بررسی راه‌های افزایش بهره‌وری در نیروگاه‌های گازی در ایران

نویسندگان

1 استادیار اقتصاد دانشکده مدیریت و اقتصاد دانشگاه تربیت مدرس sadeghih@modares.ac.ir

2 استادیار اقتصاد دانشکده مدیریت و اقتصاد دانشگاه تربیت مدرس

3 دانشجوی کارشناسی ارشد اقتصاد انرژی دانشکده مدیریت و اقتصاد دانشگاه تربیت مدرس

چکیده

رشد روزافزون تقاضای مصرف انرژی الکتریکی، احداث نیروگاه­های جدید را اجتناب­ناپذیر می­کند. با توجه به سهم عمده نیروگاه­های حرارتی از جمله نیروگاه­های گازی در تولید برق کشور، احداث این نیروگاه­ها از اهمیت ویژه­ای برخوردار است. از آنجایی که هزینه احداث نیروگاه­ها بسیار بالا می­باشد می‌بایست بهره­وری نیروگاه­های موجود را افزایش داد و در مرحله بعد احداث نیروگاه جدید در نظرگرفته شود. یکی ازمهم‌ترین شاخص‌ها در صنعت برق راندمان نیروگاه‌هاست که معمولاً از دغدغه‌های صنعت برق و نیروگاه‌سازی در دنیاست تا بتوان با بالا بردن آن تا حد ممکن، جوابگوی نیاز برق مصرفی بود و هدررفت انرژی را به حدی منطقی رساند. این مقاله اثر عمر نیروگاه­ها را بر راندمان آنها بررسی می­نماید. ضریب کشش تابع برای این متغیر 07/0 بدست آمد ولی با رابطه عکس با راندمان و در کنار آن سایر عوامل اثرگذار بر افزایش بهره­وری، نیروگاه­های گازی را مورد بررسی قرار می­دهد. از جمله عوامل اثرگذار بر بهره­وری این نوع نیروگاه­ها، هزینه سوخت یا میزان سوخت مصرفی و عمر نیروگاه­ها و میزان تولید آنهاست. در این تحقیق از داده­های پنل 34 نیروگاه گازی در ایران برای 4 سال (1390-1387) استفاده می­شود.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Examination of the Factors Affecting the Efficiency of Gas Power Plants

نویسندگان [English]

  • Hossein Sadeghi 1
  • Alireza Naseri 2
  • Leila Shahriari 3
چکیده [English]

Due to the growing demand for electricity it is inevitable to have new power plants. Given the large share of electricity production in thermal power plants, construction of gas burning power plants have particular importance. Because of the high construction cost of the new plants, it is advisable to start with improvement of the efficiency in the existing and plates. One important index in electricity industry, is the efficiency of power plants which concerns all the powerplants in the world. In order to increase it as much as possible, and reduce the loss of energy to a reasonable degree, this paper examined the performance impact of plant life and obtained 0.07 of electricity coefficient for the variable. We also examined other factors related to efficiency. Among the factors influencing efficiency of this type of power plants, the cost of fuel and average plant life and volume of production of electricity were also important. In this study a panel data from 34 gasplants in Iran was used for a period of 4 years (2008-2011). 

کلیدواژه‌ها [English]

  • Energy Efficiency
  • efficiency in gas powerplants
  • elasticity of average plant life
  • average plant life

بررسی راه­های افزایش بهره­وری در نیروگاه­های گازی در ایران

حسین صادقی*، علیرضا ناصری** و لیلا شهریاری***

 

تاریخ دریافت: 9 مهر 1392                                                تاریخ پذیرش: 21 اسفند 1392

 

چکیده

رشد روزافزون تقاضای مصرف انرژی الکتریکی، احداث نیروگاه­های جدید را اجتناب­ناپذیر می­کند. با توجه به سهم عمده نیروگاه­های حرارتی از جمله نیروگاه­های گازی در تولید برق کشور، احداث این نیروگاه­ها از اهمیت ویژه­ای برخوردار است. از آنجایی که هزینه احداث نیروگاه­ها بسیار بالا می­باشد می‌بایست بهره­وری نیروگاه­های موجود را افزایش داد و در مرحله بعد احداث نیروگاه جدید در نظرگرفته شود. یکی ازمهم‌ترین شاخص‌ها در صنعت برق راندمان نیروگاه‌هاست که معمولاً از دغدغه‌های صنعت برق و نیروگاه‌سازی در دنیاست تا بتوان با بالا بردن آن تا حد ممکن، جوابگوی نیاز برق مصرفی بود و هدررفت انرژی را به حدی منطقی رساند. این مقاله اثر عمر نیروگاه­ها را بر راندمان آنها بررسی می­نماید. ضریب کشش تابع برای این متغیر 07/0 بدست آمد ولی با رابطه عکس با راندمان و در کنار آن سایر عوامل اثرگذار بر افزایش بهره­وری، نیروگاه­های گازی را مورد بررسی قرار می­دهد. از جمله عوامل اثرگذار بر بهره­وری این نوع نیروگاه­ها، هزینه سوخت یا میزان سوخت مصرفی و عمر نیروگاه­ها و میزان تولید آنهاست. در این تحقیق از داده­های پنل 34 نیروگاه گازی در ایران برای 4 سال (1390-1387) استفاده می­شود.

 

واژه‌های کلیدی: بهره­وری انرژی، نیروگاه گازی، عمر متوسط.

طبقه‌بندی JEL: L95، H21.

 

1. مقدمه

صنعت برق امروزه به عنوان موتور رشد و توسعه سایر بخش­ها قلمداد می­شود. این صنعت مهم و سرمایه­بر می­باشد. در کشور ما و کشورهای در حال توسعه، بدون سرمایه­گذاری مناسب در توسعه صنعت برق نمی­توان صحبت از توسعه اقتصادی کرد. میزان رشدی که برای صنعت برق در برنامه‌های دولت در نظر گرفته می­شود حاکی از اهمیت نقشی است که این صنعت در توسعه اقتصادی آینده کشور ایفا می­کند.

صنعت برق به دلیل نقش زیربنایی و ارتباط تنگاتنگ با عوامل مؤثر بر رشد اقتصادی، صنعتی پویا و تأثیرگذار است و افزایش کارایی و بهره­وری در آن از اهمیت فوق­العاده­ای برخوردار است. بخش تولید برق که همان نیروگاه­ها هستند، سرمایه­برترین و مهمترین بخش در صنعت برق می‌باشد. میانگین بازده نیروگاه­های گازی براساس نوع و مدت زمان بهره­برداری از 33 درصد تا 38 درصد متغیر است که در صورت تبدیل آنها به سیکل ترکیبی می­توان راندمان این واحدها را به نزدیک 50 درصد رساند. در صورتی که بتوان همه راهکارهای موجود را برای افزایش بازده نیروگاه­ها بکار گرفت، راندمان این تأسیسات به بیش از 45 درصد نیز قابل افزایش است.

نیروگاه­هایی که از ترکیب چند سوخت برای تولید برق استفاده می­کنند، از راندمان بالاتری نسبت به سایر نیروگاه­های متکی به یک نوع سوخت برخوردارند. علاوه بر این، نیروگاه­هایی که از گاز طبیعی بیشتری استفاده می­کنند، از راندمان بالاتری برخوردار هستند (خواجوی، 1387).

در این مقاله، ابتدا به پیشینه­ای از مطالعات داخلی و خارجی انجام شده پرداخته می­شود و سپس در بخش­های بعدی به بررسی وضعیت نیروگاه­های گازی و مفاهیم بهره­وری انرژی وکارایی انرژی پرداخته می­شود و درآخر تابع و مدل مورد نظر برای عوامل مؤثر بر راندمان نیروگاه­ها بررسی می­شود.

 

2. پیشینه

الف) مطالعات داخلی انجام شده مرتبط با موضوع

امامی میبدی (1391) در مقاله­ای بیان کرده است که برای تولید برق می­توان تکنولوژی­های مختلفی را مورد استفاده قرار داد. انتخاب ترکیب مناسب تکنولوژی برای تولید برق تأثیر مستقیمی بر میزان سوخت مصرفی دارد. از میان مولدهای مختلف، انواع چرخه ترکیبی و گازی ساده، بیش از نیمی از انرژی برق کشور را تولید می­کنند. مزیت اصلی مولدهای چرخه ترکیبی در مقایسه با مولدهای گازی ساده، راندمان بالاتر یا مصرف سوخت کمتر است. این مطالعه به مقایسه دو مولد فوق پرداخته و یافته­های تحقیق نشان می­دهد در سطح قیمت­های یارانه­ای سوخت، تبدیل نیروگاه گازی به چرخه ترکیبی و یا احداث مولدهای تجدیدپذیر برای تولید فاقد توجیه اقتصادی است.

حسینعلی­پور (1388) در مقاله بررسی اقتصادی بازتوانی نیروگاه بخار در مقایسه با احداث نیروگاه گازی، به بررسی نقش پارامترهای تأثیرگذار در تعیین خصوصیات سیستم تبدیل انرژی بازتوانی به عنوان روشی تجربه­شده و تعمیم­پذیر که می­تواند راهکار مؤثری برای احیاء شبکه نیروگاه­های بخار کشور باشد، پرداخته است. با توجه به حجم قابل توجه سرمایه­گذاری آتی صنعت برق کشور برای ساخت نیروگاه­های گازی، هزینه برق تولیدی این نوع از نیروگاه­ها را با روشهای بازتوانی مقایسه نموده است.

الهامی امیری (1384) در مقاله­ای به بررسی  راندمان نیروگاه­های سیکل ترکیبی پرداخته و اثر گرمایش مجدد هوای خروجی از توربین­های گازی را بر آن بررسی نمود. نتیجه این مشاهدات این بودکه تأثیر دمای محیط روی دمای خروجی توربین گازی و نیز تأثیر استفاده از سیستم فاگ[1] در شرایط مختلف آب و هوایی متفاوت است و برخی عوامل مانند کاهش دمای هوای محیط در طول سال و نیز استفاده از سیستم های خنک­کن در هوای ورودی به توربین­های گازی، باعث تقلیل دمای گازهای خروجی از توربین گازی می­گردند. علاوه بر این مسئله، عدم کارکرد توربین­های گازی در بار پایه نیز در کاهش دمای گازهای خروجی از آنها نقش بسزایی دارند.

امامی میبدی (1388) در مقاله اندازه­گیری کارایی فنی و بهره­وری در نیروگاه­های بخاری وگازی و سیکل ترکیبی، به بررسی کارایی فنی نیروگاه­ها در سال 1386 و بهره­وری نیروگاه­ها از سال 86-1381 برای 26 نیروگاه حرارتی پرداخته است. نتایج نشان داد که ناکارایی مقیاس بیشترین تأثیر را روی ناکارایی فنی دارد. رشد بهره­وری تمام نیروگاه­های مورد نظر طی سال­های مورد بررسی به طور متوسط معادل 5/1 درصد بوده است و تأثیرگذارترین عامل در تغییرات بهره­وری، تغییرات تکنولوژیکی معرفی شده است.

بهادری­نژاد (1380) در مقاله­ای به تأثیر سرد کردن هوای ورودی به کمپرسور با ذخیره­سازی فصلی آب سرد در لایه­های آبدار زیرزمینی در افزایش توان و بازده نیروگاه­های گازی پرداخته است. از این طریق که در روزهای سرد سال، آب موجود در لایه آبدار زیرزمینی به بالا پمپ شده  و با استفاده از آن هوای محیط خنک می­گردد و دوباره به زیر زمین تزریق می­شود. در این روش با وجود هزینه پایین نصب و نگهداری آن، از کارایی بالایی نیز برخوردار است.

بهدشتی (1383) افزایش ظرفیت واحدهای گازی نیروگاه زاهدان را به وسیله سیستم خنک‌کننده فاگ مورد بررسی قرار داده است. در این سیستم علاوه بر افزایش قدرت خروجی توربین، مزایای دیگری از قبیل کاهش مصرف سوخت و افزایش بازده و کاهش آلاینده­های موجود در اگزوز نیز دارد.

ب) مطالعات خارجی

کی­یونگ[2] (2011) در مقاله­ای به استفاده از سیستم خنک­کننده فاگ برای توربین­های گازی اشاره کرده است به این صورت که برای افزایش توان خروجی از توربین­های گاز و بهبود کارایی توربین­های گاز در فصل­های گرم سال از سیستم خنک­کننده هوا استفاده می­شود که اثرات قابل توجهی بر کارایی توربین­های گازی دارد.

سوزان فرگوسن[3] (2010) در مقاله­ای به بررسی راه­های بهبود کارایی در نیروگاه­ها با استفاده از جذب کربن پرداخته است. برای این کار لازم است که تقاضای انرژی کاهش یابد، چه از لحاظ حرارتی و چه از نظر الکتریکی. در کل می­بایست در انجام تغییرات و بهبود کارایی، سیستم و طراحی نیروگاه را مورد توجه قرار داد.

فرانس ون آرت[4] (2010) در مقاله­ای به بررسی عوامل مؤثر بر راندمان انرژی در نیروگاه­های مختلف پرداخته است و میزان راندمان نیروگاه­ها را به عوامل مختلفی نسبت داده است، از جمله نوع تولید نیروگاه، طراحی نیروگاه، شرایط خود نیروگاه و شرایط محیطی.

هیونگ جونگ[5] (2012) در مقاله­ای به بررسی عامل مؤثر بر افزایش قدرت خروجی و بهبود کارایی توربین گاز براساس کاهش دما و خنک کردن هوای ورودی در دوره­های گرمای هوا پرداخته است.

مارگاریتا جنیوس[6] (2012) در مقاله­ای به اندازه­گیری رشد بهره­وری در نیروگاه­های بخار تولید برق پرداخته است و برای این منظور از یک چارچوب نظری برای تجزیه و تحلیل عامل بهره­وری جزیی و اندازه­گیری فنی ناکارآمدی  استفاده نموده است.

3. وضعیت نیروگاه­های گازی

نیروگاه گازی به نیروگاهی گفته می­شود که بر مبنای سیکل گاز کار می­کند و از سیکل­های حرارتی محسوب می­گردد. یعنی سیال عامل کار یک گاز می­باشد و عامل انتقال و تبدیل انرژی گازی است مانند هوا، اما در نیروگاه­های بخار عامل انتقال  بخار مایع می­باشد. قدرت نیروگاه­های گازی از 1Mw و تا بیش از 100Mw  نیز ساخته می­شود.

از آنجایی که نیروگاه­های گازی برای پیک بار مناسب هستند نمی­توان با تبدیل همه نیروگاه‌های گازی به سیکل ترکیبی مشکل را حل کرد. راه حل­های دیگری در این میان برای افزایش راندمان نیروگاه­ها مناسب به نظر می­رسد که به برخی از آنها اشاره می­شود:

-        سرد کردن و خنک کردن توربین نیروگاه گازی

-      از رده خارج کردن نیروگاه­های قدیمی که با این کار متوسط عمر نیروگاه­های گازی افزایش می­یابد و نشان­دهنده راندمان بالاتر این نیروگاه­ها خواهند بود.

-        شناسایی نیروگاه­های فرسوده و تعمیرات اساسی آنها یا از رده خارج کردن آنها

-        احداث نیروگاه­های گازی جدید برای بالا رفتن متوسط عمر نیروگاه­ها

مزیت نیروگاه گازی:

  1. سادگی آن: تمام تجهیزات روی یک شافت سوار است.
  2. ارزان بودن: چون تجهیزات آن کم است.
  3. سریع­النصب است.
  4. کوچک است: در سکوهای نفتی که نیاز به  تولید برق زیادی می­باشد باید از نیروگاه گازی استفاده کرد تا جای کمتری بگیرد.
  5. احتیاج به آب ندارد: در سیکل اصلی نیروگاه نیاز به آب نیست اما در تجهیزات جنبی مثلاً برای خنک کردن هیدروژن بکار رفته جهت سرد کردن ژنراتور در سرعت­های  بالا نیاز به آب است.
  6. راه­اندازی این نیروگاه سریع است.

یک نیروگاه بخار را بعد از راه­اندازی نباید خاموش کرد، اما نیروگاه گازی بدین صورت است که صبح می­توان روشن کرد و آخر شب خاموش نمود. همچنین نیروگاه گازی بسیار مناسب برای بارپیک است اما نیروگاه بخار برای بارپیک نامناسب می­باشد (مپنا، شرکت مدیریت پروژه­های نیروگاهی ایران).

معایب:

  1. آلودگی محیط زیست
  2. عمرکم:  فرسوده شدن توربین و کمپرسور
  3. استهلاک زیاد: پره توربین، پره کمپرسور 
  4. راندمان کم

دلایل راندمان پایین:

الف) خروج دود با دمای زیاد

ب) حدود 3/1 توان توربین صرف کمپرسور می­شود. بنابراین در نیروگاه گازی برای استفاده درازمدت اصلاً جایز نیست چرا که هزینه مصرف سوخت، گران است.

  1. امکان استفاده از سوخت جامد فراهم نیست (مانند زغال سنگ) چرا که بلافاصله پره‌های رتور پر از دود می­شود (گزارش معاونت روابط کار، 1389).

اگر زمان بهره­برداری بالای 2000 ساعت در سال باشد نیروگاه بخار و اگر زمان بهره­برداری در سال بالای 5000 ساعت باشد، نیروگاه آبی استفاده می­شود. در کشور ما مصرف­کننده عمده برق، بخش خانگی است (60% ) و حدود 30% برق صنعتی است. در نتیجه 50 % نیروگاه­های کشور باید هر شب روشن شود؛ بنابراین قسمت عمده برق تولیدی ما باید از نوع نیروگاه گازی باشد. نیروگاه گازی را به دلیل ارزانی درکارخانجات نیز می­توان بکار برد. نیروگاه گازی را در نیروگاه اتمی نیز به کار می­برند و از آن در جهت سرد کردن راکتور استفاده می­شود به این ترتیب که هوای داغ و فشرده شده به نیروگاه گازی داده می­شود که برق مصرفی نیروگاه اتمی را تأمین می‌کنند.

در نیروگاه­های گازی جهت افزایش راندمان روش­هایی اتخاذ می­شود:

  1. با دود خروجی هوای ورودی به اتاق را گرم می­کند: سیکل پیچیده­تر شده اما راندمان بالا می­رود.
  2. استفاده از کمپرسور دو مرحله­ای 

بالاترین راندمان چیزی در حدود 35% است که نیروگاه دارای کمپرسور دو مرحله­ای، توربین دو مرحله­ای و پیش­گرم­کن می باشد.

عیب اصلی نیروگاه­های گازی در عدم استفاده گسترده در باردهی سیستم برای این نیروگاه­ها، پایین بودن راندمان چرخه این نیروگاه­ها است که نیاز به سیکل ترکیبی برای بالا بردن راندمان می‌باشند. عیب دیگر آنها این است که سازگاری در استفاده از سوخت­های جامد را ندارند. انتظار نمی­رود که طول مدت استفاده از نیروگاه­های گازی بیش از 1000 تا 2000 ساعت در سال باشد. علاوه براین برای استفاده از آنها در ساعات پیک بار نیاز به وجود سیستم مجهز نیروگاه بخار در کنار سیستم می­باشد.     

 در این مقاله سعی بر این است تا عوامل مؤثر بر راندمان این نوع  نیروگاه­ها مورد بررسی قرار گیرد. در ابتدا با توجه به تئوری­های مورد بحث چند متغیر را مورد بررسی قرار داده و سپس مدل  براساس متغیرهای معنادار توصیف  می­شوند.

 

4. مبانی نظری

از آنجا که منابع یک کشور عموماً محدود می­باشد، افزایش بهره­وری یک ضرورت برای ارتقای استاندارد زندگی یک ملت به شمار می­رود. به طوری که در جهان کنونی، بهره­وری به نوعی موتور توسعه اقتصادی و صنعتی تلقی شده و در اقتصاد تمامی کشورها، ارتقای بهره­وری به اولویتی ملی تبدیل شده است. بهره­وری امکان تولید ستانده مناسب با کیفیت بالاتر را فراهم می‌سازد و این امر در میزان قدرت رقابت در بازارهای داخلی و خارجی مؤثر است. به طور کلی در سطح کلان یک کشور، افزایش بهره­وری منجر به افزایش رشد اقتصادی و کنترل نرخ تورم، افزایش قدرت رقابت اقتصادی، افزایش درآمد سرانه، کاهش هزینه­ها و افزایش سودآوری، استفاده بهینه از منابع و افزایش تولید ناخالص ملی و ... می­شود.

در کشور ما نیز طی سال­های اخیر اهمیت بهره­وری مورد توجه قرار گرفته است و اهداف کمی برای بهره­وری جزیی و کلی عوامل تولید در برنامه­های پنج­ساله توسعه در نظر گرفته شده است. این تحقیق می­تواند در ترسیم سیاست­های کلان اقتصادی به طور غیرمستقیم برای دستیابی به رشد اقتصادی بیشتر مؤثر باشد.

آنچه در صنعت برق همواره مورد توجه بوده است بهره­برداری بهینه و کارایی اقتصادی می‌باشد و در صنعت برق افزایش قیمت مواد سوختی، رشد سریع جمعیت و افزایش شدت مصرف انرژی به اهمیت آن در این بخش افزوده است. حال نیروگاه برق به عنوان تولیدکننده انرژی الکتریسیته که منابع بسیاری را به خود اختصاص می­دهد تا چه حد توانسته برای تولید برق از نهاده کمتری استفاده کند؟

تولید همواره مستلزم داشتن عوامل تولید است. افزایش تولید از دو روش افزایش عوامل تولید و استفاده بهتر از عوامل تولید با اتخاذ مدیریت بهتر بر این منابع و بکارگیری روش­های جدیدتر در ترکیب آنها قابل حصول است. یکی از راه­های بهینه­سازی ترکیب عوامل تولید، استفاده از مفاهیم کارایی و بهره­وری می­باشد.

این مقاله براساس روش بهره­وری کلی و در حالت پارامتریک برای تابع تولید تعریف می­شود و سپس براساس آن بیان می­شود که چه عواملی در این مورد، بر بهره­وری اثر داشته­اند که در نهایت با تعمیم به داده­های پنل و استفاده از مدل اثرات ثابت، ضرایب مدل بدست آمدند.

بهره­وری انرژی: بهره­وری انرژی از تقسیم ارزش افزوده و یا ستاده­های ایجاد شده در طول یکسال مالی به ارزش انرژی مصرف شده برای تولید کالاها و خدمات در طول یکسال مشخص حاصل می­شود. اقلام انرژی مصرفی شامل برق، گاز مایع، گاز طبیعی، گازوئیل، نفت سفید، نفت سیاه، زغال سنگ و هیزم و چوب است. این شاخص نشان می­دهد که در قبال هر واحد انرژی مصرف شده چه میزان ارزش افزوده حاصل شده است.

از آنجایی که تولید تابعی از نیروی کار و سرمایه و انرژی و تکنولوژی است، ما با استفاده از این تابع تولید، تابع راندمان و عوامل مؤثر بر راندمان نیروگاه­های گازی را تصریح می­کنیم:

= تولیدF  (نیروی کار، سرمایه، انرژی، تکنولوژی)

در اینجا از هزینه سوخت به عنوان عامل انرژی استفاده می­شود و عمر نیروگاه­ها را به عنوان تعریفی از عامل پیشرفت فنی بکار می­بریم و برای تکنولوژی عامل راندمان را بکار می­بریم.

 

5. معرفی متغیرهای مدل

متغیرهای اصلی که وارد مدل خواهند شد به صورت زیر می­باشد:

 

E= کارایی یا راندمان نیروگاه­ها

A= عمر نیروگاه­ها

PR= رشد تولید تجمعی نیروگاه

OC= هزینه تعمیر و نگهداری

  • · راندمان: با توجه به اینکه انرژی حرارتی یک کیلووات ساعت برق به طور ثابت 860 کیلوکالری است، بازده واحدها یا نیروگاه­های حرارتی از طریق فرمول زیر بدست می­آید: (آمار تفصیلی وزارت نیرو، سال 1388)

راندمان حرارتی به درصد= (860 تقسیم بر انرژی حرارتی مصرفی به ازای یک کیلووات ساعت برق تولید شده) × 100

  • · عمر: متوسط عمر مفید نیروگاه­های گازی در ایران 25 سال در نظر گرفته شده است که اگر بتوان متوسط عمر را پایین آورد برای افزایش راندمان نیروگاه­های گازی بسیار تأثیرگذار است.

هدف این مقاله بررسی رابطه بین عمر نیروگاه­ها و راندمان آنها است که با توجه به سایر عوامل اثرگذار بر راندمان، آنها نیز در مدل وارد شده­اند، از جمله:

  • · رشد تولید تجمعی: تغییرات جمع انرژی تولیدی مولدهای برق یک نیروگاه که در طی یک دوره زمانی معین مثلاً یکسال روی پایانه خروجی مولدها برحسب کیلووات ساعت یا مگاوات ساعت اندازه­گیری می­شود (آمار تفصیلی وزارت نیرو).

در اینجا از رشد تولید تجمعی سال­های مختلف به عنوان یک متغیر اثرگذار بر راندمان بحث می­شود و انتظار می­رود با کاهش نرخ رشد تولید تجمعی در سال­های مختلف، راندمان کاهش یابد.

البته با توجه به ترازنامه انرژی سال 90، اکثر نیروگاه­ها با گذشت زمان از سال 80 تا 90 با افزایش عمرکاری توربین­ها، متوسط تولیدشان کاهش یافته است و متوسط رشد سالانه تولید نیروگاه­ها برای 10 سال گذشته منفی بوده است که این خود نشان­دهنده این مسئله است که با افزایش عمر نیروگاه­ها، تولید نیروگاه­ها کاهش می­یابد.

  • · هزینه تعمیر و نگهداری: از آنجا که کل هزینه تولید شامل هزینه سوخت و هزینه استهلاک و هزینه لوازم عرضه تولید و هزینه تعمیر و نگهداری است ولی تاکنون روشی معرفی نشده است که بتواند هزینه­های غیر از هزینه تعمیر و نگهداری را به صورت تابعی از راندمان (توان خروجی) بیان کند. در این مدل فقط از هزینه تعمیر و نگهداری به عنوان عاملی مؤثر بر راندمان بهره می­گیریم.

تفاوت بار درخواستی در ساعات مختلف موجب می­شود میزان بهره­برداری از مولدهای مختلف در طول سال کاملاً با هم متفاوت باشد. بنابراین از آنجایی که راندمان و هزینه متغیر مولدهای مختلف با هم متفاوت است، این موضوع موجب تفاوت هزینه تأمین برق در ساعات مختلف می­شود. گرچه راندمان بالای یک مولد تولید برق موجب کاهش هزینه سوخت می­شود با این حال راندمان بالاتر به صورت رایگان حاصل نمی­شود. در یک مدل بهینه­یابی، می­باید ارزش سوخت صرفه­جویی شده با هزینه سرمایه­گذاری برای حصول به راندمان بالاتر مقایسه  شود. به عبارت دیگر ارزش سوخت صرفه­جویی شده یکی از ملاک­های انتخاب تکنولوژی تولید برق محسوب می­شود. بدیهی است با ثبات سایر شرایط، بین میزان استفاده از یک مولد در طول سال و صرفه­جویی ناشی از بهبود راندمان آن، یک رابطه مستقیم وجود دارد (امامی میبدی، 1391).

 

6. برازش مدل

با توجه به متغیرهایی که معرفی کردیم شکل تابعی مدل به صورت زیر است:

 

از آنجایی که برای نشان دادن شدت اثر عوامل بر راندمان، به کشش هر متغیر نیاز داریم، نمی­توان از فرم خطی تابع استفاده کرد. دراینجا از فرم نمایی برای تصریح مدل استفاده می­کنیم:

 

این مدل با روش حداقل مربعات معمولی و برای داده­های سال 1390-1387 به صورت پنل تخمین زده می­شود. تکنیک­های مورد استفاده برای تخمین مدل­هایی با این گونه داده­ها با استفاده از روش حداقل مربعات معمولی عبارتند از:

-          مدل اثرات ثابت

-          مدل اثرات تصادفی

در روش اثرات ثابت باید جمله عرض از مبدأ طی زمان ثابت باشد درحالی که در روش اثرات تصادفی عرض از مبدأ می­تواند طی زمان تغییر پیدا کند. بنابراین به منظور انتخاب میان دو روش اثرات ثابت و تصادفی برای تخمین داده­های انباشته شده از آزمونی که توسط هاسمن ارائه شده استفاده می­کنیم.

فرضیه صفر: روش اثرات تصادفی کاراتر است.

فرضیه متقابل: روش اثرات ثابت کاراتر است.

چنانچه آماره آزمون محاسبه شده بزرگتر از  جدول باشد فرضیه صفر رد می­شود یعنی برابری برآوردهای این روش رد می­شود. به این مفهوم که تفاوت در عرض از مبدأ مقاطع مختلف به صورت تصادفی نمی­باشد پس اثرات تصادفی مناسب نیست.

 

جدول 1. نتیجه آزمون هاسمن برای انتخاب بین اثر تصادفی و اثر ثابت

Prob

Chi-sq d.f

Chi-sq statistic

Test summery

0284/0

3

065570/9

Period random

 

با توجه به نتایج بدست آمده از روش اثرات ثابت می­توان استفاده کرد زیرا prob مسئله کمتر از یک دهم است.

آماره  یا ضریب تعیین به عنوان معیار خوبی برازش خط رگرسیون استفاده می­شود. به بیان دیگر می­توان گفت که  نسبت یا درصدی از تغییرات کل درمتغیر وابسته را که توسط متغیرمستقل X توضیح داده می­شود، بدست می­دهد (گجراتی، 1378). البته این آماره به تنهایی قابل اطمینان نیست و ممکن است متغیرهای کاذب باعث بالا رفتن مقدار این آماره شود. بنابراین باید در کنار آن به  یا ضریب تعیین تعدیل­یافته نیز توجه کرد. اگر اختلاف این دو آماره زیاد نباشد کاذب بودن متغیرهای بکار رفته مردود است.

در اینجا آماره  برابر با 64 درصد بدست آمده است که نشانگر توضیح­دهندگی نسبتاً بالای مدل بوده است. آماره F و t نیز در این مدل بسیار مناسب می­باشند.

 

جدول 2. نتایج تخمین مدل

متغیر

ضریب

t-statistic

prob

عمر نیروگاه (A)

0779/0-

52/9-

0

رشد تولیدتجمعی

0646/0

69/8

0

هزینه سوخت

00444/0-

19/1-

0034/0

ضریب ثابت

07792/3

47/49

0

 

 

با توجه به ضرایب بدست آمده می­توان گفت که افزایش عمر نیروگاه­ها باعث کاهش راندمان آنها می­شود و ضریب عمر نیروگاه که در اینجا برابر با (0779/0-) می­باشد نشانگر کشش عمر نیروگاه نسبت به راندمان آن است یعنی با ازای یک درصد کاهش در عمر نیروگاه­ها راندمان آنها تا حدود 7صدم درصد افزایش می­یابد. درکنار این متغیر، متغیرهای رشد تجمعی تولید نیروگاه و هزینه تعمیر و نگهداری نیز وجود دارند. ضریب متغیر تولید نیروگاه مثبت بدست آمده که بیانگر رابطه مستقیم تولید و راندمان نیروگاه می­باشد. هزینه تعمیر و نگهداری نیز طبق فرضیه­های مدل با راندمان رابطه عکس دارد که هرچه هزینه تعمیر و نگهداری افزایش یابد نشانگر این است که راندمان نیروگاه­ها پایین­تر است.

این مقاله به دنبال یافتن میزان اثر عمر متوسط نیروگاه­ها بر راندمان آنها بود که با توجه به مطالعات پیشین و بررسی­های انجام شده، یکسری متغیرهای اثرگذار بر راندمان نیروگاه­ها تعریف شد و معناداری آنها بررسی شد. بحث دیگر اینکه عمر نیروگاه­ها در ایران بالاست و به بیش از 30 سال می­رسند و بسیاری از نیروگاه­های گازی با راندمان پایین تولید می­کنند و بنابراین باید به دنبال راه حل مناسب بود. مثلاً نیروگاه گازی سمنان و بندرعباس و درود جز نیروگاه­هایی هستند که با راندمان بسیار پایین تولید می­کنند بنابراین باید با راه حل­هایی در جهت افزایش راندمان آنها برآمد مثلاً با از رده خارج کردن نیروگاه­های قدیمی و جایگزینی آنها با نیروگاه­های جدید در جهت افزایش راندمان آنها برآمد.

به منظور افزایش راندمان نیروگاه­های کشور، می­بایست بسیاری از نیروگاه­های قدیمی را از مدار خارج نمود؛ اما این امر تأمین برق کشور را دچار اختلال می­نماید بنابراین می­بایست با اقدامات موازی راندمان نیروگاه­ها را افزایش داد.

7. نتیجه­گیری و پیشنهادات

در این مقاله مهمترین متغیرهای اثرگذار بر راندمان نیروگاه­ها مورد بررسی قرار گرفتند که از بین آنها عمر نیروگاه و هزینه تعمیر و نگهداری و میزان تولید نیروگاه معنادار بودند. در این میان، متغیر عمر نیروگاه و هزینه سوخت رابطه عکس با راندمان نیروگاه داشتند و میزان تولید با راندمان رابطه مستقیم داشت و با یک تخمین اقتصاد سنجی به مقایسه رابطه­ها پرداخته شد.

به منظور افزایش راندمان نیروگاه­های کشور، می­بایست بسیاری از نیروگاه­های قدیمی را از مدار خارج نمود؛ بنابراین می­­توان با اقدامات موازی راندمان نیروگاه­ها را افزایش داد که این کار به بومی­سازی و وارد شدن تکنولوژی­های جدید کمک می­کند.

از آنجایی که نیروگاه­های گازی برای پیک بار مناسب هستند نمی­توان با تبدیل همه نیروگاه‌های گازی به سیکل ترکیبی مشکل را حل کرد. راه حل­های دیگری در این میان برای افزایش راندمان نیروگاه­ها مناسب به نظر می­رسد که به برخی از آنها اشاره می­شود:

-         سرد کردن و خنک کردن توربین نیروگاه گازی

-      از رده خارج کردن نیروگاه­های قدیمی که با این کار متوسط عمر نیروگاه­های گازی افزایش می­یابد و نشان­دهنده راندمان بالاتر این نیروگاه­ها خواهند بود.

-         شناسایی نیروگاه­های فرسوده و تعمیرات اساسی آنها یا از رده خارج کردن آنها

-         احداث نیروگاه­های گازی جدید برای بالا رفتن متوسط عمر نیروگاه­ها

 

منابع

الف- فارسی

امامی میبدی، علی و کیومرث حیدری (1391)، «بررسی تبدیل نیروگاه­های گازی ساده به چرخه ترکیبی و تأثیر آن بر میزان مصرف سوخت فسیلی»، پژوهشهای اقتصادی، سال 12، شماره 3، پاییز 1391، صص 46-25.

امامی میبدی، علی، افقه، مرتضی و محمدحسین رحمانی صفتی (1388)، «اندازه­گیری کارایی فنی و بهره­وری در نیروگاه­های گازی، بخاری و سیکل ترکیبی»، اقتصاد مقداری، دوره 6، شماره 3، پاییز 1388، صص 103-79.

بهادری­نژاد، مهدی و فرهاد بهافرید، «افزایش توان و بازده نیروگاه­های گازی با سرد کردن هوای ورودی به کمپرسور با ذخیره­سازی فصلی آب سرد در لایه­های آبدار زیرزمینی».

بهدشتی، علی، ابراهیم­پور، حمید، سرگلزایی غلامرضا و فرشید ذبیحیان، «افزایش ظرفیت واحدهای گازی نیروگاه زاهدان بوسیله سیستم خنک­کننده فاگ»، بیست و یکمین کنفرانس بین­المللی برق، صص 801-791.

حسینعلی­پور، مصطفی و عبدا... مهرپناهی (1388)، «بررسی اقتصادی بازتوانی نیروگاه­های بخار در مقایسه با احداث نیروگاه­های گازی»، نشریه انرژی ایران، سال 12، شماره 32، زمستان 1388. صص 61-41.

خواجوی، علی و سلیمان قاسمیان (1387)، «بررسی میزان اتلاف انرژی در فرایند تبدیل، توزیع و انتقال برق کشور»، اقتصاد انرژی، شماره 107، مهر 1387.

رحمانی، بهرام (1381)، برآورد و تحلیل کارایی و بهره­وری نیروگاه­های حرارتی برق کشور با استفاده از روش DEA و SFA، پایان­نامه کارشناسی ارشد رشته توسعه اقتصادی و برنامه‌ریزی، دانشگاه تبریز.

سخنور، محمد (1390)، اصلاح ساختار شرکت­های توزیع برق جهت ارتقای کارایی در ایران»، رساله دکتری رشته اقتصاد دانشگاه تربیت مدرس.

مرزبان،حسین، اکبریان، رضا و علی قاسمی (1384)، «بررسی تقاضا برای انواع سوخت و جایگزینی بین آنها در نیروگاه­های حرارتی تولید برق کشور (1380-1353)»، فصلنامه پژوهشهای اقتصادی، شماره 16، تابستان 1384.

الهامی امیری، علیرضا، «اثرات گرمایش مجدد هوای خروجی از توربین­های گازی بر روی راندمان نیروگاه­های سیکل ترکیبی»، نامه مکانیک شریف، سال 8، شماره 24، صص 59-52.

 

ب- انگلیسی

Frans van Aart (2003), Energy Efficiency in IPPC installations October 21, Vienna.

Jūratė Jaraitė & Corrado Di Maria (2012), “Efficiency, Productivity and Environmental Policy: A Case Study of Power Generation in the EU”, Energy Economics, No. 34, PP. 1557-1568.

Konstantinos Kounetas, Ioannis Mourtos & Konstantinos Tsekouras (2012), “Measuring Efficiency and Productivity Change in Power Electric Generation”, Energy Economics, No. 34, PP. 930-941.

Kyoung Hoon Kim a, Hyung-Jong Ko a, Kyoungjin Kim a & Horacio Perez-Blanco (2012), “Analysis of Water Droplet Evaporation in a Gas Turbine Inlet Fogging Process”, Applied Thermal Engineering, PP. 33-34 & PP. 62-69.

Margarita Genius, Spiro E. Stefanou & Vangelis Tzouvelekas (2012), “Measuring Productivity Growth under Factor non-substitution: An Application to US Steam-electric Power Generation Utilities”, European Journal of Operational Research, No. 220, PP. 844-852.

P.Chiesa and E. Macchi (2004), “A Thermodynamic Analysis of Different Option to Break 60% Electric Efficiency in Combined Cucle Power Plants”, ASME j.of Eng, for Gas Turbin & Power, P. 770.

Sepehr Sanaye & Mojtaba Tahani (2012), “Analysis of Gas Turbine Operating Parameters with Inlet Fogging and wet Compression Processes”, Applied Thermal Engineering, No. 30, PP. 234-244.

 

 



* استادیار اقتصاد دانشکده مدیریت و اقتصاد دانشگاه تربیت مدرس                                                   sadeghih@modares.ac.ir

** استادیار اقتصاد دانشکده مدیریت و اقتصاد دانشگاه تربیت مدرس                                                      nasseri@modares.ac.ir

*** دانشجوی کارشناسی ارشد اقتصاد انرژی دانشکده مدیریت و اقتصاد دانشگاه تربیت مدرس                                                           

 L_shahryari_67@yahoo.com

[1]. Fog

[2]. Kyoung (2011)

[3]. Souzan Fergousen (2010)

[4]. France Van Art (2010)

[5]. Heung Jong (2012)

[6]. Margarita Jenius (2012)

الف- فارسی

امامی میبدی، علی و کیومرث حیدری (1391)، «بررسی تبدیل نیروگاه­های گازی ساده به چرخه ترکیبی و تأثیر آن بر میزان مصرف سوخت فسیلی»، پژوهشهای اقتصادی، سال 12، شماره 3، پاییز 1391، صص 46-25.

امامی میبدی، علی، افقه، مرتضی و محمدحسین رحمانی صفتی (1388)، «اندازه­گیری کارایی فنی و بهره­وری در نیروگاه­های گازی، بخاری و سیکل ترکیبی»، اقتصاد مقداری، دوره 6، شماره 3، پاییز 1388، صص 103-79.

بهادری­نژاد، مهدی و فرهاد بهافرید، «افزایش توان و بازده نیروگاه­های گازی با سرد کردن هوای ورودی به کمپرسور با ذخیره­سازی فصلی آب سرد در لایه­های آبدار زیرزمینی».

بهدشتی، علی، ابراهیم­پور، حمید، سرگلزایی غلامرضا و فرشید ذبیحیان، «افزایش ظرفیت واحدهای گازی نیروگاه زاهدان بوسیله سیستم خنک­کننده فاگ»، بیست و یکمین کنفرانس بین­المللی برق، صص 801-791.

حسینعلی­پور، مصطفی و عبدا... مهرپناهی (1388)، «بررسی اقتصادی بازتوانی نیروگاه­های بخار در مقایسه با احداث نیروگاه­های گازی»، نشریه انرژی ایران، سال 12، شماره 32، زمستان 1388. صص 61-41.

خواجوی، علی و سلیمان قاسمیان (1387)، «بررسی میزان اتلاف انرژی در فرایند تبدیل، توزیع و انتقال برق کشور»، اقتصاد انرژی، شماره 107، مهر 1387.

رحمانی، بهرام (1381)، برآورد و تحلیل کارایی و بهره­وری نیروگاه­های حرارتی برق کشور با استفاده از روش DEA و SFA، پایان­نامه کارشناسی ارشد رشته توسعه اقتصادی و برنامه‌ریزی، دانشگاه تبریز.

سخنور، محمد (1390)، اصلاح ساختار شرکت­های توزیع برق جهت ارتقای کارایی در ایران»، رساله دکتری رشته اقتصاد دانشگاه تربیت مدرس.

مرزبان،حسین، اکبریان، رضا و علی قاسمی (1384)، «بررسی تقاضا برای انواع سوخت و جایگزینی بین آنها در نیروگاه­های حرارتی تولید برق کشور (1380-1353)»، فصلنامه پژوهشهای اقتصادی، شماره 16، تابستان 1384.

الهامی امیری، علیرضا، «اثرات گرمایش مجدد هوای خروجی از توربین­های گازی بر روی راندمان نیروگاه­های سیکل ترکیبی»، نامه مکانیک شریف، سال 8، شماره 24، صص 59-52.

 

ب- انگلیسی

Frans van Aart (2003), Energy Efficiency in IPPC installations October 21, Vienna.

Jūratė Jaraitė & Corrado Di Maria (2012), “Efficiency, Productivity and Environmental Policy: A Case Study of Power Generation in the EU”, Energy Economics, No. 34, PP. 1557-1568.

Konstantinos Kounetas, Ioannis Mourtos & Konstantinos Tsekouras (2012), “Measuring Efficiency and Productivity Change in Power Electric Generation”, Energy Economics, No. 34, PP. 930-941.

Kyoung Hoon Kim a, Hyung-Jong Ko a, Kyoungjin Kim a & Horacio Perez-Blanco (2012), “Analysis of Water Droplet Evaporation in a Gas Turbine Inlet Fogging Process”, Applied Thermal Engineering, PP. 33-34 & PP. 62-69.

Margarita Genius, Spiro E. Stefanou & Vangelis Tzouvelekas (2012), “Measuring Productivity Growth under Factor non-substitution: An Application to US Steam-electric Power Generation Utilities”, European Journal of Operational Research, No. 220, PP. 844-852.

P.Chiesa and E. Macchi (2004), “A Thermodynamic Analysis of Different Option to Break 60% Electric Efficiency in Combined Cucle Power Plants”, ASME j.of Eng, for Gas Turbin & Power, P. 770.

Sepehr Sanaye & Mojtaba Tahani (2012), “Analysis of Gas Turbine Operating Parameters with Inlet Fogging and wet Compression Processes”, Applied Thermal Engineering, No. 30, PP. 234-244.