بخشی از مقاله
امکان سنجی تولید برق در شهر بندرعباس به وسیله انرژي خورشید
چکیده
با توجه به روند رو به کاهش مخازن سوختهاي فسیلی، استفاده از یک جایگزین براي آنها در تمامی کشورهاي دنیا به خصوص کشورهایی که سرشار از منابع انرژي تجدیدپذیر هستند، امري اجتناب ناپذیر است. در این مقاله به بررسی انواع مختلفی از انرژي هاي تجدید پذیر مورد مطالعه قرار گرفته شد و پتانسیل هر کدام از انرژيها در ایران مخصوصاًو براي شهر بندر عباس بررسی شده است. سپس با توجه به هزینه هاي اولیه سرمایه گزاري، هزینه تعمیر و نگهداري و هزینه سوخت براي هر کدام از انواع انرژي- هاي مذکور، هزینه برق تولیدي آنها محاسبه گردید. با توجه به تحلیل هاي انجام شده مشخص شد که استفاده از انرژي باد و خورشید بهترین گزینههاي تولید برق در این شهر هستند. در این مقاله به تحلیل مفصل اقتصادي و تکنیکی انرژي خورشید در این سایت پرداخته شده است.
کلمات کلیدي: انرژي تجدیدپذیر، بندر عباس، امکان سنجی، تحلیل اقتصادي و انرژي خورشید
1 مقدمه
یکی از موارد مهمی که در جهان امروز تأثیر بسیار زیادي بر روابط بین المللی و پیشرفت کشورها دارد تأمین انرژي مورد نیاز است. در حال حاضر مهمترین منابع تأمین انرژي که حدود %90 انرژي مورد نیاز جهان را تأمین مینماید، منابع انرژي فسیلی هستند .[1] از آنجا که پیدا کردن منابع جایگزین تامین کننده انرژي مورد نیاز بشر با توجه به افزایش جمعیت و تقاضا براي انرژي ضروري است توجه به منابع انرژي تجدیدپذیر که تمام نشدنی بوده و مشکلات ناشی از منابع فسیلی از قبیل افزایش دماي زمین و آلودگیهاي گازهاي مضر را ندارد و مهمتر از همه انواع مختلف آن به صورت رایگان در اکثر مناطق جهان و مخصوصاً ایران موجود است. انرژيهاي تجدیدپذیر به عنوان یک منبع انرژي پاك و عاري از هرگونه آلودگی زیست محیطی میتوانند نقش مهمی در کاهش انتشار گازهاي آلاینده همچون دياکسیدکربن و دیگر گازهاي گلخانهاي بازي کنند.
در این مقاله به بررسی هشت مورد از انرژيهاي تجدید پذیر پرداخته شده است و پتانسیل هر کدام از آنها براي شهر بندرعباس مورد مطالعه قرار میگیرد. انواع انرژيهاي تجدیدپذیر بررسی شده عبارتند از خورشید، باد، زیست توده، زمین گرمایی، آب، امواج و جزر و مد، هیدروژون و پیل سوختی. در ادامه هر کدام از این انرژيها توضیح داده میشوند و در نهایت براي انرژي خورشید به تحلیل مفصل و اقتصادي آن پرداخته میشود.
1-1 برق آبی
در کل انرژي برق آبی مقدار زیادي از برق جهان را تولید می کند. انرژي برق آبی به عنوان سومین منبع تولیدکننده برق و همچنین مهمترین انرژي تجدیدپذیر مولد برق در جهان محسوب می شود .[2] اما استفاده از انرژي برق آبی نیازمند نصب سد بر روي مسیر رودخانه است که براي تولید انرژي برق آبی باید رودخانه مناسب سد زنی در نزدیکی مکان سایت مورد نظر وجود داشته باشد. اما با توجه به آمار منتشر شده وزارت نیرو، حوضههاي آبگیر قابل توجه در ایران، سه حوضه کارون، کرخه و دز هستند که همگی از استان خوزستان رد شده و به خلیج فارس میریزند .[3] در استان هرمزگان تنها یک طرح در حال مطالعه براي انرژي برقآبی با ظرفیت 64/2 مگاواتی وجود دارد [3] که خود نشانی از پتانسیل پایین این استان در زمینه انرژي برق آبی نسبت به سایر استانهاي داراي پتانسیل است.
2-1 باد
پتانسیل انرژي باد ایران باعث پیشرفت چشمگیر آن در ده سال اخیر شده است. با توجه به تحقیقات انجام شده میتوان دریافت که در مناطق جنوبی و جنوب شرقی ایران وزش باد قابل ملاحظه است و می توان به وسیله آن انرژي زیادي را به برق تبدیل کرد. پتانسیل ایران در تبدیل انرژي به وسیله باد حدود6500 مگاوات تخمین زده شده است .[4] اما با مطالعات جامعتر نشان داده شد که پتانسیل انرژي باد در ایران حدود 15 GW است (حدود %35 از کل انرژي تولیدي ایران) .[6 ,5]
ایران با وجود داشتن مناطق بادخیز مستعد و قرار گرفتن در مسیر جریان هاي عمده هوایی، در حال حاضر، بستر مناسبی جهت گسترش بهره برداري از توربین هاي بادي جهت تولید برق و تزریق آن به شبکه سراسري دارد. همچنین امروزه ایران قابلیت ساخت بسیاري از تجهیزات توربین هاي بادي را دارد .[7] این توانایی باعث کم شدن قیمت آن نسبت به قیمت جهانی شده است. قیمت تمام شده توربین هاي بادي حدود 1000 دلار آمریکا به ازاي هر کیلووات است که البته این قیمت بسیار وابسته به سایز توربین است .[8]
3-1 خورشید
ایران بر روي کمربند انرژي خورشیدي قرار دارد. با توجه به مطالعات انجام شده در مناطق مختلف ایران مشخص شد که میزان متوسط انرژي روزانه تابشی خورشید در مناطق گرم و خشک ایران بیش از 5 kWh/m2 است .[9] با توجه به موقعیت جغرافیایی استان هرمزگان و تقسیم بندي این منطقه به عنوان ناحیه گرم و خشک و طبق مطالعات صورت گرفته میتوان به این نتیجه رسید که میزان ساعات تابشی خورشید و همچنین انرژي دریافت شده در این منطقه باید مقدار قابل ملاحظهاي باشد.
طبق آمار ارائه شده توسط سازمان هواشناسی بندرعباس براي سال هاي بین 1371 تا 1390 بیشترین میانگین ساعات آفتابی سالانه براي این مرکز حدود 3162 ساعت است که میتوان گفت این مقدار ساعت با توجه به میزان انرژي تابشی این منطقه براي تبدیل شدن به برق بسیار مطلوب است.
4-1 زمین گرمایی
براي استفاده از انرژي زمین گرمایی نیاز است که مخازن زیر زمینی با دماي بسیار بالایی مانند مناطق آتشفشانی وجود داشته باشد تا بتوان از انرژي آن جهت تبدیل به سایر انرژيها استفاده کرد. در استان هرمزگان منابع زمین گرمایی خاصی وجود ندارد. در استان هرمزگان تنها دو منطقه میناب و لار-بستک هستند که قابلیت استفاده از این نوع انرژي را دارند .[10] از طرفی استفاده از این نوع انرژي نیازمند مطالعه و همچنین صرف هزینه- هاي زیادي براي اکتشاف و حفاري است. در مورد این دو سایت باید گفت که پتانسیل آنها هنوز مشخص نشده است و به درستی معلوم نیست که آیا گرماي موجود در مخازن آنها مناسب براي تبدیل شدن به برق هست یا خیر .[11]
5-1 زیست توده
زیست توده به موادي اطلاق میشود که از منابع طبیعی قابل استحصال باشند و جهت تبدیل انرژي بتوان از آنها استفاده کردمعمولاً. استانهایی که جمعیت زیادي دارند یا دامداري، کشاورزي و یا جنگلهاي انبوهی در آنها وجود دارد در زمینه استفاده از انرژي زیست توده از پتانسیل بالایی برخوردار هستند .[3] در کل استان هرمزگان از پتانسیل کافی در این زمینه برخوردار نیست.
6-1 هیدروژن و پیل سوختی
براي تولید برق به وسیله پیل سوختی نیاز به سوخت هیدروژن است. به همین علت استفاده از پیلهاي سوختی براي مکان هایی مانند پتروشیمیها که محصول جانبی هیدروژن دارند امکان پذیر است اما در جاهاي نیاز است که یا هیدروژن در محل تولید شود و سپس به عنوان سوخت در پیل سوختی استفاده شود که این امر نیازمند طراحی وساخت یک مجموعه مبدل گاز طبیعی به هیدروژن است. از طرف دیگر اگر هیدروژن از مکانهاي دیگري تهیه شود، به دلیل فرار بودن هیدروژن و همچنین سبک بودن آن ذخیره سازي آن بسیار سخت است و نیاز به مخازن خاص تحت فشار و یا با دماي بسیار پایین جهت نگهداري است که نیاز به صرف هزینههاي گزافی است.
7-1 امواج، جزر و مد
استان هرمزگان با توجه به تقارب آن با سواحل خلیج فارس و دریاي عمان میتوان گفت پتانسیل این استان در این زمینه قابل ملاحظه است. اما با توجه به اینکه در ایران و حتی جهان در این دو زمینه مطالعات کمی صورت گرفته است لذا هنوز هزینههاي اجراي چنین طرحهایی بسیار بالاست .[12] استفاده از انرژي جزر و مد نیازمند شناخت مناطق مناسب جهت احداث سد است که این کار براي استانهاي مرزي خلیج فارس انجام شده است .[14 ,13]
از طرفی میتوان گفت انرژي جزر و مد نیاز به صرف هزینه کمتري نسبت به انرژي امواج است. هزینه استفاده از انرژي امواج با توجه به مبدلی که استفاده میشود متفاوت است و در کل هزینههاي مربوط به آن بسیار بالا است. دلیل بالا بودن قیمت این نوع انرژي عدم تولید انبوه و تنها تولید آزمایشی این دستگاهها است .[12]
2 تامین 400 MWh برق به وسیله انواع انرژيهاي تجدیدپذیر
در این بخش به بررسی انواع انرژيهاي تجدیدپذیر براي تولید 400MWh برق پرداخته میشود. شکل 1 هزینههاي محاسبه شده اولیه، تعمیر و نگهداري، هزینه سوخت مصرفی و هزینه کلی برق تولیدي به تفکیک براي هشت مورد انرژي تجدیدپذیر به ازاي تولید یک کیلو وات ساعت برق را نشان می-
دهد. همانطور که مشاهده می شود انرژي موج بیشترین و انرژي آبی کمترین هزینه تولید برق را دارند. آمار ارائه شده در این شکل بدون درنظر گرفتن امکان پذیر بودن استفاده این نوع انرژيها در شهر بندرعباس است و صرفا جهت مقایسه اقتصادي هزینه برق آنها ارائه شده است.
3 انتخاب نیروگاه مناسب
پس از مشخص شدن پارامترهاي موثر در تولید برق به وسیله انرژي هاي تجدید پذیر و بررسی هرکدام از آنها براي تامین برق مورد نیاز، حال نوبت به انتخاب مناسبترین نوع نیروگاه است.
به همین منظور در این قسمت انرژیهاي تجدیدپذیر معرفی شده در بخش هاي قبل با چهار معیار پتانسیل انرژي در منطقه، هزینه برق تولیدي، هزینه اولیه ساخت و در دسترس بودن و هزینه سوخت مصرفی طرح مقایسه می شوند.
براي هر کدام از این معیارهاي مقایسه یک ضریب اهمیت درنظر گرفته شده است که با توجه به اهمیت مدت زمان بازگشت هزینه و اقتصادي بودن طرح، این ضرایب درنظر گرفته شدهاند. به هر یک از طرحها نمره اي بین صفر تا 10 در نظر گرفته شده است. بنابراین طبق بررسی هاي انجام شده و با توجه به شکل 2 میتوان گفت که انرژي باد اولین انتخاب و پس از آن انرژي خورشیدي دومین انرژي مناسب است.
4 تحلیل اقتصادي انرژي خورشید طبق محاسبات انجام شده و با توجه به شرایط آب و هوایی تاثیر گذار آن بر روي سلولهاي خورشیدي، با در نظر گرفتن 1000 عدد از سلول فوتوولتایی 215kW که سطح مقطع هر کدام از آنها 1/244 m2است و بازده %17/3 دارند و با توجه به شرایط آب و هوایی منطقه میتوان حدود 400MWh انرژي خورشید را سالانه به انرژي الکتریسیته تبدیل کند.
حال با توجه به هزینه اولیه مورد نیاز براي خرید این 1000 عدد سلول و سایر هزینههاي جانبی آن و همچنین با توجه به هزینههاي تعمیر و نگهداري آنها میتوان به تحلیل اقتصادي و بازگشت سرمایه این نوع نیروگاه را بررسی کرد. به منظور تحلیل اقتصادي انرژي خورشیدي پارامترهایی مانند NPV(Net Present Value)، IRR(Internal Rate of Return) و COE(Cost Of Electricity) ررسی میشوند. در رابطه (1)
نحوه محاسبه NPV نشان داده شده است. در این رابطه C معرف جریان سرمایه است و اندیس آن نشان دهنده سال مربوط به آن است. همچنین r نیز نرخ نزول بانکی است. براي محاسبه IRR نیز باید در رابطه (1) به ازاي NPV برابر با صفر مقدار مجهول r را محاسبه کرد، عدد بدست آمده معرف IRR است. پارامتر
