مقایسه اقتصادی بین برق خورشیدی و شبکه سراسری برای تأمین انرژی مورد نیاز مزارع آبیاری قطره‌ای- مطالعه موردی: شهرستان پاکدشت

فصلنامه علمی مهندسی منابع آب

مقاله 1، دوره 16، شماره 56، اردیبهشت 1402، صفحه 1-14   

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

شناسه دیجیتال (DOI): 10.30495/wej.2023.26045.2266

نویسندگان

شیوا متقی^{* 1}؛ علی رحیمی خوب²

¹دانش آموخته دکتری، گروه علوم و مهندسی آب، دانشگاه بوعلی سینا، همدان، ایران

²استاد گروه مهندسی آبیاری و زهکشی، پردیس ابوریحان، دانشگاه تهران، تهران، ایران.

تاریخ دریافت: 30 شهریور 1399،  تاریخ بازنگری: 09 آذر 1399،  تاریخ پذیرش: 23 اردیبهشت 1402 

چکیده

چکیده
مقدمه: در سال­های اخیر در منطقه پاکدشت باغات پسته گسترش یافته­اند. تامین انرژی مورد نیاز سیستم­های آبیاری این باغات مساله مهمی است. با اجرای طرح هدفمند سازی یارانه، قیمت حامل­های انرژی افزایش چشمگیری داشته است. در این شرایط استفاده از انرژی خورشیدی بهترین راه حل برای تامین برق بخش کشاورزی بخصوص مناطق دوردست می­باشد.  
روش­: در این تحقیق برای چهار باغ پسته در منطقه پاکدشت با مساحت­ های مختلف و شیب­های مختلف برای دو حالت آبیاری 24ساعته و 12ساعته، سیستم آبیاری قطره­ای طراحی شد و هزینه ­های سرمایه­ گذاری سالانه سیستم خورشیدی و برق سراسری با یکدیگر مقایسه شدند.
یافته ­ها: نتایج مقایسه بین هزینه تجهیزات خورشیدی آبیاری 12 و 24 ساعته نشان داد در شیب چهار درصد که کمترین میزان اختلاف هزینه وجود داشت، هزینه تجهیزات خورشیدی آبیاری 24 ساعته برای باغ 12، 24، 48 و 96 هکتاری به ترتیب 6/0، 0، 54/68 و 36/97 میلیون ریال بیشتر از تجهیزات خورشیدی در آبیاری 12 ساعته است و هزینه تجهیزات مکانیکی و خرید لوله برای باغات 12، 24، 48 و 96 با شیب چهار درصد در آبیاری 12 ساعته به ترتیب 68/9، 46/70، 93/240 و 25/451 میلیون ریال بیشتر از از آبیاری 24 ساعته است، در مجموع هزینه کل سیستم خورشیدی 24 ساعته کمتر از هزینه این سیستم در آبیاری 12 ساعته ارزیابی شد. سیستم خورشیدی 24 ساعته انتخاب شده، با سیستم پمپاژ متصل به شبکه برق سراسری مقایسه شد و نتایج نشان داد که اقتصادی بودن سیستم خورشیدی بستگی دارد به توان مورد نیاز ایستگاه پمپاژ و فاصله زمین کشاورزی از شبکه سراسری.
نتیجه­ گیری: با افزایش مساحت باغات، هزینه سیستم خورشیدی بیشتر از سیستم متصل به برق گردید و با افزایش فاصله از شبکه سراسری مقدار هزینه سیستم برقی افزایش یافت. بطور کلی احداث سیستم پمپاژ خورشیدی با توان مورد نیاز بالا، در فاصله کم از شبکه سراسری از نظر اقتصادی به صرفه نیست.

کلیدواژه‌ها

آبیاری تحت فشار؛ انرژی خورشیدی؛ باغ پسته؛ برق سراسری؛ سرمایه گذاری

عنوان مقاله [English]

Economic Comparison Between Solar Power and National Grid to Supply Energy for Drip Irrigation System: The Case Study of Pakdasht County

نویسندگان [English]

Shiva Mottaghi¹؛ Ali Rahimi Khob²

¹Ph.D. Graduate. Department of Irrigation and Drainage, Bu-Ali Sina University, Hamedan,Iran.

²Professor, Department of Irrigation and Drainage, College of Aboureihan, University of Tehran, Iran.

چکیده [English]

Abstract
Introduction: In recent years, the supply of energy for irrigation systems of pistachio gardens in Pakdasht is an important issue. With the implementation of targeted subsidies plan, the price of energy has increased significantly. In these conditions, the use of solar energy is the best solution, especially for areas away from the national electricity grid.
Methods: In this study, drip irrigation system was designed for 4 pistachio gardens in Pakdasht with areas of 12, 24, 48 and 96 ha and slopes of 0, 1, 2, 3 and 4%. Irrigation was done in two modes: 24-hour irrigation, 12-hour irrigation, then the annual investment costs of the solar system and the national electricity were calculated.
Findings: Comparison cost of solar equipment in 12 and 24 hour irrigation showed that in the slope of 4%, the cost of solar equipment in 24-hour irrigation for 12, 24, 48 and 96 ha were 0.6, 0, 68.45 and 97.36 million Rials more than cost of solar equipment in 12-hour irrigation and the investment cost of mechanical equipment and purchasing pipes in 12-hour irrigation were 9.68, 70.46, 240.93 and 451.25 million Rials more than cost of them in 24-hour irrigation, respectively. In general, total cost of the solar system in 24-hour irrigation is less than 12-hour irrigation. Selected solar system (24-hour irrigation) was compared with a pumping system connected to the national electricity grid. The comparison showed that economic feasibility of solar system is depend on the pumping station power and distance of gardens from the national grid.

کلیدواژه‌ها [English]

Electricity grid, Investment, Pistachio gardens, Pressurized irrigation, Solar energy

مراجع

1.               H. M. Darouich, C. M. G. Pedras, J. M. Gonçalves, and L. S. Pereira. 2014. Drip vs. surface irrigation: A comparison focussing on water saving and economic returns using multicriteria analysis applied to cotton. Biosystems Engineering. 122: 74–90.

2.       D. S. Kachwaya, J. S. Chandel, G. Vikas, and B. Khachi. 2016. Effect of drip and furrow irrigation on yield and physiological performance of strawberry (Fragaria × ananassa Duch.) cv. Chandler. Indian Journal of Plant Physiology. 21(3): 341–344.

3.               A. A. and A. Kumar. 2001. Micro irrigation system–past, present and future. International Conference on Micro and Sprinkler Irrigation System. pp. 8–10.

4.       A. Of, A. Science, R. Singandhupe, and C. Resea. 2008. Management of drip irrigated sugarcane in western India, no. DECEMBER.

5.               S. Roblin. 2016. Solar-powered irrigation: A solution to water management in agriculture?. Renewable Energy Focus. 17(5): 205–206.

6.               J. W. Powell, J. M. Welsh, and R. Farquharson. 2019. Investment analysis of solar energy in a hybrid diesel irrigation pumping system in New South Wales, Australia. Journal of Cleaner Production. 224: 444–454.

7.       B. Ali. 2017. Comparative assessment of the feasibility for solar irrigation pumps in Sudan. Renewable and Sustainable Energy Reviews. 81(May 2017): 413–420.

8.               A. Bhattacharjee, D. K. Mandal, and H. Saha. 2016. Design of an optimized battery energy storage enabled Solar PV Pump for rural irrigation. 1st IEEE International Conference on Power Electronics, Intelligent Control and Energy Systems, pp. 1–6.

9.       A. Parvaresh Rizi and A. Ashrafzadeh. 2018. Techno-economic Analysis of Solar Irrigation: Comparison with Conventional Energy Sources for Irrigation. Journal of Energy Planning And Policy Research. 4(2): 201–228. [In Persian].

10.   M. Chahartaghi and M. Hedayatpour. 2020. Experimental Study of Small Scale Drip Irrigation Using Positive Displacement Solar Pump in Direct Coupling Conditions. Iranian Journal of Mechanical Engineering Transactions of ISME. 21(4): 220–238. [In Persian].

11.           S. Gorjian, B. N. Zadeh, L. Eltrop, R. R. Shamshiri, and Y. Amanlou. 2019. Solar photovoltaic power generation in Iran: Development, policies, and barriers. Renewable and Sustainable Energy Reviews. 106( February): 110–123.

12.   M. Aliyu, G. Hassan, S. A. Said, M. U. Siddiqui, A. T. Alawami, and I. M. Elamin. 2018. A review of solar-powered water pumping systems. Renewable and Sustainable Energy Reviews. 87 (February): 61–76.

13.           D. H. Muhsen, T. Khatib, and F. Nagi. 2017. A review of photovoltaic water pumping system designing methods, control strategies and field performance. Renewable and Sustainable Energy Reviews. 68(January): 70–86.

14.   V. C. Sontake and V. R. Kalamkar. 2016. Solar photovoltaic water pumping system - A comprehensive review, Renewable and Sustainable Energy Reviews. 59: 1038–1067.

15.   S. S. Chandel, M. Nagaraju Naik, and R. Chandel. 2015. Review of solar photovoltaic water pumping system technology for irrigation and community drinking water supplies. Renewable and Sustainable Energy Reviews. 49: 1084–1099.

16.   M. A. Hammad and H. Qandil. 2013. Unified approach for designing a photo voltaic solar system for under ground water pumping well - 34 at Dici aquifer. Journal of energy conversion and management. 75 (2013): 780-795.

17.           A. Asrari, A. Ghasemi, and M. H. Javidi. 2012. Economic evaluation of hybrid renewable energy systems for rural electrification in Iran - A case study. Renewable and Sustainable Energy Reviews. 16(5): 3123–3130.

18.   A. Closas and E. Rap. 2017. Solar-based groundwater pumping for irrigation: Sustainability, policies, and limitations,” Energy Policy. 104(May): 33–37.

19.           L. Narvarte, J. Fernández-Ramos, F. Martínez-Moreno, L. M. Carrasco, R. H. Almeida, and I. B. Carrêlo. 2018. Solutions for adapting photovoltaics to large power irrigation systems for agriculture. Sustainable Energy Technologies and Assessments. 29(April): 119–130.

20.   M. H. MahdaviAdeli, M. Salimifar, and A. Ghezelbash. 2014. Economic Evaluation of the Use of Solar Power and Fossil Energy in a Three-Unit Complex: A Case Study in Mashhad. The Journal of Economic Policy. 6(11): 123–147. [In Persian].

21.   S. Monshipour and .R. Abdollahi. 2008. An economic review of the photovoltaic systems to supply the electricity of the villages without power. The 22nd International Electricity Conference, Tehran 2008. [In Persian].

22.           P. C. Pande, A. K. Singh, S. Ansari, S. K. Vyas, and B. K. Dave. 2003. Design development and testing of a solar PV pump based drip system for orchards. Renewable Energy. 28(3): 385–396.

23.   Rubio-Aliaga, Álvaro, M. Socorro Garcia-Cascales, Juan Miguel Sánchez-Lozano, and Angel Molina-Garcia. 2019. Multidimensional analysis of groundwater pumping for irrigation purposes: Economic, energy and environmental characterization for PV power plant integration. Renewable Energy. 138 (2019): 174-186.

24.   M. A. Hossain, M. S. Hassan, M. A. Mottalib, and M. Hossain. 2015. Feasibility of solar pump for sustainable irrigation in Bangladesh. International Journal of Energy and Environmental Engineering. 6(2): 147–155.

25.           S. Ali and R. Nawaz. 2022. Solar Powered Smart Irrigation System. Pakistan Journal of Engineering and Technology. 5(1): 49–55.

26.   A. Alizade. Pressurized Irrigation System Design .5th ed. Mashhad, Iran: University of Imam Reza Press, 2011. [In Persian].

27.   J. and R. D. B. Keller, Sprinkle and trickle irrigation. New York, 1990.

28.           A. Alizade. Design of irrigation systems, 5th ed. Mashhad, Iran: University of Imam Reza Press, 2004. [In Persian].

29.   M. Kolhe, S. Kolhe, and J. C. Joshi. 2002. Economic viability of stand-alone solar photovoltaic system in comparison with diesel-powered system for India. Energy Economics. 24(2): 155–165.