مقاله پژوهشی

پایداری، توسعه و محیط زیست، دوره دوم، شماره4، زمستان 1400، صص 93-107

مدلسازی تحلیل خسارات دی‌اکسیدگوگرد خروجی از نیروگا‌ه‌ها بر سازه های شهری قزوین(مطالعه موردی: نیروگاه شهید رجائی)

الهام مجاور[1]

فرامرز معطر[2]^*

faramarzmoatar@gmail.com

 سهیل سبحان اردکانی[3]

 سید علی جوزی[4]

 سید مسعود منوری[5]

چکیده:

زمینه و هدف: در این پژوهش، یک مدل برای محاسبه اثرات و پیامدهای فیزیکی- اقتصادی ناشی از آلاینده‌های منتشره از نیروگاه‌ها بر ابینه شهری توسعه داده شد. برای مطالعه موردی اثر آلاینده دی‌اکسیدگوگرد ناشی از نیروگاه چرخه ترکیبی شهید رجائی روی نماهای بناهای شهری شهر قزوین مورد بررسی قرار گرفت.

مواد و روش‌ها: برای توسعه این مدل، از مدل دود گوسی جهت محاسبه پراکنش آلودگی هوا و از توابع غلظت- عملکرد[6] با بهره‌گیری از روش IPA به‌منظور محاسبه هزینه‌های ناشی از آلودگی استفاده شده‌است. به‌منظور محاسبه میزان خسارت وارده ناشی از آلاینده دی‌اکسیدگوگرد بر بناهای شهری، به‌واسطه افزایش خوردگی مصالح ساختمان و خاک گرفتگی و به تبع آن افزایش هزینه شستشو، بر هر متراژ بر پایه نوع نمای بناهای شهری، تمام هزینه‌ها بومی‌سازی شد. پس از صحت‌سنجی نتایج خروجی مدل توسعه‌ داده‌شده، هزینه‌های خارجی براساس نوع بناهای شهری، سرعت باد، و کلاس پایداری مختلف جوی محاسبه شد. کلاس های پایداری مختلف جوی بر اساس طبقه‌بندی کلاسیک پاسکیل-گیفورد (P-G) تعیین شد.

یافته‌ها: بر اساس نوع بناهای شهری، بیشترین هزینه‌ خارجی مربوط به نمای سیمان سفید 36575 دلار معادل 849 میلیون ریال‌‌ برآورد شد. برای نمای کاهگلی که مصالح بومی منطقه است هزینه خارجی برابر5376 دلار معادل 1247 میلیون ریال تخمین زده ‌شد. بر اساس سرعت باد، بیشترین هزینه‌های خارجی برای باد با سرعت ۱ متر بر ثانیه هزینه خارجی به‌میزان 139026 دلار معادل 32254 میلیون ریال و کمترین هزینه خارجی در سرعت باد با سرعت 20 متر بر ثانیه با مقدار 352 دلار معادل 82 میلیون ریال به‌دست آمد. از دیدگاه کلاس پایداری پاسکیل-گیفورد، کمترین هزینه خارجی درکلاس به شدت ناپایدار (A) و بیشترین هزینه خارجی در کلاس خنثی (D) برآورد شده‌است. هزینه‌های خارجی ناشی از آلاینده دی‌اکسید‌گوگرد برای شهر قزوین، به ازای هر مگاوات ساعت برق تولیدی 0.009 دلار (2162ریال) محاسبه شد.

نتیجه‌گیری: نتایج حاصل از این پژوهش نشان می‌دهد مصالح سازگار با منطقه، بومی و دارای ریشه در فرهنگ آن منطقه می‌تواند هزینه‌های خارجی به‌مراتب کمتری در مقایسه با مصالح جدید داشته باشد.

واژه‌های کلیدی: تحلیل خسارت، SO₂، هزینه خارجی، نمای ساختمان

Full title: Modeling for Estimation of the Damage Posed by SO₂ Emitted from Power Plants on Qazvin Urban Structures

(Case Study: Shahid Rajaee Power Plant)

Elham Mojaver [7]

 Faramarz Moattar [8]*

faramarzmoatar@gmail.com

Soheil Sobhanardakani[9]

Seyed Ali Jozi[10]

Seyed Masoud Monavari [11]

Abstract

Background and Objective: In this study, a model for measuring the effects and the physical-economic consequences of air pollutants emitted from Power Plants on urban buildings facades was developed. For the case study, the effect of SO₂ pollutant emitted from Rajaee Combined-cycle Power Plant on Qazvin’s buildings’ facades was studied.

Methods and materials: To develop this model, the Gaussian plume method was used to estimate the air pollution dispersion and impact pathway assessment (IPA) to calculate the air pollutant external costs. The damage costs of SO₂ due to the corrosion of building materials, soiling, and consequently an increase in cleaning expenses of each square meter of urban buildings’ facades were localized. After the validation of the output results of the developed model, the external costs based on the wind speed and different atmospheric stability classification were estimated. Different atmospheric stability classes were examined using the Pasquil-Gifford (P-G) classification.

Findings: Based on the facade’s material, the highest external costs were related to the white cement with 36575 dollars (849 million Rials). For the thatch façade, which is the local material of the region, the external cost was estimated to be 5376 dollars (1247 million Rials).

Based on the wind speed, the highest external cost was obtained for the wind 1m/s with 139026 dollars (3254 million Rials) and the lowest cost was 352 dollars (82 million Rials) for the wind speed of 20 m/s.

For the atmospheric stability classification, the lowest external cost in extremely unstable class (A) and the highest external cost in neutral class (D) have been measured. The external cost due to the SO₂ pollutants for the city of Qazvin was 0.009 dollars (2162 Rials) For each megawatt-hour generated electricity.

Conclusion: The results showed that the materials compatible with the local region can have lower external costs compared with the new materials used in the buildings.

Keywords: damage analysis, SO₂, combined cycle power plant, external cost, building facade

مقدمه:

نیروگاه‌های چرخه ترکیبی با انتشاراتی ازجمله دی‌اکسید‌گوگرد که آثار و پیامدهای منفی بر سلامت انسان‌‌ و بناهای شهری پیرامون بر جای می‌گذارد، به آلودگی محیط منجر می‌شود (۱). این نیروگاه‏ها در شرایطی از سوخت‌های سنگین که میزان قابل توجهی انتشار دی‌اکسیدگوگرد دارند نیز استفاده می‌کنند، از این‌رو برآورد خسارات بر سلامت و محیط زیست ضروری به‌نظر می‌رسد (۲). تاکنون پژوهشگران به توسعه روش‌ها و ابزارهای گوناگون به‌منظور کمی‌سازی اثرات آلاینده‌ها بر محیط پرداخته‌اند که از محبوب‌ترین آن‌ها می‌توان به آنالیز مسیر پیامد (Impact pathway analysis [IPA]) اشاره کرد. این روش نخست آسیب‌های بهداشتی و تأثیرات فیزیکی را برآورد می‌کند و سپس به ارزیابی خسارت‌های مربوط به آن‌ می‌پردازد (۳، ۴). بهره‌گیری از مدل‌ها‌یی برپایه اویلرینEulerian) )، یا لاگرانژین (Lagrangian) یا گوسین (Gaussian) برای محاسبه و شبیه‌سازی غلظت آلاینده‌های منتشرشده در راستای پیاده‌سازی این روش ضرورت دارد (۵) تا از این طریق غلظت‌های سه‌بعدی حاصل از یک منبع آلاینده نقطه‌ای، تحت تأثیر شرایط انتشار و شرایط ثابت جوی تعیین شود (۶، ۷). تاکنون پژوهش‌های بسیاری برای برآورد هزینه ‌خسارت ناشی از نیروگاه‌ها انجام شده‌است. شواهد پژوهشی نشان می‌دهد انتشار دی‌اکسید‌گوگرد ناشی از نیروگاه‌های تولید برق، صدمات بسیاری به بناهای شهری، مواد و سلامت افراد وارد می‌کند و هزینه‌های خارجی را به‌دنبال دارد که این هزینه‌ها، به‌رغم ضرورت موجود، معمولاً محاسبه نمی‌شوند (۴، ۸، ۹). پژوهشی با هدف ارزیابی اثرات زیست‌محیطی نیروگاهی در جزیره جاوا (اندونزی) با استفاده از مدل Simpact در بازه زمانی طولانی نشان داد هزینه‌های خارجی یا اجتماعی اغلب در بازار صنعت برق منعکس نمی‌شوند (۱۰). همچنین پژوهشی با تمرکز بر هزینه‌های اجتماعی انواع نیروگاه‌های برق حرارتی در ایران هزینه‌های خارجی سوخت فسیلی معادل 0.02 تا  0.09 دلار (معادل 4640 تا 20880 ریال) به‌ازای هر کیلو وات-ساعت، هزینه‌های اجتماعی نیروگاه‌های بخار 0.06 تا 0.11 دلار (معادل 15729 تا 26100 ریال)، هزینه‌های اجتماعی نیروگاه‌های گازی 0.07 تا 0.12 دلار (معادل17098 تا 29580 ریال) و هزینه‌های نیروگاه‌های چرخه ترکیبی را معادل 0.25 تا 0.08 دلار (معادل58000 تا 18560 ریال) گزارش کرده است (۱۱). یافته دیگری با هدف تعیین اثرات آلاینده‌های هوا روی خوردگی بناهای تاریخی و مصالح ساختمانی، مبلغی معادل 45 میلیارد دلار (معادل10440000000 میلیون ریال) برای تعمیرات دوره‌ای ساختمان‌ها و بناهای تاریخی به‌ازای هر سال، تخمین زده ‌است که این امر اهمیت میزان خسارت‌ها بر اساس آلاینده‌ها را برجسته می‌سازد (۱۲). پژوهش دیگری در ارتباط با آثار آلاینده‌ها (به‌ویژه دی‌اکسیدگوگرد) بر مصالح (بتن و گچ) به‌کار رفته در سازه‌های پل و مجسمه‌ها در اسلواکی، تخریب بلندمدتی معادل 33 تا 50 درصد را نشان می‌دهد (۱۳). علاوه بر آن، یافته دیگری با بررسی هزینه‌های خارجی ناشی از تولید برق بر مصالح ساختمانی در منطقه بالتیک نشان می‌دهد که بیشترین هزینه خارجی متعلق به یک واحد نیروگاهی با سوخت فسیلی، معادل 0.044 دلار (معادل 10208 ریال) بر مصالح ساختمانی است. همچنین نتایج پژوهشی پیرامون اثر نفوذ آلاینده‌های هوا و رطوبت بر مصالح آهکی در ساختمان‌های تاریخی واقع در شهرهای حاره‌ای حاکی از آن است که پارامترهایی نظیر تغییرات آب و هوایی، افزایش درصد رطوبت نسبی، افزایش درجه حرارت هوا و همچنین آلاینده  دی‌اکسیدگوگرد از فاکتورهای مهم افزاینده روند تخریبی مصالح ساختمانی هستند (۱۴).

از آنجایی‌که اثرات یک آلاینده بر محیط زیست و مصالح ساختمانی، دارای هزینه خارجی است که در قیمت بازار در نظر گرفته نمی‌شود، این پژوهش با هدف ارزیابی سهم هزینه‌های خارجی آلودگی هوا با محوریت پارامتر دی‌اکسیدگوگرد خروجی از نیروگاه‌های چرخه ترکیبی و تأثیر آن بر انواع نماهای بناهای شهری انجام شد. بدین منظور نیروگاه چرخه ترکیبی شهید رجائی قزوین به‌عنوان مطالعه موردی پژوهش

انتخاب و یک مدل جدید یکپارچه بر اساس روش IPA، توسعه و معرفی شد که برای توسعه مدل و همچنین برآورد تأثیرات آلاینده مزبور و هزینه‌های خارجی ناشی از آن، محیط نرم‌افزارMatlab  مورد استفاده قرار گرفت.

مواد و روش ها:

محاسبه غلظت

در این پژوهش برای محاسبه میزان غلظت دی‌اکسیدگوگرد ناشی از منبع انتشار دودکش در فواصل مختلف، از رابطه گوسی نشان داده ‌شده در معادله (1) استفاده شد‌‌ه‌است (۴، ۶، ۱۵):

                            (1)

در این معادله،  سرعت باد در جهت وزش باد، C غلظت در نقاط  ،  انتشار آلاینده،  و  پراکنش انتشار در انحراف استاندارد عمودی و افقی، و  ارتفاع موثر دودکش است (۷، ۱۶). برای محاسبه میزان انتشار از دودکش نیز از معادله (2) استفاده شده‌است:

                                                                                                          (2)

در این معادله،  ضریب انتشار آلاینده SO2،  سرعت دود خروجی از دودکش، و  قطر دودکش است.

برآورد خسارات

به‌منظور برآورد خسارات ناشی از آلاینده SO₂  بر نماهای کامپوزیت برجسته شهری، از تابع ریاضی در معادله (3) به‌شرح زیر استفاده شده‌است (۱۵، ۱۷):

                          (3)

در این معادله،  میزان غلظت دی‌اکسید گوگرد در محیط بر حسب میلی گرم بر متر مکعب،  میانگین رطوبت محیط بر حسب درصد، میانگین دمای محیط بر حسب درجه سانتیگراد،  زمان تعمیرات و نگهداری بر حسب نوع مصالح در سال است. توابع مواجهه ERF)[12])، روابطی غیرخطی هستند که به شدت به دمای زمینه، رطوبت نسبی محیط و غلظت دی‌اکسید گوگرد وابسته‌اند که مدت زمان تأثیر غلظت دی‌اکسید گوگرد برای مصالح گوناگون، متغیر است. توابع مواجهه بر حسب کاهش ضخامت مصالح مختلف ساختمانی به عنوان تابعی از زمان ارائه می‌شوند (۱۲). از این‌رو، این تلفات باید به فرکانس‌های تعمیر یا تعویض تبدیل شوند که این زمان، برای کامپوزیت برجسته، سنگ آهک و سنگ طبیعی، به ترتیب برابر با ۱۰، ۱۲ و ۱۵ سال در نظر گرفته می‌شود (۱۸).

در این پژوهش، به‌منظور محاسبه تابع مواجهه برای سنگ‌های آهکی، ماسه سنگ و نماهای رنگی، به ترتیب از معادلات 4 تا 6، به‌شرح زیر استفاده شده‌است (۴، ۶، ۲۱):

Limestone ERF slope                            (4)

     (5)

                        (6)

درنهایت، هزینه خسارت آلاینده SO₂ بر نماهای بناهای شهری، با استفاده از رابطه زیر محاسبه می‌شود (۲۲).

    (7)

در این رابطه،  u_vنمایشگر هزینه‌های نگهداری هر متر مربع مصالح بر حسب دلار بر متر مربع،  سطح مصالح در معرض بر حسب متر مربع،  غلظت پیش‌زمینه دی‌اکسیدگوگرد بر حسب میلی‌گرم بر متر مکعب، همچنین  میانگین رطوبت بر حسب درصد،  میانگین دمای محیط بر حسب درجه سانتیگراد،  زمان تعمیرات و نگهداری مصالح بر حسب سال و  غلظت منطقه‌ای SO₂ بر حسب میکروگرم بر متر مکعب است. ازآنجایی که اثر آلاینده ها بر سازه های شهری بلند مدت است، برای محاسبه غلظت آلاینده پیش‌زمینه محیط  میانگین غلظت 15 ساله در نظر گرفته شده‌است که از داده های غلظت  SO₂ایستگاه قزوین به دست آمده ‌است. بازه‌های تعمیر و نگهداری معمولاً با استفاده از ارزیابی داده‌های رفتار مصالح در ساختمان در برابر آلاینده، رطوبت و دما بر اساس برنامه همکاری بین‌المللی بررسی اثرات روی مصالح ساختمانی ([13]ICP Materials) تعیین می‌شود (۱۹، ۲۰). در این تحقیق همانگونه که اشاره شد 10، 12 و 15 سال بر حسب نوع مصالح در نظر گرفته شده‌است.  

مطالعه موردی

در این پژوهش، برای مطالعه موردی تأثیر انتشار آلاینده دی‌اکسیدگوگرد ناشی از نیروگاه چرخه ترکیبی شهید رجائی قزوین بر بناهای شهری قزوین در نظر گرفته شد. نیروگاه چرخه ترکیبی شهید رجائی قزوین، با ظرفیتی معادل 1042 مگاوات، در کیلومتر 25 بزرگراه قزوین- تهران در طول شرقی " 47 ،̍17،º50 و عرض شمالی "33،̍09،º36 واقع شده و در فاصله 30 کیلومتری شهر قزوین قرار دارد. برای تعیین ارتفاع طبقات، مساحت نماها و نوع جنس نما در محدوده مورد مطالعه در شهر قزوین، از طرح‌های جامع و تفضیلی سال 1394 استان قزوین استفاده شد (۲۳). میزان خسارات وارده ناشی از آلاینده دی‌اکسیدگوگرد بر نمای ساختمان‌های شهری پس از بومی‌کردن هزینه‌ها با استفاده از فهرست بها سازمان برنامه و بودجه برای بازسازی هر مترمربع نما، با احتساب هزینه‌های خرید مصالح و هزینه نصب محاسبه شده‌است (۲۴). برای تعیین انتشار دی‌اکسید گوگرد خروجی از دودکش نیروگاه، از نتایج خود اظهاری آنالیزگازهای محیطی استفاده شده‌است. مشخصات دودکش، دود خروجی و میانگین نرخ انتشار دی اکسید گوگرد مورد مطالعه در جدول 1 نشان داده شده‌است (۱۸).

جدول 1- مشخصات دودکش نیروگاه شهید رجائی

سوخت‌های مصرفی در واحدهای چرخه ترکیبی به ترتیب اولویت شامل گاز طبیعی در اکثر فصول و گازوئیل در فصول سرد است. بنابراین برای تعیین نرخ انتشار سالانه در بازه‌ زمانی مزبور هر دو سوخت در نظر گرفته شده‌است. درنتیجه میانگین انتشار گاز دی‌اکسید گوگرد معادل با 522.5 گرم بر ثانیه برآورد شده‌است. این محاسبات متعلق به بازه‌ زمانی منتهی به سال 1397 بوده است. برای محاسبات ابتدا داده‌های مربوط به هر دودکش جداگانه در مدل توسعه‌یافته وارد می‌شوند از این‌رو برای هر دودکش نرخ انتشار، قطر دودکش، ارتفاع دودکش و دمای خروجی دودکش به صورت مجزا به مدل داده می شود و در نهایت اثر تجمعی آن ها محاسبه می گردد. در این پژوهش، نسبت هزینه‌های خارجی آلاینده دی‌اکسید گوگرد با عمده مصالح ساختمانی به کار رفته در نما برای ایران (شهر قزوین) با استفاده از طرح جامع و تفضیلی برای مساحت حدود 2826 کیلومتر مربع (معادل 282600 هکتار) محاسبه شده‌است (۲۴، ۲۵).

سرعت باد و کلاس‌های پایداری جوی پاسکیل-گیفورد

پژوهش‌ها نشان می‌دهد سرعت باد در تشکیل ارتفاع اختلاط که می‌تواند در پراکنش آلاینده مؤثر باشد نقش دارد (۲۶، ۲۷، ۲۸). از این‌رو، در این پژوهش میزان هزینه‌های خارجی در سرعت‌های مختلف باد به‌منظور نگاه دقیق‌تر به نقش پارامتر هواشناسی در محاسبه هزینه خارجی بررسی شد و میزان هزینه‌های خارجی بر اساس طبقه‌بندی کلاس‌های پایداری مختلف مورد ارزیابی قرار گرفت. برای تعیین کلاس پایداری در منطقه از طبقه‌بندی کلاسیک (P-G) استفاده شد که شامل شش کلاس به‌شدت ناپایدار (A)، متوسط ناپایدار (B)، کمی ناپایدار (C)، خنثی (D)، کمی پایدار (E)، و متوسط تا شدیداً پایدار (F) در طبقه‌بندی P-G است (۲۹). جدول 2سرعت‌های باد متناظر با هر کلاس، که در این پژوهش مورد استفاده قرار گرفته است را نشان می‌دهد. همچنین شکل 1 گلباد 1 ساله منطقه مورد نظر را بر اساس داده‌های ایستگاه سینوپتیک شهید رجائی که در این پژوهش استفاده شده‌است نشان می‌دهد.

جدول2‑ سناریوهای مربوی به سرعت باد

شکل 1- گلباد سالانه ایستگاه سینوپتیک شهید رجائی

شکل 1 نشان می‌دهد باد غالب منطقه بر اساس گلباد از سمت

جنوب شرقی به سمت شمال غربی وزیده شده‌است. در مدل توسعه‌یافته تأثیرگذاری آلاینده بر اساس ورودی داده‌های هواشناسی است. همچنین در این مدل به دلیل سهولت انجام کار که از مزایای آن نیز به‌شمار می‌آید، با هر سرعت و جهت بادی میزان خسارات بر نما محاسبه می‌شود.

تبدیل قیمت‌ها

با توجه به قیمت متغیر ارز در زمان نوشتار این مقاله، قیمت‌ها به دلار و ریال محاسبه و اراِئه شده‌است. برای تبدیل نرخ ارز از دلار به ریال، قیمت ارز نیمایی برابر با 232000 ریال در نظر گرفته شده‌است.

برآورد هزینه‌ها‌‌‌‌ی خارجی ناشی از آلاینده دی‌اکسیدگوگرد منتشرشده از نیروگاه چرخه ترکیبی شهید رجائی بر نماهای بناهای شهری محدوده مورد مطالعه، با استفاده از فهرست بهاء سال 1400 سازمان برنامه و بودجه کشور انجام شد (۲۴). به‌منظور برآورد خسارات ناشی از آلاینده مزبور بر انواع نماهای ساختمانی، متراژ و نوع مصالح ساختمانی به‌کار‌رفته در شعاع 30 کیلومتری پیرامونی نیروگاه مورد مطالعه، در نظر گرفته ‌شد.

یافته‌ها

صحت‌سنجی مدل توسعه داده‌شده

از آنجایی‌که مدل توسعه داده‌شده در این مقاله بر پایه مدل Airpacts و هدف ارتقا و به‌روزرسانی برپایه قیمت‌های موجود در ایران و رفع کاستی‌های مدل Airpacts بوده است، به‌منظور صحت‌سنجی نتایج مدل توسعه داده‌شده از مدل نتایج خروجی مدل Airpacts استفاده شده‌است. بدین منظور، یک مطالعه موردی مشابه با هر دو مدل اجرا شد و با استفاده از ضرایب قیمتی مدل Airpacts، نتایج پارامترهای یکسان در هر مدل مورد ارزیابی قرار گرفت. همان‌طور که پیش‌تر بیان شد، با توجه به اینکه مدل توسعه داده‌شده در این مقاله بر پایه مدل Airpacts است پس باید انتظار داشت نتایج هر دو مدل به‌هم نزدیک باشد و اینگونه می‌توان از درستی نتایج مدل توسعه‌داده‌شده اطمینان حاصل کرد.

به‌منظور صحت‌سنجی نتایج مدل، ابتدا مقادیر غلظت در هر دو مدل در فواصل مختلف مورد ارزیابی قرار گرفت که در شکل 2 نشان داده شده‌است. همان‌طور که مشاهده می‌شود مدل توسعه‌داده‌شده به‌خوبی (با ضریب همبستگی ۰.۹۹) قادر به شبیه‌سازی نتایج مدل ‌Airpacts است.

شکل 2- مقایسه غلظت خروجی مدل Airpacts و مدل توسعه داده‌شده

همچنین به‌منظور اطمینان از نتایج هزینه‌های خارجی، ضرایب قیمتی مدل توسعه داده‌شده به ضرایب قیمتی در مدل Airpacts تغییر داده‌شد تا بتوان صحت خروجی نتایج مدل توسعه داده‌شده مورد ارزیابی قرار گیرد. مقایسه نتایج خروجی

این مدل در جدول3 نشان داده شده‌است که بر اساس آن، مدل توسعه داده‌شده تقریباً نتایج یکسانی با مدل Airpacts دارد.

جدول 3- مقایسه هزینه‌ خارجی محاسبه‌شده توسط مدل Airpacts و مدل توسعه داده‌شده

هزینه خارجی برپایه نوع نمای بناهای شهری

هزینه تعویض یا تعمیر هر مترمربع مصالح به‌کاررفته در نمای بناهای شهری و همچنین توابع مواجهه (ERF) برای انواع مصالح بومی، در جدول  ارائه شده‌‌است (۲۴). در این جدول، هزینه خارجی حاصل از این پژوهش به‌تفکیک هر نما برای شرایط جوی خنثی یا کلاس پایداری (D) ارائه شده‌است.

جدول 4 -هزینه خارجی مصالح مختلف نما بر حسب دلار بر متر مربع

با توجه به جدول ، بیشترین هزینه‌ خارجی مربوط به نمای سیمان سفید 36575 دلار (معادل 849 میلیون ریال) و کمترین هزینه خارجی مربوط به نمای کامپوزیت با میزان 320 دلار (معادل 74 میلیون ریال)‌‌ برآورد شده‌است. نمای کاهگلی به‌علت ارزانی، فراوانی و دسترسی آسان به مصالح خاکی و همچنین ریشه در فرهنگ و هویت معماری شهر قزوین بیشترین متراژ نما را به‌خود اختصاص داده ‌است (۳۰). این درحالی است که میزان هزینه خارجی برآوردشده برای آن برابر 5376 دلار معادل 1247 میلیون ریال است. این موضوع می‌تواند نشانگر این نکته باشد که استفاده از مصالح سازگار با منطقه، بومی و دارای ریشه در فرهنگ آن منطقه می‌تواند هزینه‌های به‌مراتب کمتری نسبت به مصالح جدید داشته باشد.

هزینه خارجی بر اساس سرعت باد

از آنجایی که سرعت باد در پراکنش آلودگی هوا تأثیر دارد
 (۲۶)، هزینه‌های خارجی بر اساس سرعت باد‌های مختلف برآورد شد. میزان هزینه‌‌های خارجی بر اساس سرعت‌های مختلف باد در شکل 3 ارائه شده‌‌است.

شکل 3-هزینه‌های خارجی بر حسب سرعت های باد مختلف

نتایج نشان می‌دهد هر چه سرعت باد کمتر باشد، هزینه‌های خارجی بیشتر می‌شود. با توجه به شکل 3، بیشترین هزینه خارجی مربوط به باد با سرعت ۱ متر بر ثانیه با میزان 139026 دلار معادل 32254 میلیون ریال برآورد شده‌است و با افزایش سرعت باد میزان هزینه‌های خارجی کاهش می‌یابد. چنانچه هزینه خارجی مربوط به باد با سرعت 20 متر بر ثانیه، 352 دلار معادل 82 میلیون ریال برآورد شده‌است. دلیل این موضوع را می‌توان پراکنش آلاینده دی‌اکسید گوگرد دانست که در سرعت‌های کم باد، غلظت آن افزایش یافته ‌است. در همین راستا، سیچوویچ و همکاران (2020) دریافته‌اند که هر چه سرعت باد کمتر باشد، غلظت آلاینده‌های ناشی از نیروگاه در اطراف آن بیشتر می‌شود (۳۱) که این یافته همسو با نتایج پژوهش حاضر است.

هزینه خارجی براساس کلاس‌های پایداری جوی

در این پژوهش، همچنین هزینه‌های خارجی ناشی از آلاینده SO₂ ناشی از نیروگاه شهید رجائی قزوین در کلاس‌های مختلف پایداری جوی پاسکیل-گیفورد برآورد شده‌است که در شکل 4 و جدول 5 نمایش داده شده‌است.

شکل 4- هزینه‌های خارجی برای کلاس های پایداری مختلف بر اساس پاسکیل- گیفورد

جدول 5- هزینه خارجی مصالح نما برای کلاس‌های پایداری مختلف P-G بر حسب دلار و ریال

با توجه به شکل 3 و جدول 4، کمترین هزینه مربوط به کلاس جوی به‌شدت ناپایدار (A) و بیشترین هزینه مربوط به کلاس جوی خنثی (D) بوده که ممکن است علت آن ناشی از تفاوت پراکنش آلاینده‌ SO₂ در کلاس پایداری مختلف باشد. در کلاس جوی به‌شدت تا متوسط ناپایدار (A و B)، آلاینده‌ها به‌خوبی در محیط پیرامون خود پخش می‌شود پس غلظت رسیده به دور دست می‌تواند به‌مراتب کاهش یابد (۷). اگرچه در کلاس کمی تا متوسط پایدار (E و F)، بیشترین غلظت آلاینده در فواصل دوردست اتفاق می‌افتد و به‌همین دلیل شهر قزوین بیشتر متأثر از آلودگی ناشی از نیروگاه قرار گرفته ‌است (۷). هزینه‌های خارجی ناشی از آلاینده دی‌اکسید‌گوگرد برای محدوده مطالعاتی (شهر قزوین) و شرایط جوی خنثی (D)، به ازای هر مگاوات ساعت برق تولیدی بر اساس مدل توسعه‌ داده‌شده در این پژوهش 0.009 دلار (معادل 2162ریال) به ازای هر مگا وات ساعت تولید برق در سال برآورد شده‌است.

بحث و نتیجه‌گیری

در این پژوهش به‌منظور برآورد هزینه‌های خارجی برآمده از انتشار آلاینده ناشی از نیروگاه‌ چرخه ترکیبی و تأثیر آن بر انواع نماهای بناهای شهری، یک مدل بسط داده شد و اثر آلاینده دی‌اکسیدگوگرد ناشی از نیروگاه چرخه ترکیبی شهید رجائی قزوین بر بناهای شهری قزوین به‌عنوان مطالعه موردی انتخاب گردید. در این مدل از معادلات پراکنش گوس با درنظرگرفتن کلاس‌های مختلف پایداری جوی به‌منظور پخش و پراکنش آلاینده و از یک روش جدید یکپارچه بر اساس IPA استفاده شد. در این مطالعه هزینه‌های بازسازی نما با کمی‌سازی اثرات پنهان و محاسبه هزینه واقعی تولید یک مگا‌‌‌وات الکتریسیته در کشور ایران (شهر قزوین) بومی‌سازی شد. همچنین به‌منظور توسعه مدل، برآورد تاثیرات آلاینده مزبور و هزینه‌های خارجی ناشی از آن از نرم‌افزار Matlab استفاده شد و نتایج آن با استفاده از مدل Airpacts مورد صحت‌سنجی قرار گرفت. نتایج نشان داد مدل توسعه داده شده به‌خوبی می‌تواند رفتار مشابه با مدل Airpacts داشته باشد. در این پژوهش، هزینه‌های خارجی بر اساس نوع بناهای شهری، سرعت باد، و کلاس پایداری مختلف جوی پاسکیل-گیفورد محاسبه شد. بر اساس نوع بناهای شهری، بیشترین هزینه‌ خارجی در سال مربوط به نمای سیمان سفید (با قیمت 36575 دلار معادل 849 میلیون ریال)، کمترین هزینه مربوط به نمای کامپوزیت (با قیمت320 دلار معادل 74 میلیون ریال)‌‌ و هزینه خارجی برآوردشده برای مصالح بومی منطقه یعنی نمای کاهگلی، برابر5376 دلار معادل 1247 میلیون ریال در سال است. براساس سرعت باد، بیشترین هزینه‌های خارجی در سال مربوط به باد در سرعت‌های کم (سرعت ۱ متر بر ثانیه) با قیمت 139026 دلار معادل 32254 میلیون ریال و کمترین مقدار هزینه خارجی در باد (سرعت 20 متر بر ثانیه) با قیمت 352 دلار معادل 82 میلیون ریال است. در مورد هزینه‌های خارجی طبقه‌بندی کلاس پایداری پاسکیل-گیفورد نیز کمترین هزینه در کلاس به‌شدت ناپایدار (A) و بیشترین هزینه در کلاس خنثی(D)  برآورد شده‌‌است. علاوه بر آن، هزینه‌های خارجی ناشی از آلاینده دی‌اکسید‌گوگرد در شهر قزوین و شرایط جوی خنثی (کلاس (D، به ازای هر مگاوات ساعت (MWh) برق تولیدی نیروگاه شهید رجائی بر اساس مدل توسعه داده‌شده 0.009 دلار (معادل 2162ریال) در سال محاسبه شد.

نتایج این پژوهش نشان داد مصالح سازگار با منطقه، بومی و دارای ریشه در فرهنگ آن منطقه می‌تواند در مقایسه با مصالح جدید، به‌طور قابل توجهی از هزینه‌های کمتری برخوردار باشد. از طرفی، در نظر داشتن هزینه‌های خارجی برق و در صورت لزوم، در قبوض برق نیز می‌بایست مورد توجه قرار گیرد. .

سپاسگزارم

از دکتر محمودرضا مؤمنی برای مطالعه و بررسی مطالب مقاله و کمک به شکل‌گیری متن سپاس‌گزارم.

References

• 1- Hainoun A, Almoustafa A, Seif Aldin M. Estimating the health damage costs of syrian electricity generation system using impact pathway approach. Energy [Internet]. 2010;35(2):628–38. Available from: http://dx.doi.org/10.1016/j.energy.2009.10.034
• 2- Fouladi Fard R, Naddafi K, Yunesian M, Nabizadeh Nodehi R, Dehghani MH, Hassanvand MS. The assessment of health impacts and external costs of natural gas-fired power plant of Qom. Vol. 23, Environmental Science and Pollution Research. 2016. p. 20922–36.
• 3- Spadaro JSpadaro J V. Airpacts EQUATIONS FOR IMPACT AND DAMAGE COST ASSESSMENTS.
• 4- Spadaro J V. Damage Costs of Airborne Pollution : 2002;(October).
• 5- Reed WR. Significant Dust Dispersion Models for Mining Operations. IC 9478 DHHS Publ No 2005-138 [Internet]. 2005;29. Available from: https://stacks.cdc.gov/view/cdc/6833
• 6- Spadaro J V. Airpacts manual. 2002;(April).
• 7- Zannetti P. Air pollution modeling: theories, computational methods and available software [Internet]. Theories computational method and available software. California: Springer Science+ Business Media, LLC; 2013. 450 p. Available from: http://scholar.google.co.il/scholar?q=Zanetti,+P.+(1990).+Air+Pollution+Modeling:&btnG=&hl=en&as_sdt=0,5#0
• 8- Spadaro J V. (Version 1.0) A tool for assessing the environmental impacts and damage costs to human health, agricultural crops and man-made structures from exposure to routine atmospheric emissions. 2002;(October):1–4.
• 9- Rabl A, Spadaro J V. External Costs of Energy: How Much Is Clean Energy Worth? J Sol Energy Eng Trans ASME. 2016;138(4):1–8.
• 10- Liun Badan Tenaga Nuklir Nasional E, Liun E, Kuncoro AH, Sartono E. Environmental Impacts Assessment of Java’s Electricity Generation Using SimPacts Model [Internet]. 2007. Available from: https://www.researchgate.net/publication/267819088
• 11- Karimzadegan H, Rahmatian M, Farsiabi MM, Meiboudi H. Social cost of fossil-based electricity generation plants in Iran. Environ Eng Manag J. 2015;14(10):2373–82.
• 12- Rao NV, Rajasekhar M, Rao GC. Detrimental effect of Air pollution, Corrosion on Building Materials and Historical Structures. Am J Eng Res [Internet]. 2014;03:359–64. Available from: www.ajer.org
• 13- Xu Y. Improvements in the Operation of SO2 Scrubbers in China’s Coal Power Plants. Environ Sci Technol [Internet]. 2010 Jan 15 [cited 2021 Nov 1];45(2):380–5. Available from: https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/es1025678
• 14- Venkat Rao N, Rajasekhar M, Chinna Rao DRG. Detrimental effect of Air pollution, Corrosion on Building Materials and Historical Structures. Vol. 3, American Journal of Engineering Research. 2016. p. 359–64.
• 15- Nedellec V, Bachmann TM, Rabl A, Spadaro J V. Monetary valuation of trace pollutants emitted into air by industrial facilities. Encycl Environ Heal. 2019;(November 2020):470–84.
• 16- Lazaridis M1. First Principles of Meteorology. 2011. p. 67–118.
• 17- Spadaro J V. Airpacts Input Data : Source Characteristics. 2002;(October):1–4.
• 18- Mojaver E, Sobhanardakani S, Moattar F, Jozi SA, Monavari SM. Using a modified version of Airpacts model for estimating the damage posed by sulfur dioxide emission from power plants to urban and rural building façades (case study: Shahid Rajaee power plant, Qazvin Province, Iran). Environ Monit Assess. 2021;193(7).
• 19- Welcome to ICP Materials | RISE [Internet]. [cited 2022 Apr 22]. Available from: https://www.ri.se/en/icp-materials
• 20- Grøntoft T. Estimation of damage cost to building facades per kilo emission of air pollution in Norway. Atmosphere (Basel). 2020;11(7).
• 21- Rabl A, Spadaro J V. Damage Costs of Air Pollution and Policy Implications. Compr Anal Chem. 2016;73(May):881–915.
• 22- Spadaro J V. Input data: pollutant inventory. 2002;(October):1–6.
• 23- Ministry of Roads & Urban Development Islamic Republic of Iran [Internet]. [cited 2021 Aug 19]. Available from: https://www.mrud.ir/en
• 24- Plan and Budget Organization of Iran. [Internet]. Economic reports of 2004. Tehran: Plan and Budget Organization of Iran; [In persian]. 2005 [cited 2021 Aug 19]. Available from: https://www.mporg.ir/en
• 25- وزارت راه و شهرسازی [Internet]. [cited 2022 Apr 17]. Available from: https://www.mrud.ir/
• 26- Reiminger N, Jurado X, Vazquez J, Wemmert C, Blond N, Dufresne M, et al. Effects of wind speed and atmospheric stability on the air pollution reduction rate induced by noise barriers. J Wind Eng Ind Aerodyn. 2020 May 1;200.
• 27- Santos-Alamillos FJ, Pozo-Vázquez D, Ruiz-Arias JA, Tovar-Pescador J. Influence of land-use misrepresentation on the accuracy of WRF wind estimates: Evaluation of GLCC and CORINE land-use maps in southern Spain. Vol. 157, Atmospheric Research. 2015. p. 17–28.
• 28- Santos-Alamillos FJ, Zquez DPV, Ruiz-Arias JA, Lara-Fanego V, Tovar-Pescador J. Analysis of WRF model wind estimate sensitivity to physics parameterization choice and terrain representation in Andalusia (Southern Spain). J Appl Meteorol Climatol. 2013 Jul;52(7):1592–609.
• 29- Octaviani M, Manomaiphiboon K, Prabamroong T. Wind Shear Coefficient at 23 Wind Monitoring Towers in Thailand. Vol. 6. 2015. p. 61–6.
• 30- Bater M, Ahmadi H, Abedi Koupai J, Emadi R. The Effect of Curing Time on Compressive and Tensile Strength of Traditional Kahgel TT - [Internet]. Vol. 36, Jhre. 2017 [cited 2021 Oct 29]. p. 69–86. Available from: http://jhre.ir/article-1-1282-en.html
• 31- Cichowicz R, Wielgosiński G, Fetter W. Effect of wind speed on the level of particulate matter PM10 concentration in atmospheric air during winter season in vicinity of large combustion plant. J Atmos Chem 2020 771 [Internet]. 2020 May 17 [cited 2021 Oct 17];77(1):35–48. Available from: https://link.springer.com/article/10.1007/s10874-020-09401-w

[1]- دانشجوی دکتری ارزیابی و آمایش سرزمین، دانشکده منابع طبیعی و محیط زیست، واحد علوم تحقیقات، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران

[2]- دکتری تخصصی شیمی هسته ای، استاد، دانشکده منابع طبیعی و محیط زیست، واحد علوم و تحقیقات، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران (مسوول مکاتبات)

[3]- دکتری تخصصی علوم محیط زیست، استاد، دانشکده علوم پایه، واحد همدان، دانشگاه آزاد اسلامی، همدان، ایران

[4]- دکتری تخصصی ارزیابی و آمایش سرزمین، استاد، دانشکده علوم و فنون دریایی، واحد تهران شمال، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران

[5]- دکتری تخصصی علوم محیط زیست، دانشیار، دانشکده منابع طبیعی و محیط زیست، واحد علوم و تحقیقات، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران

[6]- Exposure response function

[7]- Ph.D. student in Environmental Assessment & Land use Planning, Department of the Environment , College of natural resources and environment, Science and Research Branch, Islamic Azad University, Tehran, Iran

[8]- Ph.D. in Nuclear chemistry, professor, Department of the Environment, College of natural resources and environment, Science and Research Branch, Islamic Azad University, Tehran, Iran *(Corresponding Author)

[9]- Ph.D. in Environmental Science, Associate Professor, Department of the Environment, College of Basic Sciences, Hamedan Branch, Islamic Azad University, Hamedan, Iran

[10]- Ph.D. in Environmental Assessment & Land use Planning, professor, Department of the Environment, College of Marine Science and Technology, North Tehran Branch, Islamic Azad University, Tehran, Iran

[11]- Ph.D. in Environmental Science, Associate Professor, Department of the Environment , College of natural resources and environment, Science and Research Branch, Islamic Azad University, Tehran, Iran

[12]- Exposure Response Function

[13]- The International Co-operative Programme on Effects on Materials