دوشنبه, ۲۹ شهریور ۱۴۰۰ ۰۸:۱۵ ۲۳
طبقه بندی: توسعه کاربرد RS
چچ
پایش ماهواره ای پتانسیل انرژی های تجدید پذیر ایران

پایش ماهواره ای پتانسیل انرژی های تجدید پذیر ایران

با استفاده از فناوری سنجش از دور و بکارگیری تصاویر ماهواره ای امکان انجام اندازه گیری های لازم برای شناسایی مناطق دارای انرژی حرارتی سطح زمین برای استفاده از انرژی های تجدید پذیر وجود دارد. در این مطالع با ذکر مورد نمونه با این موضوع پرداخته شده است.


  • مقدمه و بیان موضوع

امروزه با کاهش منابع سوخت های فسیلی در جهان، استفاده از انرژی ها نو و تجدیدپذیر نقش مهمی در سبد انرژی جهان، بدست آورده است. انرژی های تجدید پذیر به به انواعی از انرژی گفته می شود که منبع تولید آن، بر خلاف انرژی‌های تجدیدناپذیر (فسیلی)، قابلیت آن را دارد که توسط طبیعت در یک بازه زمانی کوتاه، مجدداً به وجود آمده یا به عبارتی منابعی هستند که پس از مصرف به راحتی جایگزین می‌شوند. انرژی خورشیدی، انرژی اتمی، انرژی زمین گرمایی، انرژی امواج آب دریاها و اقیانوس ها، انرژی بادی، زیست توده ها از جمله انرژی های شناخته شده هستند که در نقاط محتلف دنیا نیروگاه های آن احداث شده است و دولت ها به تدریج آن ها را جایگزین سوخت های فسیلی کرده اند.
ایران به دلیل شرایط جغرافیایی خاص، ظرفیت بالایی برای استفاده از انرژی های برق آبی، بادی، خورشیدی، زمین گرمایی و زیست توده دارد و در صورت سرمایه گذاری می توان از این نعمت خدادادی به بهترین شکل بهره مند شد. با این وجود در گذشته به دلیل استهلاک نیروگاه های انرژی تجدید پذیر این کار مورد توجه سرمایه گذاران نبوده است. برای برنامه ریزی موثر و ایجاد یک نقشه راه مناسب در زمینه بهره برداری از انرژی تجدید پذیر در ایران ابتدا باید درک درستی از پتانسیل این انرژی ها داشت به خصوص آنکه بیشتر انرژی های تجدید پذیر پتانسیل تولیدی متفاوتی در اوقات مختلف سال دارند.


  • ضرورت اجرا و اهداف

در جنبه عمومی، مشکلات زیست محیطی جهان در دهه90 میلادی به عنوان بحران های جهانی و اجتناب ناپذیر مطرح شد. گرم شدن کره زمین از جمله بزرگترین مشکلات زیست محیطی دهه اخیر است که به دلیل افزایش غلظت گازهای گلخانه ای به وجود آمده و در کاهش محصولات کشاورزی و تغییرات آب و هوایی و شکل گیری باران های اسیدی موثر است. دی اکسید کربن بیشترین سهم را در میان گازهای گلخانه ای دارد، این آلاینده محصول سوزاندن سوخت های فسیلی است. احتراق سوخت های فسیلی موجب آسیب به جنگل ها، دریاچه ها، مرداب ها نیز می شود. به علاوه سوخت های فسیلی نا محدود نیستند و دیر یا زود این منبع انرژی به پایان می رسد.
از سوی دیگر ایران، کشوری با پتانسیل بالای تولید انرژی تجدید پذیر است. به خصوص در مورد انرژی های خورشیدی و بادی این میزان بالاتر از میانگین جهانی است. کشور ما در منطقه ای واقع شده که با داشتن حدود ٣٠٠ روز آفتابی از نظر دریافت انرژی خورشیدی در میان نقاط مختلف جهان در بالاترین رده ها قرار دارد. لذا استفاده از انرژی های خورشیدی و بادی به دلایل مختلفی مانند دسترسی آسان و سهولت تبدیل شدن به انرژی الکتریکی، سازگاری با محیط زیست و تجدید پذیری، از مطلوبیت زیادی برخوردار است. محدودیت منابع فسیلی، رشد بالای مصرف سالانه انواع انرژی در ایران، خارج شدن کشورمان از جرگه صادرکنندگان نفت از اواخر قرن حاضر و بالطبع قطع درآمد های ناشی از صدرو نفت سبب می شود که در صورت عدم برنامه ریزی و پیشرفت های لازم، روند توسعه کشور به طور جدی تحت تاثیر قرار بگیرد.
زیست توده ها نیز از جمله منابع تولید انرژی هستند که در ایران کمتر به آن توجه شده است. زباله سوزی در ایران راه حل اصلی برای دفع زباله بوده است اما تاکنون نظارتی بر روی آن وجود نداشته است. پایش مستمر مراکز زباله سوزی کشور یکی از اهداف این پروژه است. به کمک تصاویر ماهواره ای علاوه بر اینکه مقدار پتانسیل تولید انرژی این منبع مشخص می شود از نظر آلاینده های زیست محیطی نیز محیط اطراف مراکز زباله سوزی پایش می شود.
همانطور که در بخش مقدمه مطرح شد کشور ایران به دلیل عدم اقبال سرمایه گذارن از جمله کشور هایی است که از قافله انرژی های نو عقب مانده است. یکی از دلایل اصلی این مشکل عدم وجود برآوردهای اولیه از میزان پتانسیل مناطق مختلف کشور است. هدف اصلی این پروژه ارائه تصویری روشن از میزان پتانسیل تولید انرژی مناطق مختلف کشور و به تفکیک انرژی های مختلف است. در این پروژه علاوه بر پتانسیل تولید انرژی خورشیدی، بادی و زیست توده ها و پارامتر های مرتبط با آن، پارامتر های دیگری مانند سرعت جریان آب و نقشه های پتانسیل تولید انرژی از منابع زمین گرامایی را نیز نمایش می دهد. یکی دیگر از اهداف این پروژه تولید اطلاعات جانبی درباره منابع تولید انرژی است از جمله آن ها می توان به غلظت آلاینده ها در نزدیکی مراکز زباله سوزی اشاره کرد.


  • داده ها و روش ها

مدت زمان زیادی است که تخمین میزان پتانسیل تولید انرژی خورشیدی سطح زمین مورد توجه محققین بوده است. در مطالعات گذشته این پارامتر به کمک تخمین میزان تابش ورودی بر روی سطح زمین با استفاده از مدل های ارتفاعی رقومی زمین و سطح ( DEM و DSM) و پارامترهایی مانند دمای سطح زمین محاسبه شده است. بر همین اساس منابع متن باز قابل توجهی اقدام به ارائه داده های مرتبط به پتانسیل تولید انرژی خورشیدی کرده اند ( مانند وب سایت SolarGis ). این اطلاعات به صورت رایگان در اختیار عموم قرار گرفته اند و تولید نقشه های پتانسیل انرژی خورشیدی به کمک این داده ها ممکن است.
تخمین پتانسیل تولید انرژی خورشیدی نیازمند توجه بیشتری است. سیاست های امروزی به نصب پنل های خورشیدی بر روی سقف خانه ها تاکید دارند و نه احداث نیروگاه ها. مطالعات سال های اخیر این حوزه نیز مطابق بر همین سیاست است. چالش اصلی تخمین پتانسیل تولید انرژی در مناطق شهری، وابستگی مدل ها به DEM/DSM های دقیق ( با دقتی در حدود نیم متر ) است. مدل های رقومی زمین با چنین دقتی اغلب به کمک تصاویر LIDAR بدست می آید. با توجه به کمبود داده های LIDAR و هزینه بالای تصویر برداری آن ها تصاویر ماهواره های دقیق مکانی مورد توجه قرار گرفته است. به عنوان مثال در یک تحقیق با استفاده از تصاویرماهوارهWordView-2 ( دارای دقت مکانی نیم متر ) نقشه پتانسیل تولید انرژی خورشیدی در مناطقی از شهر دارالسلام تانزانیا محاسبه شده است. در صورت دسترسی به داده های دقیق مکانی و محاسبه پارامتر هایی مانند شیب، زاویه تابش، پارامتر های هواشناسی و غیره، امکان تولید نقشه های دقیق پتانسیل تولید انرژی در این پروژه نیز وجود خواهد داشت. با توجه به پیچیدگی های دسترسی به داده، تولید نقشه های پتانسیل تولید انرژی خورشیدی شهری خود قابلیت تعریف یک پروژه مستقل را دارد.
پارامتر اصلی در محاسبات پتانسیل تولید انرژی بادی، سرعت باد در مناطق مختلف است. مطالعات سال های اخیر نشان داده است که سرعت باد با استفاده باند C تصاویر راداری قابل محاسبه است. از بین منابع اخذ تصاویر راداری ماهواره Sentinel-1 با توجه به آنکه به صورت رایگان در اختیار عموم قرار می گیرد مورد توجه است. این ماهواره وضوح قابل قبول تا حد ۵ متری و پوششی در عرض ۴۰۰ کیلومتر را فراهم می آورد. مدل بازیابی سرعت باد از تصاویر راداری در بیشتر این مطالعات مدل CMOD4 بوده است. نتایج یک تحقیق نشان داده است که این مدل هنگامی که سرعت جریان باد بالا باشد دقت مناسبی ندارد این شرایط بسیار شبیه به اقلیم ایران است. در این تحقیق مدل CMOD5.n برای رفع خطای دقت در سرعت بالای باد پیشنهاد شده است.

تخمین پتانسیل تولید انرژی زیست توده ها از مراکز زباله سوزی کشور و همچنین منابع زمین گرمایی به کمک سنجده های حرارتی ماهواره Landsat (ETM و TM ) انجام می پذیرد. در مورد منابع زمین گرمایی مطالعات بر روی مناطقی که دارای چشمه های آب زیر زمینی بوده است انجام پذیرفته است. در این تحقیقات با استفاده از تصاویر ماهواره Landsat موقعیت مکانی منابع زمیثن گرمایی محاسبه و میزان انرژی تولیدی آن تخمین زده شده است. در مورد مناطق زباله سوزی بهتر است موقعیت جغرافیایی این مناطق مشخص و سپس با استفاده از تصاویر باند حرارتی میزان انرژی تولیدی آن ها تخمین زده بشود. تخمین میزان غلظت آلودگی هوای این مناطق ( CO ، NO2 ) با استفاده از تصاویر ماهواره Sentinel5 ممکن است. اگرچه این تصاویر وضوح بالایی متنساب با مساحت مناطق زباله سوزی ندارد اما با توجه به اولویت های این پروژه قابل قبول است.


  • دستاوردها و خروجی ها

• ارائه نقشه های پتانسیل تولید انرژی الکتریکی از منابع مختلف تجدید پذیر ( خورشیدی، بادی، زمین گرمایی و زیست توده)
• ارائه نقشه های پتانسیل تولید انرژی خورشیدی مناطق شهری ( در صورت دسترسی به تصاویرLIDAR و یا تصاویر ماهواره با دقت ماهواره ای بالا)
• ارائه اطلاعات و نمودارهای آماری میزان انرژی پتانسیل تولید انرژی در ماه های مختلف و مقایسه با میزان انرژی مصرفی منطقه .


  • بهره برداران و ذینفعان

• شرکت های توزیع برق کشور
• وزارت نیرو و سازمان های وابسته از جمله سازمان انرژی های تجدیدپذیر و بهره وری انرژی برق
• شرکت های خصوصی و مهندسین مشاور عمرانی در حوزه انرژی
• دانشگاه ها و مراکز پژوهشی در حوزه برق و انرژی های تجدید پذیر
• شهرداری ها و سازمان های وابسته


  • نمونه محصول

در شکل شماره 1 میزان آلبیدو سطح زمین با استفاده از تصاویر مادیس برآورد شده است. قابل ذکر است آلبیدو به معنی درصد بازتاب نور از سطح یک جسم است. مقادیر این کمیت می‌ تواند از صفر (تاریک مطلق) تا یک (روشن مطلق) تغییر پیدا کند. آلبیدو را گاه با درصد و گاه با یک عدد اعشاری کوچک‌تر از یک نشان می‌دهند.


 برآورد آلبیدو مناطق مختلف زمین با استفاده از  <strong class='sis-keyword'>تصاویر ماهواره ای</strong>(تصویر حاصل از پردازش داده های سنجنده مادیس)
شکل-1 : برآورد آلبیدو مناطق مختلف زمین با استفاده از تصاویر ماهواره ای (تصویر حاصل از پردازش داده های سنجنده مادیس)
(توضیح : اگر مقدار آلبیدو سطح زمین 0.37 است یعنی 0.63 انرژی رسیده به سطح زمین جذب می شود.)


در شکل شماره 2 نیز، نقشه تابش لحظه ای و میانگین تابش روزانه خورشید با استفاده از تصاویر ماهواره ای سنجنده مادیس تولید شده است.


محاسبه تابش لحظه ای و میانگین تابش روزانه خورشید با استفاده از  <strong class='sis-keyword'>تصاویر ماهواره ای</strong> سنجنده مادیس

شکل-2 : محاسبه تابش لحظه ای و میانگین تابش روزانه خورشید با استفاده از تصاویر ماهواره ای سنجنده مادیس


آدرس کوتاه شده: