ارزیابی تغییرات اقلیم و پیش بینی اثر آن بر عملکرد و مصرف سوخت نیروگاه های حرارتی ایران در دهه آینده

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانش آموخته دکترای مهندسی انرژی،دانشکده محیط زیست و انرژی، دانشگاه آزاد اسلامی، واحد علوم و تحقیقات تهران*(مسئول مکاتبات

2 استاد دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی شریف

3 استاد دانشکده مهندسی شیمی، دانشگاه صنعتی شریف

4 استاد دانشکده علوم پایه، دانشگاه آزاد اسلامی، واحد علوم و تحقیقات تهران

5 استادیار دانشکده محیط زیست و انرژی، دانشگاه آزاد اسلامی، واحد علوم و تحقیقات تهران

چکیده

مطالعات متعددی در زمینه تغییر اقلیم در مناطق مختلف جهان صورت گرفته که در بسیاری از مطالعات اثر تغییرات پارامترهای هواشناسی بر عملکرد بخش انرژی بررسی شده است. در این تحقیق با استفاده از نتایج محاسبات تغییر اقلیم در استان های ایران که از روش ریز مقیاس نمایی با شبکه عصبی حاصل شده ، به بررسی اثر آن بر عملکرد بخش تولید انرژی در نیروگاه های کشور  در دهه آینده پرداخته شده است. محاسبات نشان می‌دهد که به طور متوسط بازدهی نیروگاه‌های گازی حدود 6/0% به ازای هر 1 درجه افزایش دما، کاهش می‌یابد. همین طور بازدهی نیروگاه‌های بخاری و ترکیبی به طور میانگین حدود 5/0و 4/0% کاهش می‌یابد. با توجه به نتایج تغییر اقلیم در ایران ، در سال 2025 به طور متوسط حدود oC36/1 افزایش خواهد یافت پس از بررسی دقیق میانگین  افزایش دمای مؤثر بر عملکرد نیروگاه‌ها در کل کشورکه منجر به افت بازدهی بخش تولید انرژی خواهد شد، حدود oC13/1 محاسبه شد. پس از انجام محاسبات و به کار گیری نرم‌افزار انرژی و محیط زیست مصرف سوخت نیروگاه‌های حرارتی حدود 49/2% افزایش خواهد یافت. بر اساس نتایج میزان انتشار دی اکسید کربن حدود 3/1% و هزینه ‌های اجتماعی ناشی از انتشار آلاینده‌ها نیز حدود 2% افزایش خواهد یافت.

کلیدواژه‌ها


علوم و تکنولوژی محیط زیست ، دوره شانزدهم، شماره دو ،  تابستان 93

 

ارزیابی تغییرات اقلیم و پیش بینی اثر آن بر عملکرد و مصرف سوخت

 نیروگاه های حرارتی ایران در دهه آینده

 

اندیشه شیعه بیگی[1]*  

مجید عباسپور[2]

محمد سلطانیه[3]  

فرهاد حسین زاده لطفی[4]

زهرا عابدی[5]

 

تاریخ دریافت:19/8/92

تاریخ پذیرش:4/11/92

 

چکیده

مطالعات متعددی در زمینه تغییر اقلیم در مناطق مختلف جهان صورت گرفته که در بسیاری از مطالعات اثر تغییرات پارامترهای هواشناسی بر عملکرد بخش انرژی بررسی شده است. در این تحقیق با استفاده از نتایج محاسبات تغییر اقلیم در استان های ایران که از روش ریز مقیاس نمایی با شبکه عصبی حاصل شده ، به بررسی اثر آن بر عملکرد بخش تولید انرژی در نیروگاه های کشور  در دهه آینده پرداخته شده است. محاسبات نشان می‌دهد که به طور متوسط بازدهی نیروگاه‌های گازی حدود 6/0% به ازای هر 1 درجه افزایش دما، کاهش می‌یابد. همین طور بازدهی نیروگاه‌های بخاری و ترکیبی به طور میانگین حدود 5/0و 4/0% کاهش می‌یابد. با توجه به نتایج تغییر اقلیم در ایران ، در سال 2025 به طور متوسط حدود oC36/1 افزایش خواهد یافت پس از بررسی دقیق میانگین  افزایش دمای مؤثر بر عملکرد نیروگاه‌ها در کل کشورکه منجر به افت بازدهی بخش تولید انرژی خواهد شد، حدود oC13/1 محاسبه شد. پس از انجام محاسبات و به کار گیری نرم‌افزار انرژی و محیط زیست مصرف سوخت نیروگاه‌های حرارتی حدود 49/2% افزایش خواهد یافت. بر اساس نتایج میزان انتشار دی اکسید کربن حدود 3/1% و هزینه ‌های اجتماعی ناشی از انتشار آلاینده‌ها نیز حدود 2% افزایش خواهد یافت.

واژه های کلیدی: تغییر اقلیم، بازدهی، نیروگاه حرارتی، سوخت، انتشارات، هزینه اجتماعی.

 

مقدمه


مباحث انرژی و محیط زیست تبدیل به یکی از موضوعات اساسی در دنیای امروز شده که بسیاری از کشورها توجه ویژه‌ای به آن دارند. از آن جا که حفاظت از محیط زیست جهت تداوم زندگی سالم‌تر امری ضروری است و ادامه حیات نیازمند مصرف پیوسته انرژی است، لازم است که همواره به بررسی تولید انرژی و آثار سوء آن بر محیط زیست پرداخت، تا بتوان راهکارهای بهتری برای تخریب هر چه کم تر محیط زیست ارایه نمود. در نتیجه عواملی همچون فرایندهای دینامیکی زمین و یا عوامل بیرونی همچون تغییرات در شدت تابش آفتاب و یا فعالیت های انسانی که منجر به افزایش غلظت گازهای گلخانه‌ای می‌شود،  اقلیم در حال تغییر است که در مقیاس جهانی رخ می‌دهد و دارای اثرات مهمی بر کشور‌ها است(1). تغییر اقلیم موجب تغییر دما و الگوی زمانی بارش و تغییر در میزان بارندگی می‌شود(4-2 ). جهت  بررسی سیستم­های اقلیمی در مقیاس جهانی از مدل‌هایی تحت عنوان مدل­های گردش عمومی ([6]GCM) استفاده می­شود. این مدل­ها رفتار فیزیکی سیستم زمین، جو و اقیانوس را به شکل ریاضی شبیه سازی می­نمایند (5). Sailor و همکاران (2000) از مدل شبکه عصبی مصنوعی پیشرو و الگوریتم پس انتشار خطا با تابع انتقال سیگموئیدی جهت پیش بینی سرعت باد در دوره آینده برای سه منطقه در آمریکا (تگزاس و کالیفرنیا وکارولینا) استفاده کردند. که نتایج نشان دهنده کاهش سرعت باد به میزان 4/0 و 8/0% در دو نقطه مورد مطالعه و افزایش 6/2 درصدی در یکی از نقاط مطالعاتی در مقیاس سالانه می­باشد (6). صمدی و همکاران (2012) نیز عملکرد مدل SDSM[7] و شبکه عصبی مصنوعی (TLFN[8])، را جهت ریزمقیاس نمایی دما و بارش بزرگ مقیاس مدل HadCM3 در حوضه آبریز کرخه در غرب ایران مقایسه کردند (4). از طرفی تغییرات دما اثر مستقیم بر عملکرد تولید انرژی دارد. در واقع خروجی توربین گاز و بازدهی آن تابعی از دمای هوای محیط است (7). در مطالعاتی که انجام یافته نتایج تقریبا مشابهی به دست آمده است. به طور مثال گزارش شده که در نوع توربین گاز به ازای هر 10 درجه افزایش دما بالای15 درجه سانتی گراد توان خروجی بین 5 تا 10% کاهش می‌یابد (7). موهانتی در سال 1995 در تحقیقی نشان داد که افزایش دمای محیط به اندازه 1 درجه سانتی گراد منجر به کاهش 1 درصدی ظرفیت توربین گازی می‌شود (8). در نیروگاه بخار بویلر عامل اصلی نابودی اکسرژی در نیروگاه بوده و به ازای افزایش دمای محیط تا 5درجه سانتی گراد در رطوبت نسبی ثابت، بازده حرارتی 35/2% و بازده اکسرژی نیروگاه 2/8 %کاهش می‌یابد (9). یعنی به ازای هر 1 درجه افزایش دما بازده نیروگاه بخار حدود 45/0% کاهش می‌یابد.

برخی محققان به این نتیجه دست یافتند که با افزایش دمای محیط به ازای هر1 درجه سانتی گراد ، در نیروگاهی 50 مگاواتی ظرفیت نیروگاه سیکل ترکیبی حدود5/0% کاهش می‌یابد. (10). سرابپریت و همکاران توانستند نتایج بازدهی سیکل ترکیبی به عنوان تابعی از دمای محیط را در شکل 1 ارایه کنند.

 

شکل 1- اثر تغییرات دمای محیط (AAT) بر بازده سیکل ترکیبی (10)

همچنین آمری ( 2004 ) در مطالعه ای که بر روی توربین گازی 6/16مگاواتی انجام داده بود، نشان داد که با کاهش دما از 2/34به 15 درجه سانتی گراد میانگین خروجی نیروگاه بیش از 3/11% افزایش می‌یابد. می‌توان گفت به ازای هر درجه افزایش دمای محیط خروجی توان توربین گاز 64/0 درصد کاهش خواهد یافت (11). با مطالعه بر روی یک توربین گاز و سیکل ترکیبی آن با حدود 110 مگاوات ظرفیت و کاهش دما از 35 به 20 درجه سانتی گراد، نشان داده شد که توان خروجی توربین گاز حدود 6/10% و توان خروجی سیکل ترکیبی حدود 24/6 % افزایش می یابد (12). یعنی به ازای هر 1 درجه کاهش دما بازده توربین گاز حدود 61/0% و راندمان سیکل ترکیبی حدود 41/0 % در نیروگاهی 110 مگاواتی افزایش می‌یابد.همین طور در مطالعه ای دیگر نشان داده شده که میانگین توان خروجی نیروگاه به ازای هر 1 درجه افزایش دمای ورودی، 56/0% کاهش می‌یابد . توان خروجی در شرایط رطوبت سرد 10% افزایش و در شرایط رطوبت داغ 18% افزایش می‌یابد (13).

هدف از انجام این مطالعه، تعیین اثر تغییر اقلیم (مشخصا دما) بر عملکرد نیروگاه‌های حرارتی ایران در سال 2025 است.

مواد و روش ها

منطقه مورد مطالعه و اطلاعات مورد نیاز

          از آنجا که مطالعات در برش استانی انجام یافته، در هر استان یک ایستگاه هواشناسی با دوره آماری مناسب انتخاب شده و ورودی‌ها که همان متغیرهای بزرگ مقیاس پایگاه داده‌ای NCEP هستند به مدل شبکه عصبی داده می‌شوند.از سوی دیگر باید نیروگاه‌های هر استان به طور مجزا مورد مطالعه قرار گیرند و نوع سیکل نیروگاهی، ظرفیت، بازده، ضریب بهره برداری، توان تولیدی، مقدار و نوع سوخت‌های مصرفی با استفاده از آمار تفصیلی صنعت برق ایران مشخص شود. در این مطالعه در 30 استان ایران تمامی موارد به تفکیک مشخص شده و به عنوان داده‌های پایه در نظر گرفته می‌شود.

مدل شبکه عصبی مصنوعی

با کمک ساخت شبکه‌های عصبی مصنوعی مختلف و ارزیابی عملکرد، بهترین شبکه برای هر استان تعیین شده و از آن جا که 90% شبکه‌هایی که در مسایل مختلف کاربرد دارند، شبکه‌های پیشرو هستند (14)، در تحقیق حاضر از شبکه عصبی پیشرو با الگوریتم پس انتشار خطا استفاده می­شود (15). شمای کلی شبکه عصبی پیشرو در شکل 2 ارایه شده است.

 

 

 

 

شکل 2- شمای کلی شبکه­های پیشرو (15)

 

 

 

خروجی مدل دمای روزانه، بارش روزانه و نیز سرعت باد روزانه می­باشد. هر متغیر روزانه به طور جداگانه مورد بررسی قرار گرفته و با تغییر در تعداد نرون لایه میانی­، تغییر تعداد تأخیر در ورودی و استفاده از تابع انتقال و آموزش متفاوت، مناسب ترین شبکه­ها انتخاب می­شود. بعد از آماده شدن شبکه، نحوه عملکرد آن باید ارزیابی شود. بدین منظور از معیارهای ضریب همبستگی () وجذر میانگین مربعات خطا ([9]RMSE) استفاده می­شود. بعد از ارزیابی و محاسبات، خروجی‌های مدل که همان دما، بارش و سرعت باد روزانه هستند مشخص می‌شود.

محاسبه بازدهی نیروگاه به عنوان تابعی از دمای محیط

 

 


 

 

شکل 3- شمای یک نیروگاه سیکل ترکیبی

 

 

زمانی که در یک سیکل ترکیبی تمام پارامترها ثابت بماند و فقط دمای محیط متغیر در نظر گرفته شود، عملکرد نیروگاه شدیدا به دمای هوای محیط وابسته خواهد بود (10). در معادله 1 WGTهمان کار توربین گاز است که بر حسب پارامترهای مختلف از جمله دمای اولیه، فشار و حجم اولیه و بازدهی کمپرسور و دماهای خروجی از کمپرسور و محفظه احتراق و دیگر عوامل محاسبه می‌شود.


 

معادله 1                   

WGT کار توربین گاز

T3 دمای ورودی به توربین گاز

ma=p1v1/RT جریانجرمی هوا

Cpg  ظرفیت حرارتی در فشار گاز

T1 دمای محیط

Cpa ظرفیت حرارتی در فشار هوا

g بازده احتراق

r  نرخ تراکم

 

با فرض ثابت بودن تمامی پارامترهای نامبرده و نیز دمای خروجی توربین گاز، کار توربین گاز با دمای محیط رابطه معکوس خواهد داشت(10). در معادله 2 بازدهی توربین گاز بر حسب پارامترهای نامبرده در کل فرآیند قابل محاسبه است.

 

 

معادله 2        

 

hGTP    بازدهی توربین گاز

h comp   بازدهی کمپرسور

 

 

 

با توجه به اینکه ، بازده کمپرسور، بازده توربین گاز، بازده ژنراتور و دمای ورودی به توربین گاز T3 ثابت هستند و توان توربین گاز و انرژی مصرفی با دمای محیط رابطه معکوس دارد، بازدهی توربین گاز نیز با دمای محیط رابطه معکوس دارد (10).

اگر گازهای خروجی توربین گاز را  به سیکل بخار بفرستیم نرخ جریان جرمی سوخت با دمای ثابت ورودی (T5) از رابطه زیر به دست می‌آید:

 

 

معادله 3              

 

mf2  نرخ جریان جرمی سوخت با دمای ثابت ورودی

 

 

پس نرخ جریان جرمی سوخت با دمای محیط رابطه معکوس دارد.(10)

نرخ جریان جرمی بخار برابر است با:

 

معادله 4                                           

ms نرخ جریان جرمی بخار

 

 

 

با فرض ثابت بودن تمام پارامترها، ma و mf1 و mf2 نسبت معکوس با دمای محیط دارند، پس msهم با دمای محیط نسبت معکوس دارد(14).

خروجی توربین بخار:

 

 

معادله 5                   

 

 WST کار توربین بخار


با فرض ثابت بودن تمام پارامترهای آنتالپی و بازده توربین بخار، m24a و m24b و m24 نسبت مستقیم با ms دارند، پس توان توربین بخار هم با دمای محیط نسبت معکوس دارد(10).

بازده نیروگاه سیکل ترکیبی از معادله 6 به دست می‌آید.

 

معادله 6                                                                          

hCC  راندمان سیکل ترکیبی

WNGT  توان خالص توربین گاز

WNST  توان خالص توربین بخار

mf1,mf2  نرخ جریان سوخت ورودی به کمپرسور و توربین بخار

 

 

از آن جا که توان خالص توربین گاز و توربین بخار و نرخ جریان سوخت ورودی به کمپرسور و توربین بخار با دمای محیط نسبت معکوس دارند، راندمان سیکل ترکیبی نیز با دمای محیط رابطه معکوس دارد(10).

در این مطالعه با داشتن مشخصات هر سیکل مورد بررسی و دمای محیط هر منطقه با داشتن دمای محیط در آینده که با استفاده از مدل شبکه عصبی مصنوعی به دست آمده، بازده‌های جدید هر نیروگاه دوباره محاسبه شده و سپس با استفاده از نرم افزار انرژی و محیط زیست مقدار سوخت مصرفی در آینده تعیین خواهد شد. همین طور این نرم افزار میزان انتشارات و نیز هزینه‌های اجتماعی ناشی از هر نیروگاه را به دست می‌دهد.

محاسبات و نتایج

محاسبه تغییرات مقدار سوخت مصرفی، کربن تولیدی و هزینه‌های اجتماعی

در این تحقیق با بررسی مطالعات انجام یافته در زمینه ریز مقیاس نمایی با کمک شبکه عصبی مصنوعی، شبکه‌ها برای هر استان تعیین شده و از شبکه پیشرو با الگوریتم پس انتشار خطا ریز مقیاس نمایی پارامترهای روزانه هواشناسی در هر استان تعیین شد. با در دست داشتن تغییرات دما در هر استان و نیز داشتن آمار و اطلاعات نیروگاه‌های حرارتی هر استان(17,16) به بررسی اثر تغییر دما بر بازده‌ها پرداخته شد. در اکثر استان‌ها، به جز استان‌های هرمزگان و خوزستان و قزوین که دمای مؤثر بر عملکرد نیروگاه‌ها تغییر محسوسی نداشته،  تغییرات دما اغلب دارای افزایش تا 3 درجه بوده است. هر چند تغییر دمای مؤثر در بیش تر آن ها مقدار کم تری را به خود اختصاص داده است. در کل کشور حدود 69 نیروگاه بخاری، گازی و ترکیبی موجود مورد مطالعه قرار گرفت. به طور میانگین بازده نیروگاه‌های گازی بین 1-7/0 درصد در اثر هر درجه افزایش دما، کاهش یافته است و بازده نیروگاه‌های بخاری و سیکل ترکیبی دراثر افزایش دمای واحد به ترتیب بین 5/0-3/0 درصد و 7/0-3/0 درصد کاهش می‌یابد. با در دست داشتن بازدهی‌های جدید که از معادلات یاد شده محاسبه شده‌است، و درصد سوخت های مصرفی هر نیروگاه و نیز ضریب دسترسی آن ها به کمک اجرای نرم افزار انرژی و محیط زیست مقدار سوخت های مصرفی در هر نیروگاه در حالت جدید به دست می‌آید. با استفاده از این نرم افزار میزان کربن تولیدی و هزینه‌های اجتماعی نیز در دو حالت اکنون و آینده در هر نیروگاه تعیین می‌شود. در جدول 1 نتایج این محاسبات به تفکیک استانی ارایه شده‌اند.

 

جدول 1- پیش بینی میزان تغییرات سوخت مصرفی، هزینه اجتماعی و تولید کربن در نیروگاه‌های ایران

در اثر تغییر اقلیم به تفکیک استانی در سال 2025

استان

تغییرات

سوخت مصرفی

هزینه 106ریال

کربن kg106

گازوییل lit103

مازوت lit103

گاز m3103

یزد

2162.5

0

29173

173044

17550

فارس

12423

0

120332

249286

65513

آ.ش.

718

194849

10575

32172

8006

اصفهان

4432

28740

36081

179848

53879

آ.غ.

24346

0

3311

73428

19211

زنجان

2526

0

39252

77049

23180

قم

4412

0

18659

45466

13134

گیلان

13304

0

76162

172840

57364

همدان

0

2929

3631

17116

306020

مرکزی

38

12949

21671

74589

7892

لرستان

4

0

1723

3178

1027

خ. ش.

2153

0

20110

42016

11464

کرمانشاه

9765

16758

22932

128734

38529

کردستان

8034

0

23913

64847

15075

گلستان

1504

0

12071

25458

10076

تهران

63168

27994

76802

351415

98484

سیستان

31828.5

9821

0

123837.5

30669.5

خ.ج.

3893

0

34405

72191

23805

کرمان

16104

3185

37069

122403

32604

بوشهر

3080

0

30233

62234

16916

خوزستان

0

0

0

0

0

خ. رض

23115.5

10888.5

38661

162745

42104

هرمزگان

0

0

0

0

0

مازندران

3582

14409

5841

72486

25050

سمنان

89726

0

624334

421638

192404

جمع

320318.5

322522.5

1286941

2748021

1109956.5

 

 

محاسبات عملکرد نیروگاه‌هادر اثر تغییر اقلیم در کشور ایران در سال 2025نشان می‌دهد که عملکرد نیروگاه‌های خرمشهر، گازی و بخاری زرگان، ترکیبی آبادان، بخاری رامین، خلیج فارس و گازی و بخاری بندرعباس بدون تغییر باقی می‌ماندو بقیه نیروگاه‌ها عملکرد پایین‌تری خواهند داشت. به طور کل با توجه به جدول بالا حدود 35/320318مترمکعب گازوییل مصرفی و نیز حدود 5/322522 متر مکعب مازوت مصرفی در نیروگاه‌ها در سال افزایش خواهد یافت. همچنین حدود 1286941 هزار متر مکعب مصرف گاز طبیعی در سال بیشتر خواهد شد. با توجه به اینکه هر متر مکعب گازوییل معادل 6176/6 بشکه نفت خام است پس حدود 056/1978287 بشکه نفت خام ناشی از افزایش مصرف گازوییل ، افزایش مصرف در نیروگاه‌ها خواهد بود. از طرفی هر هزار متر مکعب گاز معادل 07/6 بشکه نفت خام است، پس حدود 87/7811731بشکه نفت خام ناشی از افزایش مصرف گاز، افزایش مصرف در نیروگاه‌ها خواهیم داشت و نهایتا هر مترمکعب نفت کوره معادل 06/7 بشکه نفت خام است پس حدود 85/2277008 بشکه نفت خام افزایش مصرف ناشی از افزایش مصرف مازوت خواهیم داشت. به طور کل در اثر تغییر اقلیم در سال 2025حدود 776/12067027بشکه نفت خام در سال یا 33060 بشکه نفت خام در روز افزایش مصرف در بخش نیروگاهی کشور خواهیم داشت که به بیانی دیگر در سال 2025 بر اساس مطالعات و محاسبات انجام یافته مصرف سوخت در بخش نیروگاهی حدود 49/2% افزایش خواهد یافت.

همین طور این نرم افزار قادر به برآورد مقدار آلاینده‌های تولیدی نیروگاه شامل NOx ، CO،  SO2 ، SO3، CH،CO2و SPM می‌باشد. در هر نیروگاه میزان انتشارات محاسبه می‌شود که تمامی مقادیر به دست آمده در جدول 2 جمع بندی شده‌است.

 

جدول 2- پیش بینی میزان کاهش / افزایش آلاینده‌ها و گاز دی اکسید کربن منتشر از نیروگاه های کشور در اثر تغییرات اقلیمدر سال 2025 (بر حسب تن  در سال)

نام استان

نام نیروگاه

Nox

SO2

CO2

SO3

CO

CH

SPM

ملاحظات

تهران

گازی رودشور

216

740

124620

6

0

8

30

 

بخاری منتظر قائم

114

828

69208

12

0

8

18

 

ترکیبی منتظر قائم

114

96

73214

0

0

4

12

 

گازی ری

60

24

39073

0

0

1

5

 

بخاری طرشت

9

0

7327

0

0

0

1

 

بعثت

78

486

47420

8

0

6

12

 

سیستان و بلوچستان

بخاری ایرانشهر

98

922

58529

14

1

8

20

 

گازی کنارک

27.5

82.5

13891.5

1

0.5

1.5

5.5

 

گازی زاهدان

57

172

29030

2.5

0

3.5

11

 

گازی چابهار

81

245

63843.5

3.5

0

5

15.5

 

خراسان جنوبی

گازی قائن

4

4

1783

0

0

0

1

 

ترکیبی کاوه

124

57

81911

1

1

3

12

 

خراسان شمالی

گازی شیروان

85

120

7162

1

0

4

13

 

کرمان

بخاری زرند

26

149

9485

2

0

1

3

 

ترکیبی کرمان

184

206

113836

3

0

11

23

 

کهنوج

16

47

7875

-1

0

1

3

 

بوشهر

کنگان

31

0

21281

0

0

0

3

 

گازی بوشهر

7

0

5029

0

0

0

0

 

عسلویه

65

30

43133

1

0

1

7

 

گناوه

6

19

3199

0

0

0

1

 

خوزستان

بخاری رامین

0

0

0

0

0

0

0

بدون تغییر

ترکیبی آبادان

0

0

0

0

0

0

0

بدون تغییر

بخاری زرگان

0

0

0

0

0

0

0

بدون تغییر

گازی زرگان

0

0

0

0

0

0

0

بدون تغییر

خرمشهر

0

0

0

0

0

0

0

بدون تغییر

خراسان رضوی

گازی شریعتی

2.5

0.5

1631.5

0

0

0.5

0

 

ترکیبی فردوسی

89.5

253

46726

4

0

5

16.5

 

ترکیبی شریعتی

26

16.5

16670.5

0

0

0.5

2.5

 

ترکیبی نیشابور

57.5

39.5

37363

0.5

0

2

6

 

بخاری مشهد

14.5

0.5

10178.5

0

0

0.5

1.5

 

گازی مشهد

15

0

10336.5

0

0

0.5

1

 

بخاری توس

71.5

511

43866

8

0

5

12

 

گیلان

گازی گیلان

71

55

45632

0

0

2

8

 

هرمزگان

خلیج فارس

0

0

0

0

0

0

0

بدون تغییر

گازی بندرعباس

0

0

0

0

0

0

0

بدون تغییر

بخاری بندعباس

0

0

0

0

0

0

0

بدون تغییر

مازندران

بخاری نکا

89

676

54592

10

0

-5

15

 

ترکیبی نکا

18

57

9485

1

0

1

3

 

نوشهر

1

0

757

0

0

0

1

 

اصفهان

کاشان

36

18

15468

0

0

1

3

 

اصفهان

ترکیبی زواره

27

27

10891

0

0

1

3

 

اصفهان

بخاری اصفهان

69

423

43021

7

0

4

10

 

اصفهان

منتظری

144

927

89659

14

0

8

24

 

گلستان

گلستان

44

24

29730

0

0

1

4

 

سمنان

شاهرود

23

8

767

0

0

2

6

 

فارس

جهرم

69

24

45623

1

0

2

7

 

حافظ

50

7

33431

0

0

1

3

 

یزد

شیرکوه یزد

3.5

11

3143.5

0

0

0

0.5

 

آذربایجان شرقی

گازی تبریز

8

1

6196

0

0

1

1

 

بخاری تبریز

16

72

10455

1

0

1

2

 

گازی صوفیان

88

10

7368

0

0

1

2

 

بخاری سهند

16

75

9820

1

0

1

3

 

آذربایجان غربی

ترکیبی خوی

8

10

4938

0

0

0

1

 

گازی ارومیه جدید

121

365

61611

6

0

7

7

 

گازی ارومیه

8

7

4981

0

0

1

1

 

زنجان

سلطانیه

136

40

90414

0

0

3

13

 

قم

ترکیبی قم

81

69

51483

1

0

3

8

 

 

گیلان

 

ترکیبی گیلان

71

55

45632

0

0

2

8

 

ترکیبی لوشان

74

35

49211

0

0

2

6

 

پره سر

40

59

23479

1

0

1

4

 

همدان

بخاری مفتح

35

138

16468

2

1

1

4

 

مرکزی

شازند اراک

8

2

3202

6

1

0

3

 

لرستان

درود

6

0

3685

0

0

0

0

 

کرمانشاه

بخاری بیستون

120

786

69696

12

0

8

18

 

گازی زاگرس

94

153

54982

2

0

4

13

 

کردستان

ترکیبی سنندج

116

126

72285

2

0

3

13

 

سمنان

سمنان

121

750

66992

1

0

2

12

 

ترکیبی دماوند

71

54

43233

1

0

1

8

 

گازی پرند

140

57

91002

4

0

1

3

 

 

جمع

3701.5

10169.5

2156954.5

139.5

4.5

141

453

 

 

 

در شرایط فعلی 165184877 تن دی اکسید کربن، 634884 تن NOx، 709408 تن SO2، 5130 تن SO3، 148500 CO، 30724 SPM و 4087 CH تولید می‌شود.بر اساس مطالعات تغییرات اقلیم میزان انتشارات در سال 2025 به 5/167341831 تن دی اکسید کربن، 5/638585تن NOx، 5/719577  تن SO2، 5/5269 تن SO3، 5/148504 تن CO، 31177SPM و 4046CH تولید می‌شود. لازم به ذکر است که کل هزینه‌های اجتماعی ناشی از انتشار آلاینده‌ها در بخش نیروگاه‌های حرارتی از رقم 137203449 میلیارد ریال به 139951470میلیارد ریال می‌رسد که سرجمع افزایش معادل2748021  میلیارد ریال است.

نتیجه گیری

در این تحقیق با استفاده ازنتایج تغییرات اقلیم با بهره گیری از شبکه عصبی مصنوعی در ریز مقیاس نمایی دما،  به بررسی عملکرد نیروگاه های حرارتی در هر استان در سال 2025 پرداخته شده است. در اغلب استان‌های کشور افزایش دمای میانگین قابل مشاهده است. سال 2025 به عنوان سال مورد بررسی در نظر گرفته شد در این سال استان‌های خوزستان، هرمزگان و قزوین تغییر دمای محسوسسی را نسبت به دمای کنونی در حالت میانگین تجربه نخواهند نمود. به طور میانگین دمای هوای کشور حدود 36/1 درجه سانتیگراد افزایش خواهد یافت. سپس تغییر دمای مؤثر بر عملکرد(با توجه به تاثیر گذاری دماهای بالای 15 درجه بر عملکرد نیروگاه و عدم تغییر کارایی نیروگاه در دماهای پایین تر از 15 درجه سانتی گراد) نیروگاه‌ها در هر استان تعیین شد که در اغلب موارد از تغییر دمای میانگین هر استان کم تر بود و میانگین آن در کل کشور حدود oC1/1به دست آمد.

با استفاده از نتایج به دست آمده، مصرف سوخت در بخش انرژی نیروگاه‌های حرارتی با توجه به اثر معکوس دمای محیط بر بازدهی و عملکرد نیروگاه‌ها مورد بررسی قرار گرفت. پس از مطالعات تغییرات اقلیم این نتیجه به دست آمد که تمامی نیروگاه‌ها به جز 8 نیروگاه مربوط به استان‌های یاد شده افت بازده خواهند داشت. نتایج نشان می‌دهد که به طور کلی در اثر تغییر اقلیم در سال 2025 معادل حدود 776/12067027 بشکه نفت خام در سال یا 33060 بشکه نفت خام در روز یا 49/2% افزایش مصرف سوخت در بخش نیروگاهی کشور خواهد بود.

در اثر افزایش مصرف سوخت میزان انتشار دی اکسید کربن به ازای کیلووات ساعت از 616.35  گرم به 628.663گرم خواهد رسید. در کل حدود 2509696 تن یا 3/1%  انتشار دی اکسید کربن افزایش خواهد یافت. افزایش انتشار دی اکسید گوگرد و NOx نیز قابل توجه بوده و به ترتیب حدود 5/10169 و 5/3701 تن می‌باشد.COکم ترین میزان افزایش (حدود 5/4 تن) را خواهد داشت. سر جمع هزینه‌های اجتماعی ناشی از انتشار آلاینده‌ها در بخش نیروگاه‌های حرارتی معادل2748021 میلیارد ریال یا 2% افزایش خواهد یافت.

منابع

  1. IPCC, 2001. In: Houghton, et al. (Eds.) and WMO/UNEP, Climate Change 2000. The Science of Climate Change, Assessment Report of the IPCC Working Group, Cambridge University Press, Cambridge.
  2. Christensen, N.S., Wood, A.W., Visin, N., Lettenmaier, O.P., Palmer, R.N., (2005), “The effects of Climate Change on the Hydrology and Water Resources of the Colorado River Basin”.
  3. Goasian, A.K., Rao, S., Basuray, D., 2003. “Assessment of vulnerability and adaptation for water sector”. NATCOM Vulnerability and Adaptation Workshop on Water Resources, Coastal Zones and Human Health, Ministry of Enviroment, New Delhi.
  4. Samadi, S., Carbone, G. J., Mahdavi, M., Sharifi, F. and Bihamta, M. R. (2012), “Statistical downscaling of climate data to estimate streamflow in a semi-arid Catchment”, Hydrol. Earth Syst. Sci. Discuss. 9: 4869–4918.
  5. IPCC, (2006). “Climate Change: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Fourth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change. Cambridge University Press, Cambridge, 1-18.
  6. Sailor, D.J., Hu, T., Li, X., Rosen, J.N., (2000)” A neural network approach to local Downscaling of GCM output for assessing wind power implications of climate change”, Renewable Energy 19, 359-368.
  7. Karakas, E. (2006)," Inlet Air Cooling Method for Gas Turbine Based Power Plant", ASME vol. 128, pp. 312-316.
  8. Mohanty B., (1995),"Enhancing Gas Turbine Performance By Intake Air Cooling Using an Absorption Chiller", Heat Recovery Systems & CHP vol.15, pp. 41-50
  9. حاجی دولو ا.، درویشی م. و وثوق ا.، (1388)، "بررسی تاثیر دمای حباب خشک و تر محیط بر راندمان انرژی و اکسرژی نیروگاه فوق بحرانی رامین اهواز". هفدهمین کنفرانس سالانه (بین المللی) مهندسی مکانیک.
    1. Sarabpreet S. & Rajesh K., (2012), "Ambient Air Temperature Effect on Power Plant Performance "International Journal of Engineering Science and Technology vol.4, No.08, pp3916-3923.
    2. Ameri, M. (2004)," The study of Capacity Enhancement of the chamber Gas Turbine Insulation Using an Absorption Chiller", Applied Thermal Engineering vol.24, pp.59-68
    3. Boonasa, S. (2006), "Performance Improvement of The Combined Cycle Power Plant By Intake Air Cooling Using an Absorption Chiller", Energy vol.31, pp. 2036-2046.
    4. Alhazmy, M.M. (2004), Augmentation of Gas Turbine Performance Using Air Coolers, Applied Thermal Engineering vol.24, pp.415-429.
    5. Coulibaly, P., Anctil, F., and Bobee, B., (2000). “Daily reservoir inflow forecasting using artificial neural networks with stopped training approach.” J. Hydrology., 230, 244-256.
    6. ASCE Task Committee on Application of Artificial Neural Network in Hydrology, (2000). Artificial neural networks in hydrology, I: preliminary concepts. Journal of Hydrologic Engineering, 5(2): 115-123.
    7. آمار تفصیلی صنعت برق ایران، تولید نیروی برق سال 1391، وزارت نیرو، شرکت مادر تخصصی توانیر
    8. مجید عباسپور؛ (1386)"انرژی، محیط زیست و توسعه پایدار"، انتشارات علمی دانشگاه صنعتی شریف، جلد اول.

 



1- دانش آموخته دکترای مهندسی انرژی،دانشکده محیط زیست و انرژی، دانشگاه آزاد اسلامی، واحد علوم و تحقیقات تهران*(مسئول مکاتبات)

2- استاد دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی شریف

3- استاد دانشکده مهندسی شیمی، دانشگاه صنعتی شریف

4- استاد دانشکده علوم پایه، دانشگاه آزاد اسلامی، واحد علوم و تحقیقات تهران

5- استادیار دانشکده محیط زیست و انرژی، دانشگاه آزاد اسلامی، واحد علوم و تحقیقات تهران

1- Global Climate Models (GCM)

2- Statistical down scaling method

3- Time Lagged Feed Forwarded Network

1- Root Mean Square Error

  1. IPCC, 2001. In: Houghton, et al. (Eds.) and WMO/UNEP, Climate Change 2000. The Science of Climate Change, Assessment Report of the IPCC Working Group, Cambridge University Press, Cambridge.
  2. Christensen, N.S., Wood, A.W., Visin, N., Lettenmaier, O.P., Palmer, R.N., (2005), “The effects of Climate Change on the Hydrology and Water Resources of the Colorado River Basin”.
  3. Goasian, A.K., Rao, S., Basuray, D., 2003. “Assessment of vulnerability and adaptation for water sector”. NATCOM Vulnerability and Adaptation Workshop on Water Resources, Coastal Zones and Human Health, Ministry of Enviroment, New Delhi.
  4. Samadi, S., Carbone, G. J., Mahdavi, M., Sharifi, F. and Bihamta, M. R. (2012), “Statistical downscaling of climate data to estimate streamflow in a semi-arid Catchment”, Hydrol. Earth Syst. Sci. Discuss. 9: 4869–4918.
  5. IPCC, (2006). “Climate Change: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Fourth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change. Cambridge University Press, Cambridge, 1-18.
  6. Sailor, D.J., Hu, T., Li, X., Rosen, J.N., (2000)” A neural network approach to local Downscaling of GCM output for assessing wind power implications of climate change”, Renewable Energy 19, 359-368.
  7. Karakas, E. (2006)," Inlet Air Cooling Method for Gas Turbine Based Power Plant", ASME vol. 128, pp. 312-316.
  8. Mohanty B., (1995),"Enhancing Gas Turbine Performance By Intake Air Cooling Using an Absorption Chiller", Heat Recovery Systems & CHP vol.15, pp. 41-50
  9. حاجی دولو ا.، درویشی م. و وثوق ا.، (1388)، "بررسی تاثیر دمای حباب خشک و تر محیط بر راندمان انرژی و اکسرژی نیروگاه فوق بحرانی رامین اهواز". هفدهمین کنفرانس سالانه (بین المللی) مهندسی مکانیک.
    1. Sarabpreet S. & Rajesh K., (2012), "Ambient Air Temperature Effect on Power Plant Performance "International Journal of Engineering Science and Technology vol.4, No.08, pp3916-3923.
    2. Ameri, M. (2004)," The study of Capacity Enhancement of the chamber Gas Turbine Insulation Using an Absorption Chiller", Applied Thermal Engineering vol.24, pp.59-68
    3. Boonasa, S. (2006), "Performance Improvement of The Combined Cycle Power Plant By Intake Air Cooling Using an Absorption Chiller", Energy vol.31, pp. 2036-2046.
    4. Alhazmy, M.M. (2004), Augmentation of Gas Turbine Performance Using Air Coolers, Applied Thermal Engineering vol.24, pp.415-429.
    5. Coulibaly, P., Anctil, F., and Bobee, B., (2000). “Daily reservoir inflow forecasting using artificial neural networks with stopped training approach.” J. Hydrology., 230, 244-256.
    6. ASCE Task Committee on Application of Artificial Neural Network in Hydrology, (2000). Artificial neural networks in hydrology, I: preliminary concepts. Journal of Hydrologic Engineering, 5(2): 115-123.
    7. آمار تفصیلی صنعت برق ایران، تولید نیروی برق سال 1391، وزارت نیرو، شرکت مادر تخصصی توانیر
    8. مجید عباسپور؛ (1386)"انرژی، محیط زیست و توسعه پایدار"، انتشارات علمی دانشگاه صنعتی شریف، جلد اول.