ارزیابی فنی و اقتصادی استفاده از سیستم های فتوولتائیک شناور بر روی سدها و دریاچه های مصنوعی با هدف کاهش تبخیر آب و تولید انرژی پاک در مناطق کم باران

کمبود هم زمان آب و انرژی در مناطق کم باران، به ویژه در اقلیم های گرم و خشک، ضرورت بهره گیری از راهکارهایی را افزایش داده است که بتوانند دو مسئله را در یک چارچوب یکپارچه مدیریت کنند. سیستم های فتوولتائیک شناور (FPV) با استقرار آرایه های خورشیدی بر سطح مخازن سدها و دریاچه های مصنوعی، علاوه بر حذف یا کاهش نیاز به زمین، از طریق ایجاد سایه بر سطح آب، کاهش تبادل تابشی و محدود کردن اثر باد می توانند بخشی از تبخیر را مهار کنند و هم زمان به دلیل اثر سرمایش مجاور آب، بازده الکتریکی مطلوبی فراهم آورند. هدف این پژوهش، ارزیابی فنی، اقتصادی و آب محور یک سامانه FPV برای یک مخزن مرجع در اقلیم گرم و خشک ایران و تحلیل حساسیت نتایج نسبت به مهم ترین متغیرهای طراحی و مالی است. روش تحقیق بر ترکیب مرور منابع علمی سال های ۲۰۲۴ تا ۲۰۲۶ و مدل سازی سناریویی استوار است. در سناریوی پایه، مساحت مخزن ۲ کیلومتر مربع، پوشش سطح ۱۰ درصد، چگالی نصب ۰.۱۲۵ کیلووات پیک بر متر مربع، ظرفیت نامی ۲۵ مگاوات، بازده ویژه سالانه ۱۸۲۰ کیلووات ساعت بر کیلووات پیک، تبخیر آزاد ۲.۲ متر در سال، ضریب کاهش تبخیر ۷۰ درصد، CAPEX برابر ۷۵۰ دلار بر کیلووات، OPEX سالانه ۱.۸ درصد سرمایه اولیه، عمر پروژه ۲۵ سال، افت سالانه تولید ۰.۵ درصد و نرخ تنزیل واقعی ۱۰ درصد فرض شد. نتایج نشان داد سامانه پایه می تواند در سال نخست حدود ۴۵.۵ گیگاوات ساعت برق تولید کند و نزدیک به ۳۰۸ هزار مترمکعب آب در سال حفظ نماید. LCOE محاسبه شده حدود ۵۴.۸ دلار بر مگاوات ساعت، NPV مالی در قیمت فروش ۰.۰۶۵ دلار بر کیلووات ساعت حدود ۴.۰۶ میلیون دلار، IRR حدود ۱۲.۸ درصد، دوره بازگشت ساده ۷.۲ سال و دوره بازگشت تنزیل شده حدود ۱۴ سال به دست آمد. با لحاظ ارزش سناریویی آب و کربن، شاخص های اجتماعی-اقتصادی به طور محسوسی بهبود می یابند. تحلیل حساسیت نشان داد هزینه سرمایه و نرخ تنزیل مهم ترین محرک های LCOE هستند، در حالی که افزایش سطح پوشش رابطه ای تقریبا خطی با تولید برق و صرفه جویی آب دارد، اما محدودیت های زیست محیطی، نوسان تراز مخزن، بار باد، مهاربندی و دسترسی تعمیراتی مانع از تعمیم صرفا خطی به پوشش های بسیار زیاد می شوند. نتیجه پژوهش آن است که FPV در سدها و مخازن مصنوعی مناطق کم باران، در صورت انتخاب سایت مناسب و طراحی سازه ای و اکولوژیک محافظه کارانه، می تواند به عنوان یک سرمایه گذاری رقابتی در پیوند آب–انرژی مطرح شود و اولویت اجرای پایلوت های ۵ تا ۱۵ درصد پوشش در مخازن با تابش بالا، تبخیر زیاد، نزدیکی به شبکه و نوسان تراز کنترل پذیر توصیه می شود.

کلیدواژه ها:

فتوولتائیک شناور ، سد ، دریاچه مصنوعی ، کاهش تبخیر ، پیوند آب–انرژی ، LCOE ، تحلیل اقتصادی ، انرژی خورشیدی