بهینه‌سازی اقتصادی پوشش کانال آبرسان با صفحات خورشیدی بر اساس زوایای دریافت انرژی (مطالعه موردی: کانال آب‌رسان سد نوروزلو)

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه علوم و مهندسی آب، دانشکده کشاورزی و منابع طبیعی، دانشگاه ارومیه، ارومیه، ایران

2 گروه علوم و مهندسی آب، دانشکده کشاورزی، دانشگاه ارومیه، ارومیه، ایران

چکیده

با توجه به پیامدهای تغییرات اقلیمی و وجود خشک‌سالی باید به‌گونه‌ای شرایط فعلی را مدیریت کرد که گسترش اثرات منفی این تغییرات از جمله کاهش منابع آبی سیستم‌های روباز انتقال آب از طریق تبخیر، محدود و کنترل گردد. تبخیر از سطح کانال‌های روباز خصوصاً در مناطق خشک و نیمه‌خشک مانند ایران، نیاز به مطالعات دقیق‌تری دارد؛ بنابراین در مطالعه حاضر، ابتدا عوامل مؤثر بر تبخیر بر اساس داده‌های دریافتی سازمان هواشناسی مورد بررسی قرار گرفت و پس از آن سعی گردید میزان پتانسیل تابش خورشیدی در محدوده کانال آب‌رسان ساحل راست سد انحرافی نوروزلو برآورد شده و میزان پوشش سطح کانال مورد بررسی قرار گیرد. به این منظور از طریق نرم‌افزار متئونرم و با استفاده از سناریوهای RCP 2.6)، RCP 4.5 و(RCP 8.5 داده های مورد نیاز استخراج گردید. بر اساس یافته های پژوهش، کاهش میزان پتانسیل تابش و افزایش تدریجی دما و در نتیجه گرمای کره زمین را آشکار نمود.

در ادامه این فرایند با ورود داده های استخراجی به نرم افزار پی وی سیست، بررسی زوایای مختلف اثر تابش و شبیه سازی سناریوهای سایه اندازی صفحات در فواصل مختلف جهت انتخاب زاویه بهینه با حداکثر میزان دریافت انرژی انجام گردید. در نتیجه زاویه 37 درجه شیب با میزان پوشش کانال آب‌رسان حدود 67 درصد در مساحت تحت پوشش به وسعت حدود 24763 از 36960 مترمربع کانال، سالانه 7377 مگاوات ساعت انرژی الکتریسیته با هزینه حدود 82 میلیارد تومان و درآمد سالانه 5/6 میلیارد تومان با بازگشت سرمایه 4/12 سال انتخاب گردید.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Economic optimization of irrigation channel coating with solar panels based on energy receiving angles (case study: Noruzlu Dam's water channel)

نویسندگان [English]

  • Milad Rezaei 1
  • rasol ilkhanipour 2
1 Department of Water Science and Engineering, Faculty of Agriculture and Natural Resources, Urmia University, Urmia, Iran
2 Department of Water Science and Engineering, Faculty of Agriculture, Urmia University, Urmia, Iran
چکیده [English]

Considering the consequences of climate change and the existence of drought, the current conditions should be managed in such a way that the spread of the negative effects of these changes, including the reduction of water resources in open water transfer systems through evaporation, is limited and controlled. Evaporation from the surface of open channels, especially in arid and semi-arid areas like Iran, needs more detailed studies; Therefore, in the present study, the factors affecting evaporation were first investigated based on the data received by the Meteorological Organization, and then the potential amount of solar radiation was estimated in the area of the water supply channel on the right bank of the Noruzlu Diversion Dam, and the amount of coverage of the channel surface was investigated. . For this purpose, the required data were extracted through the meteorology software and using the RCP 2.6, RCP 4.5 and RCP 8.5 scenarios. Based on the research findings, the decrease in the radiation potential and the gradual increase in temperature and as a result the global warming revealed.

In the continuation of this process, by entering the extracted data into the PVC system software, different angles of the radiation effect and simulating the shading scenarios of the panels at different distances were carried out in order to choose the optimal angle with the maximum amount of energy received. As a result, the slope angle is 37 degrees with the water supply channel coverage of about 67% in the covered area of about 24,763 of the 36,960 square meters of the canal, 7,377 megawatt hours of electricity energy annually at a cost of about 82 billion tomans and annual income of 6.5 billion tomans with return on investment 12.4 years was selected.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Solar energy
  • irrigation canal
  • evaporation reduction
  • Meteonorm
  • Pvsyst
افخمی، ح.، ملکی نژاد، ح.، اسماعیل‌زاده، ع. و غریبی، خ. 1396. طراحی پوشش شناور یونورینگ با استفاده از لاستیک‌های فرسوده جهت کاهش تبخیر از منابع روباز آبی. یادداشت فنی تحقیقات منابع آب ایران. 3.
وزارت نیرو. 1400 . (www.satba.gov.ir)
پیری پشت کوهی زاده، ه. 1394. برآورد تبخیر و تعرق واقعی با استفاده از الگوریتم‌های Sebal، Sebs و تصاویر سنجنده Oli (مطالعه موردی: دشت ناز - ساری). پایان‌نامه دوره کارشناسی ارشد رشته هواشناسی کشاورزی، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری.
ترکی، م. و عابدی، ز. 1390. هزینه‌های خارجی تولید برق از نیروگاه‌های فسیلی. فصلنامه انسان و محیط‌زیست. 19.
خمر، غ.، زینلی، س.، جهانتیغ، ن. و کیانی، ا. 1399. بررسی تطبیقی شهرهای شش‌گانه منطقه سیستان ازلحاظ پتانسیل استفاده از انرژی خورشیدی. مجله مطالعات جغرافیایی مناطق خشک. 10 (39): 66 -83.
رضازاده، ا.، اکبر زاده، پ. و امین زاده، م. 1399. مدل‌سازی و بررسی آزمایشگاهی کاهش تبخیر سطحی آب توسط پوشش‌های شناور با حضور جریان سطحی. نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر. (18): 180-171.
رئوف، م. و رضائی، م. 1396. کاهش تبخیر آب و امکان‌سنجی استفاده از پنل‌های خورشیدی تولید انرژی در سد شهید کاظمی (بوکان). شانزدهمین کنفرانس هیدرولیک ایران، دانشگاه محقق اردبیلی.
رضائی، م. و احمدی، ح. 1400. تحلیل اقتصادی کاربرد سلول‌های خورشیدی روی دریاچه سدها (مطالعه موردی: سد انحرافی نوروزلو). مجله تحقیقات مهندسی سازه‌های آبیاری و زهکشی. 22 (82): 102-89.
سپاس خواه، ع. 1397. کاهش تبخیر از مخزن آب سدها. مجله پژوهش‌های راهبردی در علوم کشاورزی و منابع طبیعی. (3): 26-13.
سازمان هواشناسی استان آذربایجان غربی. 1400.
علیزاده، ع. 1377. اصول هیدرولوژی کاربردی. چاپ دهم. آب‌شناسی. آستان قدس رضوی دانشگاه امام رضا (ع). 636.
فرشته پور، م.، باقرپورمجاور، ن.، اسماعیل‌زاده، م.، لطیف، ع.، میلانی شیروان، پ. و جاویدی صباغیان، ر. 1399. بررسی نقش سلول‌های خورشیدی شناور در کاهش تبخیر از مخازن سدها (مطالعه موردی: استان خراسان رضوی). کنفرانس ملی مدیریت منابع آب ایران، دانشگاه فردوسی مشهد.
کوهستانی، ش.، اسلامیان، س. و بسالت پور، ع. 1396. تأثیر تغییر اقلیم بر درجه حرارت حوضه آبریز زاینده‌رود با استفاده از محاسبات نرم یادگیری ماشینی بیزین. نشریه علوم آب ‌و خاک (علوم و فنون کشاورزی و منابع طبیعی).
صلاحی، ب.، گودرزی، ب. و حسینی، س. 1397. برآورد میزان تبخیر و تعرق در ارتباط با تغییرات اقلیمی در حوزه ی آبخیز دریاچه ارومیه. نشریه علوم و مهندسی آبخیزداری ایران. 12(41). 1-12.
مظاهری، ا. و کوپایی، ج. 1397. کاهش تبخیر از مخازن آب با استفاده از پوشش‌های شناور. مجله تحقیقات آب ‌و خاک ایران. (49): 605-597.
مجرد، ف. و مرادی، ک. 1393. نگرشی بر ناموزونی‌ها و روندهای ساعات آفتابی در ایران. فصلنامه جغرافیا و توسعه. 34.
موسوی، ا. و تاتاری، م. 1396. مدیریت کم آبیاری درختان میوه. نشریه فنی پژوهشکده میوه‌های معتدله و سردسیری، موسسه تحقیقات علوم باغبانی، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، وزارت جهاد کشاورزی.
منصوری، ا.، امین نژاد، ب. و احمدی، ح. 1397. بررسی اثر تغییر اقلیم بر رواناب ورودی به مخزن سد کارون 4 بر اساس گزارش‌های چهارم و پنجم IPCC. نشریه علوم آب ‌و خاک (علوم و فنون کشاورزی و منابع طبیعی).
هاشمی منفرد، س.، رضا پور، م.، رضا پور، ح. و اژدری مقدم، م. 1397. استفاده از صفحات خورشیدی شناور به‌عنوان بادشکن به‌منظور کاهش تبخیر و تولید انرژی با استفاده از مدل‌سازی Ansys Fluent مطالعه موردی: چاه نیمه شماره 4 سیستان. مجله اکو هیدرولوژی. 5 (4): 1307-1297.
Alvarez, V. M., Baille, A., Martinez, J. M. M. and Real, M. M. G. 2006. Effect of black polyethylene shade covers on the evaporation rate of agricultural reservoirs. Spanish Journal of Agricultural Research. 4: 280 288.
Baradei, S. E. and Sadeq, M. A. 2020. Effect of solar canals on evaporation, water quality and power production: An optimization study. Water. 12(8): 2103.
Belmahdi, B. and El Bouardi, A. 2020. Solar potential assessment using PVsyst software in the northern zone of Morocco. Procedia Manufacturing. 46: 738-745.
Cantoni, R. and Rignall, K. 2019. Kingdom of the Sun: a critical, multiscalar analysis of Morocco’s solar energy strategy. Energy Research and Social Science. 51: 20-31.
Dirnberger, D. 2017. Photovoltaic module measurement and characterization in the laboratory. In The Performance of Photovoltaic (PV) Systems. 23-70.
Hassan, R. M., Hekal, N. T. snd Mansor, N. M. 2007. Evaporation reduction from Lake Naser using new environmentally safe techniques. Eleventh International Water Technology Conference, IWTC11, Sharm El- Sheikh, Citeseer. 179-194.
Joshi, M. S., Rawool, N., Sagar, A., Parihar, V. and Jagtap, M. 2021. Methods to Reduce Evaporation of Water from Reservoir. International Research Journal of Engineering and Technology. 8(6).
Patil, S., Wagh, M. M. and Shinde, N. N. 2017. A Review on Floating Solar Photovoltaic Power Plants. International Journal of Scientific and Engineering Research. 8(6): 789-794.
Remund, S. C., Muller, C., Schilter, B. and Rihm, B. 2010. The use of Meteonorm weather generator for climate change studies. EMS Annual Meeting Abstracts. (7): 417.
Riahi, K., Rao, Shi., Krey, V., Cho, Ch., Chirkov, V., Fischer, G., Kindermann, G., Nakicenovic, N. and Rafaj, P. 2011. RCP 8.5 - A scenario of comparatively high greenhouse gas emissions. Climatic Change. 109: 33-57.
Soltani, Z., Khani, A., Mahanpour, K. and Marjani, A. 2018. Assessment of duckweed (Lemna gibba L) growth on dam water surface as green cost-effective process to improving water quality. Desalination and Water Treatment. 118: 79-86.
Vuuren, D. V., Edmonds, J., Kainuma, M., Riahi, K. and Weyant, J. 2011. A special issue on the RCPs. Climate Change. 109: 1-4.
Yao, X., Zhang, H., Lemckert, C., Brook, A. and Schouten, P. 2010. Evaporation Reduction by Suspended and Floating Covers. Overview, Modelling and Efficiency. Urban Water Security Research Alliance Technical Report. 28.
Waheeb Youssef, Y. and Khodzinskaya, A. 2019. A Review of Evaporation Reduction Мethods from Water Surfaces. E3S Web of Conferences. 97: 05044.