Κανάλι-το κορυφαίο Φ/Β για το μαζικό έργο άρδευσης του Αφγανιστάν

Μια ερευνητική ομάδα από την Ιαπωνία και το Αφγανιστάν διεξήγαγε μια τεχνο-περιβαλλοντική και οικονομική αξιολόγηση ενός καναλιού-ανώτατου συστήματος φωτοβολταϊκών (CTPV) στο αρδευτικό κανάλι Qush-Tepa του Αφγανιστάν. Για το σκοπό αυτό, οι ερευνητές εισήγαγαν ένα πλαίσιο που ονομάζεται ολοκληρωμένη τεχνο-οικονομική-περιβαλλοντική αξιολόγηση (ITEEA), το οποίο λένε ότι μπορεί να μεταφερθεί σε άλλες αναπτυσσόμενες περιοχές με παρόμοια χαρακτηριστικά, όπως η Ινδία, το Πακιστάν, η Βόρεια και Ανατολική Αφρική και τμήματα της Νοτιοανατολικής Ασίας.

"Το πλαίσιο ITEEA ποσοτικοποιεί ρητά την παραγωγή ενέργειας, τη-μείωση της εξάτμισης του νερού, την εξοικονόμηση χρήσης γης-και την οικονομική απόδοση εντός μιας ενιαίας αναλυτικής δομής", δήλωσε ο αντίστοιχος συγγραφέας Hameedullah Zaheb στο περιοδικό pv. "Αυτή η ολοκληρωμένη προοπτική είναι ιδιαίτερα σημαντική για εύθραυστες και περιορισμένες{3}}περιοχές πόρων, όπου η υποδομή πρέπει να εξυπηρετεί πολλούς στόχους ταυτόχρονα. Ενδιαφερόμαστε να επεκτείνουμε το πλαίσιο ITEEA σε άλλα συστήματα διασυνοριακών καναλιών στην Κεντρική και Νότια Ασία."

Συζητώντας τα αποτελέσματα της εφαρμογής του πλαισίου στο κανάλι Qush-Tepa, ο Zaheb είπε ότι ένα από τα πιο εντυπωσιακά ευρήματα ήταν η κλίμακα της εξοικονόμησης νερού που επιτεύχθηκε μέσω της σκίασης των καναλιών. «Ακόμη και με μερική κάλυψη καναλιών, οι μειώσεις της εξάτμισης μεταφράζονται σε εκατοντάδες εκατομμύρια κυβικά μέτρα διατηρημένου νερού κατά τη διάρκεια ζωής του έργου, το οποίο έχει οικονομική και στρατηγική σημασία συγκρίσιμη με την ίδια την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας», πρόσθεσε.

Οι εργασίες στο αρδευτικό κανάλι Qush-Tepa ξεκίνησαν το 2022 και αναμένεται να ολοκληρωθούν το 2028. Βρίσκεται στο βόρειο Αφγανιστάν, το έργο εκτρέπει το νερό από τον ποταμό Amu Darya για να αρδεύσει περίπου 550.000 εκτάρια και να εξυπηρετήσει περισσότερα από 60.000 νοικοκυριά. Το κανάλι έχει προγραμματιστεί να έχει μήκος 285 km, εξαιρουμένων των υπο-καναλιών, με άνω πλάτος 125 m, πλάτος κλίνης 85 m, βάθος νερού 6,5 m και συνολικό βάθος καναλιού 8 m.

Το πλαίσιο ITEEA της ομάδας ξεκινά με γεωχωρικό έλεγχο και προ{0}}αξιολόγηση σκοπιμότητας, χρησιμοποιώντας σύνολα δεδομένων τηλεπισκόπησης, επίπεδα GIS και συνεντεύξεις με ενδιαφερόμενους φορείς. Στο δεύτερο βήμα, διεξάγεται τεχνοοικονομική και περιβαλλοντική μοντελοποίηση χρησιμοποιώντας το System Advisor Model (SAM) για την προσομοίωση ενέργειας και τη μέθοδο του συντελεστή εξάτμισης (ECM) για την υδρολογική αξιολόγηση. Το τρίτο βήμα εστιάζει στον μηχανολογικό σχεδιασμό και τη βελτιστοποίηση του συστήματος, συμπεριλαμβανομένης της διαμόρφωσης του αρθρωτού συστήματος, της χωρικής διάταξης του καναλιού και της κάλυψης επιφανειών.

Στο τέταρτο βήμα, το σύστημα εγκαθίσταται και μπαίνει σε λειτουργία. Σε αυτό το στάδιο, το πλαίσιο λαμβάνει υπόψη τις διχασμένες εκροές, όπως οι ροές νερού μέσω αντλιών σε γεωργικές αποθήκες ή αγροκτήματα και η παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας για την ηλεκτροδότηση της υπαίθρου ή τις εξαγωγές του δικτύου. Το πέμπτο βήμα αφορά την ενοποίηση της πολιτικής, τη συμμόρφωση με το δίκτυο και τη δέσμευση των ενδιαφερομένων. Στο τελευταίο βήμα, χρησιμοποιείται μια προσέγγιση εκμάθησης κλειστού-βρόχου για τη σύγκριση των δεδομένων απόδοσης σε πραγματικό χρόνο με τις βασικές προβολές.

Με βάση τα τρία πρώτα βήματα, οι ερευνητές επέλεξαν ένα τμήμα του καναλιού κοντά στο Mazar-i{-Sharif για την ανάπτυξη CTPV, καθώς προσφέρει υψηλότερο ηλιακό δυναμικό. Επέλεξαν φωτοβολταϊκές μονάδες κρυσταλλικής-πυριτίου 550 W με απόδοση 19%, εγκατεστημένες σε γωνία κλίσης 0 μοιρών και αζιμούθιο 180 μοιρών, με νότιο προσανατολισμό. Το μοντελοποιημένο σύστημα είχε συνολική ισχύ 836 MW. Καθώς αυτή ήταν μια μελέτη προσομοίωσης, η ομάδα δεν ανέπτυξε το σύστημα, αλλά μοντελοποίησε τη λειτουργία του χρησιμοποιώντας συντελεστές χωρητικότητας 18%, 20% και 23%.

"Το σύστημα CTPV έχει σχεδιαστεί με εγκατεστημένη ισχύ 836 MW και με βάση-συντελεστή χωρητικότητας 20%, το σύστημα μπορεί να παράγει περίπου 1.465 GWh ετησίως, με εύρος ευαισθησίας 1.318–1.684 GWh που αντιστοιχεί σε συντελεστές χωρητικότητας 18–23% που εξηγείται." "Επιπλέον, το σύστημα μειώνει την εξάτμιση νερού κατά περίπου 20%, εξοικονομώντας περίπου 445 εκατομμύρια m3 νερού και αποφέροντας νερό{15}}εξοικονομώντας οφέλη αξίας περίπου 200 εκατομμυρίων USD σε 25 χρόνια.

"Η εξοικονόμηση γης-συνεισφέρει επιπλέον 118 εκατομμύρια δολάρια στα συνολικά οφέλη", εξήγησαν οι επιστήμονες. "Η αρχική επένδυση που απαιτείται είναι περίπου 1,08 δισεκατομμύρια $ και τα οικονομικά του έργου αξιολογούνται σε διάρκεια 25 ετών με βασικό προεξοφλητικό επιτόκιο 12%, με ανάλυση ευαισθησίας μεταξύ 8-16%. Σε ευνοϊκά σενάρια χρηματοδότησης και απόδοσης, το σύστημα εμφανίζει θετικές οικονομικές αποδόσεις, ενώ τα αποτελέσματα παραμένουν ευαίσθητα σε παραδοχές συντελεστή χωρητικότητας και προεξοφλητικού επιτοκίου."

Η ερευνητική εργασία παρουσιάστηκε στο "Canal-top photovoltaic systems on the Qush-Tepa Canal: a model for energy–water synergy," που δημοσιεύτηκε στο Energy Conversion and Management: X. Ερευνητές από το Πανεπιστήμιο Ryukyus της Ιαπωνίας, το Πανεπιστήμιο της Καμπούλ του Αφγανιστάν και το Πανεπιστήμιο Avicenna συμμετείχαν στη μελέτη.