ارزیابی فنی ،اقتصادی و زیست محیطی نیروگاه‌های خورشیدی به وسیله نرم‌افزار RETScreen با توجه به قانون هدفمندسازی یارانه‌ها (مطالعه موردی نیروگاه خورشیدی واحد علوم و تحقیقات، دانشگاه آزاد اسلامی)

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استاد، دانشکده مکانیک، دانشگاه صنعتی شریف

2 دانشجوی دوره دکتری مهندسی محیط زیست، دانشکده محیط زیست و انرژی، واحد علوم و تحقیقات تهران، دانشگاه آزاد

3 دانشجوی دوره دکتری مهندسی انرژی، دانشکده محیط زیست و انرژی، واحد علوم و تحقیقات تهران، دانشگاه آزاد اسلامی

چکیده

رشد بی رویه مصرف انرژی در کشور به حدی است که تا قبل از افق 1400 ، ایران را از یک کشور صادر کننده انرژی، به  کشوری وارد کننده انرژی تبدیل خواهد کرد. برای مقابله با این تهدید، اجرای راهکارهای بهینه سازی تولید، توزیع و مصرف انرژی ، اصلاح الگوی مصرف آن و به‌کارگیری انرژی‌های تجدید پذیر ضروری است. بر این اساس،  دانشگاه آزاد اسلامی به عنوان یکی از اولین پیشگامان به‌کارگیری انرژی‌های تجدید پذیر در واحدهای دانشگاهی، یک نیروگاه خورشیدی 12 کیلو واتی در واحد علوم و تحقیقات تهران احداث نموده است.
در این تحقیق از نرم افزار RETScreen  برای محاسبه میزان انرژی خورشیدی دریافتی و ضریب ظرفیت نیروگاه، همچنین برآورد هزینه های اولیه و دوره ای، محاسبه میزان کاهش گازهای گلخانه ای و ارزیابی مالی استفاده شده است.  در محاسبات با توجه به قانون هدفمندسازی یارانه‌ها و تعرفه‌های جدید قیمت برق و مسئله کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای ناشی از نیروگاه فوتوولتائیک سه سناریو اصلی مطرح و  با یکدیگر مقایسه شده است.
بر این اساس در حالت اول بدون منظور کردن اثر کاهش گازهای گلخانه‌ای و با فرض متوسط بهای برق 430 ریال بر کیلووات ساعت، زمان دست‌یابی به جریان نقدی مثبت برابر 1/12 سال و در حالت دوم با فرض  بهای برق 2100 ریال (مشترک پر مصرف) زمان دست‌یابی به جریان نقدی مثبت  به  حدود 8 سال رسید. بر اساس محاسبات در حالت ایده‌آل و با در نظر گرفتن اعتبار به ازای کاهش گازهای گلخانه‌ای و بهای برق 2100 ریال و  به‌کارگیری پانل های خورشیدی بار اندمان بالا و باتری‌های مناسب (با قابلیت تخلیه بار تا 60 درصد) زمان دست‌یابی به جریان نقدی مثبت به حدود 6 سال کاهش یافت. بر این  اساس بهره گیری از فناوریهای نوین در خصوص باتری و پانل ها و اتخاذ سیاست‌های حمایتی از طرف دولت می‌تواند زمان بازگشت سرمایه را در حد مطلوب کاهش دهد.

کلیدواژه‌ها


ارزیابی فنی ،اقتصادی و زیست محیطی نیروگاه‌های خورشیدی به وسیله نرم‌افزار RETScreen با توجه به قانون هدفمندسازی یارانه‌ها

(مطالعه موردی نیروگاه خورشیدی واحد علوم و تحقیقات، دانشگاه آزاد اسلامی)

 

                                                            مجید عباس‌ پور[1]

                                               سید علیرضا حاجی سید میرزاحسینی (مسئول مکاتبات) [2]

                                                               ترانه طاهری[3]

 

چکیده

رشد بی رویه مصرف انرژی در کشور به حدی است که تا قبل از افق 1400 ، ایران را از یک کشور صادر کننده انرژی، به  کشوری وارد کننده انرژی تبدیل خواهد کرد. برای مقابله با این تهدید، اجرای راهکارهای بهینه سازی تولید، توزیع و مصرف انرژی ، اصلاح الگوی مصرف آن و به‌کارگیری انرژی‌های تجدید پذیر ضروری است. بر این اساس،  دانشگاه آزاد اسلامی به عنوان یکی از اولین پیشگامان به‌کارگیری انرژی‌های تجدید پذیر در واحدهای دانشگاهی، یک نیروگاه خورشیدی 12 کیلو واتی در واحد علوم و تحقیقات تهران احداث نموده است.

در این تحقیق از نرم افزار RETScreen  برای محاسبه میزان انرژی خورشیدی دریافتی و ضریب ظرفیت نیروگاه، همچنین برآورد هزینه های اولیه و دوره ای، محاسبه میزان کاهش گازهای گلخانه ای و ارزیابی مالی استفاده شده است.  در محاسبات با توجه به قانون هدفمندسازی یارانه‌ها و تعرفه‌های جدید قیمت برق و مسئله کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای ناشی از نیروگاه فوتوولتائیک سه سناریو اصلی مطرح و  با یکدیگر مقایسه شده است.

بر این اساس در حالت اول بدون منظور کردن اثر کاهش گازهای گلخانه‌ای و با فرض متوسط بهای برق 430 ریال بر کیلووات ساعت، زمان دست‌یابی به جریان نقدی مثبت برابر 1/12 سال و در حالت دوم با فرض  بهای برق 2100 ریال (مشترک پر مصرف) زمان دست‌یابی به جریان نقدی مثبت  به  حدود 8 سال رسید. بر اساس محاسبات در حالت ایده‌آل و با در نظر گرفتن اعتبار به ازای کاهش گازهای گلخانه‌ای و بهای برق 2100 ریال و  به‌کارگیری پانل های خورشیدی بار اندمان بالا و باتری‌های مناسب (با قابلیت تخلیه بار تا 60 درصد) زمان دست‌یابی به جریان نقدی مثبت به حدود 6 سال کاهش یافت. بر این  اساس بهره گیری از فناوریهای نوین در خصوص باتری و پانل ها و اتخاذ سیاست‌های حمایتی از طرف دولت می‌تواند زمان بازگشت سرمایه را در حد مطلوب کاهش دهد.

 

کلمات کلیدی:  انرژی، نیروگاه ، فوتوولتائیک، گازهای گلخانه‌ای ، بازگشت سرمایه

 

 

 

 

 

 

 

 

 

مقدمه

امروزه به‌کارگیری سیستم‌های فوتوولتائیک در کشورهای پیشرفته بسیار متداول است. برای نمونه یک سیستم فوتوولتائیک خانگی در شهر لوس‌آنجلس با ظرفیت توان 2 کیلووات، 3600 کیلووات ساعت انرژی در سال تولید می‌کند. این میزان تولید انرژی باعث 3/4  تن صرفه جویی در سوخت زغال سنگ ( مصرف شده برای تولید برق ) و مانع ورود 5000 پوند کربن منوکسید به جو می‌گردد[1] . شرکت‌های متعددی در کشورهای مختلف نسبت به نصب این سیستم‌ها اقدام کرده‌اند و کار بهینه سازی این سیستم‌ها، همچنان ادامه دارد. برای مثال، تحقیق در زمینه کاربرد عملی سیستم برق با استفاده از پانل های فوتوولتائیک به صورت متصل به شبکه برق اکیناوای ژاپن ادامه دارد. این تحقیقات شامل بررسی ویژگی‌های عملکرد سیستم و تأثیر باتری‌ها بر شبکه و همین‌طور راندمان و تداوم برق رسانی شبکه می شود[4]. شرکت آب و برق لوس‌آنجلس (LADWP  ) [4] در نظر دارد برنامه‌ای را برای نصب سیستم‌های برق خورشیدی روی سقف ساختمان‌های این شهر اجرا کند. به موجب این طرح، تا سال 2010  صد هزار سیستم فوتوولتائیک روی سقف ساختمان‌ها مسکونی و تجاری نصب خواهند شد. این سیستم‌ها به صورت تزریق برق تولیدی به شبکه برق سراسری کار می‌کنند. طبق این برنامه، هر ساختمانی برق خود را تأمین خواهد کرد در صورتی که میزان تولید برق ساختمانی کمتر از نیاز مصرف آن باشد در  ساعات شب، کمبود برق از شبکه سراسری جبران می‌شود و بر عکس اگر ساختمانی بیش از مصرف خود برق تولید کند، این انرژی اضافی به شبکه برق تزریق خواهد شد. شرکت TVA [5] در ایالت تنسی آمریکا نیز اقدام به استفاده از انرژی خورشیدی با عنوان انرژی سبز کرده است. این شرکت برای نمایش تولید برق خورشیدی و به منظور تشویق مشترکین خود به استفاده از آن دو سایت انرژی خورشیدی، یکی در موزه علوم کامبرلند و دیگری در گردشگاهی توریستی در دالیورد دایر کرده است[1] .در سال 2009 دانشگاه ایالتی آریزونای آمریکا در محوطه غربی دانشگاه یک نیروگاه خورشیدی 3/3 مگاواتی احداث کرد[2].

دوره بازگشت سرمایه نصب سیستم خورشیدی را، با توجه به هزینه بالای اولیه، می توان یکی از پارامترهای کلیدی در به‌کارگیری سیستم‌های فوتوولتائیک در کشور دانست که با انتخاب نوع پانل و باتری مناسب و سیاست‌های حمایتی دولتی و جهانی می‌توان آن را کاهش داد.

لازم به ذکر است که از معیارهای مهم توسعه و ساخت پانل های خورشیدی به حداکثر رساندن راندمان تبدیل نور خورشید به الکتریسیته است. در سلول‌های خورشیدی سازوکارهای مختلف افت انرژی وجود دارد که بعضی از آن‌ها اجتناب ناپذیر بوده و ذاتاً در سلول وجود دارند ولی برخی دیگر را می توان کنترل کرد و به حداقل رسانید یا به کلی حذف کرد. با توجه به این نکته، راندمان ایده‌آل یک سلول در حدود 30 درصد است[1]. راندمان سلول‌های خورشیدی تجاری تحت تابش مستقیم خورشید، در حدود 12 الی 22 درصد می‌باشد، ولی در سطح آزمایشگاهی محققان به راندمان‌های بالاتری نیز دست یافته‌اند. برای نمونه راندمان آزمایشگاهی سلول‌های خورشیدی تک بلوری تا 40 درصد نیز گزارش شده است [3] .  در خصوص سیستم‌های مستقل از شبکه[6] ، میزان مجاز تخلیه عمیق باتری‌ها (DOD)[7] بسیار اهمیت دارد. این مقدار برای باتری‌های سرب- اسید معمولی(راندمان باتری 85 تا 95 درصد) تا 30 درصد ظرفیت کل باتری و برای باتری‌های سرب- اسید با قابلیت چرخه تخلیه عمیق[8] (راندمان باتری 98 درصد) تا 70 درصد ظرفیت کل باتری است. بدیهی است که افزایش طول عمر باتری‌ها و زمان تعویض باتری‌ها با کاهش هزینه‌های دوره‌ای نیروگاه رابطه مستقیم دارد و با انتخاب باتری مناسب، علاوه بر کاهش حجم فضای اختصاص داده شده به باتری‌ها، می‌توان از ظرفیت بیشتر باتری بهره برد. [4]

 

1- هدفمند سازی یارانه‌ها و انرژی‌های تجدید پذیر

افزایش قیمت حامل‌های انرژی با آغاز طرح هدفمندسازی یارانه‌ها در کشور باعث می‌شود که صنایع و مصرف‌کنند‏‏گان عمده انرژی‌های اولیه توجه خود را به مدیریت منابع انرژی و به‌کارگیری انرژی خورشیدی جهت تولید برق معطوف کنند. قیمت کنونی خرید برق تجدید پذیر به طور متوسط کیلووات ساعتی ۱۳۰۰ ریال است [5].بر اساس قانون هدفمندسازی یارانه‌ها قیمت‌های جدید برق مصرفی به صورت پلکانی (هفت پله) لحاظ شده است. بر این اساس، هفت پله مصرف وجود خواهد داشت، پله نخست مصرف از صفر تا 100 کیلووات ساعت با قیمت 270 ریال به ازای هر کیلووات ساعت، پله دوم از 100 تا 200 کیلووات ساعت با قیمت 320 ریال، پله سوم از 200 تا 300 کیلووات ساعت با قیمت 720 ریال، پله چهارم از 300 تا 400 کیلووات ساعت با قیمت 1300 ریال، پله پنجم از 400 تا 500 کیلووات ساعت با قیمت 1500 ریال، پله ششم از 500 تا 600 کیلووات ساعت با قیمت 1900 ریال و پله هفتم که مازاد بر 600 کیلووات ساعت است، با قیمت 2100 ریال به ازای هر کیلووات ساعت محاسبه می‌شود. در مصارف خانگی عادی به ازای هر کیلووات ساعت مصرف 450 ریال و در مناطق گرمسیر 140 ریال نرخ مصوب تعرفه برق خانگی خواهد بود.لازم به ذکر است که الگوی مصرف ماهیانه برای مشترکین خانگی در تهران و در فصل تابستان 300 کیلو وات ساعت و در سایر فصول 200 کیلو وات ساعت است[6].

 

2- سیستم‌های مستقل از شبکه

این نوع سیستم، بدون نیاز به وجود شبکه سراسری برق قادر به تأمین انرژی الکتریکی مورد نیاز مصرف کننده می‌باشد. در این روش انرژی الکتریکی لازم با استفاده از پانلهای فتوولتائیک، کنترلگرها، سیستم‌های ذخیره (باطری) و اینورتر(مبدل) تولید می‌گردد، به طور کلی این سیستم‌ها را به صورت یک واحد نیروگاهی با طول عمر مناسب بالاتر از 20 سال می‌توان با قابلیت اطمینان بالا نصب و راه اندازی کرد. پانل‌ها و باتری‌ها در سیستم مستقل از شبکه فوتوولتائیک برق مستقیم(DC) تولید می‌کنند، اما بیشتر تجهیزات الکتریکی با برق متناوب (AC ) کار می‌کنند[7].

به منظور آشنایی بیشتر دانشجویان با کاربردهای انرژی‌های تجدید پذیر دانشگاه آزاد اسلامی اقدام به احداث نیروگاه 12 کیلو واتی مستقل از شبکه در واحد علوم و تحقیقات تهران نموده است. این نیروگاه در موقعیت جغرافیایی 8/35 درجه شمالی و 3/51 درجه شرقی و در ارتفاع 1660 متری از سطح دریا در مقابل دانشکده علوم انسانی قرار گرفته و از برق تولیدی برای تأمین برق سیستم‌های روشنایی محوطه بهره برداری می شود (شکل 1).

سایر مشخصات نیروگاه و پارامترهای کلیدی تجهیزاتی که در محاسبات لحاظ گردیده است در ادامه بیان می‌شود.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                      شکل(1): موقعیت قرار گیری نیروگاه 12 کیلو واتی واحد علوم و تحقیقات

 

 

2-1-  پانل ها و نحوه قرار‌گیری آن‌ها

پانل های استفاده شده در نیروگاه بررسی شده از نوع تک بلوری 120 واتی با راندمان  15 درصد است، که تعداد 108 پانل فوتوولتائیک به صورت 12 تایی در 9 سازه فلزی نگه‌دارنده قرار دارند. در ماه‌های تابستان مسیر حرکت روزانه خورشید طولانی‌تر و زاویه ارتفاع خورشید بیشتر بوده و زاویه سمتی هنگام طلوع و غروب آفتاب وسیع‌تر است، در صورتی که در ماه‌های زمستان این مسیر کوتاه‌تر و ارتفاع خورشید کمتر و زاویه سمتی در موقع طلوع و غروب بسته‌تر است[4]. بر همین اساس و با توجه به ثابت بودن سازه نگهدارنده پانل‌ها، چارچوب پانل ها رو به جنوب با زاویه 43  تا 50 درجه نسبت به افق نصب شده است. سایر مشخصات پانل های به کار رفته در جدول 1 ذکر شده است.

                                      جدول(1): مشخصات پانل های نیروگاه 12 کیلو واتی واحد علوم و تحقیقات

حداکثر توان (Wmax)

120 وات

حداکثر جریان(I mp)

88/4 آمپر

حداکثر ولتاژ (Vmp)

6/24 ولت

جریان اتصال کوتاه(I sc)

143/5 آمپر

ولتاژ مدار باز (V ac)

30  ولت

 

2-2- کنترلگر شارژ[9]  و اینورتر [10]

کنترلگر شارژ برای کنترل کردن انرژی ورودی از پانل خورشیدی و تقسیم آن بین مصرف کننده و باتری به کار می‌رود. جلوگیری از شارژ بیش از حد باتری‌ها، قابلیت نمایش میزان شارژ موجود در باتری و کارکرد پانل های خورشیدی از قابلیت‌های مهم این وسیله می‌باشد. [4] با توجه به ولتاژ خروجی مجموعه پانلهای نصب شده در نیروگاه خورشیدی واحد علوم و تحقیقات از کنترلگر شارژ 48 ولتی شرکت STECA مدل 160-48  استفاده شده که مشخصات آن در جدول 2 بیان شده است.

                                      جدول(2): مشخصات شارژ کنترلر نیروگاه 12 کیلو واتی واحد علوم و تحقیقات

ولتاژ سیستم

48 ولت

حداکثر جریان اتصال کوتاه

140 آمپر

حداکثر جریان مدار خروجی

70 آمپر

میزان مصرف دستگاه

14 میلی آمپر

 

 

 

 

 

اینورتر یا مبدل برق دستگاهی الکترونیکی است که جریان مستقیم (DC [11]) را به جریان متناوب (AC [12]) تبدیل می‌کند. اینورتر یک نوسان ساز الکترونیکی با توان بالا است. دلیل این نام گذاری آن است که این دستگاه عمل عکس مبدل برق AC به DC متداول را انجام می‌دهد.جریان AC تبدیل شده می‌تواند بر اساس نیاز در هر ولتاژ و فرکانسی باشد.  اینورترها قطعات متحرک ندارند و در طیف گسترده‌ای از ابزارهای کاربردی استفاده می‌شوند. اینورترها معمولاً برای تأمین جریان AC از منابع DC مانند پانل‌های خورشیدی یا باتری به کار می روند[4].

اینورتر در سیستم مستقل از شبکه باید موج سینوسی خالص و پیوستهAC  تولید کنند و خروجی فرکانس و ولتاژ AC آن‌ها ثابت باشد. همچنین تداخل الکترومغناطیسی پایین و مصرف توان پایین در حالت مستقل داشته باشند.

لازم به ذکر است اینورتر های به کار رفته در سیستم‌های مستقل از شبکه بسیار متفاوت از سیستم‌های متصل به شبکه است. مبدل‌ها باید بتوانند توان کلیه تجهیزات AC را تأمین کنند و بازدهی کافی داشته باشند. اینورتر های سیستم‌های فوتوولتائیک معمولاً در دو مدل ON-GRID و OFF-GRID  با  بازده 70  الی 96 درصد هستند [7]. اینورتر به کار رفته در نیروگاه واحد علوم و تحقیقات مدلSTECA  با توان 8 کیلووات است. سایر مشخصات آن در جدول 3 بیان شده است.

                                     جدول(3): مشخصات اینورتر نیروگاه 12 کیلو واتی واحد علوم و تحقیقات

حداکثر توان اینورتر

8000 وات

ولتاژ ورودی

48 ولت

ولتاژ خروجی

230 ولت کاملاً سینوسی

حداکثر توان پیوسته خروجی

7000 وات

راندمان

96 درصد

 

 

 

 

 

 

2-3-  باتری‌ها

 باتری‌های مورد استفاده در سیستم‌های خورشیدی عموماً از نوع سرب- اسید[13] هستند. این باتری‌ها را می‌توان سلولی دارای یک الکترود منفی از جنس سرب متخلخل (اسفنج سرب)و یک الکترود مثبت از جنس سرب دی اکسید (PbO2) که هر دو در محلول آبی سولفوریک اسید غوطه ورند معرفی نمود.

بی نیازی از هر گونه کنترل و یا اضافه کردن آب و اسید، کیفیت پایدار و قابلیت اطمینان بالا، ساختار کاملاً ایزوله  بدون نشت الکترولیت از ترمینال‌ها و یا بدنه باتری و طول عمر بالا با حداقل تخلیه خودبه خودی از مزایای این باتری‌ها به شمار می آید [4] .

توانی که هر باتری بر حسب وات تأمین می‌کند، برابر است با حاصل‌ضرب نیروی محرکه الکتریکی (بر حسب ولت) در شدت جریان الکتریکی باتری I (بر حسب آمپر) . با توجه به استفاده از 24 عدد باتری 2 ولتی 2000 آمپر با مشخصات جدول 4 در نیروگاه واحد علوم و تحقیقات، ظرفیت کل ذخیره سازی باتری نیروگاه برابر با 96 کیلو وات می شود. لازم به ذکر است با سری کردن باتری‌های 2 ولتی ولتاژ 48 ولت (مورد نیاز اینورتر) تأمین شده است.

 

ولتاژ سیستم

2 ولت

ظرفیت

2000 آمپر

حداکثر جریان پر شدن

400 آمپر

حداکثر جریان تخلیه

11000 آمپر(در 5 ثانیه)

                                     جدول(4): مشخصات باتری‌های نیروگاه 12 کیلو واتی واحد علوم و تحقیقات

 

 

 

 

 

 

3- نرم افزار RETScreen

به کارگیری از نرم افزار انرژی‌های تجدید پذیر برای ارزیابی فنی، اقتصادی و زیست محیطی پروژه‌های مربوط به سیستم‌های فوتوولتائیک یکی از اقدامات کلیدی جهت کاهش هزینه ها و کاهش زمان بازگشت سرمایه می‌باشد در این مورد نرم افزار RETScreen یکی از قوی‌ترین ابزار و نرم افزارهای پیشتاز در زمینه انرژی‌های پاک است که در 222 کشور جهان به 35 زبان به کار می‌رود و بخشی از برنامه درسی بیش از 270 دانشگاه و کالج در سراسر دنیا را تشکیل می دهد. این نرم افزار با دارا بودن پایگاه داده‌های اقلیمی و محصولات اکثر تولید کنندگان تجهیزات تجدید پذیر، ابزارهای مفیدی جهت ارزیابی فنی، اقتصادی و زیست محیطی پروژه در اختیار کاربران قرار می‌دهد [8].

مدل فوتوولتائیک نرم افزار را می‌توان برای ارزیابی میزان انرژی تولید شده خورشیدی، همچنین میزان هزینه‌ها، صرفه جویی‌های سالانه، کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای، ارزیابی مالی و تحلیل حساسیت و مخاطره پذیری برای پروژه‌های متصل به شبکه مرکزی، شبکه مستقل و کاربردهای منفصل از شبکه به کار برد. این مدل را می‌توان برای بررسی انواع پروژه‌ها از نیروگاه‌های بزرگ مقیاس با چندین آرایه تا سیستم‌های توان توزیع شده در ساختمان‌های تجاری و مسکونی یا تأمین توان هیبرید با باد یا ژنراتور برای کاربردهای صنعتی دور از دسترس و نیز کاربردهای مستقل همراه با باتری برای روشنایی و... به کار برد. [10و9].

 

یکی از قابلیت‌های نرم‌افزار انرژی‌های تجدید پذیر این است که به تصمیم‌گیرندگان امکان می‌دهد از طریق فرآیند امکان‌سنجی اولیه مقرون به صرفه بودن پروژه را تا حدودی پیش‌بینی کنند، چنانچه پروژه بالقوه حائز شرایط بود، تحلیل امکان‌سنجی مفصل‌تری لازم می‌شود.

در نرم‌افزار بخشی به کار برگ خلاصه وضعیت مالی اختصاص دارد که برای هر پروژه ارزیابی شده، وجود دارد. این کار برگ تحلیل مالی شامل 5 بخش انرژی سالانه، پارامتر‌های مالی، هزینه‌ها و صرفه‌جویی‌های پروژه و امکان‌سنجی مالی و نمودار جریان نقدی سالانه است [10].

بخش توازن انرژی و هزینه‌ها و صرفه‌جویی‌های پروژه کاربرگ‌های مدل انرژی، تحلیل هزینه و تحلیل GHG   [14] مرتبط با هر پروژه را دربرمی گیرد. علاوه بر این بخش، امکان سنجی مالی پروژه بر مبنای داده‌هایی که کاربر در بخش پارامتر‌های مالی وارد می‌کند صورت می گیرد. بخش جریان نقدی سالانه به کاربر امکان می‌دهد که جریان انباشت نقدی را قبل و بعد از مالیات در طول عمر پروژه مشخص کند.

از جمله مزایای بهره‌گیری از این نرم‌افزار برای ارزیابی مالی پروژه‌ها این است که ارزیابی مراحل گوناگون پروژه را برای تصمیم‌گیری ساده می‌کند. کاربرگ خلاصه وضعیت مالی با پارامتر‌های ورودی نظیر (هزینه اجتناب شده انرژی، نرخ تنزیل، میزان وام و غیره) ‌و پارامتر‌های خروجی محاسبه شده اقتصادی نظیر نرخ بازده داخلی، زمان بازگشت سرمایه، ارزش خالص فعلی، میزان صرفه‌جویی حاصل و غیره به تصمیم گیران پروژه امکان می‌دهد که پارامتر‌های مالی گوناگون را بررسی کنند [11] .

در این تحقیق با توجه به داده‌های موجود سه سناریو اصلی برای محاسبه بازگشت سرمایه نیروگاه در نظر گرفته‌شده است. بر اساس محاسبات انجام شده به کمک نرم افزار RETscreen در سناریور سوم می‌توان با لحاظ نمودن کمک مالی و انتخاب باتری‌ها با قابلیت چرخه تخلیه عمیق و پانل های با راندمان بالاتر، زمان برگشت سرمایه را 50 درصد کاهش داد.

 

مواد و روش‌ها

به منظور بررسی تأثیر قانون هدفمندسازی یارانه‌ها بر مقرون به صرفه بودن احداث نیروگاه‌های فوتوولتائیک، ارزیابی مالی پروژه در قالب سه سناریو صورت گرفت و در آن‌ها هزینه تأمین توان مصرفی 5 کیلووات در ساعت از طریق نیروگاه فوتوولتائیک با هزینه تأمین آن از طریق شبکه سراسری برق مقایسه و ارزیابی شد. در هر سه سناریو نرخ تورم بر اساس خلاصه نتایج به دست آمده از شاخص بهای کالاها و خدمات مصرفی در مناطق شهری ایران در سال 1388 برابر  8/10 درصد، آهنگ افزایش هزینه انرژی 9/14 درصد و نرخ تنزیل 20 درصد منظور شد، همچنین هیچ وامی برای پروژه در نظر گرفته نشد.

            در سناریو اول کم‌ترین بهای مقرر شده برای برق مصرفی و در سناریوهای دوم و سوم بهای مصوب برق مصرفی برای مشترک پر مصرف منظور شد.  افزون بر این ، در سناریو سوم،  تأثیر بهبود کیفیت باتری‌های مصرفی، با تغییر مشخصه حداکثر مجاز تخلیه باتری‌ها ارزیابی شد [6].

             محاسبات با بهره گیری از نرم افزار RETScreen انجام شد که مدل فوتوولتائیک آن را می‌توان برای ارزیابی میزان انرژی تولید شده خورشیدی، همچنین میزان هزینه‌ها،صرفه جویی‌های سالانه ، کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای، ارزیابی مالی و تحلیل حساسیت و مخاطره پذیری برای پروژه‌های متصل به شبکه مرکزی، شبکه مستقل و کاربردهای منفصل از شبکه به کار برد.

 در آخرین سناریو به شرایط مطلوب احداث نیروگاه فوتوولتائیک پرداخته شد. با توجه به اینکه امروزه با افزایش رویکرد جهان به مسائل زیست محیطی و اهمیت مقولاتی چون گرمایش جهانی، سازوکارهای متعددی، نظیر سازوکار توسعه پاک (CDM[15])، تحت پروتکل کیوتو تعریف شده است و برای کاهش گازهای گلخانه‌ای اعتبارهای سبز تخصیص داده می‌شود؛ این سناریو با فرض تخصیص اعتباری معادل 30 دلار به ازای کاهش یک تن گاز گلخانه‌ای در نظر گرفته شد ( این اعتبار متغیر بوده و در برخی از کشورها میزان آن به 100 دلار هم می‌رسد همچنین سازمان انرژی‌های نو ایران نیز اقداماتی را برای تصویب و تخصیص این اعتبار شروع کرده است ). همچنین کمک مالی معادل 20٪ کل هزینه اولیه سرمایه‌گذاری در سناریو سوم منظور شد که تأثیر اعمال سیاست‌های تشویقی دولت را بر امکان‌پذیری پروژه‌های تجدید پذیر نشان می‌دهد(این رقم در صورت سیاست‌های حمایتی دولت می‌تواند افزایش یابد) [14].

در بررسی اقتصادی سه سناریو بحث شده، مشخصات فنی نیروگاه و عوامل موثر بر احداث و راه‌اندازی نقش کلیدی دارند. مفروضات مشترک سه سناریو در جدول 4 بیان شده است.

جدول(4): مفروضات مشترک سه سناریو مربوط به نیروگاه 12 کیلو واتی واحد علوم و تحقیقات

متر  1660

ارتفاع محل

kWh/m2day   92/4

تابش متوسط روزانه بر سطح افق

kWh/m2day   13/5

تابش متوسط روزانه دریافتی در سطح پانل

kWh   60

میزان بار روزانه الکتریسیته متناوب

  kW   8

ظرفیت مبدل

 V  48

ولتاژ باتری‌ها (بانک باتری)

تک بلوری

نوع پانل‌ها

   MWh01/13

میزان الکتریسیته خورشیدی تولیدی سالانه

1315481901ریال

کل هزینه اولیه

ریال 20000000

هزینه سالانه تعمیرات و نگهداری

40000000 ریال

هزینه دوره‌ای( تعویض باتری و قطعات هر 5 سال یک‌بار(

ton co2   3/12  

کاهش گازهای گلخانه‌ای سالانه

ton co2    247

کاهش گازهای گلخانه‌ای در طول عمر

20٪

نرخ تنزیل

8/10٪

نرخ تورم

9/14٪

نرخ افزایش هزینه انرژی

20سال

طول عمر پروژه

ندارد

میزان وام

3/14٪

ضریب ظرفیت نیروگاه

 

بحث و نتیجه‌گیری

در سناریوی اول متوسط بهای برق شبکه 450 ریال بر کیلو وات ساعت فرض شده و اعتباری برای کاهش گازهای گلخانه‌ای منظور نشده است. لازم به ذکر است در این حالت شرایط واقعی نیروگاه از لحاظ فنی در محاسبات اعمال و میزان مصرف 60 کیلووات در روز برای نیروگاه در نظر گرفته شده است. بر اساس نتایج به دست آمده نرخ بازگشت داخلی[16] برابر با 2/10 درصد، زمان بازگشت سرمایه[17] برابر7/40 سال و زمان بازگشت خالص( نقطه سر به سر شدن)[18] برابر 1/12 سال است.(نمودار1)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                     نمودار(1):  محاسبه بازگشت سرمایه در سناریوی اول

در سناریوی دوم با توجه به مصرف 1800 کیلو وات برق در ماه، حداکثر قیمت هر کیلو وات ساعت برق (2100 ریال) با توجه به قانون هدفمند سازی یارانه‌ها در محاسبات لحاظ شده است و اعتباری برای کاهش گازهای گلخانه‌ای منظور نشده است. در این حالت میزان مصرف 60 کیلووات در روز برای نیروگاه در نظر گرفته شده است. بر اساس نتایج به دست آمده نرخ بازگشت داخلی برابر با 18 درصد، زمان بازگشت سرمایه  برابر9/16 سال و زمان بازگشت خالص( نقطه سر به سر شدن) برابر 8 سال است. همان‌طور که مشاهده می‌شود افزایش قیمت حامل‌های انرژی تأثیر بسیار مثبتی در کاهش زمان بازگشت سرمایه داشته است به نحوی که با 4 برابر شدن قیمت برق نسبت به سناریو اول زمان بازگشت سرمایه در حدود 3 برابر کاهش یافته است. .(نمودار2)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                 

                                       نمودار(2):  محاسبه بازگشت سرمایه در سناریوی دوم

در سناریوی سوم متوسط بهای برق شبکه 2100 ریال بر کیلو وات ساعت فرض شد و تخصیص اعتباری معادل 30 دلار به ازای کاهش یک تن گاز گلخانه‌ای در نظر گرفته شد. همچنین باتری‌های استفاده شده از نوع ویژه با قابلیت تخلیه عمیق(60 درصد ظرفیت باتری) و میزان مصرف 60 کیلو وات در روز برای نیروگاه در نظر گرفته شده است. بر اساس نتایج به دست آمده نرخ بازگشت داخلی برابر با 9/21 درصد، زمان بازگشت سرمایه برابر3/12 سال و زمان بازگشت خالص( نقطه سر به سر شدن) برابر 6 سال است. .(نمودار3)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                           نمودار(3):  محاسبه بازگشت سرمایه در سناریوی سوم

 

نتیجه‌گیری نهایی

بر اساس محاسبات در حالت سناریوی سوم ، با در نظر گرفتن اثر کاهش گازهای گلخانه‌ای و بهای برق 2100 ریال و به‌کارگیری پانل های خورشیدی با راندمان بالا و باتری‌های مناسب (با DOD 60  درصد) زمان دست‌یابی به جریان نقدی مثبت به حدود 6 سال می رسد. بر همین اساس افزایش قیمت خرید برق تولیدی و به‌کارگیری فناوریهای نوین در خصوص باتری و پانل ها و اتخاذ سیاست‌های حمایتی از طرف دولت می‌تواند زمان بازگشت سرمایه را در حد مطلوب کاهش دهد. لازم به ذکر است در حالت سوم بر اساس محاسبات انجام شده در هر سال فعالیت نیروگاه از انتشار 12 تن دی اکسید کربن به هوا جلوگیری شده و  در طول 20 سال فعالیت نیروگاه، مقدار کاهش انتشار دی‌اکسید کربن برابر با 247 تن است.

لازم به ذکر است علاوه بر مسائل فنی، مسئله کاهش انتشار گازهای گلخانه ای نیز در رسیدن به زمان 6 سال موثر بوده است. با توجه به اینکه یکی از سازوکارهایی که پروتکل کیوتو بنا نهاده، سازوکار توسعه پاک است و آن در برگیرنده اعتباری است که به ازای کاهش گازهای گلخانه‌ای حاصل از اجرای پروژه‌های تجدید پذیر در کشورهای در حال توسعه تعلق می‌گیرد و اینکه برای پروژه‌های توسعه پاک دو گزینه شامل مدت ثابت ده ساله و مدت هفت ساله ، با دو بار قابلیت تمدید مطرح است.  چنانچه طول مدت ثابت ده ساله انتخاب شود، به مجرد آن که پروژه تایید و ثبت شود، کاهش انتشار گواهی شده ([19]CERs)  بر حسب معادل تن کربن دی اکسید تایید می‌شود.به کمک این تأییدیه ، با توجه به طول عمر 20 ساله نیروگاه ، می‌توان اعتبارات لازم اولیه را اخذ نمود و این امر نقش کلیدی در کاهش زمان بازگشت سرمایه اولیه خواهد داشت.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

منابع

 

 [1] Roger A. Messenger ,Jerry Ventre 2005, Photovoltaic Systems Engineering Second Edition, page 67

 

[2] وب سایت دانشگاه آریزونا http://asunews.asu.edu/20090429_solarproject ، 2011

 

[3] وب سایت انرژی‌های تجدید پذیر انگلستان ،http://www.reuk.co.uk/SunPower-SPR-315-Solar-Panels.htm ، 2011

 

[4] Antonio Luque., Steven Hegedus.,2003, Handbook of Photovoltaic Science and Engineering

 

[5] وب سایت سازمان انرژی‌های نو ایران ، http://www.suna.org.ir   ، 2010

 

[6] پرتال خبری وزارت نیرو، http://news.moe.org.ir/vdcfevd0.w6dmcagiiw.html، 2011

 

[7] Antony, Falk etal., 2007, Photovoltaic's for Professionals, Earth scan, London, Page 182

 

[8]  CANMET, Photovoltaic Systems Design Manual, Available from Natural Resources Canada, CANMET, 580 Booth Street, Ottawa, ON, Canada, K1A 0E4, 1991.

 

 [9]  Watsun, WATSUN-PV - A Computer Program for Simulation of Solar Photovoltaic Systems,User’s Manual and Program Documentation, Version 6.1, Watsun Simulation Laboratory,University of Waterloo, Waterloo, ON, Canada, N2L 3G1, 1999

 

 [10] وب سایت نرم افزار ارزیابی فنی، اقتصادی و زیست محیطی پروژه تجدید پذیر، www.retscreen.net ، 2011

 

[11] Leng, G., RETScreen International: A Decision-Support and Capacity-Building Tool for Assessing Potential Renewable Energy Projects, 2000, UNEP Industry & Environment, 3rd Quarter

 

[12] پایگاه اطلاع رسانی دولت، http://www.dolat.ir/NSite/FullStory/?id=188041  ، 2010                                  

 

[13] United Nations Framework Convention on Climate Change (UNFCCC) Clean Development, Mechanism (CDM) Executive Board, 2007, Annex B - Indicative simplified baseline and monitoring methodologies for selected small-scale CDM project activity categories.

 

[14] وب سایت هیأت دولتی تغییرات اقلیم  ، http://www.ipcc-nggip.iges.or.jp/public/gl/invs1.html  ، 2010

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Technical, Environmental and Financial Feasibility  Study of Solar Power Plants by Retscreen , according to the Targeting of Energy Subsidies

(Case Study: Photovoltaic Plant of Tehran Science and Research Branch Islamic Azad University)

 

M.abbaspour

A.R. Mirzahosseini

T.Taheri

Abstract:

The energy consumption growth in the country has been increased so much that it has made us an importer of energy instead of being a major exporter. In order to face such a threat, implementing strategies to optimize energy production and consumption, modifying energy consumption patterns and utilization of renewable energies is necessary. In this regard IranAzadUniversity, as one of the first pioneers of utilization of renewable energies in campuses, has established a 12 kW photovoltaic power plant in Tehran science and Research Branch of it.

 In this study, we have taken advantage of The RETScreen International Photovoltaic Project Model in order to evaluate the energy production, life-cycle costs and greenhouse gas emissions reduction and finally analyze the financial viability.

In this study, based on new electricity tariffs, three scenarios have been developed, according to the targeting of energy subsidies and we have also dedicated one of our scenarios to the reduction of greenhouse gasses.

In the first case the electricity price was set to 450 Rial/kWh and no credit was assigned to the reduction of greenhouse gasses (GHG), therefore equity payback (Return positive cash flow) has been 12.1 year. In the second case the electricity price was set to 2100 Rial/kWh, therefore equity payback (Return positive cash flow) was 8 year. Finally in the last scenario by considering a credit to the reduction of greenhouse gasses and electricity price being 2100 Rial/kWh and applying solar panels with high efficiency and suitable batteries(DOD=60%), equity payback (Return positive cash flow)  will be reached within 6  years. In conclusion, we can say that by applying new technologies and establishing supportive policies of the government payback time can be reduced remarkably

 

Keyword:  Energy, Power Plant, Photovoltaic, Greenhouse gasses, Simple payback 

 



[1] استاد، دانشکده مکانیک، دانشگاه صنعتی شریف  m-abbaspour@jamejam.net

[2] دانشجوی دوره دکتری مهندسی محیط زیست، دانشکده محیط زیست و انرژی، واحد علوم و تحقیقات تهران، دانشگاه آزاد اسلامی  mirzahosseini@gmial.com

[3] دانشجوی دوره دکتری مهندسی انرژی، دانشکده محیط زیست و انرژی، واحد علوم و تحقیقات تهران، دانشگاه آزاد اسلامی  ttaraneh2001@yahoo.com

[4]Los Angeles Department of Water and Power

[5]Tennessee Valley Authority

[6]Stand alone solar systems

[7]Depth of discharge

[8]Deep Cycle

[9] Charge controller

[10]Inverter

[11]Direct Current

[12]Alternating Current

[13] Lead acid

[14]Greenhouse gas

[15]Clean Development Mechanism

[16]Internal rate of return

[17]Simple payback

[18]Equity payback

[19]Certified Emission Reductions

 

 [1] Roger A. Messenger ,Jerry Ventre 2005, Photovoltaic Systems Engineering Second Edition, page 67

 

[2] وب سایت دانشگاه آریزونا http://asunews.asu.edu/20090429_solarproject ، 2011

 

[3] وب سایت انرژی‌های تجدید پذیر انگلستان ،http://www.reuk.co.uk/SunPower-SPR-315-Solar-Panels.htm ، 2011

 

[4] Antonio Luque., Steven Hegedus.,2003, Handbook of Photovoltaic Science and Engineering

 

[5] وب سایت سازمان انرژی‌های نو ایران ، http://www.suna.org.ir   ، 2010

 

[6] پرتال خبری وزارت نیرو، http://news.moe.org.ir/vdcfevd0.w6dmcagiiw.html، 2011

 

[7] Antony, Falk etal., 2007, Photovoltaic's for Professionals, Earth scan, London, Page 182

 

[8]  CANMET, Photovoltaic Systems Design Manual, Available from Natural Resources Canada, CANMET, 580 Booth Street, Ottawa, ON, Canada, K1A 0E4, 1991.

 

 [9]  Watsun, WATSUN-PV - A Computer Program for Simulation of Solar Photovoltaic Systems,User’s Manual and Program Documentation, Version 6.1, Watsun Simulation Laboratory,University of Waterloo, Waterloo, ON, Canada, N2L 3G1, 1999

 

 [10] وب سایت نرم افزار ارزیابی فنی، اقتصادی و زیست محیطی پروژه تجدید پذیر، www.retscreen.net ، 2011

 

[11] Leng, G., RETScreen International: A Decision-Support and Capacity-Building Tool for Assessing Potential Renewable Energy Projects, 2000, UNEP Industry & Environment, 3rd Quarter

 

[12] پایگاه اطلاع رسانی دولت، http://www.dolat.ir/NSite/FullStory/?id=188041  ، 2010                                  

 

[13] United Nations Framework Convention on Climate Change (UNFCCC) Clean Development, Mechanism (CDM) Executive Board, 2007, Annex B - Indicative simplified baseline and monitoring methodologies for selected small-scale CDM project activity categories.

 

[14] وب سایت هیأت دولتی تغییرات اقلیم  ، http://www.ipcc-nggip.iges.or.jp/public/gl/invs1.html  ، 2010