طراحي بهينه سپهر انرژي براي بهره‌برداري توام از سيستم‌هاي برق و گاز با درنظرگرفتن شاخص قابليت اطمينان

Optimal Planning of Energy Hub for Joint Operation of Electricity and Gas Systems Considering Reliability Index

افزايش تمايل جهاني براي توليد غيرمتمركز انرژي با استفاده از گاز طبيعي، باعث فراگيرتر شدن ايده بهره‌برداري همزمان از چند حامل مختلف انرژي در سال‌هاي اخير شده است. مهم‌ترين نظريه مطرح در اين حيطه، «سپهر انرژي» است كه در اين مقاله براي تامين بارهاي الكتريكي و حرارتي با استفاده از حامل‌هاي برق و گاز به‌كار گرفته شده است. براي اين كار از ترانسفورماتورها، كوره‌هاي گرمايي، واحدهاي توليد همزمان برق و حرارت (CHP) و ذخيره‌سازهاي الكتريكي و حرارتي استفاده شده است. برخلاف روال رايج، واحدهاي CHP به‌شكل مبدلي با بازده‌هاي ثابت الكتريكي و حرارتي مدل‌سازي نشده و مشخصه كاري كامل اين واحدها، شامل ناحيه كاري عملي (FOR) و رابطه غيرخطي ورودي-‌خروجي در فرمول‌بندي مسيله استفاده شده‌اند. براي خطي‌سازي عملكرد غيرخطي واحدهاي CHP، تقريب تكه‌اي-خطي از ناحيه كاري آن‌ها ارايه شده است تا مسيله در قالب برنامه‌ريزي خطي مركب-عدد صحيح ارايه شود. شاخص قابليت اطمينان نيز با ارايه مدلي از تغيير نقطه‌كار CHP در شرايط خروج تجهيزات در فرمول‌بندي مسيله گنجانده شده است. هدف، يافتن بهترين تركيب از تجهيزات نامزد براي كاهش هزينه‌هاي كل و افزايش قابليت اطمينان تامين توان در يك دوره‌‌ برنامه‌ريزي طولاني‌مدت است. شبيه‌سازي‌ها بر روي يك سيستم موردي و با مطالعه تاثير اعمال نامعيني قيمت انرژي بر نتايج ارايه شده‌اند.

By the recent growing of global trend for decentralized power generation via natural gas, the interest in joint operation of several energy carriers has substantially increased. The most significant concept in this regard is the "Energy Hub", which in this paper is employed to supply electrical and heat demands via electricity and natural gas carriers. Transformers, furnaces, combined heat and power (CHP) units, and electrical and heat storage units are utilized for this purpose. Unconventionally, CHP units are not modeled as constant electrical and heat efficiencies, and thorough operational characteristics of these units are employed in the problem formulation, which consists of feasible operating region (FOR), and nonlinear input-output relationship. In order to formulate the problem as mixed-integer linear programming, a piecewise linear approximation of CHP units’ operating region is presented to linearize their nonlinear operation. Additionally, the reliability index is added to the problem formulation, containing a model for changing the output point of CHP units in contingencies. The problem is aimed at choosing the best combination of candidate devices for decreasing total costs and increasing the reliability of supply in a long-term planning period. Simulations are presented for a case study, investigating impacts of applying energy price uncertainty on the results.