The purpose of this paper is to present the novel long-term energy mix optimization model eMix, which takes into account daily requirements of power system operation (primary, secondary and tertiary reserve) and how should they react to increasing RES penetration. Until now there has been no computational effective, long-term optimization model of energy mix with individual representation of power generating assets that allows for RES development incorporation and consider the daily requirement of power system operation. Existing unit commitment models, although comprehensive, are not appropriate for long-term, large-scale problems because of computational limitations. The eMix links long-term planning (investments) with short-term requirements of power system operation reserves (primary, secondary, tertiary) provided by dispatchable units. Additionally, development of the RES introduces stronger requirements to the reserve’s level in order to maintain the flexibility of the power system operation. This relation has significant impact on the final energy mix and was modeled in the eMix. The costs are calculated annually for each individual unit (given to the application of Mixed Integer Linear Programming), to reflect the real conditions of energy sector operation, where annual repayment of loans, amortization as well as operation and maintenance costs are applied. eMix is also fully scalable and allows for freely definable interval and horizon of the calculation. To prove the quality of presented model, the authors calibrated it with the data from Polish power system for different scenarios. Results indicate that the consideration of financial costs and required reserves increase the reliability of the optimization outcomes

چکیده

هدف این مقاله ارائه مدل جدید بهینه سازی ترکیب انرژی بلند مدت eMix است که الزامات روزانه بهره برداری سیستم قدرت (ذخیره اول، دوم و سوم) و چگونگی واکنش آنها به افزایش نفوذ RES را مد نظر قرار می دهد. تاکنون هیچ مدل محاسباتی بهینه سازی بلند مدت مؤثری از ترکیب انرژی با نمایش مجزای ادوات تولید توان وجود نداشته است که گنجاندن توسعه RES را ممکن ساخته و الزام روزانه بهره برداری سیستم را در نظر بگیرد. گرچه مدل های تخصیص واحد موجود جامع هستند، اما به علت محدودیت های محاسباتی برای مسائل بلند مدت و بزرگ مناسب نمی باشند. eMix برنامه ریزی بلند مدت (سرمایه گذاری) را با الزامات کوتاه مدت ذخایر عملیاتی سیستم قدرت (اول، دوم، سوم) که توسط واحدهای قابل توزیع فراهم شده اند، پیوند می دهد. به علاوه، توسعه RESبه منظور حفظ انعطاف پذیری بهره برداری سیستم قدرت، الزامات سخت تری را برای سطح ذخیره اضافه می کند. این رابطه تأثیر قابل توجهی بر ترکیب نهایی انرژی دارد و در eMix‌ مدل شده است. هزینه ها به صورت سالانه برای هر واحد مجزا محاسبه می شوند (که کاربرد برنامه ریزی خطی عدد صحیح ترکیبی را الزامی می کند) تا شرایط واقعی بهره برداری بخش انرژی را نشان دهند که در آن، باز پرداخت سالانه وام ها، هزینه های استهلاک و نیز بهره برداری و نگهداری اعمال می شوند. همچنین، eMix بسیار مقیاس پذیر است و داشتن بازه و افق محاسبه با قابلیت تعریف آزادانه را ممکن می سازد. مؤلفان برای اثبات کیفیت مدل ارائه شده، آن را با داده های سیستم قدرت لهستان برای سناریوهای مختلف تنظیم کرده اند. نتایج نشان می دهند که لحاظ کردن هزینه های مالی و ذخایر مورد نیاز، قابلیت اطمینان خروجی های بهینه سازی را افزایش می دهد. 

1-مقدمه

ترکیب انرژی (EM) ساختاری فنی از واحدهای تولید برق در یک سیستم قدرت است که قادر به فراهم کردن تعادل توان و انرژی می باشد. ترکیب انرژی عمدتا توسط هزینه های کل تولید برق و نیز قیود فنی و اقتصادی یا تصمیمات سیاسی تعیین می شود. گرچه در بیشتر موارد واحدهای تولیدی توسط سرمایه گذاران خصوصی ساخته می شوند، اما برنامه ریزی ترکیب انرژی به عنوان مسئولیتی راهبردی بر عهده سیاست سازان و مدیران دولتی است. این افراد ابزار مدیریتی و قانونی برای کنترل توسعه EM را در اختیار دارند...