برنامه جامع
نگاهی به مهم‌ترین زیرساخت‌های فعالیت و توسعه صنعت برق
دستیابی به این مهم، مستلزم نیازسنجی، برنامه‌ریزی دقیق و تامین منابع مورد نیاز است. زنجیره شبکه برق، به‌عنوان یکی از بزرگ‌ترین و پیچیده‌ترین سیستم‌های ساخته دست بشر از سه بخش اصلی تشکیل شده است: تولید (مشتمل بر انواع نیروگاه‌ها اعم از حرارتی و غیرحرارتی)، واسط تحویل انرژی (شامل شبکه انتقال، فوق توزیع و توزیع) و در نهایت مصرف‌کننده (اعم از خانگی، صنعتی و...) به عنوان حلقه آخر زنجیره. بنابراین برای تامین برق مطمئن و باکیفیت، بایستی ابتدا رفتار بار در شبکه بررسی شده و برآورد مناسبی از میزان نیاز به برق در بخش مصرف‌کننده پیش‌بینی شود. این نیاز مصرف برآورد‌شده، مبنای برنامه‌ریزی توسعه تولید برق و به تناسب آن، توسعه شبکه انتقال، فوق توزیع و توزیع خواهد بود. در صورتی که توسعه هر یک از این بخش‌ها متناسب با دیگری صورت نگیرد، دستیابی به هدف اصلی این سیستم که تامین برق مورد نیاز کشور است، دچار اختلال خواهد شد. بدیهی است عدم توسعه کافی در بخش تولید منجر به کمبود توان و عدم رفع نیاز بخشی از مصرف‌کنندگان خواهد شد یا توسعه نیافتن شبکه انتقال، فوق توزیع و توزیع به تناسب توسعه نیروگاهی، منجر به حبس توان تولیدی در برخی نقاط و عدم امکان بهره‌برداری مناسب از ظرفیت‌های تولیدی خواهد شد. از این‌رو برنامه‌ریزی کارآمد در صنعت برق، یک برنامه‌ریزی برخاسته از پیش‌بینی صحیح نیازهای مصرف‌کنندگان برق و دربرگیرنده توسعه هماهنگ شبکه تولید برق و شبکه انتقال، فوق توزیع و توزیع به عنوان بستر انتقال توان و تحویل به مصرف‌کننده است. در راستای تدوین برنامه‌ای با مشخصات مذکور برای چشم‌انداز توسعه نیروگاه‌های حرارتی، شرکت مادر‌تخصصی تولید نیروی برق حرارتی در اواخر سال ۱۳۹۵ پروژه‌ای را با موضوع انجام مطالعات انتخاب ساختگاه نیروگاه‌های حرارتی کشور با سه افق زمانی ۵، ۱۰ و ۲۰ساله آغاز کرد که در مراحل نهایی بخش مطالعات ۵ و ۱۰ساله (تا سال ۱۴۰۵) است که هدف نهایی آن تعیین ظرفیت مورد نیاز توسعه تولید برق حرارتی به صورت سالانه و متناسب با نیاز مصرف و جایابی مناسب نیروگاه‌ها با توجه به نیازهای شبکه برق کشور است.
در هر کشوری برنامه‌ریزی مناسب جهت تقویت و توسعه متوازن سیستم قدرت، از جنبه‌های متفاوتی حائز اهمیت است که برخی از مهم‌ترین آنها عبارتند از:
افزایش قابلیت اطمینان شبکه قدرت
تخصیص بهینه منابع مالی محدود
افزایش میزان بهره‌وری از تجهیزات شبکه
کاهش تلفات شبکه
تامین انرژی مطمئن و باکیفیت برای مشترکین
به حداقل رساندن میزان خاموشی‌ها و انرژی تامین‌نشده
جلوگیری از حبس تولید
تولید انرژی الکتریکی، اولین و مهم‌ترین بخش از زنجیره صنعت برق محسوب میشود. در نیروگاه‌ها شکل‌های گوناگون انرژی به انرژی الکتریکی تبدیل میشود. به‌طورکلی می‌توان نیروگاه‌ها را به دو نوع حرارتی و غیرحرارتی (آبی، هسته‌ای و انرژی‌های نو) تقسیم کرد. به‌واسطه فراوانی و قیمت پایین منابع سوخت‌های فسیلی، عمده انرژی الکتریکی در ایران توسط نیروگاه‌های حرارتی تولید میشود. از سال ۱۲۶۳ که اولین مولد برق وارد کشور شد، صنعت برق ایران فراز و نشیب‌های بسیاری را پشت سر گذاشته و همگام با توسعه کشور، رشد کرده است. سرعت توسعه ظرفیت تولید شبکه برق کشور به گونه‌ای بوده که ظرفیت نامی منصوبه کشور، متناسب با نیاز مصرف، تقریباً در هر ۱۰ سال دو برابر شده است. در همین راستا، طی ماده ۴۸ قانون برنامه ششم توسعه، دولت مجاز است که از طریق وزارت نیرو در طول اجرای برنامه نسبت به افزایش توان تولید برق تا ۲۵ هزار مگاوات از طریق سرمایه‌گذاری موسسات عمومی غیردولتی، تعاونی و خصوصی اعم از داخلی و خارجی یا منابع داخلی شرکت‌های تابعه یا به صورت روش‌های متداول سرمایه‌گذاری از جمله ساخت، بهره‌برداری و تصرف (BOO) و ساخت، بهره‌برداری و انتقال (BOT) اقدام کند که طبق آن، خرید تضمینی برق بر اساس نرخ تعیین‌شده توسط شورای اقتصاد خواهد بود. از سوی دیگر، مطابق ماده ۵۰ قانون برنامه ششم توسعه، دولت مکلف است سهم نیروگاه‌های تجدیدپذیر و پاک را با اولویت سرمایه‌گذاری بخش غیردولتی (داخلی و خارجی) با حداکثر استفاده از ظرفیت داخلی تا پایان اجرای قانون برنامه به حداقل پنج درصد ظرفیت برق کشور برساند. با عنایت به دو ماده قانونی فوق و احتساب حدود ۵۰۰۰ مگاوات (معادل پنج درصد ظرفیت شبکه در سال ۱۴۰۰) به مولدهای تجدیدپذیر، حدود ۲۰ هزار مگاوات ظرفیت جدید نیروگاهی از طریق مولدهای حرارتی و برق‌آبی تامین خواهد شد که با توجه به عدم امکان احداث نیروگاه‌های برق‌آبی بزرگ جدید، این ظرفیت معطوف به نیروگاه‌های حرارتی خواهد بود. در حال حاضر، مجموع ظرفیت نامی کل نیروگاه‌های منصوبه در کشور اعم از حرارتی و غیرحرارتی به ۷۹۰۴۳ مگاوات می‌رسد که حدود ۸۱ درصد از این ظرفیت را نیروگاه‌های حرارتی (بدون احتساب واحدهای تولید پراکنده و دیزل) تشکیل می‌دهند. سهم هر یک از تکنولوژی‌های تولید نیروگاهی از ظرفیت منصوبه کشور در نمودار ۱ قابل مشاهده است [گزارش آمار هفتگی شرکت توانیر و اطلاعات روز نیروگاه‌های حرارتی].
با توجه به دلایل مختلفی نظیر ارتفاع زیاد برخی ساختگاه‌ها از سطح دریا و بالا بودن دما در فصول پیک بار و نیز عمر بالای بسیاری از نیروگاه‌های حرارتی، مقدار قابل تولید این نیروگاه‌ها در پیک بار به طور قابل توجهی نسبت به ظرفیت نامی آنها کاهش می‌یابد. از طرفی با توجه به روند کم‌آبی سالیان اخیر و نیز پایدار نبودن تولید نیروگاه‌های تجدیدپذیر منصوبه در ایران، تولید توان نیروگاه‌های غیرحرارتی نیز افت زیادی نسبت به ظرفیت نامی آنها دارد. به طور مثال در روز پیک سال ۱۳۹۶ (۸ مردادماه)، ظرفیت نامی نیروگاه‌های منصوبه کشور ۷۷۰۳۸ مگاوات بوده است، در حالی که این مقدار نیروگاه قابلیت تولید حدود ۵۴۹۰۰ مگاوات توان را در روز پیک بار داشته‌اند که سهم نیروگاه‌های حرارتی از این توان، حدود ۴۴۶۰۰ مگاوات توان قابل تولید به ازای ۶۲۵۵۷ مگاوات ظرفیت نامی منصوبه بوده است و حداکثر نیاز مصرف کشور نیز در روز مذکور ۵۵۴۴۲ مگاوات ثبت شده است. این شرایط در روز پیک سال ۱۳۹۷ (۲۰ تیرماه)۱ به‌رغم افزایش ظرفیت نامی نیروگاه‌های حرارتی کشور نسبت به سال گذشته و رسیدن ظرفیت نامی نیروگاه‌های حرارتی به ۶۳۸۴۱ مگاوات (بهره‌برداری از ۱۲۸۴ مگاوات طرح جدید) و برق‌آبی به ۱۱۸۸۱ مگاوات (بهره‌برداری از ۷۰ مگاوات تولید جدید)، با توجه به کاهش قابل توجه سطح آب سدها و در نتیجه تولید نیروگاه‌های برق‌آبی، توان قابل تولید نیروگاه‌های کشور برای تامین نیاز مصرفی بالغ بر ۵۷۰۰۰ مگاوات به حدود ۴۹۰۰۰ مگاوات کاهش یافت که از این میزان، ۴۴۸۶۸ مگاوات توسط نیروگاه‌های حرارتی کشور تامین شده است. نمودار ۲ توان عملی نیروگاه‌های کشور را نسبت ظرفیت نامی آنها در سال‌های مختلف نشان می‌دهد. [۵۰سال صنعت برق ایران در آیینه آمار۱۳۹۵-۱۳۹۶ و گزارش آمار هفتگی شرکت توانیر].
همان‌طور که مشاهده میشود اعداد مذکور تاییدکننده این مدعاست که از طرفی توان قابل تولید (که در شرایط پیک بار همواره کمتر از توان عملی است) در مقایسه، بسیار کمتر از ظرفیت‌های نامی منصوبه است و از سوی دیگر با توجه به حداکثر نیاز مصرف سالانه کشور که تا این لحظه ۵۷۰۹۷ مگاوات در تیرماه سال جاری بوده است و پیش‌بینی میشود که در صورت عدم اصلاح الگوی مصرف تا سال ۱۴۰۵ به حدود ۸۴۰۰۰ مگاوات برسد، توان قابل تولید نیروگاه‌های کشور برای تامین نیاز مصرف برق کشور کافی نبوده و این موضوع در سال‌های آینده و به خصوص با توجه به تشدید پدیده کم‌آبی در سال آبی گذشته و در صورت ادامه این روند و عدم جبران کاهش توان تولیدی نیروگاه‌های برق‌آبی از طریق افزایش ظرفیت منصوبه سایر تکنولوژی‌ها به‌خصوص برق حرارتی، می‌تواند ما را با مشکلات و چالش‌های جدی مواجه کند. علاوه بر موارد مذکور، بررسی سن نیروگاه‌های حرارتی کشور نشان‌دهنده لزوم بازنشستگی تعدادی از نیروگاه‌هاست که هم بر اساس استانداردهای جهانی و هم با توجه به افت راندمان و افزایش هزینه‌های تعمیر و نگهداری، بایستی بر اساس برنامه مشخصی بازنشسته شوند که در صورت بازنشستگی این نیروگاه‌ها، توان قابل تولید کشور نسبت به اعداد موجود کاهش خواهد یافت. در حال حاضر حداقل ۱۰ هزار مگاوات نیروگاه حرارتی منصوبه در شبکه سراسری برق کشور دارای عمر بیش از ۳۰ سال هستند. از این‌رو طی ۱۰ سال آینده نیاز به پیش‌بینی تمهیداتی برای نوسازی ناوگان تولید برق حرارتی کشور و بازنشستگی نیروگاه‌های پیر، امری ناگزیر می‌‌نماید که با توجه به مطالعات صورت‌گرفته، در صورت امکان جایگزینی توان تولیدی نیروگاه‌های کاندیدای بازنشستگی از طریق احداث نیروگاه‌های جدید، بایستی حدود ۳۰۰۰ مگاوات از نیروگاه‌های حرارتی کشور تا سال ۱۴۰۰ و ۴۰۰۰ مگاوات دیگر تا سال ۱۴۰۵ از شبکه تولید برق کشور خارج شوند که برنامه پیشنهادی این فرآیند تدوین و ارائه شده است.
از دیدگاه مدل‌سازی ریاضی، برنامه‌ریزی تولید یک مساله دارای ابعاد بسیار وسیع، غیرخطی و شامل متغیرهای تصادفی است. داده‌های مورد نیاز برای برنامه‌ریزی تولید از قبیل داده‌های پیش‌بینی بار، هزینه سوخت و تجهیزات، نرخ استهلاک و... غالباً دارای ماهیت غیرقطعی هستند. درنتیجه مساله برنامه‌ریزی تولید ذاتاً یک مساله آماری خواهد بود. ازاین‌رو، پیچیدگی مساله نه‌تنها به دلیل وجود مساله بهینه‌سازی، بلکه به دلیل نیاز به پردازش حجم زیادی از اطلاعات و لزوم انجام تحلیل حساسیت برای تایید طرح پیشنهادی بوده و عموماً با استفاده از برنامه‌های رایانه‌ای پیشرفته انجام میشود. همچنین در بسیاری از مواقع خطای داده‌ها به‌صورت ریاضی قابل بیان نیست، درحالی‌که بر روی طرح نهایی تاثیرگذارند. علاوه بر این، مطالعات زمین‌شناسی، مطالعات هواشناسی، تامین منابع آب، تامین سوخت، راه‌های دسترسی و راه‌های ارتباطی، امکانات مخابراتی، مسائل زیست‌محیطی، الزامات پدافندی، مطالعات اقتصادی، اجتماعی و فرهنگی و... بر حساسیت و پیچیدگی فرآیند برنامه‌ریزی توسعه تولید در شبکه برق می‌افزایند.
مشخصات فنی و اقتصادی واحدهای نیروگاهی و مشخصات بار سیستم را می‌توان به عنوان ورودی‌های اصلی برنامه‌ریزی توسعه تولید برشمرد. پیش‌بینی بار یکی از مهم‌ترین ورودی‌های فرآیندی است که در انتهای آن میزان تولید واحدهای موجود در ساعات، روزها و ماه‌های آتی و نیز ظرفیت لازم برای توسعه سیستم تولید در سال‌های آینده تعیین میشود. بهینه‌سازی برنامه توسعه تولید با توجه به اطلاعات نتایج پیش‌بینی بار و انرژی مورد نیاز شبکه، واحدهای نیروگاهی برنامه‌ریزی‌شده برای حضور در شبکه، بازنشستگی نیروگاه‌های موجود و تکنولوژی و مشخصات واحدهای نیروگاهی کاندیدا به عنوان واحدهای نیروگاهی جدید صورت می‌پذیرد. تابع هدف در مساله بهینه‌سازی، از جنس هزینه بوده و مقید به مجموعه قیود فنی و اقتصادی است. از جمله مهم‌ترین قیود در برنامه‌ریزی توسعه تولید می‌توان به قید محدودیت سوخت و قید قابلیت اطمینان اشاره کرد. دسترسی به منابع سوخت، مهم‌ترین رکن در امر بهره‌برداری از نیروگاه‌های حرارتی محسوب میشود. بنابراین بایستی امکان دسترسی به منابع سوخت به عنوان یکی از مهم‌ترین پارامترها در ارزیابی و مقایسه سناریوهای مختلف تولید در برنامه‌ریزی توسعه تولید، در نظر گرفته شود چراکه امکان احداث خط انتقال گاز در کلیه نقاط کشور وجود ندارد یا به قدری زمانبر و پرهزینه است که طرح نیروگاهی مورد نظر فاقد توجیه فنی و اقتصادی خواهد بود.
دیگر فاکتور تاثیرگذار بر نتیجه برنامه‌ریزی توسعه ظرفیت تولید، شاخص‌های قابلیت اطمینان هستند. قابلیت اطمینان یک سیستم عبارت است از احتمال عملکرد رضایت‌بخش آن سیستم، تحت شرایط کار مشخص برای مدت‌زمان معین. در سیستم قدرت، در اصطلاح عمومی، قابلیت اطمینان بر توانایی سیستم در تامین توان الکتریکی برای مشتریانش در هر دو شرایط استاتیکی و دینامیکی و با سطح اطمینان قابل‌قبولی از کیفیت و دوام دلالت دارد. ارزیابی قابلیت اطمینان سیستم قدرت، دارای دو بخش اساسی است: کفایت و امنیت.
مبحث کفایت سیستم به بررسی وجود و دسترس‌پذیری تجهیزات کافی در سیستم برای تامین بار درخواستی مشتری بدون نقض قیود بهره‌برداری سیستم می‌پردازد. به عبارتی مشخصه کفایت، شامل وجود تجهیزات مورد نیاز، برای تولید انرژی کافی و تجهیزات انتقال و توزیع مورد نیاز، برای انتقال انرژی به نقاط بار است. بنابراین، کفایت به شرایط استاتیکی سیستم مربوط است که آشوب‌های سیستم را در نظر نمی‌گیرد.
امنیت سیستم، توانایی سیستم برای پاسخگویی به شوک‌ها و آشوب‌های ناگهانی و احتمالی درون سیستم را شامل میشود.
قید قابلیت اطمینان در برنامه‌ریزی توسعه تولید به‌صورت محدودیت بر روی احتمال از دست دادن بار۲ در هر یک از دوره‌های بهره‌برداری لحاظ میشود. به بیان ساده، این معیار مشخص‌کننده مدت‌زمان مورد انتظار (احتمالی) برای از دست دادن بار در هر دوره برنامه‌ریزی است که با توجه به ویژگی‌های یک شبکه قدرت و سطح مورد انتظار برای قابلیت اطمینان آن، باید به سطح معینی محدود شود.
بر اساس مطالعات انجام‌شده با لحاظ قیود و اهداف مذکور، در صورت ادامه روند فعلی رشد نیاز مصرف برق در کشور، برای تامین برق مطمئن در شبکه، بایستی حدود ۳۴۰۰۰ مگاوات نیروگاه حرارتی جدید تا سال ۱۴۰۵ احداث و بهره‌برداری شود که در صورت ادامه روند کم‌آبی طی سالیان آتی، برای جبران کاهش توان تولیدی نیروگاه‌های برق‌آبی، این عدد به ۳۸۰۰۰ مگاوات افزایش خواهد یافت. در حال حاضر، ۱۰۰۷۰ مگاوات ظرفیت جدید در دست احداث است که ۶۸۳۸ مگاوات آن توسط بخش خصوصی و مابقی توسط بخش دولتی اجرا میشود و برنامه‌ریزی برای احداث ۲۸۰۰۰ مگاوات نیروگاه حرارتی دیگر نیز به صورت سال به سال و بر اساس نوع تکنولوژی انجام شده است که بخشی از ظرفیت مورد نیاز، از طریق تبدیل واحدهای گازی موجود به سیکل ترکیبی و مابقی آن عمدتاً از طریق احداث نیروگاه‌های سیکل ترکیبی عملیاتی خواهد شد. این نیروگاه‌های جدید بر اساس نیازهای شبکه در نقاط مختلف و نیز زیرساخت‌های مورد نیاز برای احداث نیروگاه‌های جدید، جایابی شده‌اند و نتایج آن، مبنای پاسخگویی به درخواست‌های سرمایه‌گذاران جهت احداث نیروگاه در نقاط مختلف کشور است. به این ترتیب، سرمایه‌ها در نقاط مورد نیاز هزینه شده و علاوه بر رفع مشکلات منطقه‌ای، تلفات توان در شبکه نیز کاهش خواهد یافت.
در بخش دیگر این پروژه و در راستای هدایت سرمایه‌ها به مناطق مورد نیاز، مطالعات امکان‌سنجی اولیه‌ای برای طرح‌های نیروگاهی آتی در حال انجام است که در صورت نهایی شدن این مطالعات، طرح‌های مذکور به صورت بسته‌های آماده سرمایه‌گذاری توسط شرکت به متقاضیان امر ارائه خواهد شد.
یکی از مهم‌ترین فاکتورهای موثر در مرحله جایابی نیروگاه‌ها، تراز تولید و مصرف برق‌های منطقه‌ای بوده است که بر این اساس، در انتهای فاز اول مطالعات، شرکت‌های برق منطقه‌ای تهران، مازندران، سیستان و بلوچستان و زنجان از حیث مشکلات ناشی از کمبود تولید توان، در اولویت تخصیص نیروگاه قرار گرفتند؛ اما با توجه به کمبود بارش‌ها در سال آبی گذشته و وابستگی شدید توان تولیدی در محدوده برق منطقه‌ای خوزستان و اصفهان به تولیدات برق‌آبی و بخاری که مستقیماً وابسته به آب هستند۳، این مناطق نیز به نقاط بحرانی نیازمند احداث نیروگاه جدید اضافه شدند. احداث این حجم از نیروگاه حرارتی، مستلزم منابع مالی بسیار گسترده‌ای است، به طوری‌که هزینه احداث یک نیروگاه ۵۰۰مگاواتی سیکل ترکیبی مبلغی در حدود ۳۰۰ میلیون یورو است. با توجه به کمبود نقدینگی و عدم امکان پرداخت مطالبات پیمانکاران در سال گذشته که منتج به عدم تحقق برخی از اهداف توسعه‌ای شرکت شد، تامین حجم عظیم نقدینگی مورد نیاز برای احداث ۳۸۰۰۰ مگاوات نیروگاه تا سال ۱۴۰۵ در شرایط فعلی کشور، چندان عملی به نظر نمی‌رسد. از این‌رو بایستی به موازات برنامه‌ریزی توسعه تولید، برنامه‌هایی نیز برای کنترل رشد مصرف از طریق بهینه‌سازی تجهیزات شبکه، اصلاح الگوی مصرف و استفاده از تجهیزات کم‌مصرف در منازل و تاسیسات، تدوین و عملیاتی نمود که در حال حاضر صنعت برق در حال بررسی و اجرای طرح‌هایی در این خصوص است که به صورت گسترده و کارآمدتر و همراه با آموزش‌های عمومی در همه سطوح جامعه پیگیری شوند .
پی‌نوشت‌ها:
۱- حداکثر نیاز مصرف برق کشور تا پایان هفته اول مردادماه ۹۷، در روز ۲۰ تیرماه ثبت شده است و بدیهی است در صورت ثبت نیاز مصرفی بیش از عدد مذکور، اطلاعات به‌روزرسانی خواهد شد.
۲- Loss of Load Probability (LOLP)
۳- از مجموع ۱۱۸۸۱ مگاوات نیروگاه برق‌آبی کشور، ۸۰۱۷ مگاوات در محدوده برق منطقه‌ای خوزستان و ۱۱۱۵ مگاوات در محدوده برق منطقه‌ای اصفهان واقع شده است و ۳۰۰۰ مگاوات از مجموع ظرفیت منصوبه در برق منطقه‌ای اصفهان را نیروگاه‌های بخاری تشکیل داده‌اند.
ارسال نظر