Netshahr

دانشكده

گروه سنجش از دور و سیستم اطلاعات جغرافیایی

پيشنهاد طرح پژوهشی پایان نامه براي دريافت درجه کارشناسی ارشد

در رشته ي سنجش از دور و سیستم اطلاعات جغرافیایی گرايش مطالعات شهري و روستايي

عنوان فارسي

امکان‌سنجی استفاده از انرژی خورشیدی در پاسگاه‌های مرزی استان آذربایجان غربی با استفاده از GIS RS

عنوان انگليسي

     

استاد راهنما

دکتر

استاد مشاور   

پژوهشگر

Heremap.ir 

تاریخ ارائه طرح پایان نامه

     

 

فهرست مطالب:

الف) چكيده

ب) بيان مسئله

ج) سئوالات تحقيق

د) فرضيات تحقيق

ه) بررسي منابع

و) مواد و روش ها (روش تحقیق)

ز) نتايج مورد انتظار

ي) منابع و ماخذ

ك) واژه نامه

الف) چكيده

انرژي خورشیدي در مقایسه با سایر منابع انرژي یکی از مهم‌ترین، قابل‌دسترس‌ترین و پاک‌ترین منابع کره زمین است که براي بهره‌برداری از آن نیاز به فنّاوری پیشرفته و پرخرج نیست. این انرژي به‌عنوان یک منبع مفید که فاقد خطر و اثرات نامطلوب زیست‌محیطی است می‌تواند در مناطقی که محدودیت منابع زیرزمینی دارند و همچنین در مناطقی مثل بعضی از پاسگاه‌های مرزی به علت قرار گرفتن در مناطق صعب‌العبور و کوهستانی و نداشتن شبکه برق‌رسانی براي رشد و توسعه اقتصادي استفاده گردد. هدف از این تحقیق امکان‌سنجی استفاده از انرژی خورشیدی در پاسگاه‌های مرزی استان آذربایجان غربی با استفاده GIS RS می‌باشد و این اصل با استفاده از داده‌های ساعات آفتابی به عنوان مهمترین پارامتر در بهره برداري از انرژي خورشیدي و پارامترهاي مؤثر بر ساعات آفتابی مانند ابرناکی، روز هاي گرد و خاك، رطوبت نسبی، ارتفاع و بارش سالانه، همچنین استفاده از تصاویر ماهواره لندست ۸ و (DEM) منطقه با محیط GIS تحقق می یابد.

كلمات كليدي: انرژی خورشیدی، پاسگاه‌های مرزی، آذربایجان غربی، GIS RS

ب) بیان مسئله

انرژی خورشیدی منحصربه‌فردترین منبع انرژی تجدید پذیر در جهان است و منبع اصلی‌ تمامی‌ انرژی‌های موجود در زمین هست. انرژی خورشیدی به‌صورت مستقیم و غیرمستقیم می‌تواند به اشکال دیگر انرژی تبدیل گردد. به‌طورکلی‌ انرژی متصاعد شده از خورشیدی در حدود ۳.۸ در ۱۰۲۳ کیلووات در ثانیه هست.

ایران با داشتن حدود ۳۰۰ روز آفتابی در سال جزو بهترین کشورهای دنیا درزمینه پتانسیل انرژی خورشیدی در جهان هست. با توجه به موقعیت جغرافیای ایران و پراکندگی روستای در کشور، استفاده از انرژی خورشیدی یکی‌ از مهم‌ترین عواملی است که باید موردتوجه قرار گیرد. استفاده از انرژی خورشیدی یکی‌ از بهترین راه‌های برق‌رسانی و تولید انرژی در مقایسه با دیگر مدل‌های انتقال انرژی به روستاها و نقاط دورافتاده در کشور ازنظر هزینه، حمل نقل، نگهداری و عوامل مشابه می‌باشد.

با توجه به استاندارد‌های بین‌المللی اگر میانگین انرژی تابشی‌ خورشید در روز بالاتر از ۳.۵ کیلووات ساعت در مترمربع (۳۵۰۰ وات/ساعت) باشد استفاده از مدل‌های انرژی خورشیدی نظیر کلکتورهای خورشیدی یا سیستم‌های فتوولتائیک بسیار اقتصادی و مقرون به‌صرفه است.

در بسیاری از قسمت‌های ایران انرژی تابشی خورشید بسیار بالاتر از این میانگین بین‌المللی می‌باشد و در برخی‌ از نقاط حتی بالاتر از ۷ تا ۸ کیلووات ساعت بر مترمربع اندازه‌گیری شده است ولی‌ به‌طور متوسط انرژی تابشی‌ خورشید بر سطح سرزمین ایران حدود ۴.۵ کیلووات ساعت بر مترمربع است.

 مصارف عمده استفاده از انرژی خورشیدی عبارت‌اند از: تولید الکتریسیته، تولید گرما، خشک‌کن‌های خورشیدی، آب‌شیرین‌کن‌های خورشیدی، یخچال خورشیدی، سیستم‌های پشتیبان مخابراتی، شارژ باتری و …(وب‌سایت سازمان انرژی‌های نو ایران (سانا) وابسته به وزارت نیرو)

سوخت‌های فسیلی بیش از ۹۵ درصد انرژی ایران و بیش از ۸۱ درصد انرژی مصرفی دنیا را تأمین می‌کند مصرف گسترده و بی‌رویه سوخت‌های فسیلی باعث بالا رفتن دمای کره زمین، بارش‌های اسیدی اثر گلخانه‌ای و کاهش لایه ازون می‌شود. انرژی خورشیدی یکی از تمیزترین انرژی‌های غیر فسیلی است و استفاده از آن کمترین آلودگی را برای محیط‌زیست به وجود می‌آورد (معینی و همکاران ۱۳۸۹ به نقل از حببی نیا ۱۳۹۱)

شدت تابش خورشید بستگی به شرایط جوی فصل و زاویه برخورد اشعه خورشیدی به سطح زمین و فاصله زمین تا خورشید دارد. انرژی خورشیدی رسیده به زمین وقتی حداکثر مقدار را دارد که اشعه‌ها به‌طور مستقیم و عمودی به سطح برخورد کنند.

اختلاف در شدت تابش خورشیدی بر روی سطح زمین می‌تواند به دلیل عوامل زیر باشد

  • تغییرات در تابش خورشید
  • تغیر در فاصله زمین تا خورشید
  • میزان بخارآب جو
  • غبار و ذرات معلق در جو
  • ارتفاع خورشیدی بسته به عرض جغرافیایی
  • ارتفاع سطح منطقه (سنجش‌ازدور حرارتی،۱۳۸۷ علوی پناه، ص ۵۰)

یکی از کاربردهای مهم انرژی خورشیدی تبدیل آن به انرژی الکتریکی به کمک سیستم‌های حرارتی و سیستم‌های فتوولتائیک می‌باشد که یکی از انواع آن استفاده از این انرژی پاک در روشنایی جاده‌ها، میادین شهری پارک‌ها و مناطق صعب‌العبور مانند کوهت و جنگل‌ها است، به دلیل عدم وجود روشنایی کافی در محیط شهری، تأمین این نوع روشنایی کاملاً ضروری به نظر می‌رسد (دلیر احمدآباد، ندا ۱۳۹۲)

اکثر مناطق مرزی استان آستان آذربایجان غربی به دلیل ارتفاع زیاد، صعب‌العبور بودن و شرایط توپوگرافی نامساعد امکان برق‌رسانی و ایجاد سیستم‌های روشنایی یا وجود ندارد و یا ازلحاظ اقتصادی مقرون‌به‌صرفه نیست.

شمال غرب ایران که بخش از نیمه شمالی محسوب می‌شود هرچند در فصل سرد سال به دلیل قرارگیری در معرض توده‌هواهای مختلف دارای ساعات ابرناکی زیادی می‌باشد اما در فصل گرم سال با حاکم بودن توده‌هواهای نسبتاً یکنواخت و وجود تنوع توپوگرافی زیاد دارایم مناطق تابشی بسیار متفاوتی می‌باشد. منطقه شمال غرب کشور به علت برخورداری از هوای سرد و کوهستانی، طبیعتاً در تأمین انرژی موردنیاز بخش‌های مختلف جامه با مشکلات و محدودیت‌های روبه‌رو خواهد شد ازاین‌رو بررسی و شناخت دقیق انرژی خورشیدی به‌عنوان برترین انرژی جهان در منطقه موردمطالعه برای برنامه‌ریزی و مدیریت صحیح انرژی و دستیابی به آینده قابل‌اعتماد امری اجتناب‌ناپذیر است. (عدالت دوست ۱۳۸۴ ص ۴ به نقل از جببی نیا ۱۳۹۱)

محدودیت برق‌رسانی و تأمین سوخت برای نقاط مرزی دورافتاده و صعب‌العبور ازجمله پاسگاه‌های مرزی که فاقد شبکه برق‌رسانی هستند استفاده از انرژی‌های مانند انرژی خورشیدی می‌تواند جایگاه ویژه‌ای داشته باشد.

ج) سؤالات تحقیق

  1. آیا مقدار انرژی دریافتی با افزایش ارتفاع زیادتر می‌شود؟
  2. آیا پاسگاه‌های موردمطالعه در تمام فصول سال امکان استفاده از انرژی خورشیدی رادارند؟
  3. آبا استفاده از سیستم فتوولتائیک جهت تأمین و بهبود شرایط روشنایی در منطقه موردمطالعه به‌جای شبکه برقی مقدور است؟
  4. توزیع مکانی مقدار تابش رسیده به سطح زمین در مناطق مرزی چگونه است؟

د) فرضیات تحقیق

  1. پتانسیل انرژی خورشیدی در پاسگاه‌های با ارتفاع زیاد در منطقه موردمطالعه افزایش می‌یابد.
  2. بیش از نصف سال در پاسگاه‌های موردمطالعه امکان استفاده از انرژی خورشیدی وجود دارد.
  3. عوامل اقلیمی نظیر عرض جغرافیای، ارتفاع شیب و جهت ناهمواری نسبت به عناصر اقلیمی مانند رطوبت و ابرناکی نقش بیشتری را در دریافت انرژی خورشیدی در منطقه موردمطالعه ایفا می‌کنند.
  4. استفاده از سیستم فتوولتائیک جهت تأمین و بهبود شرایط روشنایی در منطقه موردمطالعه به‌جای شبکه برقی مقدور است.

ه) بررسی منابع

منابع خارجی:

(یبوا و همکاران ۱۹۹۱) با پیش‌بینی تابش جهانی به‌وسیله روش آنگستروم پرداخته‌اند آن‌ها از این مدل برای محاسبه تابش در جزیره موتور بین سال ۱۹۸۵ – ۱۹۸۷ با استفاده از داده‌های ساعت آفتابی اقدام کردند. نتایج نشان می‌دهند که ضریب رگرسیون داده‌های محاسبه‌شده برای داده‌های تابشی روزانه‌ای اندازه‌گیری شده بازده بالای ۰٫۹۸ درصد را نشان می‌دهد(به نقل از دلیر احمدآباد، ندا ۱۳۹۲)

(آمپرین و همکاران،۱۹۹۹) به برآورد میزان تابش خورشیدی با استفاده از ساعات آفتابی پرداخته‌اند و نتیجه گرفته‌اند مدل مثلثاتی یکی از بهترین روش‌ها برای برآوردی میزان انرژی خورشیدی می‌باشد. این مدل با استفاده از اطلاعات اضافی مثل زاویه و ارتفاع خورشید نتایج قابل‌قبول‌تری را عرضه می‌کند و همین‌طور همه مدل‌های غیرخطی ارائه پیش‌بینی‌های دقیق‌تری را نسبت به مدل پایه خطی انجام می‌دهند (به نقل از حب بی نیا شهریور ۱۳۹۱ ص ۱۹)

(تابیک و همکاران،۲۰۱۰ )با استفاده از سیستم اطلاعات جغرافیایی(GIS) و با در نظر گرفتن عوامل ارتفاع شیب و جهت شیب الگوریتمی سریع و دقیق جهت تعیین نقشه حداکثر انرژی تابشی فرودی و زوایایی بهینه آن از روی DEM و یا مدل رقومی ارتفاع با تفکیک بالا ارائه کردند(به نقل از عدایتی زنگنه،ساسان؛۱۳۹۲)

منابع داخلی:

بااینکه کشور ایران در منطقه کمربند تابشی جهان قرار دارد و میانگین دریافت انرژی خورشیدی آن بیش از میانگین جهانی است پتانسیل تولید ۱۲۰ مگاوات برق خورشیدی را دارد (سایت روابط عمومی توانیر)

(حق‌پرست و همکاران ۱۳۸۵) به تدوین یک مدل بهینه جهت میزان تابش خورشیدی در ایران پرداخته‌اند و هشت روش مدل‌سازی تابش را مورد تحلیل قراردادند، سپس با استفاده از خطای معیار استاندارد، دقت روش و روش‌های مذکور را به یکدیگر مقایسه گردید و مدل دانشیار و بهینه‌شده دانشیار به‌عنوان دقیق‌ترین آن‌ها معرفی‌شده (به نقل از حببی نیا ۱۳۹۱)

(اسفندیاري و همکاران ۱۳۹۰) با پتانسیل سنجی احداث نیروگاه‌های خورشیدي با بررسی پارامترهاي اقلیمی در استان خوزستان با استفاده از GIS توانست نقشه پتانسیل را برای استان خوزستان رسم و در ۷ کلاس طبقه‌بندی کند.

(سلطان محمدي، مجيد و همکاران ۱۳۹۱) كاربرد منطق فازي جهت مکان‌یابی نيروگاه FTOPSIS خورشيدي با استفاده از GIS (مطالعه موردي استان تهران ) با انتخاب ۹ منطقه به‌عنوان بهترين مکان‌ها براي احداث نيروگاه خورشيدي و اولویت‌بندی آن‌ها با روش‌های FUZZY TOPSIS پرداخته است.

(حببی نیا، ۱۳۹۱) با بررسی و تحلیل پتانسیل انرژی خورشیدی برای شمال غرب ایران با استفاده از روش تجربی انگرسترم به این نتیجه رسیده که مناطق پرتابش همیشه منطبق با مناطقی که دارای ساعات آفتابی بالا و ارتفاع زیادی هستند نیست.و این نشان‌دهنده تأثیر عوامل گوناگون و متفاوت ازجمله طول روز ثابت خورشیدی،عرض جغرافیایی زاویه تابشی نسبت به استوا و… در دریافت میزان انرژی خورشیدی در منطقه موردمطالعه می‌باشد.

(ولی زاده، کامران ۱۳۹۱)در تحقیقی برای به دست آوردن تبخیر تعرق به روش استفنز در منطقه آذربایجان شرقی، اقدام به محاسبه تابش رسیده به زمین (Rs)با استفاده از تصاویر DEM SRTM و با کمک تابع SOLAR ANALYST در محیط نرم‌افزار ARC GIS در روز ۱۱ خردادماه بین ساعت ۱۰ الی ۱۱ قبل از ظهر نمود (به نقل از هدایتی زنگنه،ساسان ۱۳۹۲)

(جمشيد پيري و همکاران ۱۳۹۲) با مدل‌سازی تابش خورشيد رسيده به زمين با استفاده از ANFIS و مدل‌های تجربي بامطالعه موردي: ایستگاه‌های زاهدان و بجنورد بهترین مدل‌ها را با داده‌های ورودی خود فیت و ارائه داد.

(حیدری،مصطفی) مکان‌یابی ساخت نیروگاه‌های خورشیدی برای ایران با در نظر گرفتن معیارهای اقلیمی و با کمک GIS به دست آورده بود.

(دلیر احمدآباد،ندا ۱۳۹۲) با ارزیابی و توان سنجی استفاده از انرژی خورشیدی برای تأمین سامانه روشنایی برای استان آذربایجان شرقی با استفاده از روش انگسترم ثابت کرد که ایستگاه‌های سهند،مراغه،بناب و میانه بیشترین مقدار تابش رابین ایستگاه‌هایی موردمطالعه دارا بودند. و منطقه موردمطالعه پتانسیل لازم جهت استفاده از انرژی خورشیدی (فتوولتائیک)در روشنایی اعم از جاده‌ها مراکز صنعتی،مناطق دورافتاده و صعب‌العبور، مجتمع‌ها و شهرک‌های مسکونی، مراکز خرید تجاری را دارا می‌باشند.

(هدایتی زنگنه،ساسان؛۱۳۹۲) در تحقیقی تحت عنوان امکان‌سنجی استفاده از انرژی خورشیدی برای تأمین سامانه‌های روشنایی با پردازش تصاویر ماهواره‌ای در محیط GIS (مطالعه موردی جاده میانه-بستان آباد) با اجرای مدل SEBAL و SOLAR ANALYST ثابت می‌کند که تابعSOLAR ANALYST نسبت به الگوریتم سبال ازلحاظ عددی و با توجه به اعتبار سنجی، مناسب‌تر و دقیق‌تر است و درنهایت ثابت می‌کند ارتفاع منطقه دارای بیشترین همبستگی و مهم‌ترین شاخص می‌باشد و درکل نتیجه می‌گیرد که عنصر ساعات آفتابی نسبت به عوامل شیب، جهت شیب و ارتفاع بر روی منطقه تابش محاسبه‌شده با هر دو روش نیز تأثیرگذارتر است.

و) مواد و روش‌ها (روش تحقیق)

نرم‌افزار ENVI 4.8 جهت آماده‌سازی تصاویر

نرم‌افزار ERDAS IMAGINE 2014 جهت اجرای معادلات بر روی تصاویر

نرم‌افزار ARC GIS 10.2 جهت انجام تحلیل‌های زمانی مکانی و خروجی گرفتن نتایج

تصاویر منطقه موردمطالعه، تصویر لند ست ۸

مدل ارتفاعی رقومی منطقه(DEM)

نقشه‌های توپوگرافی منطقه جهت استخراج نقاط پاسگاهی مرزی منطقه موردمطالعه

آمار ایستگاه‌هایی هواشناسی منطقه موردمطالعه

ز) نتایج مورد انتظار

حداقل در ۷ ماه از سال منطقه موردمطالعه امکان استفاده از انرژی خورشیدی را برای تأمین انرژی دارا می‌باشد.

ي) منابع و ماخذ:

  1. اسفندیاري، علی،۱۳۹۰، پتانسیل سنجی احداث نیروگاه‌های خورشیدي با بررسی پارامترهاي اقلیمی در استان خوزستان با استفاده ازGIS،دانشگاه شهید چمران اهواز
  2. پیری،جمشید؛۱۳۹۲، مدل‌سازی تابش خورشيد رسيده به زمين با استفاده از ANFIS و مدل‌های تجربي (مطالعه موردي: ایستگاه‌های زاهدان و بجنورد)
  3. حببی نیا، زهرا ؛۱۳۹۱؛ بررسی و تحلیل پتانسیل انرژی خورشیدی برای شمال غرب ایران،پایان‌نامه دوره کارشناسی ارشد،دانشگاه تبریز
  4. علوی پناه،سید کاظم،۱۳۸۷،سنجش‌ازدور حرارتی و کاربرد آن در علوم زمین،موسسه انتشارات و چاپ دانشگاه تهران
  5. دلیر احمدآباد، ندا ؛۱۳۹۲،ارزیابی و توان سنجی استفاده از انرژی خورشیدی برای تأمین سامانه روشنایی (منطقه موردمطالعه: استان آذربایجان شرقی)،پایان‌نامه دوره کارشناسی ارشد،دانشگاه تبریز
  6. حیدری، مصطفی،مکان‌یابی نیروگاهی خورشیدی در ایران،نشریه انرژی‌های نو ایران
  7. سلطان محمدی، مجید،۱۳۹۱؛ كاربرد منطق فازي جهت مکان‌یابی نيروگاه FTOPSIS خورشيدي با استفاده از GIS (مطالعه موردي استان تهران ) نشريه انرژي ايران / دوره ۱۵ شماره ۴ اسفند۱۳۹۱
  8. وب‌سایت سازمان انرژی‌های نو ایران(سانا) وابسته به وزارت نیرو http://privatesectors.suna.org.ir
  9. هدایتی زنگنه،ساسان؛۱۳۹۲، امکان‌سنجی استفاده از انرژی خورشیدی برای تأمین سامانه‌های روشنایی با پردازش تصاویر ماهواره‌ای در محیط GIS (مطالعه موردی جاده میانه-بستان آباد)،پایان‌نامه دوره کارشناسی ارشد،دانشگاه تبریز

ك)واژه‌نامه:

ردیف

معادل فارسی

لاتین

۱

سیستم اطلاعات جغرافیایی

Geographic information system( GIS)

۲

سنجش‌ازدور

Remote Sensing( RS)

۳

مدل رقومی ارتفاع

Digital elevation model(DEM)

۴

مدل نرو فازی

Adaptive neuro fuzzy inference system( ANFIS)

۵

الگوریتم محاسبه انرژی سطح زمین

The Surface Energy Balance Algorithm for Land (SEBAL)


Netshahr Netshahr
مطالب مرتبط