Abstract:
صنعت برق در جهان با چالشهای بیشماری، نظیر افزایش تقاضا، انتشار گازهای گلخانهای، کاهش ذخایر سوختهای فسیلی، شرایط اقتصادی و افزایش هزینه مواجه شده است. این شرایط مدیران را به اتخاذ استراتژیهایی در تأمین انرژی، با جایگزینی سوخت فسیلی با منابع انرژی تجدیدپذیر واداشته است. پیشرفتهای تکنولوژی و تجهیزات الکترونیکی در بخش مصرف، نیاز به انرژی برق را افزایشداده و تولید برق را با توجه به نوع نیروگاه از اهمیت بیشتری برخوردار کرده است. هدف عمدۀ این پژوهش، اولویتبندی نحوۀ تولید برق و اختصاص به بخش مصرف، برای کاهش انتشار گازهای گلخانهای است. این تحقیق با استفاده از تکنیکهای تحقیق در عملیات، به ارائۀ مدل ریاضی برای مشخصکردن میزان تولید انرژی برق از نیروگاههای مختلف با شرایط اقتصادی، فنی و زیستمحیطی پرداخته است. سپس با پویاییشناسی سیستمی، تخصیص انرژی برق به بخشهای مختلف شامل خانگی، تجاری، حملونقل، صنایع و کشاورزی بهعنوان مصرفکننده بررسی میشود. برای شبیهسازی و ارائۀ مدل برنامهریزی خطی، از 10نوع نیروگاه کشور و دادههای ترازنامۀ انرژی سال 1396 استفاده شده است. در مدل ریاضی با در نظر گرفتن سه متغیر تصمیمگیری، ضمن رعایت محدودیتها و الزامات نیروگاه، محاسبات برای میزان تولید برق انجام گرفته است. سپس با استفاده از دیاگرامهای علی و معلولی در رویکرد پویاییشناسی سیستمی، سیستم انرژی در بخش مصرف شبیهسازی شده است. نتایج پژوهش، برنامهریزی و تخصیص مناسب را بهمنظور اختصاص انرژی در بخش مصرف، برای کاهش انتشار گازهای گلخانهای ارائه میدهد.
Purpose: The world's electricity industry has faced numerous challenges, such as rising electricity
demand and greenhouse emissions, declining fossil fuel reserves, economic conditions, and rising
costs. Such challenges have forced managers to supply energy by replacing fossil fuels with
renewable energy sources. The technology advancements and electronic equipment in the
consumption sector have increased the need for electricity. Hence, electricity generation has become
more significant due to the type of power plant. This study aims to prioritize electricity generation by
allocating it to the consumption sector, to reduce greenhouse gas emissions.
Design/methodology/approach: In this study, a mathematical has been proposed to determine the
amount of electricity production from power plants with different economic, technical, and
environmental conditions. Then, the optimal electricity allocated to various sectors (as consumers),
such as household, commercial, transportation, industry, and agriculture has been examined. By
simulating and proposing a linear programming model, regarding the energy data in 2017, 10 types of
the power plant and energy balance have been taken into consideration. Based on a mathematical
model and by considering three decision-making variables, while observing the limitations and
requirements of the power plant, the amount of electricity generation has been determined. Then, the
energy system in the consumption sector has been simulated by causal diagrams using the system
dynamics approach.
Findings: The lack of fossil fuels and environmental pollution associated with energy development
are challenging issues. Fossil fuel production and consumption contribute to global warming and acid
rain. Therefore, one solution to protect the environment from the proliferation of energy waste and its
consumption is the effective planning of energy systems. Findings indicated the role of proper
planning and allocation for energy in the consumption sector, in reducing greenhouse gas emissions.
Research limitations/implications: The lack of comprehensive and accurate data on the application
of renewable technologies to generate electricity in Iran is one of the main limitations of the empirical
study. One of the limitations of the proposed model is the consideration of renewable and nonrenewable
sources, simultaneously. Electricity from renewable fuel has also been less noticed.
Practical implications: Based on the findings it is concluded that the mathematical model with more
comprehensive indicators and the system dynamics model can play a significant role in reducing
greenhouse gas emissions. Therefore, the following strategies can be used to reduce greenhouse gas
emissions nationwide:
- The percentage of electricity generation from renewable energy sources should be increased and the
use of fossil resources to generate electricity should be reduced, which is evident from the application
of the mathematical function of the model.
- Electricity generation from power plants based on the specified priority will significantly reduce
greenhouse gas emissions.
- According to the calculation of the environmental index, issuing construction permissions for coal
and gas power plants should be prevented.
- The needs of the domestic and commercial sectors must be met through renewable energy sources.
Originality/value: In this study, mathematical planning and dynamic system were used to study
technical, economic, and environmental conditions in the reduction of greenhouse gas emissions.
Considering the existence of objective functions in the mathematical model and the optimal results
obtained from the production of 10 hypothetical power plants in this study, it is implied that the
optimal production in solar, wind, combined cycle, heater, water, and natural gas centers has
potentials for capacity expansion.
Machine summary:
بنـابراين در ايـن مطالعـه براي انواع نيروگاه هاي موجود، سه شاخص در نظر گرفته شده است که با استفاده از مدل رياضي حداقل سـازي انتشـار گازهاي گلخانه اي، ميزان توليد براي هر نيروگاه محاسبه ميشود، سپس به وسيلۀ پوياييشناسي سيسـتمي، ميـزان انـرژي برق توليدي نيروگاه براي بخش مصارف تعيين ميشود.
جدول ١- مروري بر پيشينۀ گزيده اي از پژوهش ها دربارة انرژيهاي تجديدپذير، تجديدناپذير، برنامه ريزي خطي و پوياييشناسي سيستمي Table 1- An overview of a selection of research on renewable, non-renewable energy, linear programming, and systems dynamics بخش توليد/ پژوهشگران نوع انرژي روش پژوهش هدف پژوهش نتايج بخش مصرف کاهش ٧٠درصدي کاهش انتشار گاز مشخص کردن ميزان گلخانه اي در بخش خانگي/ پژوهش مزبور لين و اسميت ٨ تجديدپذير/ پوياييشناسي مصرف کاهش انتشار گازهاي به صورت کلي تجديدپذير و تجديدناپذير را (٢٠١٠) تجديد ناپذير سيستمي گلخانه اي بدون نگاه بر محيط زيست و اقتصاديبودن بررسي کرده است .
)به تصویرصفحه رجوع شود) شکل ٧- مقايسۀ شاخص اقتصادي منابع مختلف انرژي Fig. 7- Comparison of economic indicators of different energy sources در مدل ارائه شده ، مقدار تابع هدف که نشان دهندة ميزان انتشار گازهاي گلخانه اي از نيروگاه هاسـت بـا شـاخص اقتصادي و محيط زيستي ارتباط مستقيم دارد.
212325 Increase rate of EEI= EEIbiomass*Xbiomass+EEIcoal*Xcoal+EEIgas*Xgas+EEIgeothermal*Xgeothermal+EEIoil *Xoil+EEIsolar cells*Xsolar cells+EEIsolar thermal*Xsolar thermal+EEIwater*Xwater+EEIwind*Xwind+Percentage of carbon production by consumer sector *EEIconsumers Increase rate of FI= FIbiomass*Xbiomass+FIcoal*Xcoal+FIgas*Xgas+FIgeothermal*Xgeothermal+FIoil* Xoil+FIsolar cells*Xsolar cells+FIsolar thermal *Xsolar thermal+FIwater*Xwater+FIwind*Xwind+Percentage of carbon production by consumer sector *FIconsumers Percentage of carbon production by consumer sector=Total CO2 generated by consumers/(100*Conversion factor of generated co2 by consumers) Xbiomass=0.