سامانه مدیریت نشریات علمی دانشگاه شهید بهشتی

جاویدی, نیما, نبی بیدهندی, غلامرضا, توکلی, امید, مهردادی, ناصر. (1404). محاسبه هزینه های زیست محیطی تامین برق تهران به صورت ترکیبی (حرارتی-خورشیدی) با رویکرد همبست آب و انرژی و محیط زیست. , 23(4), 937-952. doi: 10.48308/envs.2025.1452
نیما جاویدی; غلامرضا نبی بیدهندی; امید توکلی; ناصر مهردادی. "محاسبه هزینه های زیست محیطی تامین برق تهران به صورت ترکیبی (حرارتی-خورشیدی) با رویکرد همبست آب و انرژی و محیط زیست". , 23, 4, 1404, 937-952. doi: 10.48308/envs.2025.1452
جاویدی, نیما, نبی بیدهندی, غلامرضا, توکلی, امید, مهردادی, ناصر. (1404). 'محاسبه هزینه های زیست محیطی تامین برق تهران به صورت ترکیبی (حرارتی-خورشیدی) با رویکرد همبست آب و انرژی و محیط زیست', , 23(4), pp. 937-952. doi: 10.48308/envs.2025.1452
جاویدی, نیما, نبی بیدهندی, غلامرضا, توکلی, امید, مهردادی, ناصر. محاسبه هزینه های زیست محیطی تامین برق تهران به صورت ترکیبی (حرارتی-خورشیدی) با رویکرد همبست آب و انرژی و محیط زیست. , 1404; 23(4): 937-952. doi: 10.48308/envs.2025.1452

محاسبه هزینه های زیست محیطی تامین برق تهران به صورت ترکیبی (حرارتی-خورشیدی) با رویکرد همبست آب و انرژی و محیط زیست

فصلنامه علوم محیطی
مقاله 8، دوره 23، شماره 4، دی 1404، صفحه 937-952
نوع مقاله: مقاله پژوهشی
شناسه دیجیتال (DOI): 10.48308/envs.2025.1452
نویسندگان
نیما جاویدی* 1؛ غلامرضا نبی بیدهندی2؛ امید توکلی3؛ ناصر مهردادی1
1دانشکده محیط‌زیست، دانشگاه تهران، تهران، ایران
2دانشکده محیط‌ زیست، دانشگاه تهران، تهران، ایران
3دانشکده مهندسی شیمی، دانشکدگان فنی، دانشگاه تهران، تهران، ایران
چکیده
سابقه و هدف: با توجه به رشد مصرف انرژی و افزایش پیامدهای زیست‌محیطی ناشی از استفاده از سوخت‌های فسیلی، استفاده از سیستم‌های انرژی ترکیبی حرارتی-خورشیدی به عنوان راهکاری پایدار برای تولید برق مورد توجه قرار گرفته است. کلان‌شهر تهران به دلیل وابستگی زیاد به نیروگاه‌های حرارتی، با چالش‌هایی همچون انتشار گازهای گلخانه‌ای، مصرف بالای آب، و هزینه‌های زیست‌محیطی مواجه است. هدف این پژوهش ارزیابی هزینه‌های زیست‌محیطی تولید برق از طریق ترکیب سیستم‌های حرارتی-خورشیدی و مقایسه آن با سیستم‌های حرارتی خالص در سه نیروگاه اصلی شامل طرشت، منتظر قائم، و نیروگاه بعثت است. در این مطالعه، رویکرد همبست آب، انرژی و محیط زیست (WEE Nexus) برای تحلیل تعاملات بین منابع آب و انرژی به‌کار گرفته شده است.
مواد و روش‌ها: در این پژوهش، از روش تحلیل چرخه عمر (LCA) برای ارزیابی اثرات زیست‌محیطی و کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای و مصرف آب استفاده شد. داده‌های مربوط به مصرف سوخت، انتشار گازهای گلخانه‌ای، و مصرف آب در نیروگاه‌های منتخب از گزارش‌های سالانه نیروگاه‌ها و پایگاه داده‌های معتبر استخراج شد. همچنین، برای مدل‌سازی و تحلیل سیستم‌های ترکیبی، از نرم‌افزار SimaPro و برای تحلیل داده‌ها از نرم‌افزار SPSS استفاده گردید. در این مطالعه، آزمون‌های T مستقل و تحلیل واریانس (ANOVA) به‌منظور بررسی تفاوت‌های معنادار بین دو سناریوی پایه و ترکیبی انجام شد. علاوه بر این، رویکرد WEE Nexus برای تحلیل هم‌زمان کاهش مصرف آب و کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای به کار گرفته شد.
نتایج و بحث: نتایج نشان داد که استفاده از سیستم‌های ترکیبی حرارتی-خورشیدی به‌طور معناداری باعث کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای، مصرف آب و هزینه‌های زیست‌محیطی در هر سه نیروگاه مورد مطالعه شده است. در نیروگاه منتظر قائم، میزان انتشار CO2 در سناریوی ترکیبی به میزان 28.1 درصد کاهش یافت و مصرف آب به میزان 26.5 درصد کاهش پیدا کرد. همچنین، هزینه‌های زیست‌محیطی در این نیروگاه به 195.67 دلار به ازای هر گیگاوات‌ساعت کاهش یافت که بهترین عملکرد را در میان نیروگاه‌های مورد مطالعه نشان داد. در نیروگاه بعثت نیز کاهش قابل‌توجهی در انتشار گازهای گلخانه‌ای و مصرف آب مشاهده شد، اما به دلیل شرایط تابش خورشیدی کمتر، میزان کاهش در مقایسه با منتظر قائم اندکی کمتر بود. نیروگاه طرشت به دلیل قدیمی بودن تجهیزات و کارایی پایین‌تر، عملکرد ضعیف‌تری در کاهش انتشار و مصرف منابع نسبت به دو نیروگاه دیگر داشت. تحلیل‌های آماری با استفاده از آزمون T مستقل نشان داد که تفاوت بین سناریوهای پایه و ترکیبی در تمامی نیروگاه‌ها از نظر آماری معنادار بوده است (p < 0.05). تحلیل رویکرد WEE Nexus نشان داد که کاهش مصرف آب از طریق جایگزینی بخشی از تولید حرارتی با انرژی خورشیدی، علاوه بر کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای، فشار بر منابع آبی را نیز کاهش می‌دهد. این مسئله به‌ویژه در مناطق کم‌آب مانند تهران اهمیت ویژه‌ای دارد و استفاده از سیستم‌های خورشیدی به‌عنوان مکمل سیستم‌های حرارتی می‌تواند به‌طور قابل‌توجهی به پایداری زیست‌محیطی کمک کند.
نتیجه‌گیری: نتایج این پژوهش نشان می‌دهد که استفاده از سیستم‌های ترکیبی حرارتی-خورشیدی در نیروگاه‌های تهران می‌تواند به کاهش معنادار انتشار گازهای گلخانه‌ای، مصرف آب و هزینه‌های زیست‌محیطی منجر شود. در میان سه نیروگاه مورد بررسی، نیروگاه منتظر قائم به دلیل شرایط جغرافیایی مناسب، تجهیزات مدرن و تابش خورشیدی بیشتر، بهترین عملکرد را در کاهش اثرات زیست‌محیطی و بهینه‌سازی مصرف منابع داشت. این مطالعه نشان می‌دهد که استفاده از رویکرد WEE Nexus در برنامه‌ریزی انرژی می‌تواند به مدیریت بهینه منابع آب و انرژی کمک کرده و وابستگی به سوخت‌های فسیلی را کاهش دهد.
کلیدواژه‌ها
مصرف آب؛ تحلیل چرخه عمر؛ هزینه‌های زیست‌محیطی؛ نیروگاه‌های تهران
عنوان مقاله [English]
Evaluating the Environmental Costs of Electricity Generation in Tehran through a Combined Thermal-Solar System using the Water-Energy-Environment Nexus Approach
نویسندگان [English]
Nima Javidi1؛ Gholam Reza Nabi Bidhendi2؛ Omid Tavakoli3؛ Naser Mehrdadi1
1Faculty of Environment, University of Tehran, Tehran, Iran
2Faculty of Environment, University of Tehran, Tehran, Iran
3School of Chemical Engineering, College of Engineering, University of Tehran, Tehran, Iran
چکیده [English]
Background and Aim: The environmental consequences of fossil fuel reliance, combined with the rising energy demand in urban centers, have prompted interest in combined thermal-solar power systems as a sustainable approach to electricity generation. Tehran, which depends heavily on thermal power plants, faces significant challenges from high greenhouse gas emissions, substantial water consumption, and increasing environmental costs. This study aims to assess the environmental costs of electricity generation through a combined thermal-solar system and compare it with thermal-only systems. Three major power plants—Tarasht, Montazer Ghaem, and Besat—were selected as case studies. The Water-Energy-Environment Nexus (WEE Nexus) approach was employed to analyze interactions between water and energy resources in these systems.
Materials and Methods: The study utilized the Life Cycle Assessment (LCA) method to evaluate environmental impacts, focusing on the reduction of greenhouse gas emissions and water consumption. Data on fuel consumption, emissions, and water use were gathered from official reports and validated databases. For combined system modeling, SimaPro software was used, while SPSS was employed for data analysis. Independent T-tests and ANOVA were performed to assess the statistical significance of differences between the two scenarios (base and combined). The WEE Nexus approach was applied to evaluate the simultaneous reduction of water consumption and emissions.
Results and Discussion: The analysis revealed substantial environmental advantages of integrating solar energy with thermal systems across all three plants. The results indicate that the combined thermal-solar system significantly reduced greenhouse gas emissions, water consumption, and environmental costs in all three power plants. In Montazer Ghaem Power Plant, CO2 emissions decreased by 28.1%, water consumption was reduced by 26.5%, and environmental costs dropped to $195.67 per gigawatt-hour, showing the best performance among the studied plants. The Besat Power Plant also showed significant reductions in emissions and water use, though slightly less than Montazer Ghaem due to lower solar irradiance. Tarasht Power Plant performed weaker than the others because of older equipment and lower efficiency. Statistical analysis using independent T-tests confirmed that the differences between the base and combined scenarios across all plants were statistically significant (p < 0.05). The WEE Nexus approach revealed that reducing water consumption through the incorporation of solar energy in thermal systems not only decreased emissions but also alleviated pressure on water resources, which is crucial for water-scarce areas like Tehran. The findings highlight the potential of solar energy as a complementary source for improving environmental sustainability in electricity generation.
Conclusion: This study demonstrates that using combined thermal-solar systems in Tehran’s power plants can significantly reduce greenhouse gas emissions, water consumption, and environmental costs. Among the three plants, Montazer Ghaem performed the best due to favorable geographical conditions, modern equipment, and higher solar irradiance. The findings underline the importance of applying the WEE Nexus approach in energy planning to optimize water and energy management and reduce dependence on fossil fuels. Future recommendations include investing in upgrades for older plants such as Tarasht to enhance efficiency, as well as expanding the solar component of combined systems. These actions could further reduce environmental impacts and provide a scalable model for similar metropolitan regions facing energy and resource challenges.
کلیدواژه‌ها [English]
water consumption, Life Cycle Assessment, environmental costs, Tehran power plants
سایر فایل های مرتبط با مقاله
مراجع

References
Asfand, F., Palenzuela, P., Roca, L., Caron, A., Lemarié, C.-A., Gillard, J., Turner, P., & Patchigolla, K. (2020). Thermodynamic Performance and Water Consumption of Hybrid Cooling System Configurations for Concentrated Solar Power Plants. Sustainability.
Chitakure, M., Ruziwa, W., & Musademba, D. (2020). Optimization of hybridization configurations for concentrating solar power systems and coal-fired power plants: A review. Renewable Energy Focus, 35, 41-55.
García, A. M., Gallagher, J., Chacón, M. C., & Nabola, A. M. (2021). The environmental and economic benefits of a hybrid hydropower energy recovery and solar energy system (PAT-PV), under varying energy demands in the agricultural sector. Journal of Cleaner Production, 303, 127078.
Hirbodi, K., Enjavi-Arsanjani, M., & Yaghoubi, M. (2020). Techno-economic assessment and environmental impact of concentrating solar power plants in Iran. Renewable & Sustainable Energy Reviews, 120, 109642.
Hosseini, R., Soltani, M., & Valizadeh, G. (2005). Technical and economic assessment of the integrated solar combined cycle power plants in Iran. Renewable Energy, 30(11), 1541-1555.
Jafarinejad, S., Hernandez, R., Bigham, S., & Beckingham, B. (2023). The intertwined renewable energy–water–environment (REWE) nexus challenges and opportunities: A case study of California. Sustainability.
Jahangir, M., & Cheraghi, R. (2020). Economic and environmental assessment of solar-wind-biomass hybrid renewable energy system supplying rural settlement load. Sustainable Energy Technologies and Assessments, 42, 100895.
Khan, H. R., Awan, U., Zaman, K., Nassani, A., Haffar, M., & Abro, M. M. Q. (2021). Assessing hybrid solar-wind potential for industrial decarbonization strategies: Global shift to green development. Energies.
Kim, M.-H., Kim, D., Heo, J., & Lee, D.-W. (2019). Techno-economic analysis of hybrid renewable energy system with solar district heating for net zero energy community. Energy.
Middelhoff, E., Andrade Furtado, L., Peterseim, J., Madden, B., Ximenes, F., & Florin, N. (2021). Hybrid concentrated solar biomass (HCSB) plant for electricity generation in Australia: Design and evaluation of techno-economic and environmental performance. Energy Conversion and Management, 114244.
Mohammadi, F., Sahebi, H., & Abdali, H. (2021).

Biofuel production from sewage sludge network under disruption condition: Studying energy-water nexus. Biomass Conversion and Biorefinery, 13, 2921-2931.
Monsur, A. A., Paddo, A. R., & Mohammedy, F. M. (2020). Life Cycle Assessment of Climate Change and GHG Emission from Natural Gas Thermal Power Plant. 2020 IEEE Region 10 Symposium (TENSYMP), 1628-1631.
Noorollahi, Y., Pourarshad, M., & Veisi, A. (2021). The synergy of renewable energies for sustainable energy systems development in oil-rich nations: Case of Iran. Renewable Energy, 173, 561-568.
Nourpour, M., Khoshgoftar Manesh, M. K., Pirozfar, A., & Delpisheh, M. (2021). Exergy, Exergoeconomic, Exergoenvironmental, Emergy-based Assessment and Advanced Exergy-based Analysis of an Integrated Solar Combined Cycle Power Plant. Energy & Environment.
Odoi-Yorke, F., Abaase, S., Zebilila, M., & Atepor, L. (2022). Feasibility analysis of solar PV/biogas hybrid energy system for rural electrification in Ghana. Cogent Engineering.
Panagopoulos, A. (2021). Water-energy nexus: Desalination technologies and renewable energy sources. Environmental Science and Pollution Research, 28, 21009-21022.
Rad, M. A. V., Ghasempour, R., Rahdan, P., Mousavi, S., & Arastounia, M. (2020). Techno-economic analysis of a hybrid power system based on the cost-effective hydrogen production method for rural electrification, a case study in Iran. Energy, 190, 116421.
Rad, M. A. V., Toopshekan, A., Rahdan, P., Kasaeian, A., & Mahian, O. (2020). A comprehensive study of techno-economic and environmental features of different solar tracking systems for residential photovoltaic installations. Renewable & Sustainable Energy Reviews, 129, 109923.
Rafat, E., Babaelahi, M., & Arabkoohsar, A. (2021). Design and analysis of a hybrid solar power plant for co-production of electricity and water: A case study in Iran. Journal of Thermal Analysis and Calorimetry, 1-18.
Rashid, K., Safdarnejad, S., Ellingwood, K., & Powell, K. M. (2019). Techno-economic evaluation of different hybridization schemes for a solar thermal/gas power plant. Energy.
Razmjoo, A., Kaigutha, L. G., Rad, M. A. V., Marzband, M., Davarpanah, A., & Denai, M. (2021). A technical analysis investigating energy sustainability utilizing reliable renewable energyy

to reduce CO2 emissions in a high potential area. Renewable Energy.
Shahnazari, M., & Lari, H. (2017). Modeling of a solar power plant in Iran. Energy Strategy Reviews, 18, 24-37.
Solaymani, S. (2021). A review on energy and renewable energy policies in Iran. Sustainability.
Srivastava, S. (2022). Generation of Hybrid Energy System (Solar-Wind) Supported with Battery Energy Storage. International Journal for Research in Applied Science and Engineering Technology.
Wang, J., Qi, X., Ren, F., Zhang, G., & Wang, J. (2021). Optimal design of hybrid combined cooling, heating and power systems considering the uncertainties of load demands and renewable energy sources. Journal of Cleaner Production, 281, 125357.

Wang, J., Zhou, Y., Zhang, X., Ma, Z., Gao, Y., Liu, B., & Qin, Y. (2021). Robust multi-objective optimization with life cycle assessment of hybrid solar combined cooling, heating, and power system. Energy Conversion and Management, 232, 113868.
Wu, Y., & Hua, J. (2022). Investigating a Retrofit Thermal Power Plant from a Sustainable Environment Perspective—A Fuel Lifecycle Assessment Case Study. Sustainability.
Yang, Y., Guo, Y., Zhu, W. S., & Huang, J. (2019). Environmental impact assessment of China's primary aluminum based on life cycle assessment. Transactions of Nonferrous Metals Society of China.

آمار
تعداد مشاهده مقاله: 607
تعداد دریافت فایل اصل مقاله: 302