بررسی رد پای آب در تولید برق با تأکید برانرژی‌های تجدیدپذیر

نوع مقاله : پژوهشی

نویسندگان

1 دانش ‏آموختۀ کارشناسی ارشد، دانشکدۀ علوم و فنون نوین، دانشگاه تهران، تهران، ایران

2 دانشیار، دانشکدۀ علوم و فنون نوین، دانشگاه تهران، تهران، ایران

چکیده

با افزایش جمعیت، استفاده از منابع طبیعی بیشتر شد و با وجود محدودیت‏های این منابع، مشکلات زیست‏محیطی به وجود آمد. از سویی دیگر، تغییرات اقلیمی نیز نگرانی‏ها را در حوزۀ تأمین آب و انرژی دو چندان می‏کند. شاید تنها دو راه حل برای مقابله با بحران آب موجود باشد: ایجاد و کشف منابع جدید، حفظ منابع فعلی در دسترس و استفادۀ برنامه‏ریزی‌شده از آن. پژوهش پیش‏ رو با هدف بررسی رد پای آب صنعت برق صورت گرفت. ‌ابتدا تعدادی از نیروگاه‌های کشور به عنوان نمونه مطالعه شد. سپس، میزان آب مجازی مصرفی به ازای تولید هر کیلووات ساعت برق از نیروگاه‏های حرارتی و انرژی‏های تجدیدپذیر بررسی و محاسبه شد. نتایج نشان داد میزان آب مجازی مصرفی در نیروگاه‏های مختلف تابع نوع نیروگاه و نوع سیستم خنک‌کنندۀ آن است. مصرف آب در انواع نیروگاه‏ها به این ترتیب است: بخاری> سیکل ترکیبی >گازی > فتوولتائیک > بادی. میزان مصرف آب برای نیروگاه‏های بخاری با سیستم خنک‌کنندۀ برج تر برابر با 2/2 لیتر بر کیلووات ساعت، 5/1 لیتر بر کیلووات ساعت برای نیروگاه‏های بخاری و سیکل ترکیبی با سیستم خنک‌کنندۀ یک‌بارگذر، 2/0 لیتر بر کیلووات ساعت برای نیروگاه‏های بخاری و سیکل ترکیبی با سیستم خنک‌کنندۀ خشک، 025/0 لیتر بر کیلووات ساعت برای نیروگاه‏های گازی و 07/0 لیتر بر کیلووات ساعت برای نیروگاه‏های فتوولتائیک است. با توجه به ارزش آب کشور در بخش‏های مختلف شرب، صنعت و آبیاری، هزینه‌های ناشی از آب مصرفی به‌ترتیب در نیروگاه بادی، گازی و فتوولتائیک نسبت به بخاری و سیکل ترکیبی به‌صرفه‏تر است. بنابراین، برای توسعه و رشد صنعت نیروگاهی کشور، انتخاب نوع نیروگاه و به‌ویژه نوع سیستم خنک‌کننده در صرفه‌جویی مصرف آب کارکرد زیادی دارد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Water Footprint in Electricity Generation with an Emphasis on Renewable Energies

نویسندگان [English]

  • Seyedeh Mahsa Mousavi Reine 1
  • Hossein Yousefi 2
1 Faculty of New Sciences & Technologies, University of Tehran, Iran
2 Associated Professor, Ecohydrology, Faculty of New of Science and Technologies, University of Tehran, Iran
چکیده [English]

With the increase in population, the use of natural resources increased and despite the limitations of these resources, environmental problems were created. Climate change, on the other hand, doubles concerns about water and energy supply. There are only two solutions to the water crisis: creating and discovering new resources, keeping existing resources available, and using them in a planned way. The aim of this study is the investigation of the water footprint of the electricity industry. At first, a number of power plants in the country were studied as samples. Then, the amount of virtual water consumption per kilowatt hour of electricity generated from thermal power plants and renewable energy was investigated and calculated. The results showed that the amount of virtual water used in different power plants depends on the type of power plant and the type of cooling system. Water consumption in all types of power plants is as follows: heat >combined cycle >gas >photovoltaic> wind. The average water consumption in the stem power plant with wet tower cooling system is 2.2 L/kWh, in the steam and CCGT power plant with once-though cooling system is 1.5 L/kWh, in the steam and CCGT with dry cooling system is 0.2 L/kWh, in the gas turbine is 0.025 L/kWh and in the PV is 0.07 L/kWh. The price of water is different for drinking water, irrigation and industry. So the price of water consumption of electricity is low in wind turbine, gas turbine and photovoltaic, respectively. Therefore, in order to develop and grow the country's power industry, choosing the type of power plant and especially the type of cooling system plays an important role in saving water consumption.

کلیدواژه‌ها [English]

  • water footprint
  • Electricity generation
  • Virtual water
[1].          A. Mostafaeipour, M. Qolipour, and K. Mohammadi, “Evaluation of installing photovoltaic plants using a hybrid approach for Khuzestan province, Iran,” Renew. Sustain. Energy Rev., vol. 60, pp. 60–74, 2016.
[2].          A. Avani, “Water and energy Nexus in Industry,” 2018 [Persian]
[3].          N. Poursadegh, T. Mahdizadeh, “Virtual water export reduction management strategy,” Strategic defense studies., 36, 2008 [Persian]
[4].          A. Delgado and H. J. Herzog, “Simple model to help understand water use at power plants,” Cambridge, MA Massachusetts Inst. Technol., 2012.
[5].          K. Averyt, Freshwater use by US power plants: Electricity thirst for a precious resource. Union of Concerned Scientists., 2011.
[6].          A. Delgado Mart, “Water Footprint of Electric Power Generation: Modeling its use and analyzing options for a water-scarce future,” Massachusetts Institute of Technology, 2012.
[7].          Y. Tsai, Y. Chan, F. Ko, J. Yang, and others, “Integrated operation of renewable energy sources and water resources.,” Energy Convers. Manag., vol. 160, pp. 439–454, 2018.
[8].          Y. YANG, Z. LIN, and J. HE, “Chosen Method of Optimum Cold Source Thermal-system Heater in Heat and Power Cogeneration System [J],” Proc. CSEE, vol. 26, p. 1, 2010.
[9].          A. Loew, P. Jaramillo, and H. Zhai, “Marginal costs of water savings from cooling system retrofits: a case study for Texas power plants,” Environ. Res. Lett., vol. 11, no. 10, p. 104004, 2016.
[10].        J. Hagan and J. Maulbetsch, “Water use for electricity generation. California Energy Commission,” Public Interes. Energy Res. Google Sch., 2009.
[11].        Y.-D. Wang, J. S. Lee, L. Agbemabiese, K. Zame, and S.-G. Kang, “Virtual water management and the water--energy nexus: A case study of three Mid-Atlantic states,” Resour. Conserv. Recycl., vol. 98, pp. 76–84, 2015.
[12].        J. Macknick, R. Newmark, G. Heath, and K. C. Hallett, “Review of Operational Water Consumption and Withdrawal Factors for Electricity Generating Technologies.” 2011.
[13].        T. A. DeNooyer, J. M. Peschel, Z. Zhang, and A. S. Stillwell, “Integrating water resources and power generation: The energy–water nexus in Illinois,” Appl. Energy, vol. 162, pp. 363–371, 2016.
[14].        H. H. G. Savenije, “Why water is not an ordinary economic good, or why the girl is special,” Phys. Chem. Earth, Parts A/B/C, vol. 27, no. 11, pp. 741–744, 2002.
[15].        A. Dinar and A. Subramanian, “Policy implications from water pricing experiences in various countries,” Water Policy, vol. 1, no. 2, pp. 239–250, 1998.
[16].        B. Gjorgiev and G. Sansavini, “Electrical power generation under policy constrained water-energy nexus,” Appl. Energy, vol. 210, pp. 568–579, 2018.
[17].        I. W. H. Parry, R. C. Williams, and L. H. Goulder, “When Can Carbon Abatement Policies Increase Welfare? The Fundamental Role of Distorted Factor Markets,” J. Environ. Econ. Manage., vol. 37, no. 1, pp. 52–84, 1999.
[18].        A. Keyhani, M. Ghasemi-Varnamkhasti, M. Khanali, and R. Abbaszadeh, “An assessment of wind energy potential as a power generation source in the capital of Iran, Tehran,” Energy, vol. 35, no. 1, pp. 188–201, 2010.
[19].        G. Joselin Herbert, S. Iniyan, E. Sreevalsan, and S. Rajapandian, “A review of wind energy technology,” Renew Sustain Energy, vol. 11, 2007.
[20].        Development and production of thermal power and related industries," Comprehensive book on management," Specialized company for thermal power generation, 2017. [Persian]
[21].        A, Naghshi, " Irrigation Management in Gardens," East Azerbaijan Agricultural Jihad Organization, vol. 139, no. 1, 2016. [Persian]
[22].        H. H. Carter, J. R. Schubel, R. E. Wilson, and P. M. J. Woodhead, “Thermally induced biological effects caused by once-through cooling systems: A rationale for evaluation,” Environ. Manage., vol. 3, no. 4, pp. 353–368, 1979.
 
[23].        J. Z. Reynolds, “Power plant cooling systems: policy alternatives,” Science (80-. )., vol. 207, no. 4429, pp. 367–372, 1980.
[24].        E. Laws, “Aquatic Pollution 3rd edn (Hoboken, NJ.” Wiley, 2000.
[25].        C. A. Scott, S. A. Pierce, M. J. Pasqualetti, A. L. Jones, B. E. Montz, and J. H. Hoover, “Policy and institutional dimensions of the water--energy nexus,” Energy Policy, vol. 39, no. 10, pp. 6622–6630, 2011.
[26].        Https://www.seia.org/initiatives/water-use-management, “Water Use Management,” Solar energy Industries Assocciation, 2019. [Online]. Available: https://www.seia.org/initiatives/water-use-management.
[27].        H. Asadi, K. Feshari," Competitiveness of geothermal electricity in comparison with conventional methods of electricity generation in Iran," Iranian Journal of Energy Economics, vol. 5, no.18, 2016. [Persian]
[28].        Tavanir, Detailed statistics of the country's electricity industry, 2018. [Persian]
[29].        Hoekstra AY, Chapagain AK, Mekonnen MM, Aldaya MM. The water footprint assessment manual: Setting the global standard. Routledge; 2011.