فصلنامه علمی کارافن

فصلنامه علمی کارافن

برنامه‌ریزی توسعه هم‌زمان شبکه‌های برق، گاز و حرارت با درنظرگرفتن قابلیت اطمینان سیستم

نوع مقاله : مقاله پژوهشی (کاربردی)

نویسندگان
1 کارشناسی ارشد برق قدرت دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر، دانشگاه صنعتی نوشیروانی بابل، بابل، ایران.
2 دانشیار دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر، دانشگاه صنعتی نوشیروانی بابل، بابل، ایران.
3 استادیار دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر، دانشگاه علوم دریایی امام خمینی (ره)، نوشهر، ایران.
چکیده
با افزایش نگرانی‌ها در مورد بحران انرژی و مسائل مربوط به آلودگی محیط‌زیست، تحقیقات زیادی در زمینه برنامه‌ریزی دستگاه‌های چند حاملی انرژی صورت‌گرفته است، اما برای پاسخ‌گویی بهینه به رشد تقاضای بارهای الکتریکی و حرارتی، لازم است برنامه‌ریزی توسعه منابع آن‌ها به‌صورت هماهنگ و هم‌زمان صورت پذیرد. لذا در این مقاله، یک مدل خطی آمیخته با عدد صحیح برای برنامه‌ریزی توسعه هم‌زمان شبکه‌های برق و گاز پیشنهاد شده است. هدف مسئله، به حداقل رساندن کل هزینه‌‌‌های سرمایه‌گذاری، بهره‌‌‌برداری و هزینه قطع بارهای الکتریکی و حرارتی در افق زمانی برنامه‌ریزی است. گزینه‌های سرمایه‌گذاری شامل احداث خطوط الکتریکی، توربین‌های بادی، واحدهای تولید هم‌زمان حرارت و برق (CHP)، واحدهای تبدیل برق به گاز (P2G) و کوره‌های گازی (GF) در نظر گرفته شده است. هزینه‌‌‌های بهره‌‌‌برداری نیز شامل هزینه‌‌‌های نگهداری خطوط الکتریکی، هزینه نگهداری توربین‌‌‌های بادی و هزینه‌‌‌های خرید برق و گاز از شبکه بالادست است. استراتژی‌های سرمایه‌گذاری و بهره‌برداری شبکه‌ها با درنظرگرفتن قابلیت اطمینان سیستم در صورت خروج CHPها تعیین شده است. مدل پیشنهادی روی شبکه‌های به‌هم‌پیوسته الکتریکی 33 شین و گازی 20 گره‌ای، پیاده‌سازی و تحلیل شده است. تحلیل نتایج نشان می‌دهد که با درنظرگرفتن احتمال خروج واحدهای CHP، مجموع هزینه‌‌‌های شبکه افزایش یافته است.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

عنوان مقاله English

Simultaneous Expansion Planning of Electrical, Gas and Heat Networks Considering System Reliability

نویسندگان English

Hamzeh Ahmadi 1
Meysam Jafari-Nokandi 2
Mohammad Alizadeh 3
1 Master’s Graduate, Faculty of Electrical and Computer Engineering, Noshirvani University of Technology, Babol, Iran.
2 Associate Professor, Faculty of Electrical and Computer Engineering, Noshirvani University of Technology, Babol, Iran.
3 Assistant Professor, Faculty of Electrical Engineering, Imam Khomeini University, Nowshahr, Iran.
چکیده English

Global energy consumption, particularly in the residential areas, has increased rapidly in the past decades. With increasing concerns about the energy crisis and environmental pollution issues, achievements have been made in the field of multi-carrier energy system planning. Therefore, in this article, a mixed integer linear model was proposed for planning the simultaneous development of electrical and gas networks. The goal of the problem was to minimize the set of investment costs, operation and the cost of curtailed electrical and thermal loads in the planning time horizon. Investment options included constructing electric lines, wind turbines, CHP units, P2G units, and gas furnaces. The operating costs consisted of the maintenance costs of electric lines, the maintenance costs of wind turbines, and the costs of purchasing electricity and gas from the upstream network. Network investment and exploitation strategies were determined by considering the system's reliability in the output of CHPs. The proposed model was implemented and analyzed on 33-bus electrical and 20-node gas interconnected networks. The analysis of the results showed that considering the possibility of CHP unit outage will increase the total costs of the network.

کلیدواژه‌ها English

Energy Hub Expansion Planning Multi
carrier Energy System Reliability
[1] Goroohi Sardou, I., & Mobasseri, A. (2020). Coordinated Scheduling of Electricity and Natural Gas Networks Considering the Effect of PtG Units on Handling Electric Vehicles’ Uncertainties. Iranian Journal of Electrical and Computer Engineering, 18(2), 77-87. http://rimag.ir/en/Article/28607
[2] Senemar, S., Seifi, A. R., Rastegar, M., & Parvania, M. (2020). Probabilistic Optimal Dynamic Planning of Onsite Solar Generation for Residential Energy Hubs. Institute of Electrical and Electronics Engineers Systems Journal, 14(1), 832-841. https://doi.org/10.1109 /JSYST.2019.2901844
[3] Fathtabar, H., Barforoushi, T., & Shahabi, M. (2018). Dynamic long-term expansion planning of generation resources and electric transmission network in multi-carrier energy systems. International Journal of Electrical Power & Energy Systems, 102, 97-109. https://d oi.org/10.1016/j.ijepes.2018.04.014
[4] Senemar, S., Rastegar, M., Dabbaghjamanesh, M., & Hatziargyriou, N. (2020). Dynamic Structural Sizing of Residential Energy Hubs. Institute of Electrical and Electronics Engineers Transactions on Sustainable Energy, 11(3), 1236-1246. https://doi.org/1 0.1109/TSTE.2019.2921110
[5] Wang, J., Hu, Z., & Xie, S. (2019). Expansion planning model of multi-energy system with the integration of active distribution network. Applied Energy, 253(6), 113517. https ://doi.org/10.1016/j.apenergy.2019.113517
[6] Bornapour, M., Hooshmand, R-A., Khodabakhshian, A., & Parastegari, M. (2017). Optimal stochastic scheduling of CHP-PEMFC, WT, PV units and hydrogen storage in reconfigurable micro grids considering reliability enhancement. Energy Conversion and Management, 150, 725-741. https://doi.org/10.1016/j.enconman.2017.08.041
[7] Cao, J., Crozier, C., McCulloch, M., & Fan, Z. (2019). Optimal Design and Operation of a Low Carbon Community Based Multi-Energy Systems Considering EV Integration. Institute of Electrical and Electronics Engineers Transactions on Sustainable Energy, 10(3), 1217-1226. https://doi.org/10.1109/TSTE.2018.2864123
[8] Moradi, S., Ghaffarpour, R., Ranjbar, A. M., & Mozaffari, B. (2017). Optimal integrated sizing and planning of hubs with midsize/large CHP units considering reliability of supply. Energy Conversion and Management, 148, 974-992. https://doi.org/10.1016/j.enco nman.2017.06.008
[9] Ghanbari, A., Karimi, H., & Jadid, S. (2020). Optimal planning and operation of multi-carrier networked microgrids considering multi-energy hubs in distribution networks. Energy, 204(4), 117936. https://doi.org/10.1016/j.energy.2020.117936
[10] Allahvirdizadeh, Y., Shayanfar, H., & Moghaddam, M. P. (2023). Coordinated multi-stage expansion planning of transmission system and integrated electrical, heating, and cooling distribution systems. Institution of Engineering and Technology Renewable Power Generation, 17(2), 413-457. https://doi.org/10.1049/rpg2.12608
[11] Tabar, V. S., Jirdehi, M. A., & Jordehi, A. R. (2023). A robust multi-objective joint scheduling of integrated electricity and gas grids considering high penetration of wind and solar units and flexible loads towards achieving a sustainable operation. International Journal of Hydrogen Energy, 48(12), 4613-4630. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2022.1 1.028
[12] Maurovich-Horvat, L., Reyck, B. D., Rocha, P., & Siddiqui, A. S. (2016). Optimal Selection of Distributed Energy Resources Under Uncertainty and Risk Aversion. Institute of Electrical and Electronics Engineers Transactions on Engineering Management, 63(4), 462-474. https://doi.org/10.1109/TEM.2016.2592805
[13] Clegg, S., & Mancarella, P. (2016). Integrated Electrical and Gas Network Flexibility Assessment in Low-Carbon Multi-Energy Systems. Institute of Electrical and Electronics Engineers Transactions on Sustainable Energy, 7(2), 718-731. https://doi.org/10.11 09/TSTE.2015.2497329
[14] Wang, H., Gu, C., Zhang, X., & Li, F. (2020). Optimal CHP Planning in Integrated Energy Systems Considering Network Charges. Institute of Electrical and Electronics Engineers Systems Journal, 14(2), 2684-2693. https://doi.org/10.1109/JSYST.2019.2921218
[15] Fan, H., Yuan, Q., Xia, S., Lu, J., & Li, Z. (2020). Optimally Coordinated Expansion Planning of Coupled Electricity, Heat and Natural Gas Infrastructure for Multi-Energy System. Institute of Electrical and Electronics Engineers Access, 8, 91139-91149. https://doi .org/10.1109/ACCESS.2020.2993035
[16] Ahmarinejad, A. (2021). A Multi-objective Optimization Framework for Dynamic Planning of Energy Hub Considering Integrated Demand Response Program. Sustainable Cities and Society, 74(1), 103136. https://doi.org/10.1016/j.scs.2021.103136
[17] Zou, J., Yang, X., Liu, Z., Liu, J., Zhang, L., & Zheng, J. (2021). Multiobjective bilevel optimization algorithm based on preference selection to solve energy hub system planning problems. Energy, 232(3), 120995. https://doi.org/10.1016/j.energy.2021.120995
[18] Liu, Y., & Liu, T. (2021). Research on System Planning of Gas-Power Integrated System Based on Improved Two-Stage Robust Optimization and Non-Cooperative Game Method. Institute of Electrical and Electronics Engineers Access, 9, 79169-79181. https://doi .org/10.1109/ACCESS.2021.3083272
[19] Zheng, Y., Xie, S., Hu, Z., Wang, J., & Kong, S. (2020). The optimal configuration planning of energy hubs in urban integrated energy system using a two-layered optimization method. International Journal of Electrical Power & Energy Systems, 123, 106257. https://d oi.org/10.1016/j.ijepes.2020.106257
[20] Alizadeh, M., Jafari-Nokandi, M., & Shahabi, M. (2020). Resiliency-oriented islanding of distribution network in the presence of charging stations for electric vehicles. International Transactions on Electrical Energy Systems, 30(12), e12670. https://doi.org/10.1002 /2050-7038.12670
دوره 21، شماره 1 - شماره پیاپی 66
فنی و مهندسی
بهار 1403
صفحه 155-182

  • تاریخ دریافت 06 آبان 1402
  • تاریخ بازنگری 23 اسفند 1402
  • تاریخ پذیرش 22 خرداد 1403