بخشی از مقاله
خلاصه
در این تحقیق سعی شده است با انجام مدلسازی ماهانه منابع آب با استفاده از مدل WEAP اثرات طرح انتقال آب بین حوضهای قمرود بر وضعیت کمبود تولید انرژی سد بختیاری بررسی گردد.مدل برای یک دوره 50 ساله در دو افق زمانی حال حاضر و نیز افق زمانی 1420 بررسی گردید.
علی رغم توانایی های بسیار، این نرم افزار در زمینه مطالعه سیستم سدهای با اولویت اول برقابی نقاط ضعفی دارد در این تحقیق روش اصلاحی برای رفع این نقاط ضعف مورد بررسی قرارگرفت. نتایج نشان داد میزان تولید انرژی در افق حال حاضر و 1404 به میزان 98,13 درصد و در افق 1420 به میزان 97,72 درصد نسبت به عدم اجرای طرح انتفال قمرود میباشد وبه طور کلی نرم افزار قادر به تفکیک انرژی اولیه و انرژی ثانویه نمیباشد.
.1 مقدمه
به مدلهای برنامهریزی منابع آب مدلهای جامع کاربردی مدیریت آب گفته میشود.>1@ همچنین با توجه به رشد سریع جمعیت و محدود بودن منابع آب، مدیریت جامع منابع آب از اهمیت فراوانی برخوردار است.[2]یکی از جنبه های پنهان انتقال آب بین حوضهای تاثیر آن بر میزان تأمین اهداف تعریف شده مانند تولید انرژی در بخشهای پاییندستی حوضه آبریز میباشد. نیروی برقابی مهمترین منبع تجدید شونده انرژی است که حدود %19 از الکتریسیته دنیا را تشکیل میدهد.
مفهوم سیستم تصمیمیار در دهه 1980 در مدیریت آب و همچنین تجارت، مهندسی و به طور کلی در دیگر زمینه رواج یافت. یک سیستم تصمیمیار یک سیستم رایانهای کاربر محور است که تصمیمگیرندگان را در پرداختن به مسائل بدون ساختار - بدون تعریف و چهارچوب خاص - کمک میکند. اصطلاح تصمیمیار برای مدلهای شبیه ساز حوضه آبریز که به صورت نرمافزارهای رایانهای توسعه داده شدهاند نیز به کار برده میشود .[4] یک سیستم تصمیمیار مدیریت حوضه آبریز باید قابلیت کاربرد به صورت عمومی را داشته باشد و تنها برای یک حوضه آبریز خاص قابل استفاده نباشد.
همانند اکثر مدلهای تصمیمیار منابع آب،WEAP قادر به شبیهسازی انرژی برقابی تولید شده در نیروگاههای محل سدها میباشد. اما این مدل در محاسبات هیدروانرژی به خصوص برای سدهایی که فقط با هدف تولید انرژی بهرهبرداری میشوند، دارای نقاط ضعفی است. یکی از مهمترین ویژگیهای WEAP که در رفع کمبودهای محاسبات برقابی آن در این تحقیق استفاده شده است، وجود توابع داخلی سیستم می باشد. توابع را میتوان هم بر روی اعداد و هم بر روی سایر متغیرهای سیستم تعریف نمود.
پارامترهای مختلفی را که در کل سیستم شبیهسازی مورد استفاده زیادی دارند را میتوان در قسمتی با نام فرضیات کلیدی1تعریف نمود. همانطور که در ادامه توضیح داده میشود، از این قابلیت نیز برای تعریف پارامترهای مورد نیاز برقابی استفاده زیادی شده است. در ادامه مبانی و نحوه انجام محاسبات شبیهسازی سیستمهای برقابی ارائه و نحوه مدلسازی در نرم افزار WEAP بر اساس مبانی مذکور تشریح میگردد.
فرخیان و همکاران[7]، در مطالعهای بررسی زیستمحیطی و مدیریتی طرح انتقال بینحوضهای قمرود از حوضهی کارون بزرگ را مورد توجه قرار دادند. نتایج بررسیهای بیانگر بروز خطرات جدی مانند کاهش دبی رودخانههای دز و کارون، کاهش سطح زیر کشت محصولات کشاورزی، کاهش تولید برق از نیروگاههای برقابی، عدم دریافت نیاز آبی تالابها و خشک شدن چاههای آب در استان خوزستان حوضهی پاییندست طرح، با بهرهبرداری از طرح قمرود میباشد.
افتخارجوادی و نیک فال[8]، اثرات توسعهی حوضهی آبریز دز و کارون بر تولید انرژی برقابی، با محوریت بهرهبرداری آتی از سدهای اجرایی و مطالعاتی، پروژههای انتقال بینحوضهای و افزایش نیازهای آبی در دشت خوزستان با استفاده از شبیهسازی سیستمی در محیط ویژوال بیسیک موردارزیابی قرار دادند. نتایج این پژوهش نشان دهندهی کاهش تولید انرژی برقابی در اثر به مدارآمدن طرحهای انتقال بین حوضهای و افزایش نیاز آبی کشاورزی میباشد.
صمدی بروجنی و احمدی بهبهانی[9]، اثرات بازار برق بر مدیریت بهرهبرداری از مخازن سد نیروگاهی دز را مورد بررسی قرار دادند. بررسی آماری عملکرد بازار برق کشور گویای این است که میزان تولید واقعی اتفاق افتاده توسط این نیروگاهها - که طبق دستور دیسپاچینگ ملی صورت میپذیرد - ، اختلاف قابل توجهی با برنامه پیشنهادی تولید آنها دارد. آمار و اطلاعات نشان میدهد تولید اتفاق افتاده در بیش از %60 از روزهای سال با تولید پیشنهادی نیروگاه دارای اختلاف بیش از %5 میباشد. برای تحقق برنامه بهرهبرداری بهینه از نیروگاههای برقابی لازم است تا حد زیادی سقف تولید روزانه نیروگاههای برقابی طبق برنامهریزی منابع آب مخزن باشد.
سعیدی نیا و همکاران[10]، با انجام مدل سازی ماهانه منابع آب با استفاده از مدل ویپ، اثرات طرحهای انتقال آب بین حوضهای کارون شامل تونلهای 1 و 2 کوهرنگ - در دست بهرهبرداری - ، تونل3کوهرنگ - در دست اجرا - و تونل بهشتآباد مورد بررسی قرار دادند .نتایج نشان داد خروجی رودخانههای بهشتآباد و کوهرنگ در افق آینده با فرض اینکه طرحهای توسعه منابع آب تعریف شده به مرحله بهره برداری برسند به طور متوسط نسبت به شرایط عدم توسعه حوضه بالادست، 27 درصد کاهش خواهد یافت.
بیلفیوس[11]، در مطالعهای با تهیه یک مدل شبیهسازی به موازنهی بین سناریوهای جریان زیستمحیطی و تولیدات برقابی در حوضهی آبریز رودخانهی زامبزی، که از ارزش اجتماعی اقتصادی و زیستمحیطی بالایی برخوردار است، پرداخته است. در سال های اخیر رهاسازی جریان زیستمحیطی از سدهای برقابی به عنوان ابزاری برای بهتر کردن شرایط هیدرولوژیکی و معکوس سازی تغییرات نامطلوب زیستمحیطی و اجتماعی اقتصادی در رابطه با تنظیم جریان رودخانهها، در سراسر جهان به کار گرفته شده است .نتایج این تحقیق در بردارندهی روشها و میزان رهاسازی بهینه جهت تأمین نیازهای زیستمحیطی درکنار تولید انرژی برقابی میباشد.
اسپالدینگ فیچر[12]، در پژوهشی آسیبپذیری تولید انرژی برقابی نسبت به تأثیرات تغییرات آب و هوا و توسعهی آبیاری در حوضه رودخانه زامبزی در جنوب آفریقا مورد بررسی قرار داد .این حوضه با وجود سد کاهوراباسا از هر دو نقطه نظر برقابی و کشاورزی توسعه نیافته است .با تأکید برتسریع رشد اقتصادی در این سیستم در کنار تغییرات آب و هوا، پتانسیل رقابت بر سر آب مورد استفاده در کشاورزی و برقابی افزایش مییابد. در این پژوهش با در نظر گرفتن تغییرات آب و هوا و نیاز آبیاری بالادست وضعیت تولید انرژی برقابی در این سیستم مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد که تغییرات آب و هوا مهمترین عامل تآثیرگذار بر پتانسیل انرژی برقابی است، اما افزایش نیاز آبیاری نیز تأثیرات منفی زیادی بر روی نیروگاههای پاییندست دارد.
.2 مبانی و نحوه انجام محاسبات شبیه سازی
در نیروگاههای برقابی حجم آب رها شده از مخزن برای تولید انرژی، در هر گام زمانی براساس محدودیتهایی چون حداقل/حداکثر حجم مخزن، حداقل/حداکثر دبی مجاز عبوری از توربین، حداقل/حداکثر هد روی توربین تعیین میگردد. لذا به منظور شبیهسازی سیستمهای برقابی مبانی زیر مورد توجه قرار میگیرد:
نیاز انرژی به صورت حاصلضرب ظرفیت نصب نیروگاه در تعداد ساعات پیک در هر ماه تعریف میشود. چنانچه تراز آب مخزن بین تراز حداقل و نرمال باشد، نیاز انرژی در آن گام زمانی به صورت کامل تأمین می شود .در صورتیکه تراز آب مخزن پایینتر از تراز حداقل بهرهبرداری قرار گیرد، تراز آب در تراز حداقل بهرهبرداری حفظ میشود و بدین ترتیب جریان خروجی از مخزن قادر به تأمین نیاز انرژی نخواهد بود. در صورتیکه تراز آب مخزن بالاتر از تراز نرمال مخزن باشد، تراز آب برابر تراز نرمال قرار داده می شود و بدین منظور حجم آب بیشتری از مخزن خارج میشود .
بنابراین در چنین شرایطی علاوه بر انرژی پیک نیروگاه قادر به تولید انرژی غیرپیک نیز خواهد بود. میزان تولید انرژی در هر گام زمانی، علاوه بر محدودیتهای بالا و پایین مخزن سد، تابعی از حدود بالا و پایین دبی و هد مجاز نیروگاه می باشد .بدین ترتیب که در هدهای بالاتر و پایین تر از محدوده مجاز و در شرایطی که دبی عبوری از مجاری آب بر نیروگاه، پایین تر از دبی حداقل مجاز نیروگاه قرار می گیرد، تولید انرژی برابر صفر خواهد بود. همچنین در شرایطی که دبی عبوری از مجاری آب بر نیروگاه، بیشتر از دبی حداکثر مجاز نیروگاه میگردد، دبی عبوری از مجاری آب بر به حداکثر دبی مجاز عبوری از توربین محدود و در صورت پر بودن مخزن آب مازاد سرریز میگردد.
.3 مواد و روش
ساختگاه سد و نیروگاه بختیاری در بخش سفلای رودخانه بختیاری در استان لرستان و در بخش جنوب غربی ایران در دامنههای جنوب غربی کوههای زاگرس چین خورده و در ناحیهای به طول شرقی48 درجه و 45 دقیقه و 10 ثانیه و عرض شمالی 32 درجه و 56 دقیقه و 23ثانیه و در شمال غرب ایستگاه تنگ پنج - هشتمین ایستگاه حد فاصل اندیمشک - دورود - در مسیر راه آهن تهران - اهواز، بر روی رودخانه بختیاری واقع شده است.
جدول-1 مشخصات نیروگاه سد بختیاری
جدول -2 منابع اطلاعاتی برای استخراج دادههای اولیه مورد نیاز مدل
1؛.3 تشکیل فایل ورودی
نحوه استفاده از مدل ویپ به این صورت است که یک سال پایه در نظر گرفته شده و اطلاعات مورد نیاز برای یک سال وارد میشود. سال پایه الزاما بهترین تخمین از سالهای موجود نیست بلکه سالی است که دادههایی سالم با دقت مورد نیاز موجود باشد. در ادامه سال پایه یک دوره آماری چند ساله به مدل داده میشود تا در این دوره آماری بتوان شبیهسازی لازم را انجام داد و نتایج مورد نظر را بهدست آورد.
در مطالعه حال حاضر سال میلادی 1338 - 1959؛ - 39 به عنوان سال پایه انتخاب شد و دوره آماری 50 ساله برای انجام شبیهسازیها انتخاب گردید.
2؛.3 محاسبات برقابی مدل
همانطور که پیشتر نیز اشاره گردید نرم افزارWEAP قابلیت انجام محاسبات برقابی را داشته ولی در این زمینه محدودیتهایی دارد و امکان تعریف سدهایصرفاً برقابی در مدل وجود ندارد . برای انجام محاسبات برقابی، WEAP در قسمت هیدروانرژی برای هر سد، پنج پارامتر دبی حداقل و حداکثر عبوری از توربین، تراز پایاب نیروگاه، ضریب کارکرد نیروگاه و راندمان تولید را به عنوان مشخصات نیروگاه سد دریافت می کند. مدل WEAP با توجه به حجم آب رها شده از مخزن بر اساس نیازهای تعریف شده و تراز ابتدا و انتهای ماه انرژی تولیدی را محاسبه میکند. مقدار آب عبوری از نیروگاه به دبی حداقل و حداکثر توربین محدود میشود
