نشریه تخصصی مهندسی صنایع، دوره 46، شماره 1، فروردین ماه 1391، از صفحه 63 تا 75 ارائه مدل عرضه انرژي ایران با هدف کاهش گازهاي گلخانهاي

عالیه کاظمی*1، محمدرضا مهرگان2 و حامد شکوري گنجوي3 1 استادیار گروه مدیریت صنعتی- دانشکده مدیریت- دانشگاه تهران
دانشیار گروه مدیریت صنعتی- دانشکده مدیریت- دانشگاه تهران
دانشیار گروه مهندسی صنایع- پردیس دانشکدههاي فنی- دانشگاه تهران
(تاریخ دریافت 11/4/90، تاریخ دریافت روایت اصلاح شده 23/6/90، تاریخ تصویب 19/1/91 )

چکیده
این تحقیق با استفاده از تکنیکهاي تحقیق در عملیات، به ارائه یک مدل ریاضی براي تخصیص بهینه منابع نفت و گاز طبیعی کشور به بخشهاي مختلف شامل خانگی- تجاري، حمل و نقل، صنایع، کشاورزي، صادرات، تزریق به مخازن نفتی و نیروگاهها به عنوان تولیدکننده انرژي ثانویه پرداخته است. تخصیص بهینه منابع انرژي به مصرفکنندگان نهایی طی سالهاي 1390 تا 1400، با استفاده از یک مدل برنامه-ریزي خطی و با هدف کاهش گازهاي گلخانهاي انجام شده است. از دادههاي مربوط به سالهاي 1346 تا 1387 براي پیش بینی تقاضاي انرژي بخشهاي مختلف مصرف و بررسی اعتبار مدل استفاده شده است. نتایج حاصل از این تحقیق، براي برنامهریزي مناسب درباره تخصیص بهینه منابع انرژي کشور، راهکارهاي علمی مناسبی را در اختیار تصمیمگیران قرار میدهد.

واژه هاي کلیدي: تخصیص منابع انرژي، کاهش گازهاي گلخانهاي، برنامهریزي خطی

مقدمه
انرژي از عواملی است که در اکثر فعالیتهاي اقتصادي مورد استفاده قرار میگیرد. امنیـت ملـی اکثـر کشـورهاي جهان نیز در گرو دسترسی مطمئن به انرژي اسـت . از ایـن رو آینده تولید و مصرف حاملهاي انرژي و کـاربرد بهینـه آن اهمیت خاص دارد. عمـده انـرژي مصـرفی در ایـران از سـوختهـاي فسـیلی و از نفـت و گـاز (3/99% در سـال 1387) است. با توجه به محدودیتهاي مربوط به افـزایش تولیـد نفـت خـام و گـاز طبیعـی، رشـد فزاینـده مصـرف فرآوردههاي نفتی و گاز، وابستگی اقتصاد و بودجه عمـومی به درآمدهاي حاصل از فروش نفت خام و مالکیـت نسـل -هاي آینده بر منابع طبیعی، لزوم بهینه سازي در بخشهاي عرضه و تقاضاي نفـت و گـاز کشـور ، واقعیتـی انکارناپـذیر است[1].
Email: [email protected] ، 88006477 :نویسنده مسئول: تلفن: 61117771 ، فاکس *

افزایش دماي زمین در دهه هاي اخیر باعث بروز مشکلات پیشبینی نشده در زندگی انسانها شده است که از آن جمله میتوان به وقوع سیلابها، طوفانهاي شدید، ذوبشدن یخهاي قطبی و بالا آمدن آب دریاها و اقیانوس ها و به دنبال آن به زیر آب رفتن قسمتی از خشکیها، فرسایش مناطق ساحلی، کوچ اجباري انسانها و حتی تشدید بیماريها اشاره کرد. یکی از مهم ترین عوامل گرمایش زمین، انتشار گازهاي گلخانهاي در جو است که بر اثر فعالیتهاي بشر ایجاد شده است. مجموعه مسایل و مشکلات یادشده باعث شده است تا مقابله با آثار مخرب فعالیت هاي انسان در محیط زیست، از دغدغههاي مهم جهانی به شمار آید، به نحوي که یافتن راهکارهایی براي کاهش یا رفع این خسارتها، بخش مهمی از گفت وگوها و مذاکرات بین دولت ها را تشکیل میدهد. نقطه عطف این گفتوگوها در کنوانسیون تغییرات آب و هوا با نام کنوانسیون ساختاري سازمان ملل درباره تغییرات آب و هوایی در سال 1992 متجلی شده و به عنوان منشور همکاري هاي جامعه بینالملل براي مقابله با تغییرات آب و هوایی به تصویب اکثر کشورهاي جهان رسیده است. در این زمینه قراردادهایی براي کاهش انتشار گازهاي گلخانهاي وجود دارد که از آن جمله میتوان به پیمان کیوتو اشاره کرد. این قرارداد، کشورهاي صنعتی را متعهد میکند که میزان انتشار گازهاي گلخانهاي خود را تا سال 2012 به میزان 2/5 درصد کمتر از میزان انتشار آن در سال 1990 برسانند. ایران نیز از سال 1996 به عضویت این کنوانسیون درآمده است[2]. در این راستا تحقیق حاضر با هدف کاهش انتشار گازهاي گلخانهاي به طراحی مدل ریاضی مناسب براي تخصیص بهینه نفت و گاز کشور پرداخته است.
تا کنون مدلهاي ریاضی زیادي براي تخصیص بهینه منابع انرژي ارائه شده است. برخی از مدلهاي موجود انرژي مانند مسیج (مدل جایگزین هاي سیستم هاي عرضه انرژي و اثرات کلی زیست محیطی آنها) و تایمز به بهینهسازي سیستم انرژي می پردازند. اکثر این مدلها فرضیه هایی دارند که استفاده از آنها را براي ایران با مشکل مواجه میکند. به عنوان مثال در مدل تایمز در رابطه با همه کالاها، فرض بازار رقابتی کامل در نظر گرفته شده است و قیمت، از ایجاد تعادل در بازارهاي جزئی به دست می آید. البته در مدل تایمز اشاره شده است که براي شرایطی که این فرض صدق نمیکند، می توان با استفاده از محدودیت هاي اضافی این مشکل را رفع کرد. با توجه به اینکه تقریباً همه حاملهاي انرژي در ایران توسط دولت عرضه میشود و فرض بازار تعادلی در رابطه با آنها صدق نمیکند، باید محدودیتهاي بسیاري به مدل اضافه کرد.
بدین ترتیب محدودیت هاي ذکرشده به قدري زیاد خواهد شد که شاید ساختار مدل را تحت تأثیر قرار دهد. از جمله موارد دیگري که استفاده از این مدلها را در ایران با مشکل مواجه خواهد کرد، نیاز به وروديهاي متنوع و فراوان است که متأسفانه در ایران دادههایی با این جزئیات وجود ندارد. از این رو، ناچار باید در اغلب موارد از داده هاي تخمینی استفاده کرد؛ با توجه به این نکته که تعداد اینگونه دادهها به قدري زیاد است که در نهایت اعتبار داده هاي ورودي دچار مشکل شده است و نمیتوان به نتایج مدل اطمینان کافی داشت. به نظر می رسد براي استفاده از مدلهاي انرژي نیاز است ابتدا نیازمنديهاي دادههاي مدل تهیه شود و طی چند سال اقدام به جمع-آوري دادههاي ذکرشده کرد و پس از تهیه دادههاي مورد نیاز، مدل را مورد استفاده قرار داد. بنابراین استفاده از مدلهاي انرژي، مستلزم داشتن زیرساختهایی نظیر داده هاي آماري است[3].
محققان با استفاده از تکنیکهاي تحقیق در عملیات نیز به تخصیص بهینه منابع مختلف انرژي در بخشهاي مختلف مصرف پرداختهاند. در سال 1998، مژر و همکاران مدل تخصیص منابع انرژي به مصرفکنندگان نهایی بخش خانگی در لبنان را با استفاده از برنامهریزي آرمانی چند-هدفه توسعه دادند[4]. اگراوال و سینف، در سال 2001، مدل انرژي پخت و پز در خانوارهاي هند را با استفاده از برنامهریزي چندهدفه فازي فرمول بندي کردند[5]. در سال 2003، برگر و آنتونز مدل برنامهریزي اقتصادي انرژي با استفاده از تصمیمگیري چندهدفه فازي را فرمول بندي کردند[6]. صادقی و حسینی، مدل برنامه ریزي عرضه انرژي در ایران را با استفاده از برنامه ریزي خطی فازي در سال 2006 توسعه دادند[7]. همچنین در سال 1388، شاهحسینی در پایاننامه دکتراي خود، تخصیص گاز طبیعی در حوزههاي مختلف مصرف شامل مصارف خانگی- تجاري و عمومی، مصارف صنعتی، مصارف نیروگاهی، صادرات و تزریق گاز به مخازن نفتی را مورد مطالعه قرار داد[8]. محقر و همکاران نیز در سال 1389 با شناسایی شاخصهاي مهم درباره اولویت بندي مصرف گاز و تعیین وزن نسبی آنها و با استفاده از روش تصمیمگیري چندشاخصه 1TOPSIS به اولویتبندي تخصیص گاز به بخشهاي مختلف مصرف پرداخته اند و سپس با استفاده از روش برنامهریزي آرمانی سهم بهینه بخشهاي مختلف مصرف را مشخص کردهاند[9].
در این تحقیق با استفاده از تکنیکهاي تحقیق در عملیات و با در نظرگرفتن منافع زیست محیطی، به طراحی مدل ریاضی تخصیص بهینه نفت و گاز طبیعی به بخش-هاي مختلف مصرف پرداخته شده است. در این تحقیق، بخشهاي عرضه و تقاضا، بخشهاي مختلف مصرف و حاملهاي مختلف انرژي به طور همزمان مورد توجه قرار گرفتهاند. در ادامه در بخش 2، سیستم مرجع انرژي و در بخش 3، مدل ریاضی تخصیص منابع نفت و گاز طبیعی به بخشهاي مختلف مصرف ارائه شده است. در بخش 4، مدل ریاضی پیشنهادي، حل و نتایج مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفته است. در بخش 5 نیز نتیجهگیري و پیشنهادها ارائه شده است.

2- سیستم مرجع انرژي
شکل (1) سیستم مرجع انرژي کشور را نشان می دهد. همان گونه که ملاحظه می شود، انرژي اولیه شامل نفت خام، گاز طبیعی غنی و سایر (برق آبی و بادي، سوخت-هاي سنتی و …) است. انرژي که در داخل کشور وارد سیستم عرضه می شود، پس از تصفیه و فرآورش به حامل-هاي انرژي تبدیل میشود تا براي تبدیل به انرژي ثانویه یا نهایی مصرف شود. بخشهاي مصرف کننده نهایی شامل خانگی- تجاري (شامل بخش خانگی، بخش تجاري و بخش عمومی)، صنعت، حمل و نقل و کشاورزي

شکل 1: سیستم مرجع انرژي

هستند و نیروگاهها نیز از حاملهاي مختلف انرژي براي خانگی- تجاري، صنعت، حمل و نقل و کشاورزي تخصیص تولید برق استفاده می کنند. داد. همچنین می توان میزان مشخصی از برق را صادر کرد.
نفت خام استخراج شده از مخازن نفتی را مـی تـوان
به شکل خام صادر کرد و یا پس از ارسال به پالایشگاههاي 3- مدل ریاضی تخصیص منابع نفت و گاز نفت و تبدیل آن بـه فـرآورد ههـاي نفتـی بـه بخـش هـاي طبیعی به بخش هاي مختلف مصرف
مختلف مصرف شامل خانگی- تجاري، صنعت، حمل و نقل با توجه به سیستم مرجع انرژي، در این بخش مدل و کشاورزي تخصیص داد. همچنین میتوان فـرآورده هـاي ریاضی تخصیص منابع نفت و گاز طبیعی به بخشهاي نفتی را صادر کرد و یا به نیروگاههاي حرارتی بـرا ي تولیـد مختلف مصرف طراحی میشود. متغیرها، پارامترها، تابع برق ارسال کرد. در صورت نیاز، واردات فرآوردههاي نفتـی هدف و محدودیتهاي مدل ذکرشده به این شرح است:
نیز انجام میشود.
گاز غنی پس از ارسال به پالایشگاههاي گاز، به گاز 3 -1 – متغیرهاي مدل
سبک تبدیل میشود. گاز سبک موجود را میتوان به (xco(T: میزان نفت خام که در سالT به فرآوردههاي بخشهاي مختلف مصرف شامل خانگی- تجاري، صنایع و نفتی تبدیل می شود. (میلیون بشکه)
حمل و نقل تخصیص داد. همچنین میتوان بخشی از گاز (Eo (T)، Ec (T و(Eb (T: میزان صادرات نفت خام، سبک را به صادرات تخصیص داد و یا براي ازدیاد برداشت (میلیون بشکه)، فرآوردههاي نفتی و بنزین (میلیون بشکه نفت خام به مخازن نفت، تزریق کرد. معادل نفت خام) در سالT
سایر انرژيها شامل سوخ تهاي سنتی مورد استفاده (Io(T : میزان واردات فرآوردههاي نفتی به غیر از بنزین در روستاها در بخش خانگی- تجاري و انرژيهاي در سالT (میلیون بشکه معادل نفت خام)
تجدیدپذیر براي تولید برق در نیروگاهها هستند. (Ib(T: میزان واردات بنزین در سالT (میلیون بشکه بـرق تولیدشــده توسـط نیروگــاههـاي حرارتــی و معادل نفت خام)
تجدیدپذیر را میتوان به بخش هاي مختلف مصرف شـامل (xoa (T) ، xot (T) ، xoi (T) ، xor (T و (xop (T: میزان فرآوردههاي نفتی تخصیص داده شده به بخشهاي
خانگی- تجاري، صنعت، حمل و نقل، کشاورزي و نیروگاه-U : حد بالا ها در سالT (میلیون بشکه معادل نفت خام) m: انتشار گازهاي گلخانهاي
(xgn(T: میزان گاز سبک تزریقی به مخازن نفتی در f: راندمان سالT (میلیون بشکه معادل نفت خام) z: هدف
(Eg (T: میزان صادرات گاز طبیعی در سالT (میلیون w: تلفات بشکه معادل نفت خام)
(Ig (T: میزان واردات گاز طبیعی در سالT (میلیون 3 -3 – پارامترهاي مدل
بشکه معادل نفت خام) (c(T: میزان تولید نفت خام در سالT (میلیون بشکه)
(xgt(T) ، xgi(T) ، xgr(T و(xgp(T : میزان گاز (T)o: میزان تولید فرآوردههاي نفتی در سالT (میلیون بشکه معادل نفت خام)
ممم((طصعععبنااایTTعددد))عeeلللت ی IنننE ، فففت: ح: خمتتتممی یصزلیخخخاز ااااونمممن ن)))ص ق و ادصارلا ددداوهر ا نتیشت ربد وبرهگر ابقهقه ه بداد رخرد ر سسشااسهالالليT TT خ (ا((نمممیگییلللییییوو-و ننتن بببجاششرشکککيههه ، بن(((ف((مشیTTلTکTت))ی) )ه1eو خegRمان:: ع: م: ماب)م میدیمیشز یاززلکاا زنانهننف ب نمتترعتوو لال تقیید وخلپاددلی مبنگ)درفسا ز اق تزگ ا دطزربخح ای ذعمسا)طیبف ل ی تغعلنTفیا ی( متدی سارلنب یتوقساکان لل ب دوشرT کت (وه مزسیمیالععیلا وددTلرن
(xet (T)، xei (T) ، xer (T و (xea (T: میــزان بــرق سالT (میلیون بشکه معادل نفت خام)
تحخمصلی و نص قدال دوه کششداهو برزه بي خدر شهساالي خTا ن(گمییلی- وتنج ابرشيک، ه صمـعنـعادتل، (Da (T) ، Dr(T) ، Di (T) ، Dr(T و (Dp(T : میزان
نفت خام) تقاضاي انرژي بخشهاي خانگی- تجاري، صنعت، حمل و نقل، کشاورزي و نیروگا هها در سالT (میلیون بشکه
3 -2 – تعریف اندیسها و حروف معادل نفت خام)
r: بخش خانگی – تجاري (Dot(T) ، Doi (T) ، Dor(T و (Doa (T : میزان تقاضاي i: بخش صنعت فرآوردههاي نفتی بخشهاي خانگی- تجاري، صنعت، t: بخش حمل و نقل حمل و نقل و کشاورزي در سالT (میلیون بشکه معادل a: بخش کشاورزي نفت خام)
p: نیروگاهها (Dgt (T)، Dgi(T)، Dgr(T و (Dgp(T : میزان تقاضاي c: نفت خام گاز طبیعی بخش هاي خانگی- تجاري، صنعت، حمل و o: فرآوردههاي نفتی نقل و نیروگاهها در سالT (میلیون بشکه معادل نفت
b: بنزین خام)
E: صادرات (Det (T) ، Dei (T) ، Der(T و(Dea (T : میزان تقاضاي I: واردات برق بخشهاي خانگی- تجاري، صنعت، حمل و نقل و e: برق کشاورزي در سالT (میلیون بشکه معادل نفت خام) R: گاز غنی (fo(T: راندمان پالایشگاههاي نفت در سالT (درصد) g: گاز سبک (fg (T: راندمان پالایشگاههاي گاز در سالT (درصد) n: تزریق به مخازن نفتی (f p(T: راندمان نیروگاهها در سالT (درصد) T: زمان (سال) (w(T: تلفات انتقال و توزیع برق در سالT (درصد)
s: سایر انرژيها (برق آبی و بادي، سوختهاي سنتی) moa ، mot ،moi ،mor وmop : متوسط انتشار گازهاي D: تقاضا گلخانهاي حاصل از مصرف فرآوردههاي نفتی در بخشهاي
خانگی- تجاري، صنعت، حمل و نقل، کشاورزي و نیروگاه ها (میلیون تن معادل دياکسیدکربن به میلیون بشکه معادل نفت خام)
mgt ،mgi ،mgr وmgp : متوسط انتشار گازهاي گلخانهاي حاصل از مصرف گاز طبیعی در بخشهاي خانگی- تجاري، صنعت، حمل و نقل و نیروگاهها (میلیون تن معادل دياکسیدکربن به میلیون بشکه معادل نفت خام)
msr: متوسط انتشار گازهاي گلخانهاي حاصل از مصرف سوخت هاي سنتی در بخش خانگی- تجاري (میلیون تن معادل دي اکسیدکربن به میلیون بشکه معادل نفت خام) (Usr (T: حد بالاي مصرف سوختهاي سنتی در بخش خانگی- تجاري در سالT (میلیون بشکه معادل نفت خام)
(Ugt(T: حد بالاي مصرف گاز طبیعی در بخش حمل و نقل در سالT (میلیون بشکه معادل نفت خام) (zb(T: ضریب تولید بنزین از پالایشگاههاي نفت کشور در سال T (درصد)
(pbt (T: درصد استفاده از بنزین در بخش حمل و نقل
(از کل انرژي مورد استفاده در این بخش) در سال T
(psp(T: درصد تأمین برق با انرژيهاي تجدیدپذیر در سال T

3 -4 – تابع هدف
با افزایش میزان گازهاي گلخانهاي، متوسط درجه حرارت رو به افزایش بوده که بر محیط زیست تأثیر خواهد گذاشت؛ چرا که گازهاي گلخانهاي در جو، حرارت متصاعد شده از زمین را جذب کرده و به اصطلاح به تله میاندازند.
برخی از گازهاي گلخانهاي نظیر دياکسیدکربن از راه احتراق سوختهاي هیدروکربوري و فعالیت جامعه بشري در فضا پراکنده میشود و برخی دیگر مانند گازهاي ترکیبات فلوري به طور انحصاري از فعالیتهاي بشري تولید می شود. متان از دیگر گازهایی است که روي درجه حرارت محیط اثر گذاشته و جزو گازهاي گلخانهاي به شمار میآید. متان در طی فرایند تولید زغالسنگ، نفت و گاز آزاد میشود. گاز متان همچنین از منابعی نظیر فضولات زنده حیوانی و دورریز کشاورزي نیز منتشر می-شود و با فساد و پوسیدن زبالههاي ارگانیک نیز در فضا پراکنده میشود. از دیگر گازهاي گلخانه اي میتوان اکسید نیتروژن که از فعالیتهاي بخش هاي حمل و نقل، کشاورزي و صنعتی آزاد می شود را نام برد[1]. با مصرف هر یک از حامل هاي انرژي شامل فرآورده هاي نفتی (ضریب انتشار گازهاي گلخانهاي حاصل از مصرف فرآوردههاي نفتی در بخشهاي مختلف مصرف با توجه به ضریب انتشار گازهاي گلخانهاي مربوط به هر فرآورده نفتی و میانگین درصد مصرف آن طی 5 سال اخیر محاسبه شده است)، گاز و سوخت هاي سنتی در بخش-هاي مختلف مصرف، مقدار مشخصی گازهاي گلخانهاي
شامل 2CH4 ،CO وN2O انتشار مییابد. ضریب انتشار گازهاي گلخانهاي در تابع زیر معادل دياکسیدکربن است که با در نظر گرفتن مقدار انتشار دي اکسیدکربن (2CO) و معادل دي اکسیدکربن براي 4CH وN2O محاسبه شده است. بنابراین تابع هدف، مینیمم کردن مجموع میزان انتشار گازهاي گلخانهاي حاصل از مصرف حاملهاي مختلف انرژي در بخشهاي مختلف را مورد توجه قرار داده است:
Minz(T)  morxor(T) mgrxgr(T) (1) msrxsr(T)moixoi(T) mgixgi (T) motxot (T) mgt xgt(T)moaxoa(T)
mopxop(T)mgpxgp(T)

3 -5 – محدودیتهاي مدل
محدودیتهاي مدل شامل محدودیتهاي تعادل، تقاضا و حدود بالا و پایین متغیرها به شرح زیر است:

3-5-1- محدودیتهاي تعادل محدودیتهاي تعادل شامل محدودیتهاي تعادل نفت، گاز طبیعی و برق است.

3-5-1-1- محدودیتهاي تعادل نفت میزان نفت خام تولیدشده از مخازن نفتی را میتوان صادر و یا به فرآوردههاي نفتی تبدیل کرد: (2) (c(T) Ec (T) xco (T
همچنین مقدار نفت خام ارسالی به پالایشگاههاي نفت کشور با توجه به راندمان پالایشگاههاي نفت به مقدار مشخصی فرآوردههاي نفتی تبدیل میشود: (3) (T)  xco (T) fo (T)o
مجموع فرآوردههاي نفتی تولیدشده در داخل کشور و واردات، برابر با فرآوردههاي نفتی تخصیص داده شده به وادرات و بخشهاي مختلف مصرف شامل بخشهاي خانگی- تجاري، صنعت، حمل و نقل، کشاورزي و نیروگاه-ها است.
T) Io(T) Ib(T) Eo(T) xor (T))o(4) (xoi (T) xot (T) xoa (T) xop (T همچنین در بخش حمل و نقل محدودیت زیر براي استفاده از بنزین مورد توجه قرار گرفته است: با توجه به ضریب تولید بنزین در پالایشگاههاي نفت کشور و میزان استفاده از بنزین در بخش حمل و نقل در هر سال در صورت نیاز، واردات بنزین انجام میشود. بنابراین میزان بنزین مصرفی در بخش حمل و نقل که درصدي مشخص از کل انرژي مصرفی در این بخش است، برابر با مقدار بنزین تولیدشده در پالایشگاههاي نفت کشور که درصد مشخصی از کل فرآوردههاي نفتی تولیدشده در پالایشگاه-هاي نفت کشور است به اضافه واردات بنزین است و در صورت تولید مازاد بر تقاضا، صادارت بنزین انجام میشود:
xot(T)pbt (T)o(T)zb(T)Ib(T)
Eb(T) (5)

3-5-1-2- محدودیتهاي تعادل گاز طبیعی گاز غنی تولیدشده از مخازن گازي پس از ارسال به پالایشگاههاي گاز با توجه به راندمان پالایشگاههاي گاز به مقدار مشخصی گاز سبک تبدیل می شود: (6) (g(T)  R(T) fg(T
مجموع گاز طبیعی سبک تولیدشده در داخل کشور و واردات، برابر با گاز طبیعی تخصیص داده شده به صادرات و بخشهاي مختلف مصرف شامل بخش هاي خانگی- تجاري، صنعت، حمل ونقل و نیروگاهها است:
xg(T(T))Igx(T()T)Egx(T()T)xgn (T)xgr (T) (7)
gigtgp

3-5-1-3- محدودیتهاي تعادل برق میزان حاملهاي انرژي (گاز طبیعی و فرآوردههاي نفتی) ارسالی به نیروگاههاي حرارتی کشور با توجه به راندمان نیروگاهها و تلفات انتقال و توزیع به مقدار مشخصی برق تبدیل میشود. برق تولیدي از نیروگاههاي حرارتی، بادي و آبی به بخشهاي مختلف تخصیص می یابد. بنابراین مجموع برق تولیدشده در نیروگاههاي تجدیدپذیر و نیروگاههاي حرارتی برابر با کل برق موجود براي تخصیص به بخشهاي مختلف است: (8) (sp(T)(xop(T) xgp(T)) fe(T)  e1(T با توجه به اینکه طبق برنامههاي مربوط به استفاده از انرژيهاي تجدیدپذیر در نیروگاهها، بخش مشخصی از برق از طریق انرژيهاي تجدیدپذیر تأمین میشود، محدودیت زیر نیز اعمال شده است:
sp(T)  e1(T)Psp(T)
برق تولیدشده در نیروگاه ها به بخشهاي مختلف مصرف تخصیص داده میشود. با توجه به تلفات انتقال و توزیع، محدودیت زیر نیز در نظر گرفته شده است:
e(T)  e1(T)w(T)
همچنین مجموع برق تولیدشده در داخل کشور (پس از کسر تلفات انتقال و توزیع) و واردات، برابر میزان برق تخصیص داده شده به صادرات و بخشهاي مختلف مصرف شامل بخش هاي خانگی- تجاري، صنعت، حمل و نقل و کشاورزي است:
ex(etT()T)Iex(Tea)(T)Ee(T) xer (T) xei(T)

3-5-2- محدودیتهاي تقاضا محدودیتهاي تقاضا مربوط به محدودیت مصرف کل انرژي بخش هاي مختلف و همچنین محدودیت تقاضاي حاملهاي مختلف انرژي شامل فرآوردههاي نفتی، گاز، برق و سایر انرژيها در بخشهاي مختلف مصرف است. قابل ذکر است دلیل تفکیک محدودیتهاي مربوط به تقاضاي حاملهاي مختلف انرژي در بخشهاي مصرف، محدودیت مربوط به میزان حاملهاي انرژي موجود براي تخصیص به همه بخش ها است.

3-5-2-1- محدودیتهاي تقاضاي بخش خانگی- تجاري
مجموع فرآوردههاي نفتی، گاز طبیعی، برق و سوخت-هاي سنتی تخصیص داده شده به بخش خانگی- تجاري بزرگ تر، مساوي با تقاضاي کل انرژي این بخش است. همچنین تقاضاي مربوط به فرآوردههاي نفتی، گاز و برق براي این بخش به طور جداگانه مورد توجه قرار گرفته است:
sr(T) xor(T) xgr(T)xer(T)  Dr(T)
xxorgr((TT))DDorgr((TT))
xer(T) Der(T)
3-5-2-2- محدودیتهاي تقاضاي بخش صنعت مشابه با بخش خانگی- تجاري، محدودیتهاي مربوط به تقاضاي بخش صنعت به این شرح است:
xoi (T)xgi (T)xer (T) Di (T)
xoi (T) Doi (T)
xgi (T) Dgi (T)
xei (T) Dei (T)

3-5-2-3- محدودیتهاي تقاضاي بخش حمل و نقل مجموع فرآوردههاي نفتی، گاز طبیعی و برق تخصیص داده شده به بخش حمل و نقل بزرگ تر مساوي است با تقاضاي کل انرژي این بخش. همچنین تقاضاي مربوط به فرآوردههاي نفتی در این بخش به طور جداگانه مورد توجه قرار گرفته است. درباره تقاضاي گاز طبیعی و برق در بخش حمل و نقل، با توجه به اینکه توسعه زیرساخت-هاي مربوط به استفاده از CNG و برق محدود است، در بخش محدودیتهاي مربوط به حدود بالا و پایین در نظر گرفته شده است:
xot (T)xgt (T)xet (T)Dt (T)
(14)
xot (T) Dot (T)

3-5-2-4- محدودیتهاي تقاضاي بخش کشاورزي مجموع فرآوردههاي نفتی و برق تخصیص داده شده به بخش کشاورزي بزرگ تر مساوي با تقاضاي کل انرژي این بخش است. همچنین تقاضاي مربوط به فرآوردههاي نفتی و برق براي این بخش به طور جداگانه مورد توجه قرار گرفته است:
xoa(T)xea(T) Da(T) xoa(T) Doa(T) (15)
xea(T) Dea(T)

3-5-2-5- محدودیتهاي تقاضاي نیروگاهها مجموع فرآوردههاي نفتی و گاز طبیعی تخصیص داده شده به نیروگاههاي حرارتی بزرگ تر مساوي با تقاضاي کل انرژي این بخش است. همچنین با توجه به اینکه در نیروگاههاي حرارتی استفاده از گاز طبیعی براي تولید برق بر فرآوردههاي نفتی ارجحیت دارد و این دو، حامل انرژي قابل جایگزینی با یکدیگر هستند، تقاضاي مربوط به گاز در این بخش به طور جداگانه مورد توجه قرار گرفته است:
x (T)x (T)D (T) xop(T)Dgp (T) p (16)
gpgp

3-5-2-6- محدودیتهاي تقاضاي گاز براي تزریق به مخازن نفتی
با گذشت بیش از صد سال از آغاز فعالیت صنعت نفت در ایران، اغلب میادین نفتی بخصوص میادین بزرگ در مناطق خشکی کشور در نیمه عمر خود قرار دارند. از این رو براي حفظ توان تولید از روشهاي ازدیاد برداشت استفاده میشود. بر اساس مطالعات و تحقیقات انجام شده در این زمینه، تزریق گاز به عنوان مناسبترین روش ازدیاد برداشت از مخازن کربناته مناطق نفتی خشکی ایران تشخیص داده شده است. بنابراین میزان گاز تخصیص داده شده براي تزریق به مخازن نفتی بزرگ تر مساوي با مقدار تقاضاي مشخص شده توسط متخصصان است:
xgn(T)  Dgn(T) (17)

3-5-3- محدودیتهاي مربوط به حدود بالا و پایین متغیرها
3-5-3 -1 – محدودیت مربوط به حدود پایین و بالاي استفاده از CNG و برق در بخش حمل و نقل همانگونه که اشاره شد، در بخش حمل و نقل، توسعه زیرساخت هاي لازم براي استفاده از CNG و برق، با محدودیت مواجه است، بنابراین محدودیت هاي زیر به مدل اعمال شده است:
مقدار گاز طبیعی تخصیص داده شده به بخش حمل و نقل در هر سال بزرگ تر مساوي با مقدار گاز طبیعی تخصیص داده شده به این بخش در سال قبل و کوچک تر مساوي با حداکثر ممکن است. حداکثر مقدار گاز طبیعی قابل استفاده در این بخش با توجه به برنامههاي توسعه جایگاههاي CNG مطابق با برنامههاي سازمان بهینه سازي مصرف سوخت مشخص میشود.
همچنین مقدار برق تخصیص داده شده به بخش حمل و نقل در هر سال بزرگ تر مساوي با مقدار برق تخصیص داده شده به این بخش در سال قبل و کوچک تر مساوي با حداکثر ممکن است. حداکثر مقدار برق قابل استفاده با توجه به برنامههاي توسعه مترو مطابق با برنامه هاي شرکت بهرهبرداري قطارهاي شهري تهران و حومه مشخص می-شود:

xgt(T 1) xgt(T) Ugt (T)
xet (T 1)  xet (T)Uet (T)

3-5-3-2- محدودیت مربوط به حد بالاي استفاده از سوختهاي سنتی در بخش خانگی- تجاري
روستائیان در حاشیه جنگل ها و مراتع، اغلب از هیزم و زغالچوب، بوته و خار و فضولات دامی براي مصارف سوختی استفاده میکنند. روند استفاده از سوختهاي سنتی طی سالهاي اخیر با توجه به گسترش گاز رسانی به روستاها و توزیع مناسب سوختهاي مایع رو به کاهش است. بدین ترتیب میزان استفاده از سوختهاي سنتی در بخش خانگی- تجاري در هر سال کوچک تر مساوي با حد بالاي آن است که با توجه به میزان کاهش مصرف طی 5 سال اخیر در نظر گرفته شده است: (20) (sr (T)Usr (T

3-5-3-3- محدودیت مربوط به حد پایین صادرات در مدل پیشنهادي حد پایین صادرات نفت خام و گاز طبیعی در هر سال، میزان صادرات در سال قبل در نظر گرفته شده است. بنابراین محدودیتهاي زیر به مدل اضافه شده است. قابل ذکر است در سالهایی که طبق سند چشمانداز تدوین شده توسط وزارت نفت، میزان تولید نفت خام کاهش مییابد، اصلاحات لازم درباره محدودیت مربوطه اعمال شده است:
Ec (T 1)  Ec (T)
Eg (T 1)  Eg (T)

4- حل مدل ریاضی تخصیص منابع نفت و گاز طبیعی به بخ شهاي مختلف مصرف و تجزیه و تحلیل نتایج
دادههـا و اطلاعـات مـورد نیـاز بـراي اجـراي مـدل از سازمانهاي مختلف همچـون وزارت نفـت ، شـرکت بهـره -بــرداري راه آهــن شــهري تهــران و حومــه ، مرکــز آمــار ایران[10]، سازمان بهینهسازي مصرف سوخت ایران[11]، مؤسسه مطالعـات بـین المللـی انـرژي ، وزارت نیـرو ، دفتـر برنامهریزي کلان برق و انرژي[12]، شرکت ملی پالایش و پخش فرآوردههاي نفتی، جمعآوري و پردازش شده است. با توجه به اطلاعـات جمـع آوري شـده از سـازمان هـاي مربوطه، فرضیه هاي زیر براي حل مدل در نظر گرفته شده است:
گازهاي گلخانهاي شامل 2CH4 ،CO وN2O اسـت . در محاسبه میـزان انتشـار گازهـاي گلخانـه اي 4CH وN2O، معادل دياکسیدکربن در نظـ ر گرفتـه شـده اسـت، چـرا کـه شـاخص مـؤثر گازهـاي گلخانـهاي، پتانسیل گرمایش جهانی2 است و پتانسـیل گرمـایش جهانی هر یـک از گازهـاي 4CH وN2O طـی افـق زمانی 100 سال به ترتیـب برابـر بـا 21 و 310 برابـر پتانسیل گرمایش جهانی 2CO است [13]. همچنین میزان انتشـار گازهـاي گلخانـه اي حاصـل از مصـرف فرآورده هاي نفتی با توجه به درصد مصرف هر یـک از فرآوردههاي نفتی طـی 3 سـال اخیـر محاسـبه شـده است.
هر سال به میزان حداکثر 18 کیلومتر توسعه خطـوط مترو در نظر گرفته شده است.
ضریب تولید بنزین هر سال به میزان 1 درصد بهبـود یابد.
راندمان نیروگاههاي کشور هر سال به میزان 1 درصد بهبود یابد و به حداکثر 45 درصد برسد.
راندمان پالایشگاههاي نفت کشور تـا سـال 1400 بـه میزان 2 درصد بهبود یابد.
راندمان پالایشگاههاي گاز کشـور تـا سـال 1400 بـه میزان 5/2 درصد بهبود یابد.
در هر سـال حـداقل 10 درصـد از انـرژي مـورد نیـاز نیروگاههاي حرارتی از فرآوردههاي نفتی تأمین شـو د. همچنین تا سال 1400، 10 درصد از برق تولیدي در کشور با استفاده از انرژي هاي تجدید پذیر تأمین شود.
میــزان اســتفاده از ســوخت هــاي ســنتی در بخــش خانگی- تجاري هر سال بـه میـزان 3 درصـد کـاهش یابد. این مقدار با توجه به اطلاعات مربوط به مصـرف سوختهاي سـنتی در بخـش خـانگی – تجـاري طـی سالهاي اخیر که روندي کاهشـی داشـته اسـت و بـا توجه به توسعه گازرسانی و تأمین فرآورده هاي نفتـی در بخشهاي روستایی کشـور، در نظـر گرفتـه شـده است.
مقدار صادرات نفت خام و گاز طبیعـی در هـر سـال کمتر از مقدار صادرات آن در سـال قبـل نباشـد و در سالهایی که طبق سند چشم انداز تدوین شده توسط وزارت نفت، میزان تولیـد نفـت خـام کـاهش خواهـد یافت، حداکثر کـاهش صـادرات نفـت خـام 5 درصـد باشد.
همچنین تقاضاي انرژي شامل تقاضاي کل انرژي و تقاضاي فرآوردههاي نفتی، گاز طبیعی و برق در بخشهاي مختلف مصرف شامل بخشهاي خانگی- تجاري، حمل و نقل، صنعت، کشاورزي و نیروگاهها با استفاده از روش هاي شبکههاي عصبی سلسله مراتبی[14] و رگرسیون خطی فازي سلسله مراتبی[15] و دادههاي مربوط به سالهاي 1346 تا 1387 پیشبینی و با در نظرگرفتن شاخص درصد میانگین قدرمطلق خطا، مدل مناسب انتخاب و تقاضاي انرژي سالهاي آتی مطابق با جدول (1) پیش-بینی شده است.
قابل ذکر است روش شبکه هاي عصبی به دلیل خطاي کمتر مربوط به دادههاي تست، روش مناسبتري براي پیشبینی انرژي بخشهاي مختلف مصرف بوده است.
نتایج حاصل از حل مدل با استفاده از دادهها، اطلاعات و فرضیه هاي مذکور طی سالهاي 1390 تا 1400 در شکلهاي (2) تا (14) نشان داده شده است. این مدل با استفاده از نرم افزار LINGO حل شده است.
همان گونه که ملاحظه می شود، در بخش خانگی- تجاري تخصیص فرآوردههاي نفتی روندي کاهشی دارد و دلیل آن توسعه گازرسانی به عنوان انرژي پاك در سطح کشور است. تخصیص گاز طبیعی به این بخش با توجه به توسعه گازرسانی روندي افزایشی دارد. بخش حمل و نقل از مصرف کنندگان اصلی فرآوردههاي نفتی است.

شکل2: تخصیص فرآوردههاي نفتی به بخش خانگی- تجاري

شکل 3: تخصیص فرآوردههاي نفتی به بخش حمل و نقل

شکل 4: تخصیص فرآوردههاي نفتی به بخش صنعت

شکل 5: تخصیص فرآوردههاي نفتی به بخش کشاورزي

شکل 6: تخصیص فرآوردههاي نفتی به نیروگاهها

شکل 7: تخصیص نفت خام به صادرات شکل 11: تخصیص گاز طبیعی به بخش صنعت

شکل 8: تخصیص فرآوردههاي نفتی به صادرات شکل 12: تخصیص گاز طبیعی به نیروگا هها

3176016-51816

شکل 9: تخصیص گاز طبیعی به بخش خانگی – تجاري شکل 13: تخصیص گاز طبیعی جهت تزریق به مخازن نفتی

شکل 10: تخصیص گاز طبیعی به بخش حمل و نقل شکل 14: تخصیص گاز طبیعی به صادرات

1
4
0
0

1

4

0



قیمت: تومان


دیدگاهتان را بنویسید