یکشنبه, ۰۴ مهر ۱۴۰۰ ۱۰:۰۵ ۶۷
طبقه بندی: خدمات RS
چچ
مکانیابی نیروگاه های خورشیدی با استفاده از داده های سنجش از دور

مکانیابی نیروگاه های خورشیدی با استفاده از داده های سنجش از دور

در این گزارش به بررسی عوامل دخیل در مکانیابی بهینه نیروگاه های خورشیدی با استفاده از داده های سنجش از دور، پرداخته شده است.

در طی سال های اخیر، گرم شدن دمای زمین، افزایش گازهای گلخانه ای، آلودگی هوا، پایان پذیر بودن سوخت های فسیلی و نوسانات قیمت آنها، استفاده از انرژی های تجدید پذیر و پاک را مورد توجه قرار داده است. از جمله این انرژی ها می توان به انرژی خورشیدی به عنوان یکی از منابع تامین انرژی رایگان، پاک و عاری از اثرات مخرب زیست محیطی اشاره نمود که در بسیاری از کشورها از جمله ایران به وفور قابل دسترسی است. مکانیابی مناطقی که دارای بیشترین دریافت انرژی خورشیدی می باشند، اهمیت بسیاری دارد. میزان این انرژی در عرضهای مختلف جغرافیایی متفاوت است و عرضهای پایین تر بیشترین انرژی خورشیدی را دریافت می کنند. بطورکلی دسترسی به انرژی پاک و مقرون به صرفه، یکی از اهداف هفده گانه توسعه پایدار سازمان ملل متحد می باشد که کلیه کشورهای عضو سازمان ملل باید تلاش نمایند تا با همکاری و تعامل با یکدیگر در سه سطح ملی، منطقه ای و بین المللی با تنظیم راهبرد های میان مدت و بلند مدت خود تا سال 2030، به آن دست یابند.


عوامل موثر در مکانیابی بهینه احداث نیروگاه خورشیدی
اهمیت انتخاب مکان بهینه احداث نیروگاه خورشیدی با توجه به معیارها و گزینه های اقلیمی، زیست محیطی و انسانی، در میزان تولید و بازدهی آن، هزینه تولید و انتقال انرژی، نمود می یابد. توسعه فناوری استفاده از انرژی های تجدید پذیر علاوه بر مزایای بی شمار آن در حفظ منابع طبیعی و کاهش آلودگی های زیست محیطی، در ایجاد اشتغال نیز سهم به سزایی دارد. عوامل موثر در مکانیابی بهینه احداث نیروگاه خورشیدی که راندمان و قدرت نیروگاه را تحت تاثیر قرار می دهند عبارتند از:


  • اقلیم:

که شامل موارد ذیل می باشد.

  • دما: برای سنجش دمای یک منطقه باید آمار ماهانه و سالانه پارامترهای اقلیمی از جمله دمای ایستگاه های سینوپتیک کلیماتولوژی موجود در مناطق مختلف کشور در دوره آماری 30 ساله، مورد استفاده قرار گیرد.
  • تابش: تابش و دریافت انرژی خورشیدی وابسته به ساعات آفتابی، مدت زمان تابش، رطوبت نسبی، عرض جغرافیایی، تبخیر، گرد و غبار و غیره می باشد.
  • ساعات آفتابی: ساعات آفتابی به عنوان مهم ترین پارامتر در بهره برداری از انرژی خورشیدی است و پارامترهای موثر بر ساعات آفتابی شامل ابرناکی، روزهای وقوع گرد و غبار، رطوبت نسبی، ارتفاع و بارش سالانه می باشد.
  • مدت زمان تابش
  • رطوبت نسبی: رطوبت نسبی در واقع مقدار آب موجود در هوا بوده که از منطقه ای به منطقه ای دیگر میزان آن متفاوت است. در مقیاس جهانی بطور متوسط یک درصد حجم اتمسفر را بخار آب تشکیل می دهد و بخار آب و دی اکسید کربن مهم ترین جذب کننده های انرژی تابشی در جو می باشند. رطوبت نسبی با تغییر درجه حرارت به طور معکوس کم یا زیاد می شود. به عنوان مثال، مناطقی با رطوبت نسبی بالا به دلیل جذب انرژی کوتاه خورشیدی توسط بخار آب اتمسفر، مستعد بهره برداری از انرژی خورشیدی نیستند.
  • عرض جغرافیایی
  • ابرناکی و غبارآلودگی شدید هوا از عوامل عمده کنترل انرژی خورشیدی می باشند که هر دو رابطه عکس با ساعات آفتابی دارند. ابرها بطور متوسط 21 درصد انرژی موج کوتاه خورشید را منعکس می کنند. در زمان آفتابی بودن هوا و عدم وجود ابر در آسمان، قسمت اعظم انرژی خورشید به زمین می رسد.
  • تبخیر
  • گرد و غبار: هواویزها یا گرد و غبار از ترکیبات مهم جوی، به ویژه در نزدیک سطح زمین بوده که شامل ترکیباتی به ابعاد مختلف می باشند، مانند گازهای صنعتی، زائده های سوخت از جمله دود و حتی ذرات نمک. مقدار آن ها بشدت متغیر است و در ارتفاعات و نیز بعد از هر بارش رو به کاهش می گذارند. این پدیده دو اثر متضاد دارد، یا با انعکاس پرتوهای خورشیدی به خارج از جو، باعث سرد شدن زمین می شوند یا ممکن است با جذب انرژی خورشیدی موجب گرم شدن هوا گردد. بنابراین مناطقی برای بهره برداری از انرژی خوشیدی مناسب هستند که کمترین روزهای غبار آلودگی را در سال داشته باشند.
  • بارش: ریزش باران و برف از مهمترین عواملی هستند که به طور مستقیم بر چرخه هیدورلوژی اثر دارند. بنابراین مناطقی با بارش زیاد، از یک طرف نشان از رطوبت بالا داشته که خود مهم ترین عامل جذب تابش موج کوتاه می باشد و از طرف دیگر نشان دهنده وجود ذرات معلق بالا در اتمسفر آن منطقه است که تابش موج کوتاه را هم جذب و هم انعکاس می دهد. هردو این عوامل بیانگر بالا بودن شمار روز های ابری در منطقه می باشد. بارش ها علاوه بر اثرات نامطلوب فنی، باعث کثیف شدن سطح صفحات فتوولتاییک می شوند. به منظور بررسی بارش در منطقه از مجموع بارش باران و برف سالانه ایستگاه های هواشناسی استفاده می شود.

  • توپوگرافی:
  • ارتفاع: افزایش یا کاهش ارتفاع برابر است با افزایش یا کاهش جذب تابش خورشیدی. هر قدر ارتفاع منطقه ای از سطح دریا کمتر باشد، ضخامت جو و ترکیبات آن بیشتر، در نتیجه دارای عوامل جذبی یا انعکاسی زیادی تری است، که علاوه بر ورود انرژی موج کوتاه خورشید، انرژی بلند زمین را هم کنترل می کنند. در ارتفاع بالاتر، هوا رقیق تر و ضخامت جو کمتر است، بنابراین مناطق مرتفع بدلیل دریافت انرژی زیاد، دارای پتانسیل بالاتری نسبت به مناطق پست می باشند. جهت تهیه این لایه اطلاعاتی، از اطلاعات ارتفاع ایستگاه های هواشناسی و لایه توپوگرافی منطقه استفاده شده و برای این منظور لایه DEM منطقه ایجاد می شود.
  • شیب و جهت شیب: این دو عامل در میزان جذب تابش خورشیدی نقش بسزایی دارند و محل احداث نیروگاه خورشیدی باید در جهتی قرار گیرد که حداکثر شیب را دریافت کند.
  • فاصله از گسل: فاصله مناسب از محل گسل و نقاط زلزله خیز، در میزان بازدهی نیروگاه خورشیدی نقش بسزایی دارد.

  • محیط زیست:
  • کاربری اراضی: در مکانیابی احداث این نیروگاه ها، باید کاربری اراضی مانند جنگل ها، پوشش گیاهی، زمین های کشاورزی، تالاب ها و بطورکلی مکان های حساس زیست محیطی از جمله پناهگاه های حیات وحش، پارک های ملی و مناطق حفاظت شده و... در نظر گرفته شوند.
  • رودخانه ها: به منظور حفاظت از نیروگاه در برابر آسیب های ناشی از طغیان رودخانه، باید از نقشه پهنه بندی سیلاب ها و رودخانه های در معرض سیلاب، استفاده شود.

  • محیط انسانی:
  • محدوده های مسکونی: از آنجا که مناطق مسکونی جزء مصرف کنندگان عمده برق می باشند، برای کاستن از هزینه انتقال برق، باید نزدیکی مراکز تولید و مصرف در نظر گرفته شود.
  • راه ها: نزدیکی این نیروگاه ها به راه ها و شبکه ارتباطی شهرها و روستاها، دسترسی به این نیروگاه ها را آسان، هزینه های حمل و نقل تجهیزات نیروگاه، رفت و آمد کارکنان و پشتیبانی از نیروگاه را کاهش می دهد.
  • فاصله از خطوط انتقال نیرو: برق تولیدی هر نیروگاه برای توزیع در شبکه نیاز به خطوط انتقال نیرو دارد، بنابراین فاصله نیروگاه از خطوط برق هم از نظر تلفات برق تولیدی در شبکه و بالا بردن قیمت، بسیار اهمیت دارد.

نقش فناوری سنجش از دور

متاسفانه هنوز تفکر استفاده از انرژی های پاک و تجدیدپذیر در جامعه جدی گرفته نشده و همچنان برای تامین انرژی، از سوخت های فسیلی استفاده می شود. بدین منظور برای استفاده بهینه از انرژی های سبز در ایران، ضروری است که با استفاده از فناوری سنجش از دور و سیستم های اطلاعات مکانی که بسیار آسان و کم هزینه، بهنگام بوده و وسعت بیشتری را پایش می کند، پتانسیل بسیاری از مناطق کشور را جهت احداث نیروگاه های خورشیدی، قابلیت سنجی نمود. کاربرد فناوری سنجش از دور جهت مکانیابی احداث نیروگاه خورشیدی شامل موارد ذیل می باشد:


  • تعیین ارتفاع، شیب و جهت شیب

تعیین ارتفاع، شیب و جهت شیب منطقه مورد نظر جهت احداث نیروگاه با استفاده از مدل ارتفاعی آن منطقه بدست می آید. برای این منظور استفاده از تصاویر ماهواره ای با توان تفکیک مکانی متوسط و بالا، بهترین و به صرفه ترین منبع تولید مدل ارتفاعی رقومی (DEM) با دقت های متفاوت از 1 تا چندین متر می باشند. کیفیت DEM ها بر اساس صحت ارتفاعی در هر پیکسل و میزان دقت آنها در نمایش ژئومرفولوژی منطقه ارزیابی می شود. فاکتورهای زیادی این کیفیت را تحت تاثیر قرار می دهد:


• خشن بودن سطح زمین
• چگالی نقاط نمونه برداری شده (روش جمع آوری داده های ارتفاعی)
• توان تفکیک مسطحاتی و اندازه پیکسل های تصویر
• توان تفکیک ارتفاعی


  • سنجش میزان تشعشع خورشیدی (GSR) و تعیین دمای سطح زمین

دستگاه های تابش سنج، بسیار دقیق اما گران و بسیار حساس هستند و داده های آنها محدود به یک نقطه است و برای سطوح وسیع کافی نیستند. میزان تابش خورشیدی در ایران با توجه به مساحت آن، یکی از بزرگترین مقادیر تابش در جهان است. مکان هایی از جمله بیابان های ایران، دارای پتانسیل انرژی خورشیدی بالایی هستند. ساده ترین روش مکانیابی جهت نصب سیستم های خورشیدی و بهره برداری از منابع تجدید پذیر انرژی، استفاده از داده های حاصل از باند های متفاوت تصاویر ماهواره ای و با استفاده از روش تبدیل آلبدو (LST) و شناسایی جزایر حرارتی، می باشد. البته داده های دمایی تابعی از انرژی خالص در سطح زمین است که به مقدار انرژی رسیده به سطح زمین، گسیلمندگی سطح، رطوبت و جریان هوای اتمسفر بستگی دارد.


• تعیین کانون های گرد و غبار و فاصله آن ها با مکان احداث نیروگاه
• مشخص نمودن رودخانه های در معرض سیلاب
• مشخص نمودن گسل های فعال
• کاربری اراضی با استفاده از تصاویر ماهواره ای
• پوشش گیاهی منطقه مورد نظر
• تعیین فاصله مناطق چهارگانه حساس محیط زیستی
• تعیین فواصل شهرها، روستاها و مناطق مسکونی تا محل احداث نیروگاه
• به روز رسانی نقشه راه ها
• تعیین فاصله منطقه مورد نظر از خطوط انتقال نیرو


استفاده از سیستم اطلاعات جغرافیایی
از آنجا که تصمیم گیری در مورد انتخاب مکان مناسب برای احداث نیروگاه، مستلزم توجه همزمان به عوامل متعددی از جمله اقلیم، توپوگرافی، محیط زیست، محیط انسانی و ... می باشد، سیستم اطلاعات جغرافیایی، امکان تلفیق لایه های اطلاعاتی مربوط به عوامل مذکور را به صورت منسجم فراهم می کند (نمودار شماره 1). در نهایت با تلفیق این لایه ها و وزن دهی هر لایه اطلاعاتی، می توان مکانیابی نیروگاه را کلاس بندی و امتیاز بندی نمود (ضعیف، متوسط، خوب و خیلی خوب) تا تصمیم برای انتخاب بهینه مکان مورد نظر علمی تر و آسان تر گردد.


مراحل مکانیابی نیروگاه خورشیدی

نمودار-1: مراحل مکانیابی نیروگاه خورشیدی


تصاویر ذیل، شامل برخی از لایه های اطلاعاتی از استان سیستان و بلوچستان شامل لایه تصویر ماهواره ای، شیب، مدل ارتفاعی(DEM) ، کاربری اراضی و دمای سطح زمین برای مکانیابی نیروگاه خورشیدی می باشند (تصویر شماره 1) که باید همراه با لایه های مربوط به عوامل اقلیمی در سیستم اطلاعات جغرافیایی وارد شده و به آن ها وزن داده شود و سپس مکان های مورد نظر مشخص شده و بعد از امتیازبندی، مکان بهینه انتخاب گردد.


تصویر -1: تصاویر ماهواره ای لندست به تاریخ 1400/4/8 از لایه های مختلف اطلاعاتی استان سیستان و بلوچستان به منظور مکانیابی نیروگاه خورشیدی



آدرس کوتاه شده: