مدل‌های انرژی برای مدلسازی

در اکثر مدل‌های انرژی برای مدلسازی از برنامه ریزی خطی و شبیه سازی با کمک معادلات اقتصاد‌سنجی استفاده شده است و در بقیه مدلها از آنالیز داده ستانده، برنامه ریزی پویا و … کمک گرفته شده است.

طبقه بندی مدل‌های انرژی  به شرح زیر می‌باشد:

• مدلهای برنامه ریزی انرژی:محققین و دانشمندان کوشش زیادی نموده‌اند تا یک مدل انرژی یکپارچه طراحی نمایند که به برنامه ریزی کلیه منابع انرژی بپردازد.
• مدل‌های پیش‌بینی:مدل‌های پیشبینی انرژی با بکارگیری متغیرهای مختلفی مثل جمعیت، درآمد، قیمت، عوامل رشد و فناوری فرمول بندی شده‌اند. هدف از مدل‌های پیشبینی، تعیین الگوهای توزیع انرژی است. مدل‌های پیشبینی برای هر دو نوع منبع انرژی موجود می‌باشند.
• مدل‌های بهینه سازی:فرمول بندی مدلهای خاص منابع انرژی‌های تجدید پذیر، کمک خواهد نمود تا تخصیص مناسبی از تقاضای انرژی برای هر یک از این منابع در آینده فراهم گردد.
• مدل‌های انرژی بر اساس شبکه‌های عصبی:استفاده از تکنولوژی‌های هوش مصنوعی برای حل مسائل علمی پیچیده در بخش‌های مختلف روز به روز متداول تر می‌گردد.سیستم‌هایی که بر اساس هوش مصنوعی عمل می‌نمایند در حال توسعه و پیشرفت بوده و در سرتاسر جهان کاربردهای بیشمار پیدا می‌کنند. دلیل اصلی این امر مستدل بودن، منعطف بودن و قابلیت خود تشریحی این گونه سیستم‌هاست.
• مدل‌های کاهش انتشار

 

مدل‌های عرضه و تقاضای انرژی

• مدل‌های تقاضای انرژی

بخش انرژی بعنوان یکی از زیرمجموعه های نظام اقتصادی و اجتماعی مسوولیت تأمین تقاضای انرژی در سایر بخش‌ها را بر عهده دارد. تقاضای انرژی تحت تأثیر عوامل اقتصادی، اجتماعی و فنی تغییر می‌یابد و تأمین آن ایجاب می‌کند سیستم انرژی متناسب با تحولات انرژی سازماندهی شود. برای این منظور ارزیابی روند تقاضای انرژی ضرورت دارد.

تقاضای انرژی تحت تأثیر بسیاری از فاکتورهای تکنیکی، اقتصادی، سیاسی و اجتماعی می‌باشد.مدلهای تقاضای انرژی بر اساس متدولوژیهای مربوط به دو دسته اصلی تقسیم می‌شوند:

مدلهای اقتصاد سنجی: توسعه تقاضای انرژی در این مدلها با کمک متغیرهای اقتصاد کلان صورت می‌گیرد و روابط بین متغیرها پس ازآن با آنالیز رگرسیون با کمک داده‌های گذشته برآورد می‌گردد(بعنوان نمونه مدل BASYS).

مدلهای آنالیز فرآیند: این مدلها با توجه به تکنولوژی‌های مربوط به خدمات نهایی انرژی تعیین می‌گردند (بعنوان نمونه مدل MADE II).

 

• مدل‌های عرضه انرژی

سیستم عرضه انرژی از زیرمجموعه‌های مختلف تشکیل شده است. این سیستم بمنظور تأمین انرژی مورد نیاز در بخش‌های اقتصادی و اجتماعی می‌یابد.عرضه انرژی مفید از طریق بهره برداری از انواع حاملهای انرژی اولیه و با استفاده از فن‌آوری‌های متنوع و متعدد فرآورش و تبدیل انرژی امکان پذیر است. جریان اشکال مختلف انرژی زیرمجموعه‌های سیستم عرضه انرژی را تشکیل می‌دهند و تغییرات در هر یک از حاملهای انرژی، کل سیستم عرضه انرژی و جریان سایر حاملهای انرژی را متاثر می‌سازد.مطالعه و بررسی سیستم عرضع انرژی ایجاب می‌کند تأثیرات متقابل زیربخش‌های مختلف در چارچوب کلیت سیستم ملحوظ گردد. برای این منظور از مفهوم “سیستم مرجع انرژی”، بعنوان  شالوده تحلیل استفاده می‌شود.سیستم مرجع انرژی بصورت نمودار جریان حاملهای انرژی است که نمونه آن در شکل ۵ نشان داده شده است.

تحلیل سیستم عرضه انرژی ایجاب میکند اطلاعات درباره منابع و ذخائر انواع انرژی‌های اولیه مورد پردازش قرار گیرد. همان‌طوری که در نمودار مشاهده می‌گردد . سیستم عرضه انرژی شامل سطوح متعدد انرژی می‌شود ،که به ترتیب زیر تعریف می‌گردند:

R: منابع انرژی مشتمل بر حاملهای انرژی اولیه

A: فرآورش انرژی متشکل از فناوری پالایش و تصفیه

X: تبدیل انرژی اولیه و ثانویه به شکل دیگر از انرژی ثانویه یا نهایی

T: انتقال انرژی با بکارگیری فناوریهای انتقال

F: شبکه توزیع حاملهای انرژی نهایی

U: انرژی مفید حاصل از تبدیل انرژی نهایی در آخرین فناوریها در بخش‌های جامعه

 

مروری کلی بر “سیستم مرجع انرژی”، حاکی از آن است که جریان حاملهای انرژی در رقابت با یکدیگر بوده و تحت تأثیر ارتباط زیربخش‌های مختلف سیستم عرضه انرژی است. سیستم عرضه انرژی مشتمل بر مجموعه‌ای از فن‌آوری‌های فرآورش، تبدیل، انتقال و توزیع حاملهای انرژی است که بمنظور تأمین نیازهای انرژی جامعه سازمان پیدا می‌کند. انرژی موجود در طبیعت به شکل انرژی اولیهدر دسترس است و استفاده از آن مستلزم فرآورش و تبدیل انرژی اولیه است. لذا انرژی اولیه موجود در طبیعت مهمترین سیستم عرضه انرژی است و بدلیل آن، ساختار سیستم عرضه انرژی و تحولات آن تابعی از انرژی اولیه در دسترس می‌باشد. بعلت بزرگی سیستم عرضه انرژی برای تصمیم گیری در این زمینه حتما باید از ابزار مدل بهره گرفت. برای تخمین بهتر نتایج، از مدلهای عرضه انرژی در قالب بهینه سازی و یا شبیه سازی استفاده می‌شود. مدلهای عرضه انرژی بیان کننده جریان انرژی در فرم‌های مختلف از استخراج مواد خام اولیه یا واردات مواد از طریق تبدیل و یا حمل به سوی مصرف کنندگان نهایی و یا صادرات می‌باشد.

این مدلها برای نواحی خاص و افق‌های زمانی خاص محدود شده‌اند. مدلهای عرضه انرژی اغلب جزو مدلهای تکنولوژیکی و یا تحلیل فرآیندی می‌باشند. در تمامی مدلهای عرضه انرژی، مصرف نهایی حاملان انرژی و یا مثدار انرژی مورد نیاز برای برآورد تقاضای انرژی، از بیرون به مدل تزریق خواهند شد. افق زمانی مدل به دهه‌های بیشتر بسط داده شده است. این مدلها به مدلهای ایستا، شبه پویا و پویا طبقه‌بندی می‌گردند.مثالی از این نوع مدلها، مل MESSAGE III می‌باشد.پس از سال ۲۰۲۰ پیش‌بینی می‌شود که تمامی سناریو از طریق طیف وسیعی از ترکیبات مختلف منابع انرژی برآورده شوند.

 

   ملزومات مدلهای انرژی عبارتند از:

• بسیاری از مدلها، استهلاک تجمعی منابع و اثر آن بر بازارهای انرژی اولیه را نشان می‌دهند.
• بسیاری از آنها امکان معرفی فرآیندهای تبدیل و منابع جدید را در اختیار می‌گذارند.
• اکثر مدلها توانایی پیش‌بینی تا حداقل سال ۲۰۵۰ را دارند.
• اکثر مدلها به شبیه سازی موازنه عرضه و تقاضای بازار از طریق قیمتها پرداخته و رفتار اوپک را نشان می‌دهند.
• بسیاری از مدلها مناطق کلی را شامل می‌شوند.
• بسیاری از مدلها از هزینه‌ها و منافع اقتصادی برای بررسی سناریوهای مختلف استفاده می‌کنند.
• اکثر مدلها امکان آنالیز امنیت انرژی برای سناریوهای مختلف را دارند.

بطور کلی رویکردهای مدلسازی شامل موارد زیر می‌باشند:

• مدلهای جامع اقتصاد- انرژی

توجه به اقتصاد، عرضه و تقاضای سوختهای فسیلی و منابع انرژی تجدید پذیر و استفاده از تکنولوژی‌های جدید، همگی در این نوع مدلها درگیر می‌باشند. این مدلها می‌توانند رفتار اوپک را نیز نشان دهند ولی در کل استهلاک منابع را نشان نمی‌دهند.

 

• مدلهای جامع بهینه سازی پویای انرژی III MESSAGE:

مدل برنامه ریزی خطی پویا می‌باشد که توسط موسسه بین‌المللی آنالیز سیستم کاربردی، ایجاد شده است و برای پیش‌بینی سالهای ۲۰۵۰ تا سال ۲۱۰۰ استفاده شده است. این مدل در چشم اندازهای جامع انرژی مورد استفاده قرار گرفته است.

اریس: (استراتژی تحقیق و سرمایه گذاری در بخش انرژی)

مدل اولیه جامع انرژی با مقیاس کوچک می‌باشد. هدف این مدل نمایش مکانیزم‌های مهم مربوط به آنالیز و تحقیق و بکارگیری سیاستهای تکنولوژیها با هدف آنالیز هزینه/ سود و اولویت بندی بوده است.

مارکال: (نسخه‌های گوناگون) مدل بهینه سازی پویای انرژی از پایین به بالا بوده که توسط آژانس بین‌المللی انرژی برای آنالیز و پیش‌بینی جهانی انرژی توسعه داده شده است.این مدل برای آنالیز کاهش گازهای گلخانه‌ای و برنامه ریزی انرژی بکار رفته است.

مدلهای ذکر شده به تکنولوژی‌های انرژی دید بسیار ریزی داشته‌اند و همگی در تمامی ابعاد دارای انعطاف پذیری بالایی می‌باشند. تمرکز اصلی این مدلها برعرضه انرژی، تبدیل و مصرف‌کنندگان‌نهایی می‌باشد.

 

نتیجه گیری

همانطور که در بخش‌های قبل نیز مطرح کردید، مدلهای انرژی به صورت‌های مختلفی طبقه بندی گشته‌اند.اصولا برای طبقه‌بندی مدلهای انرژی از رویکرد اساسی زیر استفاده شده است، که به شرح زیر می‌باشند:

• مدلهای برنامه ریزی انرژی
• مدلهای عرضه و تقاضای انرژی
• مدلهای پیش‌بینی
• مدلهای بهینه سازی
• مدلهای انرژی بر اساس شبکه‌های عصبی
• مدلهای کاهش انتشار

ایران را با داشتن منابع سرشار انرژی می‌توان سرزمین انرژی نامید، اما متاسفانه بدلیل مشکلات متعدد به‌جای استفاده از این مزیت نسبی و تبدیل آن به مزیت رقابتی در عرصه جهانی، منابع انرژی به صورت بی‌رویه و غیربهینه مصرف‌ گردیده‌اند. بطوری که متاسفانه نام سرزمین اتلاف انرژی را بر این کشور نهاده‌اند. از این رو فعالیت در خصوص برنامه‌ریزی و مدلسازی ریاضی انرژی بعنوان یکی از اولویت‌های اساسی کشور مطرح می‌گردد تا از آن طریق با دقت نظر و کنجکاوی مربوطه مشکلات مربوط به فن‌آوری های مورد نیاز و جنبه‌های ناهنجار اقتصادی شناسایی و مرتفع گردند. با توجه به این که در سالهای اخیر به بحث مدلسازی انرژی توجه زیادی شده است، می‌توان با بررسی مرور ادبیات تحقیقات انجام شده خلل‌های تحقیقاتی را شناسایی کرد تا مبنایی برای بررسی‌های بیشتر برای آیندگان در این زمینه باشد.

 

با توجه به نقد و فضاهای موجود تحقیقاتی در مورد مقالات که در این نوشتار به آنها پرداخته شده است در بحث حاضر می‌توان خلاصه‌ای از سوالات بی‌جواب را برای تحقیقات آتی مطرح کرد، که عبارتند از:

• در بحث پیش بینی‌های مربوط به انرژی کشور هیچگونه پیشنهادی برای بکارگیری شبکه‌های عصبی مطرح نشده است که این       مساله خود می‌تواند زمینه‌های تحقیقاتی را در این مورد به دنبال داشته باشد.
• می توان در بحث تخصیص منابع انرژی از منطق فازی بهره گرفت، که این منطق در تحقیقات گذشته مورد توجه زیادی نبوده است.
• بیشتر تحقیقات صورت گرفته بر اساس توجه بیشتر به تخصیص بهینه منابع انرژی سنتی بوده اند ،این خود می‌توان آن را هم در تحقیقات آتی مدنظر قرار داده و بکارگیری منابع انرژی قابل بازیافت را بیشتر مورد توجه قرار داد.
• همان طور که در نوشتار حاضر نیز عنوان شد، مدل‌های انرژی را می‌توان به چند دسته کلی تقسیم کرد و آنها را از لحاظ روش مدلسازی و دیگر خصوصیات مربوط به مدل بررسی کرد. متدولوژی‌های بکار گرفته شده در تحقیقات پیشین را نیز می‌توان در نظر داشت. ولیکن هنوز هیچ یک از این مدلها بدرستی در کشور ایران بومی نشده‌اند و این خود خللی بزرگ بوده و باعث ایجاد فضای تحقیقاتی بزرگی در این زمینه شده‌ است.

امید است با توجه لازم به پیشنهادات ذکر شده در بالا درخصوص بکارگیری بهینه انواع مدلهای انرژی، دیگر به کشور ایران که از مزیت انرژی بالایی برخوردار می‌باشد، سرزمین اتلاف انرژی اطلاق نگردد.

در این مقاله مدلهای گوناگون انرژی که در سراسر جهان مورد استفاده قرار گرفته‌اند، مرور گردیدند.

 

فاکتورهای مهم در بهره برداری از انرژی که به عنوان توابع هدف در مدلهای برنامه‌ریزی خطی لحاظ میگردند, عبارتند از:

• تولید ناخالص ملی و داخلی
• سود
• میزان کمی انرژی
• نسبت تولید ناخالص ملی به مصرف انرژی
• کارآیی انرژی و تولید انرژی

 

همچنین محدودیتهای مدل عبارتند از:

• فناوری
• راندمان
• عرضه
• تقاضا
• بکارگیری منابع و در دسترس بودن آن

علاوه بر این مشاهده گردید که مدلهای رفتاری، اقتصاد سنجی و مدلهای ماکرو آماری، انعکاس دهنده مشخصات کلی عرضه و مصرف انرژی بوده و روز به روز قابلیت پیش‌بینی این مدلهای مختلف برنامه‌ریزی خطی می‌توان به طور موثر استفاده کرد. مدلهای اقتصادسنجی جزو مناسب‌ترین مدلها و به عنوان پارامتر کلیدی در فرمول بندی توابع هدف قلمداد میگردند. در این مقاله ملاحظه شد که مدلهای اقتصاد انرژی می‌توانند در فهم روش‌هایی که در آن برهم کنشهای اقتصاد و انرژی صورت میگیرد، کمک شایانی نمایند. علاوه بر این، این مدلها برنامه‌ریزان را در انجام پیش‌بینی و برنامه‌ریزیهای آینده یاری می‌رساند. به طور کلی میتوان نتیجه گیری نمد که استفاده از این مدلها باعث می‌گردد تا در تنظیم قوانین و تعیین خط مشی‌ها،  به نحو مطلوبی بهبودی حاصل کرد، بطوری که این خط مشی‌ها متناسب با موقعیت‌های خاص مکانی و زمانی هدف گذاری گردد.

هر اندازه بخواهیم استفاده و بکارگیری از منابع انرژی قابل بازیافت را بیشتر مورد توجه قرار دهیم، باید فاکتورهای عملی نظیر دوره عمر سیستم، درجه اطمینان سیستم، انتخاب سایت، سرمایه گذاری و سطح پذیرش اجتماعی را بیشتر مورد تحلیل و بررسی قرار دهیم. در پایان پیشنهاد می‌گردد که از روش شبکه‌های عصبی در انجام پیش‌بینی های مربوط به انرژی و از منطق فازی برای تخصیص منابع انرژی کشور استفاده گردد.