰۱۰ یک مدﻝ پویایی سیستم اﺭائه کردند که باﺯخوﺭد بین عرضه و تقاضای نفت و گاﺯ و دﺭﺁمدهای حاصل اﺯ ﺁن ﺭا برﺭسی میکند. دﺭ این مدﻝ با توجه به بخش های مختلف اقتصاد، اثراﺕ متقابل و باﺯخوﺭدهای موجود بین سیستم عرضه و تقاضا دﺭ نفت خاﻡ دیدﻩ شدﻩ است. دانش ﺯند و همکاﺭانش نیز طی مقالهای سیستم عرضه و تقاضای گاﺯ طبیعی ایران ﺭا با استفادﻩ اﺯ ﺭویکرد پویایی سیستم مدﻝساﺯی کردﻩاند. دﺭ این مقاله برﺭسی شدﻩ که ﺁیا سیستم عرضه و تقاضای گاﺯ طبیعی دﺭ یک کشوﺭ میتواند سرمایه کافی برای توسعه منابع ﺁیندﻩ گاﺯ طبیعی فراهم کند.

مدلسازی با روش پویایی سیستم

دﺭ این پژوهش اﺯ ﺭویکرد پویایی سیستم برای مدلساﺯی صنعت برﻕ ایران استفادﻩ شدﻩ است. دﺭ ﺭابطه با ﺭوﺵ پویایی سیستم ( SD ) میتوان گفت که برای اولین باﺭ دﺭ ساﻝ ۱۹۷۳ اﺯ این ﺭویکرد دﺭ برنامهﺭیزی سیستم های انرژی استفادﻩ شد و دﺭ واقع نایل مدلی ﺭا برای صنعت گاﺯ طبیعی ﺁمریکا ایجاد کرد. اﺯ ﺁن ﺯمان تا کنون مدﻝهای گوناگونی دﺭ حوﺯﻩ انرژی با استفادﻩ اﺯ این ﺭویکرد توسعه دادﻩ شدﻩ است. محققان اﺯ این ﺭوﺵ برای برنامهﺭیزی سیستم های انرژی دﺭ سطوﺡ مختلف مناطق جغرافیایی شامل مناطق شهری یا محلی دﺭ داخل یک کشوﺭ ، سطﺢ ملی ، سطﺢ بین المللی و برای یک صنعت خاﺹ استفادﻩ کردﻩاند. ضمن اینکه انواﻉ مختلف انرژی شامل نفت و گاﺯ طبیعی ، برﻕ و انرژی تجدیدپذیر با استفادﻩ اﺯ این ﺭوﺵ مدﻝساﺯی شدﻩ است.

هدف اصلی پژوهش حاضر برﺭسی اثراﺕ متقابل و وابستگیهای صنعت برﻕ ایران به انرژی فسیلی و انرژی تجدیدپذیر با دﺭ نظر گرفتن اثراﺕ اقتصادی و محیط ﺯیستی و پیش بینی ﺭوند توسعه صنعت برﻕ تا افق ۲۰۴۰ میلادی است. بر اساﺱ همین هدف مدﻝ اﺭائه شدﻩ دﺭ این پژوهش تا سطﺢ مطلوبی داﺭای جامعیت است. اﺯ نکاﺕ قابل توجه دﺭ موﺭد مدﻝ اﺭائه شدﻩ دﺭ این پژوهش، میتوان به مواﺭد ﺯیر اشاﺭﻩ نمود:

• کلیه ﺭوابط بین تولید برﻕ و اثرگذاﺭی ﺁن بر ﺭوی مصاﺭف سوخت فسیلی دﺭ نظر گرفته شدﻩ است .
• تکنولوژیهای به کاﺭ ﺭفته دﺭ نیروگاﻩهای حراﺭتی به صوﺭﺕ مجزا موﺭد اﺭﺯیابی قراﺭ گرفته است . میزان و ﺭوند فعلی تولید کلیه تکنولوژی های انرژی تجدیدپذیر دﺭ نظر گرفته شدﻩ است . پیشبینی تقاضای انرژی الکتریکی، با مدﻝ ﺭگرسیون خطی و براساﺱ دادﻩهای تاﺭیخی انجاﻡ شدﻩ است .
• کلیه تاخیرهای مرتبط با ساخت و احداﺙ واحدهای نیروگاهی و مدﺕ عمر تکنولوژیهای مختلف دﺭ نظر گرفته شدﻩ است .
• کلیه افتهای ناشی اﺯ تولید، انتقاﻝ و توﺯیع انرژی الکتریکی دﺭ مدﻝ دﺭ نظر گرفته شدﻩ است .
• مصرف داخلی بخشهای تولید انرژی الکتریکی نیز دﺭ مدﻝ دﺭ نظر گرفته شدﻩ است.

برای آشنایی و آموزش در دوره حفاظت کاتدیک در آموزشگاه نوین پارسیان کلیک نمایید

شماتیک کلی مدﻝ توسعه دادﻩ شدﻩ برای صنعت برﻕ ایران دﺭ شکل ۱ نمایش دادﻩ شدﻩ است. همانطوﺭ که میتوان دﺭ شکل مشاهدﻩ نمود، اﺯ طریق ﺭوابط دموگرافیکاﻝ تقاضای انرژی الکتریکی محاسبه میشود. سپس براساﺱ تقاضای انرژی الکتریکی، سیاستهای کلان فعلی ایران و پتانسیلهای موجود، ﺭوند توسعه نیروگاﻩهای فسیلی و تجدیدپذیر تعیین میگردد. دﺭ گاﻡ بعدی براساﺱ پتانسیلهای باقیماندﻩ و سیاستهای کلان صادﺭاتی کشوﺭ، تخصیص منابع انرژی الکتریکی برای صادﺭاﺕ و دﺭ نتیجه کسب دﺭﺁمدهای اﺭﺯی، انجاﻡ میشود. دﺭ نهایت پس اﺯ تخصیص و توﺯیع انرژی الکتریکی دﺭ هر بخش، میزان هزینه ها، انتشاﺭ گاﺯهای گلخانه ای و مصرف ﺁﺏ محاسبه خواهد شد.

تخمین تقاضای انرژی الکتریکی

پیش بینی تقاضای انرژی دﺭ هر بخش برای سیاستگذاﺭان حوﺯﻩ انرژی اهمیت باﻻیی داﺭد. ﺭاﻩهای گوناگونی برای پیشبینی مصرف دﺭ بسیاﺭی اﺯ مقاﻻﺕ علمی اﺭائه شدﻩاند که هر کداﻡ بر اساﺱ دقت پیش بینی و دادﻩهای موﺭد نیاﺯ کاﺭبردهای متفاوتی داﺭند. با توجه به تحقیقاﺕ گذشته، دﺭ مدﻝ توسعه دادﻩ شدﻩ دﺭ این پژوهش، تقاضای داخلی انرژی الکتریکی بر اساﺱ ﺭوﺵ ﺭگرسیون و با توجه به ﺭابطه (۱) اﺭائه شدﻩ دﺭ کتاﺏ اقتصاد انرژی: مفاهیم، مباحﺚ، باﺯاﺭها و حاکمیت ، مطابق ﺭابطه (۲) بدست ﺁمدﻩ است. ضمن اینکه دﺭ جدوﻝ ۱ نتایج صحت سنجی مدﻝ پیشبینی اﺭائه شدﻩ است.

همانطوﺭ که میتوان دﺭ واقعیت مشاهدﻩ نمود، عوامل مختلفی بر ﺭوی تعیین میزان تقاضای انرژی الکتریکی اثرگذاﺭ است که هر کداﻡ اﺯ ﺁنها ﺭا میتوان به عنوان یک متغیر دﺭ نظر گرفت. دﺭ مدﻝ اﺭائه شدﻩ سه متغیر دموگرافیکاﻝ دﺭﺁمد ناخالص ملی ۱ ، نرﺥ شهرنشینی ۲ و جمعیت ۳ به عنوان متغیرهای اصلی دﺭ جهت تخمین میزان تقاضای انرژی الکتریکی دﺭ نظر گرفته شدﻩاند.

تولید انرژی الکتریکی

با توجه به شکل ۲ پس اﺯ محاسبه میزان تقاضای داخلی انرژی الکتریکی ۴ ، مقداﺭ انرژی الکتریکی تولید شدﻩ توسط تکنولوژیهای انرژی تجدیدپذیر که براساﺱ ﺭوند و سیاستهای موجود ایران محاسبه شدﻩ، به همراﻩ اتلافاﺕ شبکه سراسری انتقاﻝ برﻕ، اﺯ مصرف نهایی انرژی الکتریکی کسر میشوند و باقی ماندﻩ تقاضای نهایی انرژی الکتریکی یا اﺯ طریق نیروگاﻩهای تولید برﻕ فسیلی و یا واﺭداﺕ تامین میگردد. دﺭ صوﺭتی که مصرف انرژی الکتریکی اﺯ میزان تولید انرژی توسط نیروگاﻩهای تجدیدپذیر و نیروگاﻩهای سوخت فسیلی کمتر باشد، باقیماندﻩ ﻇرفیت تولید برﻕ دﺭ اختیاﺭ بخش صادﺭاﺕ قراﺭ میگیرد تا بر اساﺱ ماکزیمم هدف صادﺭاﺕ برﻕ و قراﺭدادهای موجود اقداﻡ به صادﺭاﺕ ﺁن کند و دﺭ صوﺭتی که میزان مصرف انرژی الکتریکی بیش اﺯ ﻇرفیت کل تولید برﻕ کشوﺭ باشد، باقیماندﻩ موﺭد نیاﺯ ﺁن اﺯ طریق واﺭداﺕ تامین خواهد شد. دﺭ حقیقت با تعیین شدن مقداﺭ نهایی انرژی الکتریکی موﺭد نیاﺯ به همراﻩ مقداﺭ اتلافاﺕ شبکه، میزان تولید نهایی توسط نیروگاﻩها تعیین میگردد. به علت محدودیت های ناشی اﺯ توسعه نیروگاﻩها، باید پتانسیل و ﻇرفیت تولید انرژی الکتریکی توسط نیروگاﻩهای موجود سنجیدﻩ شود. با مقایسه ﻇرفیت تولید نیروگاﻩهای موجود و مقایسه ﺁن با میزان انرژی موﺭد نیاﺯ، میتوان دﺭ ﺭابطه با واﺭداﺕ انرژی الکتریکی تصمیم گرفت. دﺭ صوﺭتی که ﻇرفیت نیروگاﻩهای موجود اﺯ میزان انرژی موﺭد نیاﺯ کمتر باشد، کشوﺭ نیاﺯمند واﺭداﺕ انرژی الکتریکی خواهد بود.

برای ثبت نام و آموزش دوره برق در نوین پارسیان کلیک نمایید

شکل ۳ نشان میدهد که با مشخص شدن میزان تولید نیروگاﻩهای سوخت فسیلی، با استفادﻩ اﺯ سهم و ﺭاندمان هر تکنولوژی ۵ دﺭ نیروگاﻩهای موجود هر ساﻝ، ﺭاندمان کل نیروگاﻩها به صوﺭﺕ میانگین وﺯنی ﺭاندمانهای هر تکنولوژی تعیین و اﺯ طریق ﺁن و با کمک ﺭوابط (۳) و ،(۴) میزان م صرف سوخت نهایی مشخص میگردد. ﻻﺯﻡ به ﺫکر است، نیروگاﻩهای ف سیلی هر یک برای تولید انرژی الکتریکی بخ شی اﺯ تولید نهایی خود ﺭا به عنوان مصرف داخلی دﺭ جهت تولید انرژی الکتریکی صرف میکنند که این مقداﺭ نیز باید دﺭ محاسبه سوخت مصرفی نهایی دﺭ نظر گرفته شود.

با توجه به شکل ۴ مدﻝ توسعه دادﻩ شدﻩ دﺭ این پژوهش مدلساﺯی ﻇرفیتهای تولید انرژی الکتریکی اﺯ طریق تکنولوژیهای مختلف، بر اساﺱ خواﺹ هر تکنولوژی نظیر فاکتوﺭ ﻇرفیت ۷ ، ﺭاندمان، عمر تکنولوژی و میزان مصرف انرژی داخلی انجاﻡ شدﻩ است. دﺭ واقع با توجه به ﻇرفیتهای موجود دﺭ ساﻝ پایه مدﻝ و دﺭ نظر گرفتن سیاستهای توسعهای هر یک اﺯ تکنولوژیهای تولید انرژی الکتریکی، پتانسیل و ﻇرفیت ساﻻنه تولید توان هر تکنولوژی تعیین میگردد. مشخصاﺕ انواﻉ نیروگاﻩهای فسیلی و تجدیدپذیر تولید برﻕ، اﺯ پژوهش ﺁﺭیان پوﺭ و همکاﺭانش [4] دﺭ ساﻝ ۲۰۱۹ استخراﺝ شدﻩ است. ضمن اینکه ﺭوابط (۷) تا ،(۱۰) ﺭوابط کلیدی این بخش مدلساﺯی هستند.

اعتباﺭ سنجی مدﻝ

یکی اﺯ مراحل مهم دﺭ اﺭﺯیابی مدﻝهای توسعه دادﻩ شدﻩ، اعتباﺭ سنجی مدﻝ است که دﺭ واقع با استفادﻩ اﺯ ﺭوﺵهای گوناگون به برﺭسی سنجش مطابقت و اﺭﺯیابی ﺭفتاﺭ مدﻝ نسبت به شرایط واقعی پرداخته میشود. ضمن اینکه هر ﺭوﺵ مدﻝساﺯی داﺭای مجموعهای اﺯ متدهای مختص خود جهت اﺭﺯیابی و سنجش مدﻝ است.

همانطوﺭ که اشاﺭﻩ شد، دﺭ این پژوهش اﺯ طریق ﺭوﺵ پویایی سیستم و با استفادﻩ اﺯ نرﻡافزاﺭ Vensim PLE 7.3.5 مدﻝ صنعت برﻕ ایران شبیه ساﺯی شدﻩ است. به منظوﺭ اﺭﺯیابی اعتباﺭ مدﻝ توسعه دادﻩ شدﻩ، اﺯ ﺁﺯمون باﺯ تولید ﺭفتاﺭ استفادﻩ شدﻩ است. دﺭ اﺭﺯیابی مدﻝ با این ﺭوﺵ باید به دو نکته توجه نمود، یکی شکل ﺭفتاﺭی مدﻝ و دیگری مقادیر تولید شدﻩ توسط مدﻝ است.

دﺭ این ﺁﺯمون به منظوﺭ اﺭﺯیابی و اعتباﺭ سنجی مدﻝ اﺯ دادﻩهای تاﺭیخی بین ساﻝ ۱۹۹۸ تا ۲۰۱۸ متغیر تولید برﻕ استفادﻩ شدﻩ است. دﺭ شکل ۵ ﺭوند ﺭفتاﺭی متغیر مذکوﺭ به همراﻩ دادﻩهای حاصل اﺯ شبیهساﺯی ﺁوﺭدﻩ شدﻩ است؛ با توجه به شکل ۵ مقادیر حاصل اﺯ شبیه ساﺯی اﺯ ﺭوند مقادیر واقعی تاﺭیخی پیروی میکند و مطابقت خوبی داﺭد، که نشان میدهد مدﻝ اﺯ اعتباﺭ خوبی برخوﺭداﺭ است.

علاوﻩ بر شکل ۵ برای برﺭسی بیشتر اعتباﺭ مدﻝ اﺯ دﺭصد میانگین قدﺭمطلق خطا ( MAPE ) نیز استفادﻩ شدﻩ است. دﺭ جدوﻝ ۲ نتایج حاصل اﺯ شبیه ساﺯی، دادﻩهای تاﺭیخی و میزان خطا نسبی دﺭ هر ساﻝ، برای پاﺭامتر تولید برﻕ ایران ﺁوﺭدﻩ شدﻩ است. با توجه به جدوﻝ مقداﺭ دﺭصد میانگین قدﺭمطلق خطا ۵,۰۳ است؛ پس میتوان نتیجه گرفت که انطباﻕ قابل قبولی بین دادﻩهای تاﺭیخی و نتایج شبیه ساﺯی وجود داﺭد. لذا با توجه به اعتباﺭ و صحت خوﺏ مدﻝ میتوان گفت که پیش بینی ﺭفتاﺭ ﺁیندﻩ مدﻝ براساﺱ ساختاﺭ فعلی قابل اعتماد است.

سناﺭیوپرداﺯی و تحلیل نتایج

سناﺭیوها

دﺭ پژوهش حاضر به منظوﺭ انجاﻡ مطالعاﺕ بر ﺭوی صنعت برﻕ ایران، با توجه به وضعیت کنونی این کشوﺭ و همچنین برنامههای توسعه اﺭائه دادﻩ شدﻩ توسط دولت ایران، سه سناﺭیو دﺭ نظر گرفته شدﻩ است. این سناﺭیوها اﺯ منظر سیاستهای کلان کشوﺭ ایران تا ساﻝ ۲۰۴۰ میلادی قابل تفکیک هستند. فاکتوﺭهای دﺭ نظر گرفته شدﻩ دﺭ هر یک اﺯ سناﺭیوهای اﺭائه شدﻩ شامل پاﺭامترهای دموگرافیکاﻝ جمعیت، ﺭشد دﺭﺁمد ناخالص ملی، دﺭصد شهرنشینی و ﺭشد صادﺭاﺕ برﻕ میشود. با توجه به برنامه‌های کلان کشوﺭ ایران، یکی اﺯ منابع اصلی توسعه این کشوﺭ، اتکا به دﺭﺁمدهای اﺭﺯی حاصل اﺯ صادﺭاﺕ انرژی به کشوﺭهای منطقهای و فرامنطقه ای است. بر همین اساﺱ میزان صادﺭاﺕ برﻕ دﺭ هر یک اﺯ سناﺭیوها متناسب با میزان توسعه برﺁوﺭد شدﻩ دﺭ هر سناﺭیو، دﺭ نظر گرفته شدﻩ است. سناﺭیوهای اﺭائه شدﻩ دﺭ جدوﻝ ۳ قابل مشاهدﻩ است.

تحلیل نتایج

امنیت عرضه انرژی، تغییراﺕ دائمی قیمت سوختهای فسیلی دﺭ باﺯاﺭ جهانی، نگرانی اﺯ تغییراﺕ اقلیمی، ایجاد ﺁﻻیندگی دﺭ سطﺢ شهرها و عدﻡ وجود پتانسیل تولید سوخت فسیلی دﺭ بسیاﺭی اﺯ کشوﺭها، توجه دولتها ﺭا به امر توسعه صنعت انرژی تجدیدپذیر جلب نمودﻩ است. به همین علت دﺭ دهههای گذشته با سیاستگذاﺭی کشوﺭهای مختلف بویژﻩ کشوﺭهای اﺭوپایی، تکنولوژی های تولید انرژیهای تجدیدپذیر توسعه بسیاﺭی پیدا کردﻩ و امروﺯﻩ هزینه های تولید انرژی اﺯ منابع تجدیدپذیر به لطف تکنولوژی های جدید کاهش پیدا کردﻩ است. کشوﺭ ایران به علت وجود منابع عظیم سوختهای فسیلی، اهمیت توسعه تکنولوژی های تجدیدپذیر ﺭا دﺭ اولویت های پایینتری نسبت به سایر تکنولوژی های تولید انرژی قراﺭ دادﻩ است. یکی اﺯ دﻻیل این عدﻡ توجه، عدﻡ تعادﻝ بین هزینه های سرمایهگذاﺭی و باﺯگشت سرمایه اﺯ تکنولوژی های تجدیدپذیر نسبت به توسعه سوختهای فسیلی بودﻩ است. دﺭ واقع ایران باید هزینه ﺯیادی ﺭا دﺭ جهت واﺭداﺕ تجهیزاﺕ و تکنولوژی های تولید انرژی اﺯ منابع تجدیدپذیر بپرداﺯد. اما دﺭ حاﻝ حاضر ایران باید برای متنوﻉ ساختن سبد تولید برﻕ خود، به سیاستگذاﺭی های دﺭ این حوﺯﻩ بپرداﺯد و بخشی اﺯ سبد انرژی خود ﺭا اﺯ طریق انرژی تجدیدپذیر تامین کند. دﺭ حاﻝ حاضر سهم منابع تجدیدپذیر دﺭ سبد تولید برﻕ ایران فقط ۵ دﺭصد است.