بررسی اثرات اصلاح قیمت سوخت مصرفی نیروگاه‌ها بر میزان انتشار گازهای آلاینده و گلخانه‌ای: رویکرد پویایی سیستمی

نویسندگان

1 هیئت علمی دانشگاه امام صادق

2 دانشجوی دکتری دانشگاه امام صادق علیه السلام

چکیده

انتظار می‌رود اصلاح قیمت سوخت نیروگاه‌ها در بازار برق مقررات زدایی شده کشور به افزایش قیمت برق در بازار و در نتیجه تغییر در تولید برق و به تبع آن انتشار آلاینده‌‌های زیست‌محیطی منجر شود. جهت سنجش کمّی اثرات اصلاح قیمت سوخت نیروگاه‌ها بر میزان انتشار آلاینده‌‌ها  در کشور، در این مقاله بازار برق مقررات زدایی شده به روش پویایی سیستمی مدل سازی می‌شود. این مدل دارای بخش‌های نرخ بازگشت سرمایه گذاری، حجم سرمایه گذاری،تولید، تقاضا و قیمتاست که برای شبیه سازی آن از نرم افزار پاورسیم[1]  استفاده می‌شود. نتایج حاصل از شبیه‌سازی مدل نشان می‌دهد که در صورت ادامه روند قیمت های قبل از اجرای قانون هدفمندی یارانه‌ها در چارچوب مدل، پیش بینی می‌شود میزان آلاینده‌‌های کربنی از156 میلیون تن درهر تراوات ساعت در ابتدای دوره با 5 درصد رشد سالیانه به 8/277 میلیون تن برای گازهای گلخانه ای و 175 هزار تن برای گازهای آلاینده در پایان دوره شبیه سازی خواهد رسید. با اجرای مرحله اول قانون هدفمندسازی یارانه‌ها  و افزای شقیمت سوخت تحویلی به نیروگاه ها،‌ تولید برق و به تبع آن میزان آلاینده‌‌های زیست‌محیطی کاهش محسوسی خواهد داشت. نتایج مدل نشان می‌دهد با حفظ رشد اقتصادی 4/5 درصد، میزان تولید آلاینده‌های زیست محیطی در پایان دوره نسبت به زمان عدم اجرای طرح تحول 1درصد کاهش رشد سالیانه خواهد داشت و درصورت افزایش رشد اقتصادی به 8 درصد، میزان انتشار سالانه حدود 3 درصد افزایش رشد سالیانه خواهد داشت. همچنین درصورت افزایش رشد راندمان نیروگاهها براساس قانون پنجم توسعه، با رشد 4/5 درصدی 6/0 درصد کاهش رشد سالیانه و در صورت رشد 8 درصدی، حدود 4/0 درصد نسبت به پیش از اجرای طرح هدفمندی یارانه‌ها افزایش رشد خواهد داشت.



[1]. POWERSIM

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Power plant Fuel Price Reform, Emissions Pollution and Greenhouse :a System Dynamics Approach

نویسندگان [English]

  • Davood Manzoor 1
  • Hossein Rezaee 2
چکیده [English]

It is expected that fuel price increase for power plant uses would lead into an electricity price increase and consequently electricity production, emissions pollutions and greenhouse change. To quantify these effects we develop a system dynamics model for the electricity market in Iran consisting of demand, price and generation modules. The purpose of this paper is to investigate the effects of fuel reforming plants on emissions pollutions and greenhouse. To quantify these effects we develop a system dynamics model for the electricity market in Iran and this model is solved and simulated using POWERSIM software. According to the results, , if the subsidized prices for power plant fuel uses are still maintained, in the framework of the model Emissions pollutions and greenhouse, assuming growth rates at the end of period 5 and 8 percent, respectively, in the (-%1) and 3%.  With modified  fuel delivery price  to power plants, the amount of environmental pollutants, assuming growth rates at end of period 5 and 8 percent, respectively, in the (-1) percent and (3) percent. In the final part of the paper, effect of  increase on PowerEfficiency in the model has been studied,  Assuming growth rates of 5 and 8 percent, emissions pollutions and greenhouse  rate are expected to reach the end of the period to (-0.6) percent and (+0.4) percent compared with price reform, respectively.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Emissions pollution and greenhouse
  • Electricity marke
  • System Dynamics

بررسی اثرات اصلاح قیمت سوخت مصرفی نیروگاه‌ها بر میزان انتشار گازهای آلاینده و گلخانه‌ای: رویکرد پویایی سیستمی

       

داوود منظور*و حسین رضائی**

 

تاریخ دریافت: 28 آبان 1392                    تاریخ پذیرش: 21 اسفند 1392

 

چکیده

انتظار می‌رود اصلاح قیمت سوخت نیروگاه‌ها در بازار برق مقررات زدایی شده کشور به افزایش قیمت برق در بازار و در نتیجه تغییر در تولید برق و به تبع آن انتشار آلاینده‌‌های زیست‌محیطی منجر شود. جهت سنجش کمّی اثرات اصلاح قیمت سوخت نیروگاه‌ها بر میزان انتشار آلاینده‌‌ها  در کشور، در این مقاله بازار برق مقررات زدایی شده به روش پویایی سیستمی مدل سازی می‌شود. این مدل دارای بخش‌های نرخ بازگشت سرمایه گذاری، حجم سرمایه گذاری،تولید، تقاضا و قیمتاست که برای شبیه سازی آن از نرم افزار پاورسیم[1]  استفاده می‌شود. نتایج حاصل از شبیه‌سازی مدل نشان می‌دهد که در صورت ادامه روند قیمت های قبل از اجرای قانون هدفمندی یارانه‌ها در چارچوب مدل، پیش بینی می‌شود میزان آلاینده‌‌های کربنی از156 میلیون تن درهر تراوات ساعت در ابتدای دوره با 5 درصد رشد سالیانه به 8/277 میلیون تن برای گازهای گلخانه ای و 175 هزار تن برای گازهای آلاینده در پایان دوره شبیه سازی خواهد رسید. با اجرای مرحله اول قانون هدفمندسازی یارانه‌ها  و افزای شقیمت سوخت تحویلی به نیروگاه ها،‌ تولید برق و به تبع آن میزان آلاینده‌‌های زیست‌محیطی کاهش محسوسی خواهد داشت. نتایج مدل نشان می‌دهد با حفظ رشد اقتصادی 4/5 درصد، میزان تولید آلاینده‌های زیست محیطی در پایان دوره نسبت به زمان عدم اجرای طرح تحول 1درصد کاهش رشد سالیانه خواهد داشت و درصورت افزایش رشد اقتصادی به 8 درصد، میزان انتشار سالانه حدود 3 درصد افزایش رشد سالیانه خواهد داشت. همچنین درصورت افزایش رشد راندمان نیروگاهها براساس قانون پنجم توسعه، با رشد 4/5 درصدی 6/0 درصد کاهش رشد سالیانه و در صورت رشد 8 درصدی، حدود 4/0 درصد نسبت به پیش از اجرای طرح هدفمندی یارانه‌ها افزایش رشد خواهد داشت.

 

واژه‌های کلیدی: بازار برق– ظرفیت نیروگاهها، تولید انرژی الکتریکی- قیمت برق– پویایی سیستمی.

طبقه‌بندی JEL: C61، P22، C63، D50، D43.

 

 

1. مقدمه

استفاده از انرژی مطمئن کلید رشد و توسعه اقتصادی کشورها محسوب می‌شود، هر چند انرژی فسیلی عمده ترین و رایج‌ترین انرژی مورد استفاده در تمامی کشورها محسوب می‌شود، لیکن آلودگی زیست محیطیاز مهمترین پیامدهای خارجی استفاده از سوختهای فسیلی است که تاثیرات منفی گرانباری بر کره زمین برجای نهاده است. تعریف آلودگی محیط زیست موجب تنزل کیفیت محیط زیست از طریق افزودن ماده یاشکلی از انرژی نسبت به مقدار طبیعی آن می‌شود بطوری‌که سلامت انسان را تهدید می‌کند. در فرآیند تولید تا مصرف انرژی برق علاوه بر آسیب‌های زیست‌محیطی ناشی از انتشار گازهای گلخانه‌ای و آلاینده، آلودگی ناشی از میدانیهای الکترومغناطیس نیز رخ می‌دهد. در این مقاله صرفا به انتشار گازهای گلخانه‌ای و آلاینده ناشی از مصرف سوخت‌های فسیلی در نیروگاه‌ها می‌پردازیم.

آمارها نشان می‌دهد که میزان انتشار دی اکسید کربن به ازای تولید یک کیلووات ساعت برق در کشور 8/677 گرم است که بر این اساس ایران بعد از هندوستان ، عربستان، چین و اندونزی، در رتبه پنجم جهان قرار دارد (IEA,2013). همچنین سرانه انتشار دی اکسید کربن ناشی از تولید و مصرف انرژی در کشور  در سال 1390 معادل  21/7 تن است که از لحاظ رتبه در جهان هفتم و در خاورمیانه بعد از عربستان رتبه دوم را به خود اختصاص داده است. سیاستگذاری برای کاهش انتشار گازهای آلاینده و گلخانه‌ای ناشی از احتراق سوختهای فسیلی مستلزم توجه به دو متغیر سطح مصرف انرژی و نوع فن‌آوری مورد استفاده است. مطالعات انجام شده نشان می‌دهد که قیمت اسمی و قیمت های نسبی مهمترین عوامل موثر بر این دو متغیر هستند (Schmitz,2001). بنابراین سیاستهای اصلاح قیمت و مالیات بر کربن می‌‌تواند بر میزان مصرف و ارتقاء فن‌آوری های مصرف انرژی و به تبع آن کاهش انتشار تاثیر به سزایی داشته باشد.

مطالعات تجربی نشان می‌‌دهد با افزایش قیمت حاملهای انرژی در کشور، هم سطح مصرف حاملهای انرژی کاهش می‌یابد (منظور، رضائی، 1389) و هم فن‌آوری استفاده از انرژی تحت تاثیر قرار می‌‌گیرد (منظور و دیگران، 2009). با توجه به اینکه استفاده از انرژی های فسیلی عامل اصلی انتشار گازهای گلخانه‌ای و آلاینده‌های زیست‌محیطی هستند انتظار می‌رود اصلاح قیمت‌های انرژی می‌تواند تاثیر چشمگیری در کاهش انتشار در کشور داشته باشد.

هدف این مقاله بررسی میزان تاثیر افزایش قیمت سوخت تحویلی به نیروگاه ها بر  انتشار گازهای گلخانه‌ای و آلاینده در نیروگاه‌ها است.برای این منظور با استفاده از رویکرد پویایی سیستمی میزان انتشار گازهای گلخانه‌ای و آلاینده تحت سناریوهای مختلف مورد ارزیابی قرار می‌گیرد. در ادامه، در قسمت دوم ساختار کلی بازار برق در قالب نمودارهای علّی-معلولی و نمودارهای جریان حالت تشریح شده، ضمن معرفی داده‌های مورد استفاده مقادیر پارامترهای الگوی پیشنهادی تعیین می‌شود. در قسمت سوم نتایج حاصل از شبیه سازی مدل تحت سناریوهای مختلف تجزیه و تحلیل می‌شود. قسمت پایانی به جمع بندی و نتیجه گیری می پردازد.

 

2. مدل پیشنهادی

در این مدل روابط علی- معلولی در انتشار گازهای گلخانه‌ای و آلاینده  توسط نیروگاه ها در چارچوب بازار برق مورد ارزیابی قرار می‌گیرید. به این منظور بازار برق با استفاده از روابط علّی و معلولی در سه بخش شامل تقاضا، تولید و قیمت مدلسازی می‌شود. (نمودار 1). طبعا انتشار آلاینده‌ها در بخش تولید رخ می‌دهد.

 

 

نمودار 9. روابط علّی– معلولی  بازار برق

منبع: مستخرج از پایان‌نامه دکتری

 

در زیرمدل تولید، به توضیح نحوه تصمیم‌گیری تولیدکنندگان برق به‌ویژه تصمیمات مربوط به سرمایه‌گذاری در احداث نیروگاه‌های جدید و بهره‌برداری از نیروگاه‌های موجود می‌پردازیم (نمودار 2).

 

نمودار 10. نمودار علّی– معلولی تولید و سرمایه گذاری نیروگاه‌ها

منبع: مستخرج از پایان‌نامه دکتری

 

همانطور که ملاحظه می شود سرمایه گذاری های جدید نیروگاهی با توجه به پیش‌بینی سرمایه گذار از سود پروژه‌های نیروگاهی انجام می شود که این سود نیز به نوبه خود تحت تاثیر قیمت انتظاری ، هزینه‌های عملیاتی ‌و ضریب بهره‌برداری از نیروگاه است. افزایش قیمت انتظاری و ضریب بهره برداری سود عملیاتی مورد انتظار را افزایش داده و افزایش هزینه‌‌ها  عملیاتی سبب کاهش آن می شود. افزایش سود در مقابل افزایش مورد انتظار سبب افزایش نرخ بازگشت سرمایه و درنتیجه کاهش سرمایه‌گذاری نیروگاهی می شود. هزینه‌‌های  تعمیر و نگهداری و هزینه‌‌های  سرمایه گذاری سبب کاهش نرخ بازگشت سرمایه و درنتیجه کاهش سرمایه‌گذاری نیروگاهی می شود به‌هرحال، افزایش ظرفیت نیروگاهی با دو نوع وقفه مواجه است. زمان لازم برای تقاضای مجوز ساخت و بررسی و دریافت تاییدیه آن وقفه اول و زمان لازم برای انجام سرمایه‌گذاری تاخیر دوم محسوب می‌شود که در مدل لحاظ شده است. با افزایش سرمایه‌گذاری‌، ظرفیت تولید نیروگاه‌ها افزایش می یابد.

بهر‌برداری از نیروگاه‌های موجود برای  تولید برق تابعی از ضریب بهره برداری[2] و ظرفیت نیروگاهی موجود است. ضریب بهره‌برداری با قیمت برق رابطه مستقیم و با هزینه‌های عملیاتی رابطه‌ای معکوس دارد. سرانجام اینکه میزان انتشار آلاینده‌ها و گازهای گلخانه‌ای به حجم تولید نیروگاه‌های حرارتی و ضریب انتشار آلاینده بستگی دارد.

نمودار (3) زیرمدل تقاضا را نشان می‌دهد. براساس این نمودار تغییرات تقاضا تابعی از عوامل قیمتی و عوامل حقیقی در اقتصاد است. قیمت تاثیر منفی و عوامل حقیقی تاثیر مثبت بر تقاضا دارند. افزایش تقاضا به خودی خود سبب افزایش نسبت تقاضا به تولید شده، که این امر افزایش قیمت در بازار برق موجب می‌شود. افزایش قیمت بازار برق تعادلی به نوبه خود کاهش تقاضا را در بازخورد بعد موجب می‌شود.

 

 

نمودار 3. روابط علّی – معلولی تقاضا

منبع: مستخرج از پایان‌نامه دکتری

 

نمودار (3) روابط علّی – معلولی قیمت را نشان می‌دهد. همانطور که ملاحظه می‌شود افزایشتقاضا سبب افزایش نسبت تقاضا به عرضه و در نتیجه افزایش قیمت بازار برق می‌شود. افزایش قیمت تعادلی در نهایت با رعایت سقف قیمت بازار سبب افزایش قیمت متوسط سالیانه بازار برق می‌شود. افزایش قیمت متوسط سالیانه بازار برق از یک طرف سبب کاهش تقاضا و در نهایت کاهش نسبت تقاضا به عرضه و از طرف دیگر سبب افزایش ضریب بهره‌برداری نیروگاهی می‌شود. با ثابت بودن هزینه‌های عملیاتی انواع مختلف نیروگاه‌ها، افزایش ضریب بهره برداری سبب افزایش تولید و کاهش نسبت تقاضا به تولید می‌شود که در نهایت تاثیر منفی بر قیمت بازار برق دارد. بنابراین افزایش قیمت از یک سو سبب کاهش تقاضا و از سوی دیگر سبب افزایش تولید شده، بازار به تعادل بازمی‌گردد.

 

نمودار 11. روابط علّی – معلولی قیمت

منبع: مستخرج از پایان‌نامه دکتری

 

بیان ریاضی روابط علّی – معلولی

در این قسمت اهم روابط علّی و معلولی را که در قسمت قبل معرفی شد، با استفاده از توابع معمول در نرم‌افزار پاورسیم، به زبان ریاضی بیان می‌شود.

میزان تولید نیروگاه نوع iام که در مرحله v از چرخه عمر خود قرار دارد از حاصل ضرب ظرفیت آن در ضریب بهره‌برداری و ساعات کل سال حاصل می‌شود .

(1)                                 [twh/yr]                    Gi,v= Cai,v×CFi,vhr

با توجه به رابطه فوق،  Gi,v تولید کل انواع نیروگاه‌ها و CFi,v، ضریب بهره‌برداری فن‌آوری نیروگاهی نوع iام از مرحله v چرخه عمر و hr تعداد ساعات در طول سال است. همچنین:

(2)                          [twh/yr]                       TG=Im +

(3)                            [twh/yr]                        NG= TG ×( 1- gl)

(4)                                                        [hr/yr]                 Hr=8760

با توجه به روابط فوق، TG تولید کل شبکه، Im واردات‌، NG تولید خالص و gl تلفات شبکه انتقال است.مقدار تولید هر نیروگاه تابعی از ظرفیت و ضریب بهره‌برداری آن نیروگاه است و قیمت بازار برق عامل مهمی در مقدار این ضریب به‌شمار می‌رود.

ضریب بهره‌برداری نیروگاه که بیانگر درصد استفاده از ظرفیت کامل یک نیروگاه در یک دوره زمانی معین را نشان می‌دهد[3]،  تابعی از قیمت بازار، هزینه سوخت، بازده نیروگاه، مالیات و یارانه‌ها است. به طور خلاصه، ضریب ظرفیت را متناسب با  نسبت قیمت بازار برق و معکوس هزینه‌‌های عملیاتی درنظر می‌گیریم. برای حصول نتایج دقیق‌تر، ضریب بهره‌برداری را برای انواع  مختلف نیروگاه و مراحل مختلف چرخه عمر نیروگاه‌های متفاوت درنظر می‌گیریم.

(5)                            

(6)                                                                         %        CFi,v=

(7)                            [Rial /MWh]             Oci,v=

(8)                                           [Mt CO2 / yr]          Emi = Gi ×Eini

(9)                                         [Mt CO2 / yr]       TEmi =  Emi

(10)                                             [kg CO2/MWh]                 Eini =constant

v مراحل مختلف چرخه عمر نیروگاهی (جدید، میانی و قدیم)،P قیمت بازار برق،  هزینه عملیاتی نیروگاه iام از زنجیره v، fciهزینه سوخت نیروگاه نوع iام، Ti اثر مداخلات (مالیات کربن) بر هزینه عملیاتی نیروگاه‌ نوع iام‌، soi یارانه پرداختی به نیروگاه‌ها، efi,v کارایی نیروگاه iام از زنجیره v است. متوسط سالیانه CFi برای برآورد هزینه‌های نهایی بلندمدت استفاده می‌شود. Emi میزان انتشار نیروگاه iام ، Eini شدت انتشار آلودگی و Gi تولید نیروگاه نوع iام است. شدت انتشار بیانگر میزان تولید گازهای گلخانه‌ای و آلاینده  برحسب کیلوگرم برای تولید یک مگاوات ساعت برق است.TEmiمقدار کل انتشار در سال‌ است.

ظرفیت نیروگاهی یکی از متغیرهای مهم در زیر مدل تولید است که دراینجا به توضیح آن می پردازیم. رابطه (11)، حجم سرمایه‌گذاری در حال ساخت در هر دوره زمانی (IVi,t) به ظرفیت نصب شده نیروگاهی(CAi)، درخواست مجوزهای سرمایه‌گذاری جدید متاثر از شاخص (fapi) سودآوری و نرخ سرمایه‌گذاری (EIi) بستگی دارد. نرخ معادل سرمایه‌گذاری بیانگر میزان سرمایه‌گذاری مورد نیاز برای حفظ سهم هر گروه از نیروگاه‌ها در سبد تولیدی شبکه است که با عکس عمر نیروگاه متناسب است. اثر سودآوری بر سرمایه‌گذاری در واحدهای نیروگاهی از نسبت بازگشت سرمایه (ROIi) و حداقل نرخ بازگشت سرمایه RROIi)) برای شروع سرمایه‌گذاری حاصل می‌شود.

(11)                            [MW/yr]             Ivi,t =MIN(pvi,t,CAifapiEIi)

(12)                                                           [MW]                 CAi= Cai, v

(13)                                                                                                        [1/yr]                    EIi = 1/Lfi

(14)                                                                               Pvi,t =Pvi,0+ (pci,t –Ivi,t- prji,t)·dt

(15)    fapi = GRAPH (ROIi/RROIi, ،, {β1, β2 , β3 ,..., βn })

(16)                                                                                               RROIi= 1+Ir

(17)                                                                                               Ir = constant

Ivi,tحجم سرمایه‌گذاری در حال ساخت در هر دوره زمانی،‌EIi نرخ سرمایه‌گذاری تعادلی، CAi ظرفیت نصب شده فعلی نیروگاه iام، fapi ضریب تاثیر شاخص سودآوری بر درخواست مجوزهای سرمایه‌گذاری جدید‌،iβ و iα مقادیر ثابت و داده شده هستند. Lfi دوره عمر نیروگاه نوع iام. با توجه به روابط فوق، pci,t  تایید نهایی نیروگاه نوع iام در دوره، prji,t  مقدار رد شدن طرح‌های نیروگاه نوع iام، pvi,tحجم طرح‌های سرمایه‌گذاری تایید شده و در نهایت Ir نرخ بازگشت داخلی است.

      مهمترین روابط ریاضی زیرمدل قیمت و تقاضا را در قالب علائم مورد استفاده در نرم افزار پاورسیم به صورت زیر می‌توان بیان کرد:

(18)                                             [NOK/MWh]     Peq= P0+

(19)             [Rial/MWh/da]      = [(Peq×(Dt-TG))/ Dt

(20)                                                         [Rial /MWh]     P0 = constant

(21)                 TWh/yr]              Qd= Dt

(22)                                                 [TWh/yr]            t= D0+

(23)                                                        [TWh/yr]              D0=constant

(24)                                            [RIAL/MWh]           Peq= P0+dt

(25)                                             [TWh/yr]        =Dt()

(26)                                                                [1/yr]           =  +

(27)        [RIAL/MWh]            Pfcs = FORECAST(Average Price, 3 yr, 4 yr)

با توجه به روابط فوق، Dtتقاضای سالیانه،  تغییرات تقاضای سالیانه، Peqقیمت تعادلی بازار برق،P0 قیمت اولیه در سال مبنا،  تغییرات قیمت در سال t،نرخ تغییرات تقاضا ناشی از عوامل حقیقی معادل مجموع نرخ رشد جمعیت () و نرخ رشد تولید ملی حقیقی ()، تغییرات تقاضا ناشی از عامل قیمت و AT تعدیل زمانی است. Pfcs پیش‌بینی قیمت در سال‌های آینده است که برای محاسبه آن از دستور پیش‌بینی در نرم‌افزار پاورسیم[4] استفاده می‌‌شود.

 

3. داده‌های مورد استفاده

همانگونه که ملاحظه می‌شود این مدل شامل پارامترهای برونزای متعددی است که مقادیر آنها باید پیش از حل مدل با توجه به وضعیت سالهای سالهای گذشته صنعت برق کشور تعیین شود. عناوین این پارامترها و مقادیر مورد استفاده برای آنها در جدول (1) آمده است.

 

جدول 1. مقادیر  مفروض برای پارامترهای مدل

نام متغیر

علامت اختصاری

مقدار

نام متغیر

علامت اختصاری

مقدار

نرخ تغییرات واقعی تقاضا (درصد)

 

4/6

کشش قیمتی بلندمدتتقاضای برق

EP

86/0-

قیمت2 اولیه بازار برق در سال 88 (ریال بر کیلووات ساعت)

P0

165

سقف قیمت بازار (ریال بر کیلووات ساعت)

Pcei0

500

تقاضای اولیه (تراوات ساعت در سال)

D0

5/167

نرخ رشد سقف قیمت بازار( درصد)

 

1/0

صادرات بر حسب گیگاوات ساعت3

Ex

6152

واردات بر حسب گیگاوات ساعت4

Mp

2068

قیمت صادرات بر حسب ریال بر گیگاوات ساعت

Pex

460

قیمت واردات بر حسب ریال بر گیگاوات ساعت

Pmp

6/232

متوسط راندمان نیروگاه‌ها ( درصد)

ef

2/36

هزینه سوخت تولید یک کیلووات ساعت برق توسط نیروگاه‌های گازی

FCgt

7/17

هزینه سوخت تولید یک کیلووات ساعت برق توسط نیروگاه‌های بخاری

FCst

2/11

هزینه سوخت تولید یک کیلووات ساعت برق توسط نیروگاه‌های سیکل‌ترکیبی

FCcc

8/11

تعداد ساعات سال

FCgt

8760

نرخ رشد قیمت برق طی سالهای 88-80 (درصد)

 

3/7

نرخ رشد تولید ناخالص داخلی

FCcc

4/5

نرخ رشد جمعیت

 

7/1

ماخذ: 1- سایت بانک مرکزی. 2-سایت شرکت مدیریت شبکه برق ایران. 3و4- دفتر روابط برون‌مرزی، شرکت مدیریت شبکه برق ایران

 

اجرای مدل‌های پویایی سیستمی مستلزم دراختیارداشتن  مقادیر اولیه متغیرها در ابتدای دوره شبیه‌سازی است. جدول (2) مقادیر اولیه متغیرهای مدل را نشان می‌دهد:

 

جدول 2. مقادیر اولیه زیرمدلهای تولید، ارزیابی سودآوری سرمایه‌گذاری، فرآیند درخواست مجوز و سرمایه‌گذاری وزنجیره ظرفیت

نام متغیر

علامت اختصاری

گازی

بخاری

سیکل‌ترکیبی

برق‌آبی

بادی

هزینه تعمیر و نگهداری (R/MWh)

O&Mi

1/22599

2/66887

9/32526

3/26712

1/22599

هزینه سوخت تحویلی (R/MWh)

fci

8/17

3/11

8/11

0

0

مجوز درخواست اولیه (MW)

Pappi,0

2230

3555

40183

4877

1959

نرخ سرمایه‌گذاری تعادلی

Eli

05/0

033/0

033/0

02/0

05/0

مدت زمان ساخت نیروگاه‌ها (yr)

Cti

2

5

5

7

3

طول عمر نیروگاه‌ها (yr)

Lfi

20

30

30

50

20

ظرفیت‌های درحال ساخت (MW)

Cui,t

22690

640

17340

4570

1959

شدتانتشار گازهای آلاینده نیروگاهی (گرم بر کیلووات ساعت)

Eini

1068

985

611

0

0

ظرفیت نیروگاه‌ها (MW)

جدید

Nci,t

1694

3250

10479

5422

63

میان سال

Imci,0

5933

4925

0

85

152

قدیمی

Oci,0

3489

7475

0

1914

0

راندمان نیروگاه‌ها3 ( درصد)

جدید

efi,n

9/29

45

47

100

100

میان سال

efi,m

29

39

5/41

100

100

قدیمی

efi,o

25

35

40

100

100

ماخذ: 1- ترازنامه انرژی، وزارت نیرو، 1387. 2- آمار تفصیلی صنعت برق ایران،1387 3- گزارش 41 سال صنعت برق ایران. راندمان هر خوشه از میانگین‌گیری وزنی راندمان ظرفیت‌های نصب شده در آن خوشه محاسبه شده است

 

4. شبیه سازی مدل

در این بخش، روند انتشار گازهای آلاینده‌ و گلخانه‌ای از بخش نیروگاهی کشوردر یک بازه زمانی 10 ساله (1398-1389) شببیه‌سازی می‌شود.

از حل مدل جواب متغیرهای درون‌زای مدل تعیین می‌شود. این مدل دارای بیش از 20 متغیر درونز است که در این جا صرفا نتایج مربوط به متغیرهای انتشار گازهای آلاینده‌ وگلخانه‌ای از بخش نیروگاهی کشور گزارش می شود. ابتدا مدل براساس فرض استمرار روند قیمت های سوخت نیروگاهی در سالهای قبل از 1389 اجرا می‌شود. سپس قیمت سوخت نیروگاه ها با توجه به افزایش قیمت ها در سال 1389 در اجرای مرحله اول قانون هدفمندی یارانه‌ها، تعدیل شده، اثرات آن در میزان  انتشار گازهای گلخانه ای و آلاینده در دوره (98-1389) شبیه سازی می‌شود. نکته قابل ذکر این است که مدل براساس قیمت های ثابت اجراء شده است و به دلیل اینکه فضای تحریم‌ بر عملکرد بازار برق اثر مستقیم ندارد در مدل لحاظ نشده است.

میزان انتشار گازهای آلاینده ‌و گلخانه‌ای از بخش نیروگاهی کشوربه سطح تولید برق و کیفیت نیروگاه های فعال بستگی دارد. بنابراین انتظار می رود در صورت ادامه روند قیمت‌ های پایین سالهای قبل از 1389، رشد بالای تقاضای برق تداوم یافته، انتشار گازهای آلاینده ‌و گلخانه‌ای از بخش نیروگاهی کشور روند نگران‌کننده قبلی را داشته باشد. به هر حال ، با افزایش قیمت سوخت نیروگاهی انتظار می رود ترکیب نیروگاه ها، میزان تقاضای برق و به تبع آن میزان انتشار گازها آلاینده و گازهای گلخانه‌ای تعدیل شود.

در صورت استمرار قیمت های سوخت نیروگاهی در سال های قبل از اجرای مرحله اول قانون هدفمندی، روند انتشار گازهای گلخانه‌ای و آلاینده  با فرض نرخ رشد اقتصادی 4/5 درصد و 8 درصد [5]  در نمودار (5) نشان داده شده است.

 

 

نمودار 12. مقایسه روند انتشار گازهای گلخانه‌ای و آلاینده  در نرخ‌های رشد 4/5 درصد و  8 درصد پیش از اصلاح قیمت‌های سوخت تحویلی به نیروگاه‌ها

منبع: نتایج حاصل از اجرای مدل

 

از اجرای مدل پیشنهاد، روند انتشار گازهای آلاینده و زیست محیطی به دنبال اصلاح قیمت سوخت نیروگاه‌ها با فرض نرخ رشد  اقتصادی 4/5 درصد و 8 درصد و متوسط راندمان نیروگاهی 36%[6] و 45%[7]در افق برنامه‌ریزی (98-1389) در نمودارهای (6) و (7) نشان داده شده است.

 

 

نمودار 13. مقایسه روند انتشار گازهای گلخانه‌ای و آلاینده در نرخ های رشد اقتصادی4/5 درصد و 8 درصد با ارتقاء راندمان نیروگاه‌ها به 38درصد

منبع: نتایج حاصل از اجرای مدل

 

 

نمودار 14. مقایسه روند انتشار گازهای گلخانه‌ای و آلاینده  در نرخ های رشد اقتصادی 5 درصد و 8 درصد با ارتقاء راندمان نیروگاه‌ها به 45 درصد

منبع: نتایج حاصل از اجرای مدل

 

همانطور که ملاحظه می‌شود با توجه به نتایج مدل، پیش بینی می‌شود در صورت استمرار روند گذشته قیمت‌های سوخت تحویلی به نیروگاه‌ها، با فرض نرخ رشد اقتصادی 5 درصد و متوسط راندمان نیروگاهی 38 درصد ، تولید کل شبکه از 233 تراوات ساعت در ابتدای دوره با 4 درصد رشد سالیانه به 327 تراوات ساعت برسید. در این‌صورت میزان انتشار گازهای گلخانه‌ای و آلاینده از 156 میلیون تن در ابتدای دوره با حدود 5 درصد رشد سالیانه به 8/277 میلیون تن برای گازهای گلخانه ای و 175 هزار تن برای گازهای آلاینده در پایان دوره شبیه سازی خواهد رسید. با فرض افزایش نرخ رشد اقتصادی به 8درصد، میزان انتشار آلاینده ها با 11 درصد رشد سالیانه به 360 میلیون تن در پایان دوره شبیه سازی خواهد رسید که از این مقدار 8/359 میلیون تن سهم گازهای گلخانه ای و 227 هزار تن سهم گازهای آلاینده خواهد بود.

در مرحله اول اجرای این قانون قیمت گاز تحویلی به نیروگاه‌ها از 4/49  ریال در هر متر مکعب به 700 ریال در هر متر مکعب افزایش یافته است. قیمت گازوئیل و نفت کوره نیز به ترتیب از 18/59 و 6/30 ریال بر هر لیتر به 2500 و 800 ریال برای هر لیتر افزایش یافته است.

نتایج مدل در پایان دوره شبیه‌سازی نشان می‌دهد با حفظ رشد اقتصادی 4/5 درصد، میزان تولید گازهای گلخانه ای و آلاینده از 156 میلیون تن در ابتدای دوره شبیه‌سازی به 6/261 میلیون تن افزایش خواهد یافت که نسبت به دوره مشابه در صورت عدم اجرای طرح تحول اقتصادی، با کاهش نرخ رشد سالیانه حدود 1درصدی همراه خواهد بود. از این میزان کاهش، سهم گازهای گلخانه‌ای 4/16 میلیون تن و گازهای آلاینده 3/10 هزار تن در سال پایانی دوره شبیه‌سازی خواهد بود.

طبعاً یکی از پارامترهای مهم در پیش‌بینی تولید برق و به طبع آن میزان انتشار گازهای گلخانه ای و آلاینده، نرخ رشد اقتصادی است. در تحلیل سیاستی اولیه نرخ رشد اقتصادی در دوره پیش‌بینی برابر با متوسط نرخ رشد ده سال گذشته (4/5 درصد) فرض شد. حال می‌توان اثرات افزایش نرخ رشد اقتصادی به 8درصد، نرخ رشد هدفگذاری شده در قانون برنامه پنجم توسعه (1394-1390)، را بر میزان انتشار گازهای گلخانه ای و آلاینده بررسی کرد. نتایج اجرای مدل نشان می‌دهد متوسط نرخ رشد انتشار آلاینده‌ها در پایان دوره با 6/10درصد رشد سالیانه در مقایسه با پیش از اصلاح قیمت سوخت تحویلی به نیروگاه ها، به 3/322 میلیون تن خواهد رسید و نسبت به حفظ نرخ رشد 5 درصدی بعد از اصلاح قیمت سوخت حدود 4 درصد (معادل 62 میلیون تن گازهای آلاینده و گلخانه ای) افزایش رشد سالیانه را نشان می‌دهد. . از این میزان کاهش، سهم گازهای گلخانه‌ای 7/37 میلیون تن و گازهای آلاینده 8/23 هزار تن در سال پایانی دوره شبیه‌سازی خواهد بود. بنابراین همانطور که مشاهده می‌شود نرخ رشد اقتصادی به دلیل افزایش تولید انرژی الکتریکی، تاثیر بسیاری بر تولید نیروگاه‌ها و به تبع آن انتشار گازهای گلخانه‌ای و گازهای آلاینده خواهد داشت. خلاصه نتایج مدل برای سال‌های پایانی دوره شبیه‌سازی (1398) در جدول‌های (3) و (4) آمده است.

 

 

جدول 3. اثرات افزایش قیمت سوخت نیرگاهها بر کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای در سال 1398

 

واحد

رشد اقتصادی 5% با متوسط راندمان 38%

رشد اقتصادی 5% با متوسط راندمان 45%

رشد اقتصادی 8% با متوسط راندمان 38%

رشد اقتصادی 8% با متوسط راندمان 45%

میزان انتشار بدون تعدیل قیمت

میلیون تن در سال

8/277

8/279

8/359

3/354

میزان انتشار پس از تعدیل قیمت

میلیون تن در سال

4/261

7/261

1/322

5/323

کاهش انتشار در اثر افزایش قیمت سوخت نیروگاهی

میلیون تن در سال

4/16

1/18

7/37

8/30

منبع: نتایج حاصل از اجرای مدل

 

جدول 4. اثرات افزایش قیمت سوخت نیرگاهها بر کاهش انتشار گازهای آلاینده در سال 1398

در سال 98

واحد

رشد اقتصادی 5% با متوسط راندمان 38%

رشد اقتصادی 5% با متوسط راندمان 45%

رشد اقتصادی 8% با متوسط راندمان 38%

رشد اقتصادی 8% با متوسط راندمان 45%

میزان انتشار بدون تعدیل قیمت

هزار تن در سال

2/175

4/176

8/226

4/223

میزان انتشار پس از تعدیل قیمت

هزار تن در سال

8/164

165

203

204

کاهش انتشار در اثر افزایش قیمت سوخت نیروگاهی

هزار تن در سال

3/10

4/11

8/23

4/19

منبع: نتایج حاصل از اجرای مدل

 

5. جمع بندی و نتیجه‌گیری

در این مقاله به بررسی اثرات اصلاح قیمت سوخت مصرفی نیروگاه‌ها بر میزان انتشار گازهای گلخانه ای و گازهای آلاینده با رویکرد پویایی سیستمی در یک بازه زمانی 10 ساله (1398-1389) می‌پردازیم. ابتدا به پیش بینی روند تولید نیروگاهی در صورت عدم اجرای طرح تحول اقتصادی با قیمت دستوری و در چارچوب مدل می‌پردازیم. با توجه به نتایج مدل، پیش‌بینی می شود تولید کل شبکه از 233 تراوات ساعت در ابتدای دوره با 4 درصد رشد سالیانه به 327 تراوات ساعت خواهد رسید. در این‌صورت میزان انتشار گازهای گلخانه‌ای و آلاینده از 156 میلیون تن در ابتدای دوره با حدود 5 درصد رشد سالیانه به 8/277 میلیون تن برای گازهای گلخانه ای و 175 هزار تن برای گازهای آلاینده در پایان دوره شبیه سازی خواهد رسید. با فرض افزایش نرخ رشد اقتصادی به 8درصد، میزان انتشار آلاینده ها با 11 درصد رشد سالیانه به 360 میلیون تن در پایان دوره شبیه سازی خواهد رسید که از این مقدار 8/359 میلیون تن سهم گازهای گلخانه ای و 227 هزار تن سهم گازهای آلاینده خواهد بود.

سپس میزان انتشار گازهای گلخانه ای و آلاینده حاصل از فعالیت نیروگاه ها را در دوره مورد نظر با فرض اصلاح قیمت سوخت نیروگاه‌ها بر اساس قانون هدفمندی یارانه‌ها و افزایش راندمان نیروگاه هابررسی می‌کنیم. در مرحله اول اجرای این قانون قیمت گاز تحویلی به نیروگاه‌ها از 4/49 در هر متر مکعب به 700 ریال در هر متر مکعب افزایش یافته است. قیمت گازوئیل و نفت کوره نیز به ترتیب از 18/59 و 6/30 ریال بر هر لیتر به 2500 و 800 ریال برای هر لیتر افزایش یافته است.

در تحلیل سیاستی اول با حفظ رشد اقتصادی 4/5 درصدی در یک بازه زمانی ده ساله، میزان تولید آلاینده های زیست محیطی از 156 میلیون تن در ابتدای دوره شبیه سازی به 261 میلیون تن افزایش خواهد یافت که نسبت به دوره مشابه در صورت عدم اجرای طرح تحول اقتصادی، با کاهش نرخ رشد سالیانه همراه خواهد بود از این میزان کاهش، سهم گازهای گلخانه‌ای 4/16 میلیون تن و گازهای آلاینده 3/10 هزار تن در سال پایانی دوره شبیه‌سازی خواهد بود.  با افزایش نرخ رشد اقتصادی به 8درصد، نرخ رشد هدفگذاری شده در قانون برنامه پنجم توسعه (1394-1390)، متوسط نرخ رشد انتشار آلاینده ها در پایان دوره با 6/10 درصد رشد سالیانه در مقایسه با پیش از اجرای قانون هدفمندی یارانه‌ها به 3/322 میلیون تن خواهد رسید و نسبت به حفظ نرخ رشد 5 درصدی بعد از اصلاح قیمت سوخت حدود 4 درصد (معادل 62 میلیون تن گازهای آلاینده و گلخانه ای) افزایش رشد سالیانه را نشان می‌دهد. . از این میزان کاهش، سهم گازهای گلخانه‌ای 7/37 میلیون تن و گازهای آلاینده 8/23 هزار تن در سال پایانی دوره شبیه‌سازی خواهد بود. بنابراین همانطور که مشاهده می‌شود نرخ رشد اقتصادی به دلیل افزایش تولید انرژی الکتریکی، تاثیر بسیاری بر تولید نیروگاه‌ها و به تبع آن انتشار گازهای گلخانه‌ای و گازهای آلاینده خواهد داشت.

 

منابع

الف- فارسی

42 سال صنعت برق ایران در آئینه آمار (1346-1387)

آمار تفصیلی صنعت برق ایران طی سالهای مختلف

ترازنامه انرژی سال‌های مختلف،وزارت نیرو.

منظور، د. ، رضائی، ح. (1389). «پیش بینی تاثیر تغییر قیمت حامل‌های انرژی بر روند تقاضای انرژی الکتریکی با رویکرد پویایی سیستمی»، هشتمین همایش بین المللی انرژی، تهران 

 

ب- انگلیسی

http://data.iea.org/ieastore/statslisting.asp

http://www.cbi.ir/page/2053.aspx

http://www.pep.moe.org.ir

http://www.tavanir.org.ir

Jäger, T., Schmidt, S., Karl, U. (2009). “A system dynamics model for the German electricity market – model development and application”. 27th International Conference of the System Dynamics Society, Albuquerque, New Mexico, July 26 – 30.

Manzoor, D., et al. (2009). “An analysis of energy price reform: A CGE approach”, Gas 7(600): 85.71

Schmitz,S. (2001). “Do Energy Prices Induce Progress in Energy-Related Technology? An Empirical Study”, Discussion Paper Series 26224, Hamburg Institute of International Economics

Sterman J. D. (2006). Business Dynamics. Systems Thinking and Modeling for a Complex World.McGraw-Hill.

Vogstad, K. (2005).  A system dynamics analysis of the Nordic electricity market : The transition from fossil fuelled toward a renewable electricity supply within a liberalized electricity market. PhD thesis 2005:15, Norwegian University of Science and Technology, Trondheim.

 

 

 

 

 



* دانشیار دانشگاه امام صادق علیه السلام- دانشکده اقتصاد                                                                                   manzoor@isu.ac.ir

** دانشجوی دکتری دانشگاه امام صادق علیه السلام                                                                                               Hrezaee@isu.ac.ir

[1]. POWERSIM

[2]. ضریب بهره برداری (capacity factor) بیانگر درصد  استفاده از ظرفیت کامل نیروگاه در یک دوره زمانی معین است.

[3]. تراز نامه انرژی- فصل تعریف مفاهیم

[4]. FORECAST

[5]. نرخ رشد 4/5 درصد را براساس متوسط نرخ رشد سالهای 83 الی88  لحاظ شده است و نرخ رشد 8 درصد نیز نرخ هدف‌گذاری شده برنامه پنجم توسعه در نظر گرفته شده است.

 

[6]. متوسط وزنی راندمان نیروگاه‌های گازی، سیکل ترکیبی و بخاری در ابتدای دوره شبیه‌سازی

[7]. متوسط راندمان جهانی نیروگاه‌ها

الف- فارسی

42 سال صنعت برق ایران در آئینه آمار (1346-1387)

آمار تفصیلی صنعت برق ایران طی سالهای مختلف

ترازنامه انرژی سال‌های مختلف،وزارت نیرو.

منظور، د. ، رضائی، ح. (1389). «پیش بینی تاثیر تغییر قیمت حامل‌های انرژی بر روند تقاضای انرژی الکتریکی با رویکرد پویایی سیستمی»، هشتمین همایش بین المللی انرژی، تهران 

 

ب- انگلیسی

http://data.iea.org/ieastore/statslisting.asp

http://www.cbi.ir/page/2053.aspx

http://www.pep.moe.org.ir

http://www.tavanir.org.ir

Jäger, T., Schmidt, S., Karl, U. (2009). “A system dynamics model for the German electricity market – model development and application”. 27th International Conference of the System Dynamics Society, Albuquerque, New Mexico, July 26 – 30.

Manzoor, D., et al. (2009). “An analysis of energy price reform: A CGE approach”, Gas 7(600): 85.71

Schmitz,S. (2001). “Do Energy Prices Induce Progress in Energy-Related Technology? An Empirical Study”, Discussion Paper Series 26224, Hamburg Institute of International Economics

Sterman J. D. (2006). Business Dynamics. Systems Thinking and Modeling for a Complex World.McGraw-Hill.

Vogstad, K. (2005).  A system dynamics analysis of the Nordic electricity market : The transition from fossil fuelled toward a renewable electricity supply within a liberalized electricity market. PhD thesis 2005:15, Norwegian University of Science and Technology, Trondheim.