22527

ارزيابي چرخه حيات فرآيند توليد الكتريسيته با استفاده از سيستم فتوولتاييك

كارشناسي ارشد

تبديل انرژي - سيستم‌هاي انرژي

1396

1399/3/12

دكتر سيد مصطفي حسينعلي پور

دكتر سمانه قندهاريون

مكانيك

طي چند دهه¬ي اخير، افزايش مصرف انرژي و گسترش معضلات و آسيب¬هاي زيست‌محيطي به شيوه¬اي افسارگسيخته جامعه¬ جهاني را تحت اثر قرار داده¬اند، در اين ميان، گرمايش جهاني مهم¬ترين و گسترده‌ترين معضل زيست‌محيطي شمار مي¬رود. در مراتب پايين‌تر، آلودگي هوا، آلودگي آب¬ها، اسيدي شدن آب و خاك و كاهش منابع، ديگر اثرات گريبان گير بشر امروز محسوب مي¬شوند. توليد برق در مقياس جهاني، 42% نشر گازهاي گلخانه¬اي و 48% نشر دي¬اكسيد گوگرد را به خود اختصاص داده و 64% زغال‌سنگ و 40% گاز طبيعي توليدشده، در اين بخش به مصرف مي¬رسد. به سبب اهميت اين صنعت، آژانس بين‌المللي انرژي در چشم¬انداز ترسيم‌شده براي نيل به افق توسعه پايدار تا سال 2040، دي‌اكسيد كربن معادل توليدي به ازاي توليد هر كيلووات ساعت الكتريسيته را g 69 و سهم مكانيسم¬هاي بادي و خورشيدي در تأمين برق جهاني را 38% پيشنهاد داده است. به سبب اهميت توسعه صنعت فتوولتاييك به دلايل مذكور، پتانسيل بالاي توليد برق خورشيدي در ايران و عدم وجود مطالعه¬اي جامع در حوزه ابعاد زيست‌محيطي نيروگاه¬ها فتوولتاييك كشور، چرخه حيات احداث نيروگاه فتوولتاييك «ساري نور» با ظرفيت kW 150، در پژوهش حاضر مورد ارزيابي قرار گرفته است. «ارزيابي چرخه حيات» را مي¬توان جامع¬ترين، چندجانبه¬ترين و قابل‌اطمينان‌ترين روش مهندسي-اقتصادي-مديريتي براي مدلسازي محصولات و فرآيندها دانست. برخلاف ساير پژوهش¬هاي مشابه، در اين پژوهش تمامي عناصر BOS در نظر گرفته شده و يكايك مراحل حمل‌ونقل ادوات و تجهيزات مدلسازي شده است. مرزهاي اين ارزيابي تمامي مراحل چرخه حيات تجهيزات مورداستفاده در نيروگاه از استخراج مواد اوليه تا توليد، حمل‌ونقل و نصب در نيروگاه را شامل مي¬شود. مدلسازي ارزيابي چرخه حيات در اين پژوهش به كمك نرم افزار Simapro انجام شده است. انرژي اوليه كل مصرف‌شده، اثرات ايجادشده بر گرمايش جهاني، اسيدي شدن آب و خاك و يوتريفيكاسيون منابع آبي در تمامي مراحل چرخه عمر احداث نيروگاه، تحليل شده است. نتايج به‌دست‌آمده، دوره بازگشت انرژي نيروگاه را 3553/1 سال ارائه مي¬كند. اثرات به‌جاي مانده بر ساير گروه اثرات به ترتيب kg-CO2,eq/kWh 04154/0، kg-SO2,eq/kWh 00019149/0، kg- PO43-,eq/kWh 00005734/0 محاسبه شده است. چرخه حيات توليد پنل¬هاي خورشيدي مورداستفاده در نيروگاه كه در يكي از كارخانه¬هاي ايراني توليد شده براي نخستين بار در كشور مورد ارزيابي قرار گرفته است. نتايج مدلسازي نشان از مصرف MJ/WP 4/15 انرژي طي كل مراحل چرخه حيات توليد و انتشار kg CO2-equiv. /WP 4356/1 ، kg SO2-equiv. /WP 006/0 و kg PO43- equiv. /WP 0013/0 به ترتيب در گروه اثرات گرمايش جهاني، اسيدي شدن آب و خاك و يوتريفيكاسيون منابع آبي دارد. در پژوهش حاضر سه روش نوآورانه براي مدلسازي دوره بازگشت انرژي و دو روش نوآورانه براي مدلسازي گروه اثرات زيست‌محيطي پيشنهاد شده است كه مي¬تواند دقت مدلسازي موارد مذكور را نسبت به روش-هاي مرسوم تا 36% بهبود بخشد. در ادامه، وضعيت توليد گازهاي گلخانه¬اي در صنعت برق كشور بررسي‌شده، اختلاف آن با چشم¬انداز توسعه پايدار آژانس بين‌المللي انرژي تشريح شده و سناريوهايي براي نيل به اين چشم¬انداز ارائه شده است. نتايج اين پژوهش مي‌تواند به‌منظور مقايسه با ساير نيروگاه¬ها و سياست‌گذاري براي توسعه صنعت برق كشور مورداستفاده قرار گيرد.

1399/07/17

Life Cycle Assessment of Electricity Generation by Photovoltaic System

9/3/2021 12:00:00 AM

In recent decades, global energy demand and environmental pollution have been steadily rising. In this regard, global warming is the most widespread environmental problem. At lower levels, air pollution, water pollution, acidification of water and soil and resource depletion are other important environmental issues. Worldwide electricity generation accounts for 42% of greenhouse gas emissions, 48% of sulfur dioxide emissions and 64% of coal and 40% of natural gas consumption. According to the outlook set by the International Energy Agency to tackle global warming and achieving sustainable development goals, greenhouse gas emissions need to be reduced to 69 g per kilowatt hour of electricity generated, it is also necessary to increase the share of wind and solar mechanisms in global electricity generation to 38%. Due to the importance of developing the photovoltaic industry for the above reasons, the high potential of solar power generation in Iran and the lack of comprehensive studies related to environmental aspects of constructing photovoltaic power plants in Iran, The life cycle of "Sari Noor" photovoltaic plant with a capacity of 150 kW has been evaluated in the present study. Life cycle assessment can be considered as the most comprehensive and the most reliable engineering, economic, management tool for modeling products and processes. Life cycle boundaries includes all stages of the life cycle of systems and equipment used in the plant with the approach of cradle to grave analysis. Unlike other similar researches, this study considered all the components of BOS and all stages of transportation. Primary energy consumption, global warming potential, acidification potential and eutrophication potential is assessed in this study. Three innovative methods for calculating the Energy Pay-Back Time and two innovative methods for evaluating the environmental impacts are proposed in this study which can improve the accuracy of modeling these cases up to 36% compared to conventional methods. In addition, life cycle assessment of manufacturing the Iranian-made solar panels used in the plant is considered, which had not been done before in other research. All power plant life cycle impact categories are also evaluated for panel manufacturing. In the following, greenhouse gas emissions from Iran electric power is examined, its differences with the International Energy Agency's sustainable development outlook are described and scenarios are presented to achieve this outlook. Results show that the power plant's Energy Pay-Back Time (EPBT) is 1.355 years. Global warming potential, acidification potential and eutrophication potential are calculated as 0.04154 kg-CO2,eq/kWh, 0.00019149 kg-SO2,eq/kWh and 0.00005734 kg-PO43-,eq/kWh, respectively. The results of this study can be used to compare the feasibility of constructing photovoltaic power plants in Iran to other types of power plants. This can be useful for policy making and selecting the appropriate renewable power generation scenario.