ارزیابی تأثیر مشوق‌های سرمایه‌گذاری تحت شرایط عدم قطعیت روی برنامه‌ریزی توسعه تولید در بازارهای رقابتی برق

نویسندگان

دانشگاه صنعتی نوشیروانی بابل - دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر

چکیده

در این مقاله چهارچوبی جدید به‌منظور مطالعه تأثیر مشوق‌های سرمایه‌گذاری بر توسعه ظرفیت تولید برق در سیستم‌های قدرت تجدید ساختاریافته و در شرایط عدم قطعیت ارائه می‌شود. مشوق‌های سرمایه‌گذاری مورد مطالعه در این مقاله قراردادهای تضمینی خرید برق و پرداخت‌های ظرفیت را شامل می‌شود. چهارچوب ارائه‌شده در این مقاله شامل یک مسئله سرمایه‌گذاری در توسعه تولید از دیدگاه یک شرکت تعیین قیمت، موسوم به تولیدکننده استراتژیک است. مسئله سرمایه‌گذاری مورد نظر، یک مسئله بهینه‌سازی دوسطحی است که سطح اول آن شامل تصمیمات سرمایه‌گذار و رفتار استراتژیک هریک از تولیدکنندگان است که سود حاصل از سرمایه‌گذاری را حداکثر می‌نماید. مسئله سطح دوم شامل مسئله بهینه‌سازی تسویه بازار است که در آن بهره‌بردار مستقل سیستم با هدف حداکثر نمودن رفاه اجتماعی، قیمت و میزان توان تولیدی واحدهای تولید و نیز میزان تقاضای مصرف‌کنندگان را تعیین می‌نماید. استراتژی سرمایه‌گذاری شرکت‌های رقیب که عدم قطعیت استراتژیک محسوب می‌شود، با استفاده از سناریو مدل می‌شود. کارایی چهارچوب پیشنهادی بر روی یک شبکه قدرت نمونه ۶ شینه و قسمتی از شبکه انتقال سراسری ایران با انجام شبیه‌سازی‌ها و تحلیل‌های لازم، مورد آزمون قرار می‌گیرد.

کلیدواژه‌ها


   [1] I. Dyner, and E.R. Larsen, “From planning to strategy in the electricity industry,” Energy Policy, vol. 29, no. 13, pp. 1145-54, 2001.
   [2] A.G. Kagiannas, D.T. Askounis, and J. Psarras, “Power generation planning: a survey from monopoly to competition,” Electrical Power and Energy Systems, vol. 26, pp. 413-421, 2004.
   [3] A. Ford, “Cycles in competitive electricity markets: a simulation study of the Western United States,” Energy Policy, vol. 27, pp. 637-658, 1999.
   [4] A. Ford, “Waiting for the boom: a simulation study of power plant construction in California," Energy Policy, vol. 29, pp. 847-869, 2001.
   [5] J. Pfeifenberger, K. Spees, and A. Schumacher, “A comparison of PJM’s RPM with alternative energy and capacity market designs,” A white paper from Brattle Group prepared for PJM Interconnection L.L.C., 2009.
   [6] G.L. Doorman, and A. Botterud, “Analysis of generation investment under different market designs,” IEEE Trans. Power Syst, vol. 23, no. 3, pp. 859-867, 2008.
   [7] F.H. Murphy, and Y. Smeers, “Generation capacity expansion in imperfectly competitive restructured electricity markets,” Oper. Res., vol. 53, no. 4, pp. 646-661, 2005.
   [8] P. Kamyaz, J. Valenzuela, and C.S. Park, “Transmission congestion and competition on power generation expansion,” IEEE Trans. Power Syst., vol. 22, no. 1, pp. 156-163, 2007.
   [9] A. Botterud, M.D. Ilic, and I. Wangensteen, “Optimal investments in power generation under centralized and decentralized decision making, ” IEEE Trans. Power Syst., vol. 20, no. 1, pp. 254-263, 2005.
[10] C. Ruiz, and A.J. Conejo, “Pool strategy of a producer with endogenous formation of locational marginal prices,” IEEE Trans. Power Syst., vol. 24, no. 4, pp. 1855-1866, 2009.
[11] S.J. Kazempour, A.J. Conejo, and C. Ruiz, “Strategic generation investment using a complementarity approach,” IEEE Trans. Power Syst., vol. 26, no. 2, pp. 940-948, 2011.
[12] S.J. Kazempour, and A.J. Conejo, “Strategic generation under uncertainty via benders decomposition,” IEEE Trans. Power Syst., vol. 27, no. 1, pp. 424-432, 2012.
[13] T. Barforoushi, M.P. Moghaddam, M.H. Javidi, and M.K. Sheikh-El-Eslami, “Evaluation of regulatory impacts on dynamic behavior of investments in electricity markets: a new hybrid DP/GAME framework,” IEEE Trans. Power Syst, vol. 25, no. 4, pp. 1978-1986, 2010.
[14] F.H. Murphy, and Y. Smeers, “On the impact of forward markets on investment in oligopolistic markets with reference to electricity,” Oper. Res, vol. 58, no. 3, pp. 515-528, 2010.
[15] A. Galetovic, C.M. Muñoz, and F.A. Wolak, “Capacity payments in a cost-based wholesale electricity market: the case of Chile,” The Electricity Journal, vol. 28, no. 10, pp. 80-96, 2015.
[16] M. Marzband, A. Sumper, J.L. Domínguez-García, and R. Gumara-Ferret, “Experimental validation of a real time energy management system for micro grids in islanded mode using a local day-ahead electricity market and MINLP”, Energy Conversion and Management, vol. 76, pp. 314-22, 2013.
[17] M. Marzband, M. Ghadimi, A. Sumper, and J.L. Dom´ınguez-Garc´ıa, “Experimental validation of a real-time energy management system using multi-period gravitational search algorithm for micro grids in islanded mode, ” Applied Energy, vol. 128, pp. 164-74, 2014.
[18] S.J. Kazempour, A.J. Conejo, and C. Ruiz, “Generation investment equilibria with strategic producers-part I: formulation,” IEEE Trans. Power Syst., vol. 28, no. 3, pp. 2613-2622, 2013.
[19] S.J. Kazempour, A.J. Conejo, and C. Ruiz, “Generation investment equilibria with strategic producers-part II: case studies,” IEEE Trans. Power Syst., vol. 28, no. 3, pp. 2623-2631, 2013.
[20] S. Wogrin, J. Barquín, and E. Centeno, “Capacity expansion equilibria in liberalized electricity markets: an EPEC approach,” IEEE Trans. Power Syst, vol. 28, no. 2, pp. 1531-1539, 2013.
[21] S. Wogrin, E. Centeno, and J. Barquín, “Generation capacity expansion analysis: open loop approximation of closed loop equilibria,” IEEE Trans. Power Syst, vol. 28, no. 3, pp. 3362-3371, 2013.
[22] A. Garcia, and Z. Shen, “Equilibrium capacity expansion under stochastic demand growth,” Oper. Res., vol. 58, no. 1, pp. 30-42, 2010.
[23] F. Facchinei, and J.S. Pang, Finite Dimensional Variation Inequalities and Complementarity Problems, New York, Springer-Verlag, vol. 1, 2003.
[24] B.F. Hobbs, C.B. Metzler, and J.S. Pang, “Calculating equilibria in imperfectly competitive power markets: an MPEC approach,” IEEE Trans. Power Syst., vol. 15, no. 2, pp. 638-645, 2000.
[25] L.P. Garce, A.J. Conejo, R. Garcia-Bertrand, and R. Romero, “A bi-level approach to transmission expansion planning within a market environment,” IEEE Trans. Power Syst.,  vol. 24, no. 3, pp. 1513-1522, 2009.
[26] P.D. Klemperer, and M.A. Meyer, “Supply function equilibria in oligopoly under uncertainty,” Econometrica, vol. 57, pp. 1243-1277, 1989.
[27] R. Baldick, R. Grant, and E. Kahn, “Theory and application of linear supply function equilibrium in electricity markets,” J. Regulatory Econ., vol. 25, no. 2, pp. 143-167, 2004.
[28] R. Green, and D.M. Newbery, “Competition in the British electric spot market,” J. Political Econ., vol. 100, no. 5, pp. 929-953, 1992.
[29] A. Hortacsu, and S.L. Puller, “Testing strategic models of firm behavior in restructured electricity markets: a case study of ERCOT,” CSEM Working Paper WP 125, Available online at: http://www.ucei.berkeley.edu/-pwrpubs/csem125.html/.
[30] R. Sioshansi, and S. Oren, “Do supply function equilibrium models describe behavior in electricity spot markets: an empirical analysis of the ERCOT market,” Available online at: http://idei.fr/doc/conf/eem/com/oren.pdf/.
[31] The ILOG CPLEX, Available online at: http://-www.ilog.com/products/cplex/, 2013.
[32] A. Brooke, D. Kendrick, A. Meeraus, and R. Raman, GAMS: A User’s Guide, Washington DC, GAMS, 1998.