مدیریت مصرف حامل‌های انرژی و میزان انتشار آلاینده‌ها با استفاده از مدل Leap در شهرک صنعتی لیا در استان قزوین

 

 

مقاله پژوهشی

 

 

علوم و تکنولوژی محیط زیست، دوره بیست و سوم، شماره دوازده، اسفند ماه 1400(257-243)                                                

 

مدیریت مصرف حامل­های انرژی و میزان انتشار آلاینده­ها با استفاده از مدل Leap در شهرک صنعتی لیا در استان قزوین

 

محمد سعید محمدی ^[1]

سید مصطفی خضری ^{[2] *}

khezri_m@srbiau.ac.ir

علیرضا  وفایی نژاد ^[3]

 

تاریخ دریافت: 27/10/99

تاریخ پذیرش: 13/5/1400

 

چکیده

زمینه و هدف:  توسعه صنعتی- اقتصادی در کشورهای در حال توسعه نیاز مضاعفی در دسترسی بیشتر به حامل‌های انرژی در مقایسه با کشورهای توسعه یافته ایجاد کرده است. علاوه بر آن ارتقاء استانداردهای زندگی در جوامع در حال توسعه، در دهه‌های اخیر باعث افزایش تقاضای حامل‌های انرژی در جهت دسترسی به امکانات و رفاه بیشتر را به دنبال داشته است. در این مطالعه تاثیر اعمال سیاست‌های مختلف به منظور کاهش انتشار آلاینده های هوا (دی اکسید کربن) و صرفه‌جوئی انرژی در صنایع ایران توسط مدل برنامه‌ریزی انرژی مورد بررسی و ارزیابی قرار گرفته است.

روش بررسی: ابتدا مقادیر ورودی منابع انرژی مختلف همچون گاز، برق و سوخت فسیلی در فرآیند تولید صنایع مورد بررسی قرار گرفت ،سپس عوامل موثر در تولید گازهای گلخانه‌ای در صنایع شناسائی گردید، پس از آن روند گذشته و وضعیت فعلی صنایع ایران و سیاست‌های دولت برای کاهش انتشار دی‌اکسیدکربن در این برنامه ریزی لحاظ شد و همچنین توسعه فناوری‌های جدید بهره‌­وری انرژی در صنایع به منظور برآورد کاهش تقاضای انرژی مورد مطالعه قرار گرفت. در راستای این هدف، میزان انتشار گازهای گلخانه‌ای در یک سناریوی پایه منطبق بر ادامه روند موجود در صنایع کنونی و همچنین تعیین تقاضای فعلی و آینده صنایع ایران در طی سال‌های 2019 تا 2035 مورد بررسی قرار گرفت..

 یافته ها:  با در نظر گرفتن تولیدات فعلی و آینده در صنایع کشور میزان انرژی و انتشار دی‌اکسیدکربن در صنایع کشور توسط مدل Leap در سناریوی پایه تعیین گردید. سپس چهار سناریوی جایگزین فناوری­های صرفه‌جوئی انرژی و کاهش انتشار دی‌اکسیدکربن شامل توسعه صنایع و ظرفیت سازی، افزایش احتمالی قیمت سوخت و برق، اجرای استانداردهای مصرف سوخت و بهره­گیری از فناوری­های CHP برای یک دوره  15 ساله مورد بررسی قرار گرفت .یافته ها حاکی از آن بود که اعمال توام این سیاست ها منجر به کاهش بیشتری در انتشار گاز co₂ معادل خواهد شد.

بحث و نتیجه گیری: نتایج به دست آمده نشان داد که میزان انتشار کل co₂ در شهر صنعتی لیا قزوین در سال مطالعه(1399) معادل صنعت از 61 میلیون تن درسناریوی پایه، به 53 میلیون تن( معادل 15 درصد کاهش) در سناریوی کاهش انتشار در سال 2035 می‌رسد. در صورتی که در اثر اعمال سیاست تغییر سوخت، میزان انتشار دی‌اکسیدکربن معادل کل به 58 میلیون تن کاهش یافته (معادل 5 درصد کاهش) و اعمال سیاست بهره‌وری انرژی منجر به انتشار 55 میلیون  تن (معادل 9/10درصد کاهش)  co₂ معادل تا سال 2035 می‌گردد.

 

واژه­های کلیدی: انتشار گازهای گلخانه‌ای، حامل­های انرژی، صنایع کشور، تحلیل سناریو، مدل Leap.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

J. Env. Sci. Tech., Vol 23, No.12, March, 2022

 

 

 

 

 

Management of energy carrier’s consumption and emission of pollutants using the Leap model in Lea Industrial Park of Qazvin province

 

Mohammad Saied Mohammadi ^[4]

Seyed Mostafa Khezri ^[5]*

khezri_m@srbiau.ac.ir

Alireza Vafaeinejad ^[6]

 

Admission Date:August 4, 2021

Date Received: January 16, 2021

 

Abstract

Background and Objective: Industrial-economic development in developing countries has created a double need for greater access to energy carriers compared to developed countries. In addition, improving living standards in developing societies in recent decades has led to an increase in the demand for energy carriers for access to greater facilities and amenities. In this study, the effect of applying different policies to reduce carbon dioxide emissions and energy savings in Iranian industries has been investigated and evaluated by the energy planning model.

Material and Methodology: First the input values of various energy sources such as gas, electricity and fossil fuels in the industrial production process were investigated. Then, the factors affecting the production of greenhouse gases in industries were identified, then the past trend and the current state of Iranian industries and government policies to reduce carbon dioxide emissions as well as the development of new energy efficiency technologies in industry were used to estimate energy demand. In line with this goal, the amount of greenhouse gas emissions in a baseline scenario in accordance with the continuation of the current trend (BAU) in current industries and also to determine the current and future demand of Iranian industries during the years 2019 to 2035 has been studied.

Findings: four alternative scenarios of energy saving technologies and reduction of carbon dioxide emissions were considered, including industry development and capacity building, possible increase in fuel and electricity prices, implementation of fuel consumption standards, and use of CHP technologies for a period of 15 years. Therefore, the combined implementation of these two policies will lead to a reduction of 8 million tons of emissions (equivalent to a 13% reduction in emissions) equivalent to total CO₂.

Discussion and Conclusion: The results show that the total CO₂ emissions equivalent to the industry will increase from 61 million tons in the baseline scenario to 53 million tons in the 2035 emission reduction scenario. However, due to the implementation of the fuel change policy, the total amount of carbon dioxide emissions has been reduced to 58 million tons (equivalent to 4.9% reduction) and also the implementation of energy efficiency policy has led to the emission of 55 million tons (equivalent to 9.8% reduction) equivalent CO₂ will run until 2035.

 

Keywords: greenhouse gas emissions, energy carriers, country industries, scenario analysis, Leap model.

 

مقدمه

 

استان قزوین از توانائی­های قابل ملاحظه­ای دربخش صنعت برخوردار است و همین امر آن را به یکی از قطب­های صنعتی و متناظر با استان­های صنعتی تهران، اصفهان، خراسان و آذربایجان شرقی تبدیل کرده است. این استان به لحاظ داشتن امکانات بالقوه و بالفعل از نظر زمین، نیروی انسانی، آب، خطوط ارتباطی مناسب و نزدیکی به پایتخت، مورد توجه سرمایه گذاران بخش صنعت می­باشد(1و2). چگونگی پراکنش این واحدها در سطح استان تابع فاکتورهای متعددی از جمله موقعیت اقلیمی و جغرافیایی، فرهنگ، درآمد مردم، بازار تامین مواد اولیه، بازار فروش، امکان دسترسی به شاه راه­های ارتباطی کشور، قطب­های صنعتی سایر استان­ها و نیروی متخصص می­باشد. فراتر از شعاع 120 کیلومتری شهر تهران، بیش از سه هزار واحد صنعتی در استان قزوین استقرار یافته که گویای وجود مزیت نسبی سرمایه­گزاری دراین بخش است. انتخاب محل پروژه صنعتی و رغبت سرمایه گزاران برای احداث واحدهای صنعتی ازعوامل گوناگونی مانند نزدیکی به بازار، نیروی انسانی، وجود زیربناها و غیره  می باشد (11،10)

با توجه به موارد گفته شده و همچنین دستیابی به هدف صرفه­جویی و کاهش هزینه­ها در بخش انرژی و گسترش روز افزون نیازهای کشور در بخش­های مختلف مصرف، برنامه­ریزی برای مدیریت تقاضا و عرضه در بخش انرژی بسیار حائز اهمیت خواهد بود.(3و4)

از آنجایی که در این پژوهش، موضوع مورد بررسی اکتشافی می­باشد، لذا فرضیه­ای برای پژوهش تعریف نشده است. اما مسئله اصلی در این پژوهش، بررسی راه­کارهای کاهش سهم سوخت­های فسیلی همچون نفت خام و گاز طبیعی در بخش صنعت و افزایش سهم انرژی­های تجدیدپذیر است که به صورت پرسش­های زیر مطرح و پاسخ داده شده است:

1-اندازه­گیری مقدار تقاضا و عرضه انرژی در سناریوی مرجع و افق برنامه

2- محاسبه میزان صرفه­جویی در مقدار مصرف سوخت­های فسیلی تحت سناریوهای مدیریت تقاضا و عرضه نسبت به سناریو مرجع

پژوهش­های زیست محیطی که در شهرک­های صنعتی ایران صورت گرفته است، اکثرا مربوط به آلاینده­های موجود در شهرک­ها بر اثر فعالیت واحدهای صنعتی مستقر در آن بوده است(7و8). در خصوص آلاینده های ناشی از مصرف انرژی و نوع و میزان انرژی در واحدهای صنعتی در شهرک­های صنعتی پژوهش­های خاصی در کشور صورت نگرفته است و مطالعات انجام شده در سایر کشورها در مورد برنامه جامع مدیریت مصرف حامل­های انرژی و میزان انتشار آلایندگی­ها با استفاده از مدل Leap در شهرک صنعتی بررسی نشده است(5و6). در این پژوهش با جمع­آوری اطلاعات، نسبت به تدوین برنامه مدیریتی اقدام خواهد شد و مبنای کار این پژوهش، اطلاعات موردی نبوده است. پژوهش­هایی در حوزة برنامه­ریزی بر اساس مدل سیستم انرژی مرجع انجام شده است که به تعدادی از آنها به شرح زیر پرداخته می­شود.

اشراقی و همکاران (١٣٩٢) در مطالعه­ای که با عنوان شبیه­سازی تقاضا و عرضة حامل­های انرژی تا سال ٢٠٣٥ در ایران با استفاده از مدل­ساز Leap با طراحی دو  سناریو یکی ادامة روند پیشین و دیگری استفاده از ١٠ گیگاوات ظرفیت نیروگاه­های حرارتی- خورشیدی  CSPتا سال ٢٠٣٥انجام دادند، به این نتیجه رسیدند که نصب این نیروگاه CSP در مجموع سبب جلوگیری از انتشار ١٥٣ میلیون تن دی اکسید کربن شده و منافعی را از نقطه نظر ایجاد هزینه فرصت صادرات گازوئیل و گاز طبیعی نصیب کشور می­کند(12،13). مرادی و همکاران (١٣٩٢) در پژوهش خود با عنوان توسعة مدل تقاضای انرژی در سطح ملی با استفاده از مدل­ساز Leap، روند تقاضای انرژی در زیر بخش­های خانگی، تجاری، خدمات عمومی، صنعت، حمل و نقل، کشاورزی و روشنایی معابر با استفاده از مدل­ساز Leap را مورد بررسی و تحلیل قرار داده­اند و به این نتیجه رسیده­اند که رشد فزاینده تقاضای انرژی در زیربخش­های مختلف در رشد اقتصادی موثر بوده و ارتباط این دو، حرکت به سمت بهره­گیری بهینه از منابع را ضرورتی انکارناپذیر خواهد کرد(14).  Yophy, et al و همکاران (2019) به کمک مدل Leap به پیش بینی بلند مدت عرضه و تقاضای انرژی در کشور تایوان رامورد مطالعه قرار دادند (16،17).  در این مطالعه چهار سناریو در کنار سناریوی ادامة وضع موجود مورد بررسی قرار گرفت: (الف)کاهش شدت انرژی سالانه به میزان ٢٠ درصد در نتیجة افزایش بازدهی­ها تا پایان سال ٢٠٢٥، (ب) تأثیراتی که کاهش نرخ رشد اقتصادی تایوان در تقاضای انرژی آیندة این کشور به همراه دارد، (پ) احتمال خروج دائمی نیروگاه­های هسته­ای تا سال ٢٠٢٥ و (ت) بکارگیری تمامی سناریوهای فوق به طور همزمان که منجر به صرفه جویی ٨/377 میلیارد کالری (٢٧٢ میلیون بشکه معادل نفت خام) در بخش تقاضا و 3/٢٥٩ میلیارد کالری (7/176 میلیون بشکه معادل نفت خام) در بخش تبدیل انرژی و کاهش تولید دی اکسیدکربن به اندازة ١١١ میلیون تن شد Wang, Y., et al و همکاران(2010) با مطالعة توسعة بخش­های تقاضا و عرضة انرژی در سال­های اخیر کشور چین با استفاده از مدل Leap، به تصویر دورنماهای بخش انرژی تا سال ٢٠٣٠ در آن کشور پرداختند(15،18 ).

سوالات تحقیق:

1-  آیا استاندارد های موجود، پاسخگوی مسایل زیست محیطی شهرکهای صنعتی میباشند و برای واحدهای صنعتی مستقر در شهرکهای صنعتی استاندارد ملی وجود دارد؟

2- چرا برای مدیریت استراتژیک به منظور کاهش گازهای گلخانه ای ناشی ازمصرف انرژی شهرکهای صنعتی تا کنون اقدام جدی اجرایی و عملی صورت نگرفته و مطالعات موردی انجام شده نیز هیچگاه جنبه کاربردی پیدا نکرده اند؟

3- آیا قوانین و دستورالعمل های وضع شده دارای ضمانت اجرایی کافی هستند و مدیریت استراتژیک به منظور کاهش گازهای گلخانه ای ناشی ازمصرف انرژی فعالیت های صنعتی به عنوان یک هدف اصلی به منظورداشتن یک مدیریت بهینه در راستای پیشرفت صنعت و تولید می باشد؟

 

مواد و روش­ها

شهرک صنعتی لیا در حوزه شهرستان البرز در استان قزوین، در فاصله 14 کیلومتری مسیر قزوین به شهرستان بوئین زهرا قرار دارد. این شهرک صنعتی دارای مساحتی برابر 364 هکتاراست و 11 گروه صنعتی و نواحی مستقل مستقر در غالب واحدهای تولیدی را دارا می باشد. و با داشتن بیش از 250 واحد صنعتی بیشترین واحدهای به بهره برداری رسیده مستقر در یک شهرک را به خود اختصاص داده است. در این واحدهای صنعتی بیش از شش هزار نفر مشغول به کار می­باشند(1)

در این پژوهش که در سال 1399 صورت پذیرفت،  ابتدا پس از مطالعات کتابخانه­ای از طریق مطالعه گزارش­های موجود و گردآوری اطلاعات در رابطه با منطقه صنعتی لیا، با استفاده از بازدید میدانی، مصاحبه با مسئولان منطقه و رجوع به سازمان­های مربوطه، اطلاعاتی از قبیل نقشه، عکس و وضعیت موجود منطقه و مصارف حامل­های انرژی جمع آوری گردید.. سپس مصارف حامل­های انرژی و انتشار آلایندگی و گازهای گلخانه و همچنین هزینه­های انتشار زیست محیطی شهرک صنعتی لیا مورد مدل­سازی و تجزیه و تحلیل قرار گرفت. مدل­سازی با بهره­گیری از نرم افزار Leap انجام شد. بطور کلی مراحل اجرای طرح به این شرح  می­باشد..

مرحله اول: گردآوری داده­های مصارف حامل­های انرژی شامل گاز طبیعی، نفت گاز، نفت کوره و برق به تفکیک تک تک صنایع از سال 1396 تا 1398 و داده­های ظرفیت اسمی، نرخ تولید صنعتی و تعداد نیروی کار در بازه زمانی تعریف شده.

مرحله دوم: ایجاد ساختار تقاضای انرژی و انتشار آلایندگی شهرک صنعتی لیا بر اساس طبقه­بندی مشخص در محیط  برنامه Leap

مرحله سوم: بررسی، تحلیل، طبقه­بندی و پردازش داده­های مربوط به ظرفیت، مصرف سوخت، برق و آماده سازی برای ورود به مدل Leap

مرحه چهارم: انجام تنظیمات مقتضی در مدل، تنظیم واحدها، تغذیه داده­های ظرفیت اسمی، نرخ تولید، حجم فعالیت، شدت مصرف سوخت، شدت مصرف برق و سهم حامل­های انرژی در دسته­های صنایع مختلف

مرحله پنجم: مدل­سازی سناریوی مرجع و تغذیه داده­های مقتضی در مدل

مرحله ششم: اجرای مدل، خطاگیری و تایید نتایج در سناریوی مرجع

مرحله هفتم: طرح چهار سناریوی محتمل و مدل­سازی در محیط Leap و تغذیه داده­های مربوطه

مرحه هشتم: اجرای مدل در سناریوهای مختلف و استخراج نتایج همانند مصرف انرژی برق و سوخت در سناریوهای مختلف، انتشار آلاینده­ها و هزینه­های زیست محیطی در سناریوها

مرحه نهم: تجزیه و تحلیل نتایج مدل و ارائه سناریوهای برتر. جزئیات چارچوب انجام طرح در شکل 1 نمایش داده شده است.

 

 

 

شکل 1- چارچوب روش شناسی اجرای مدل

Figure 1.Methodological framework of model implementation

 

 

ساختار مدل تقاضای انرژی و انتشار آلایندگی و سناریوی مرجع

سناریوی مرجع با اسامی دیگری نظیر سناریوی خط مبنا و سناریوی BAU نیز توصیف شد که بیانگر تداوم روند فعلی در آینده و مبنایی برای مقایسه وضعیت­های بهبود با وضعیت موجود در آینده است. با توجه به وجود چهار سناریوی دیگر در این مدل، سناریوهای مذکور با سناریوی مرجع مقایسه شده و بهبودهای ایجاد شده در آنها مشخص خواهد گردید.

تنظیمات اصلی مدل انرژی دارای ابعاد زیر می باشد:

سال مبنای مدل: 1396 (2017) و سال ابتدای شبیه­سازی: 1399 (2020)   و افق مدل­سازی: 1414 (2035)

اجرای مدل در سناریوی مرجع و تحلیل نتایج

بعد از ایجاد ساختار مدل، و تعیین اجزای آن، داده­های مربوط به ظرفیت اسمی یا نیروی کار، ضریب ظرفیت، شدت مصرف برق، گاز طبیعی و نفت گاز و ضرایب انتشار زیست محیطی ناشی از احتراق سوخت در مدل وارد گردید. داده ها در یک فرآیند فیلتراسیون، دسته­بندی و پردازش شد.. در ادامه نتایج اجرای مدل در سناریوی مرجع نمایش داده شدند که این نتایج شامل مصارف حامل­های انرژی، میزان انتشار آلایندگی­ها و گازهای گلخانه­ای و هزینه­های انتشار ناشی از احتراق سوخت­های فسیلی می­باشد.

سناریو مصارف حامل­های انرژی

بررسی های اولیه نشان داد که هیچ­گونه برنامه توسعه^ء روشنی برای افزایش ظرفیت صنایع و یا توسعه صنایع جدید در این شهرک صنعتی وجود ندارد و در آینده برنامه­های مختلفی برای کاهش مصرف انرژی و کاهش آلایندگی در دستور کار قرار دارد و صنایع داوطلبانه به جهت کاهش هزینه­های انرژی تلاش خود را برای کاهش شدت مصرف انرژی ادامه می­دهند تا این وضعیت کاهش شدت مصرف انرژی(به کندی) نسبت به وضعیت موجود در آینده نیز تداوم خواهد داشت. بررسی نتایج حاصل از اجرای مدل نشان داد که مصرف حامل­های انرژی این شهرک صنعتی در سال 1396 بالغ بر 624500  هزار بشکه معادل نفت خام بوده است. همان طور که در شکل 2 ارائه شده است مصرف انرژی ابتدا افزایش و سپس به تدریج کاهش یافته و در نهایت به حدود 640500 هزار بشکه معادل نفت خام در سال 1398 بالغ می­شود.

 

 

 

شکل2- روند تقاضای انرژی در شهرک صنعتی لیا در سناریوی مرجع

Figure 2 . Energy demand trend in Lea Industrial Park in the reference scenario

 

 

میانگین رشد کل تقاضای انرژی شهرک صنعتی لیا سالانه حدود 16/0 درصد است. همچنین از نظر سهم صنایع در کل مصرف انرژی در سال 1398، بیشترین سهم با 81/28 درصد مربوط به صنایع شیمیایی بوده و صنایع غدایی با سهم 70/24 درصد و تولیدات صنعتی نیز با سهم 69/15 درصد در رده های بعدی قراردارند. جزئیات سهم صنایع در تقاضای انرژی در شکل 3 نمایش داده شده است.

است

 

.

شکل 3- سهم انواع صنایع در کل تقاضای انرژی شهرک صنعتی لیا در سال 1396

Figure 3.The share of various industries in energy demand of Lea Industrial Town in 1396

 

 

 

روند تقاضای گاز طبیعی در شهرک صنعتی لیا

 

بررسی نتایج مدل بیانگر آن است که کل تقاضای گاز طبیعی در این شهرک صنعتی در سال 1396 بالغ بر 214/74 میلیون مترمکعب در سال بوده است که با افزایشی اندکی به 719/88 میلیون مترمکعب در سال 1398 رسیده است و انتظار می رود این میزان با اندکی کاهش همراه بوده و به مقدار 889/77 میلیون مترمکعب در سال 1414 (2035) برسد. همان طورکه در شکل 4 نشان داده شده است، بیشترین تقاضای گاز طبیعی در صنایع شیمیایی بوده و صنایع غذایی و تولیدات صنعتی در رتبه بعدی قرار دارند.

 

شکل 4-روند تقاضای گاز طبیعی در شهرک صنعتی لیا در سناریوی مرجع (میلیون مترمکعب در سال)

Figure 4 .Natural gas demand trend in Lea Industrial Park in the reference scenario

 (million cubic meters per year)

 

 روند تقاضای برق در شهرک صنعتی لیا

 

تقاضای برق در سال 1396 حدود 215/203 میلیون کیلووات ساعت بوده است که با افزایش محسوسی به دلیل رشد اقتصادی کشور به 344/231 میلیون کیلوات ساعت در سال 1398 رسیده است و انتظار می رود در سال 1414 میزان کل تقاضای برق این شهرک صنعتی به 708/190 میلیون کیلو وات ساعت کاهش ­یابد و دلیل کاهش، شدت مصرف انرژی در نتیجه رشد طبیعی فناوری و حساسیت به مصرف برق بدلیل افزایش قیمت و آگاهی فعالان صنعتی می­باشد.

سناریوی کل انتشارات آلاینده ها

انتشارات ناشی از مصرف سوخت­های فسیلی در شهرک صنعتی لیا به دو صورت آلایندگی محلی و انتشار ناشی ازگازهای گلخانه­ای خود را نشان داد که هر دو این انتشارات خسارات محلی و جهانی بر جای خواهد گذاشت.

 

سناریوی کل انتشارات آلودگی

بررسی نتایج مدل نشان می­دهد که کل انتشارات آلودگی ناشی از فعالیت این شهرک صنعتی در سال 1396 بالغ بر 257/164 هزار تن در سال بود که این میزان در سال 1398 به 690/196 هزار تن رسیده و انتظار می رود همانند شکل 5 میزان روند انتشارات در سال­های مختلف تغییرات اندکی داشته و به مقدار 078/172 هزار تن در سال 1414 برسد. گازهای گلخانه ای عمده ناشی از احتراق سوخت شامل دی اکسید کربن (CO₂)، متان (CH₄)  و نیتروس اکسید (N₂O) می­باشد. اثر مستقیم GHG تله گذاری برای خروج تشعشعات حرارتی از جو زمین می­باشد و اثر غیرمستقیم آنها دگردیسی یا اثرگذاری بر تشکیل یا تخریب سایر گازهای گلخانه ای و طولانی شدن عمر این گازها در اتمسفر است.. بررسی نتایج مدل نشان می­دهد که میزان کل انتشار گازهای گلخانه­ای (با توجه به سهم بالای گاز دی اکسیدکربن در احتراق سوخت) از حدود 164 هزارتن معادل دی اکسیدکربن در سال 1396 به 172 هزار تن در سال 1414 خواهد رسید.

 

شکل5- روند انتشار آلاینده­های زیست محیطی ناشی از احتراق سوخت در شهرک صنعتی لیا در سناریوی مرجع

Figure 5. Emission of environmental pollutants due to fuel combustion in Lea Industrial Park in the reference scenario

 

 

شکل6- روند تغییرات هزینه غیرمستقیم انتشار گازهای آلاینده ناشی از احتراق سوخت در شهرک صنعتی لیا در سناریوی مرجع

Figure 6. The trend of changes in the indirect cost of emissions from fuel combustion in Lea Industrial Park in the reference scenario

 

 

همچنین هزینه انتشار گازهای آلاینده اعم از آلاینده­های محلی و گلخانه­ای در سال 1396 بالغ بر 6/2007 هزار دلار بود که این مقدار با افزایش محسوسی به 9/2403 هزار دلار در سال 1398 رسید و انتظار می رود  که در سال 1414 به بیش از 3/2103 هزار دلار بالغ شود.

توصیف سناریوها و اجرای مدل در سناریوها

با بررسی­های انجام گرفته چهار راهکار محتمل برای بهبود وضعیت مصرف انرژی و انتشار آلایندگی بر اساس مجموع شرایط سیستم انرژی کشور، شهرک صنعتی لیا و احتمال بالای سخت­گیری­ها نسبت به مصرف حامل­های انرژی(شدت مصرف انرژی) و انتشارات زیست محیطی انتخاب گردید که این راهکارها در قالب سناریوهای مختلف در محیط مدل Leap مدل سازی شد. نکته قابل توجه آن که مدل ، طوری طراحی شد که امکان تغییرات  پارامترها بر مبنای مستندات وجود داشته باشد و بررسی های نشان داد که اعداد کلیدی در نظر گرفته شده در این پژوهش مناسب انتخاب شده ونزدیک به واقعیت بود..

 

 استخراج نتایج در سناریوهای مختلف

تحلیل تقاضای انرژی بررسی نتایج حاصل از اجرای مدل در سناریوهای مختلف نشان می­دهد که کل تقاضای انرژی در سناریوهای مختلف نسبت به سناریوی مرجع روند متفاوتی را طی خواهد نمود که بیانگر میزان صرفه­جویی در مصرف انرژی و یا مصرف بیشتر حامل­های انرژی خواهد بود. انتظار می­رود بیشترین میزان صرفه­جویی در مصرف انرژی با اجرای راهکارهای غیر قیمتی حاصل شود که جزئیات روندها در شکل 7 نمایش داده شده است و همچنین با بهبود فضای اقتصادی کشور و افزایش نرخ تولید صنایع به 70 درصد، انتظار می­رود میزان مصرف انرژی در شهرک صنعتی لیا نسبت به روند خط مبنا با افزایش قابل توجهی همراه باشد.

 

 

 

شکل 7- روند تغییرات تقاضای کل حامل­های انرژی در شهرک صنعتی لیا نسبت به سناریوی مرجع

Figure 7. The trend of changes in the total demand of energy carriers in Lea Industrial Park compared to the reference scenario

 

 

روند تغییرات انتشارات زیست محیطی وهزینه های غیرمستقیم در سناریوهای مختلف

در سناریوهای مختلف روندهای مختلفی برای مصرف انرژی و به تبع آن انتشار آلاینده­های زیست محیطی ناشی از احتراق سوخت متصور است، به طوری که بیشترین کاهش انتشار آلایندگی در سناریوی بهینه سازی مصرف انرژی به میزان 7/23 هزار تن معادل دی­اکسیدکربن در سال افق مدل­سازی به دست آمد و بیشترین افزایش نیز در همان سال به میزان 4/73 هزار تن در سناریو بهبود نرخ تولیدات صنعتی پیش آمد. جزئیات بیشتر در شکل 8 نمایش داده شده است.

 

شکل 8- روند انتشارات زیست محیطی در سناریوهای مختلف نسبت به سناریوی مرجع (هزار تن در سال)

Figure 8. Trend of environmental emissions in different scenarios compared to the reference scenario

 (Thousand tons per year)

 

 

بررسی نتایج مدل منعکس شده در  شکل 9 نشان می­دهد که هزینه­های غیر مستقیم زیست محیطی در هرکدام از سناریوها به تفکیک  حداکثر به میزان 4/898 هزار دلار نسبت به سناریوی مرجع افزایش یافته و در سناریوی اجرای راهکارهای بهینه سازی مصرف انرژی نسبت به سناریوی مرجع به میزان 1/290 هزار دلار در سال کاهش می­یابد.

 

شکل 9- روند هزینه های غیر مستقیم زیست محیطی ناشی از احتراق سوخت در سناریوهای مختلف  نسبت به سناریوی مرجع

Figure 9. Trend of indirect environmental costs due to fuel combustion in different scenarios compared to the reference scenario

 

 

تحلیل وضعیت CHP

 

بررسی نتایج مدل نشان داد که روند تولید برق و حرارت CHP در این سناریو همانند شکل 10 بوده و ظرفیت موردنیاز نصب نیز از 10 مگاوات در سال 2019 تا 40 مگاوات در سال انتهای مدل افزایش یافته و تغییرات تولید سالانه برق و حرارت سیستم CHP در سناریوی مربوطه در  منعکس شده است. همچنین نتایج حاصل از اجرای مدل در سناریوی CHP نشان داد که تقاضای گاز طبیعی موردنیاز برای بهره برداری CHP به حدود 2 میلیون مترمکعب در سال 1414 رسید که روند آن در شکل 11 آورده شده است.

 

شکل10- روند تولید برق و حرارت سیستم CHP در سناریوی مربوطه

Figure 10. Electricity and heat generation process of CHP system in the relevant scenario

 

شکل11- روند تقاضای گاز طبیعی در سناریوی CHP جهت تولید برق و حرارت

Figure 11. Natural gas demand trend in the CHP scenario to generate electricity and heat

 

 

 

 

نتایج و بحث

 

به منظور جمع بندی نتایج مدل، یک سناریوی مادر در نظر گرفته شد که این سناریوی مادر از تلفیق سناریوهای محتمل قبلی تشکیل شد. البته با توجه به این که سناریوی افزایش نرخ ظرفیت تولید یک سناریوی غیر مرتبط با انرژی می­باشد، و احتمال وقوع آن در قیاس با سایر سناریوها کمتر است، سناریوی مادر از تلفیق سه سناریوی باقی مانده تشکیل شد و در نهایت سناریوی مادر با نام Energy Policy شناسانده ­شد. 

 

شکل12- قیاس روند تقاضای انرژی در سناریوی مرجع و سناریوی بهینه سازی مصرف انرژی

Figure 12 . Comparison of energy demand trends in the reference scenario and energy consumption optimization scenario

شکل13- میزان صرفه انرژی در سناریوی سیاستگذاری انرژی (سناریوی مادر)

Figure 13. Energy saving rate in energy policy scenario (mother scenario)

 

 

روند تغییرات شدت مصرف انرژی در دو سناریوی و قیاس آنها در شکل­های 12، 13 و 14 نمایش داده شده است.نتایج مدل نشان می­دهد که میزان انتشار کل گازهای گلخانه­ای در سناریوی سیاست گذاری انرژی3/146 هزار تن در سال 1414 (2035) خواهد رسید که نسبت به وضعیت سال 1396 که 7/196 هزار تن می باشد، کاهش 6/25 درصدی را خواهد داشت. روند صرفه جویی میزان انتشار گازهای گلخانه­ای در سناریوی سیاست گذاری انرژی نسبت به سناریوی مرجع در شکل 14 نشان داده شده است.

 

شکل14-روند کاهش انتشار گازهای گلخانه ای در سناریوی سیاستگذاری انرژی

Figure 14 .The trend of reducing greenhouse gas emissions in the energy policy scenario

 

همچنین روند انتشار هزینه های زیست محیطی (Externality Cost) در سناریوی سیاست گذاری انرژی در قیاس با سناریوی مرجع همانند شکل 15خواهد بود که بیانگر کاهش 25 درصدی هزینه ها افق مدل سازی نسبت به وضعیت موجود خواهد بود.

 

شکل 15-  قیاس هزینه های Externality Cost در دوسناریوی مرجع و سیاست گذاری انرژی

Figure 15 . Comparison of Externality Costs in the reference scenario and energy policy

 

 

بنابراین شهرک صنعتی لیا می­تواند به مثابه مدلی در کشور در جهت تبدیل شدن به یک شهرک نمونه صنعتی با اجرای برخی از راهکارهای کاهش مصرف انرژی و انتشارات زیست محیطی تبدیل شود.

 

نتیجه­گیری

در این پژوهش با شناخت فرآیند تولید در بخش صنعت و بررسی عوامل خارجی و همچنین شناسایی روش‌های کاهش میزان مصرف انرژی در صنعت، اطلاعات مورد نیاز برای تعیین پتانسیل بهره‌وری انرژی (شدت انرژی) در صنایع مستقر در شهرک صنعتی لیا محاسبه و به صورت یک متغیر برون زا وارد نرم افزار Leap گردید. 

مطالعات آژانس بین‌المللی انرژی نشان می‌دهد که آینده انرژی جهان متعلق به گاز طبیعی است. اغلب صاحب‌نظران مسائل انرژی بر این باروند که بهره‌گیری افزون‌تر از گاز طبیعی از ملزومات توسعه پایدار محسوب شده و این فرآورده به عنوان سوخت منتخب قرن حاضر شناخته می‌شود. کشور ایران با در اختیار داشتن ذخایر عظیم گاز طبیعی (3/26 تریلیون مترمکعب برابر با 18 درصد ذخایر کل جهان) یکی از غنی‌ترین کشورهای جهان در این زمینه به شمار می‌آید. از نظر ذخایر گاز طبیعی، ایران پس از روسیه در مقام دوم جهان قرار دارد و در بین کشورهای عضو اوپک رتبه نخست را دارا می‌باشد. سیاست انرژی کشور در بخش گاز طبیعی بر اصول کلی زیر استوار شده است:

1-بهره‌گیری بیشتر از منابع گاز طبیعی و افزایش سهم گاز در سبد مصرفی حامل‌های انرژی از طریق جایگزینی گاز طبیعی با فرآورده‌های نفتی.

2- ارتقای جایگاه ایران در بازارهای بین‌المللی و صادرات گاز طبیعی.

با ازدیاد سهم گاز در سبد انرژی مصرفی کشور، در مصرف نفت‌خام و فرآورده‌های نفتی صرفه‌جویی صورت می‌گیرد. به علاوه به دلیل پاک بودن گاز طبیعی نسبت به سایر حامل‌های فسیلی اثرات گلخانه‌ای نیز کاهش یافته و تأثیر زیست محیطی مطلوبی به دنبال خواهد داشت. با برنامه‌ریزی‌های انجام شده قرار است کشور ایران تولید گاز خود را از 500 میلیون متر مکعب در روز به بیش از 700 میلیون متر مکعب در روز تا سال 2010 برساند که این رقم تولیدی قادراست انجام طرح‌های جایگزینی گاز با فرآورده‌های نفتی در داخل کشور و ارتقای جایگاه صادرات ایران در بازارهای بین‌المللی گاز طبیعی را فراهم نماید.

با بررسی نتایج سناریوی پایه و سناریوی کاهش انتشار پیشنهاد می‌شود که جهت کاهش انتشار گازهای گلخانه ای در صنایع شهرک صنعتی لیا، ابتدا تقاضای حامل‌های انرژی در سناریوی مبنا در یک افق بلند مدت (20-10 سال‌) با توجه به سیاست‌های توسعه کشور برآورد شود و چرخه تولید حامل‌های انرژی در جهت برآورد این تقاضا نیز توسعه داده شود. سپس در سناریوی کاهش انتشار در چرخه تقاضا با استفاده از طرح‌های بهینه‌سازی مصرف انرژی و جایگزینی سوخت‌های سنگین با گازطبیعی، استفاده از تجهیزات با راندمان بالاتر، تقاضای حامل‌های انرژی را بهینه نمود. همچنین می­توان با توسعه یک سناریویی دیگر در چرخه عرضه با کاهش تلفات حامل‌های انرژی و انرژی حاصل از آنها و استفاده بیشتر از منابع تجدید‌پذیر در تولید نیرو نظیر انرژی خورشیدی، زمین گرمایی و انرژی امواج و هیدروژن، میزان استحصال از منابع اولیه انرژی نظیر نفت و گاز و زغال سنگ و به پیامد آن آلاینده‌های انتشاری را کاهش داد. همچنین پیشنهاد می‌شود که برای بررسی دقیق و تعیین میزان انتشار دی اکسیدکربن و گازهای گلخانه­ای در صنایع، اثر فعالیت‌های مختلف بر کاهش مصرف تک‌تک حامل‌های انرژی تعیین گردد.

 

References

1. Sadeghi, 1994, Greenhouse gases, Study of emission factors and limiting technologies, Office of Environmental Research. (In Persian)
2. Abdoli, 1997. Estimation of greenhouse gas emissions in Iran. The First National Energy Conference of Iran (Strategic Energy Issues) Tehran, pp. 41-55. (In Persian)
3. Taqdisian,. Minapur. 2003. Climate change, what we need to know. Tehran: Publications of the Environmental Research Center of the Environmental Protection Organization, National Water Plan Office. (In Persian)
4. Danesh,. 2003. An Analysis of Greenhouse Gas Emissions from Different Subdivisions of the Country, Environmental Research Center of the Environmental Protection Organization. (In Persian)
5. Turkmani et al., 2005. Policy-making of energy resources in the industrial sector with environmental standards, Office of National Climate Change Plan, Environmental Protection Organization. (In Persian)
6. Rahimi Nastaran 2002. Investigating the trend of greenhouse gas emissions in the domestic-commercial, agricultural and transportation sectors. Department of Environment Planning Office of the Deputy Minister of Energy of the Ministry of Energy, Science and Technology of the Environment, pp. 63-78. (In Persian)
7. Sadeghi 2003. Energy resources policy in the industrial sector with environmental standards, Sharif University of Technology. (In Persian)
8. Iran Energy Productivity Organization (SABA). 2005. Investigating the needs of technology transfer in order to deal with the effects of climate change. Ministry of Energy - Deputy Minister of Energy. (In Persian)
9. Environmental Protection Agency. 2000. Set of Iranian Environmental Protection Laws and Regulations, Text of the Kyoto Protocol to the United Nations Framework Convention on Climate Change, Legal Office and Parliamentary Affairs. (In Persian)
10. Environmental Protection Agency in cooperation with the United Nations Development Program. 2003. First National Climate Change Report, published by the Environmental Protection Agency. (In Persian)
11. International Energy Study Institute. 2004. Forecast of the country's energy demand by segments of energy carriers, Ministry of Oil. (In Persian)
12. Ebrahimi 2008. Methods to reduce emissions of non-energy group of industrial processes, Environmental Protection Organization. (In Persian)
13. Shakeri et al. Journal of Iran Energy Economics Research Year 8, Issue 2, Winter 1397 Pages 1-4 Simulation of Iran Energy Balance Sheet for Year 1 and Designing Demands for Demand and Supply Management Using LEAP Modeling. (In Persian)
14. Eshraghi, Hadi, Maleki, Abbas and Vakili, Ali (1, (Simulation of demand and supply of energy carriers up to year 3 in Iran using LEAP modeler, energy planning and policy research, first year, number 3, pp. 113-136. (In Persian)
15. Moradi, Mohammad, Ahmadi, Somayeh and Amidpour, Majid (2017, Development of energy demand model at the national level using LEAP modeler, Energy Planning and Policy Research, First Year, No. 3, pp. 5-82. (In Persian)
16. Wang, Y., Gu, A., Zhang, A., (2010). Recent development of energy supply and demand in China, and energy sector prospects through 2030. Energy Policy.
17. Yophy, H., Jeffrey, B.Y., Chieh-Yu, P., (2010). The long-term forecast of Taiwan’s energy supply and demand: LEAP model application. Energy Policy.
18. Zamani, M., (2007). Energy consumption and economic activities in Iran. Energy Economics, 29, 1135–1140
19. Wang, K. 2007. Scenario analysis on CO2 emissions reduction potential in Chinas iron and steel industry. Energy Policy.No:35. pp. 2320-2335

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

[1] - دانشجوی دکتری تخصصی گروه مدیریت  محیط زیست، واحد علوم و تحقیقات، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران.

[2] - دانشیار گروه مهندسی محیط زیست، واحد علوم و تحقیقات، دانشگاه آزاد اسلامی،  تهران، ایران ^*(مسوول مکاتبات)

[3] - دانشکده مهندسی عمران ، آب و محیط زیست ، دانشگاه شهید بهشتی، تهران، ایران.

[4]- Ph.D. student, Department of environment Management, IslamicAzad University, Science and research branch, Tehran, Iran.

[5]- Department of environment engineering, IslamicAzad University, Science and research branch, Tehran, Iran. *(Corresponding Author)

[6]- Alireza Vafaeinejad –Faculty of Civil ، Water and Environmental Engineering ، Shaid Beheshti University Tehran ، Iran.

تعداد مشاهده مقاله: 527

تعداد دریافت فایل اصل مقاله: 165