Kanal-top PV til Afghanistans massive kunstvandingsprojekt

En forskergruppe fra Japan og Afghanistan har udført en tekno-miljømæssig og økonomisk vurdering af et kanal-top PV (CTPV)-system på Afghanistans Qush-Tepa-vandingskanal. Til dette formål introducerede forskerne en ramme kaldet den integrerede tekno-økonomiske-miljøvurdering (ITEEA), som de siger kan overføres til andre udviklingsregioner med lignende karakteristika, herunder Indien, Pakistan, Nord- og Østafrika og dele af Sydøstasien.

"ITEEA-rammen kvantificerer eksplicit energiproduktion, reduktion af vand-fordampning, besparelser på jord-og økonomisk ydeevne inden for en enkelt analytisk struktur," fortalte den tilsvarende forfatter Hameedullah Zaheb til magasinet pv. "Dette integrerede perspektiv er særligt vigtigt for skrøbelige og-ressourcebegrænsede regioner, hvor infrastruktur skal tjene flere mål samtidigt. Vi er interesserede i at udvide ITEEA-rammen til andre grænseoverskridende kanalsystemer i Central- og Sydasien."

Da Zaheb diskuterede resultaterne af rammeværkets anvendelse på Qush-Tepa-kanalen, sagde Zaheb, at et af de mest slående resultater var omfanget af vandbesparelser, der kan opnås gennem kanalskygge. "Selv med delvis kanaldækning vil fordampningsreduktioner udmønte sig i hundredvis af millioner kubikmeter sparet vand i løbet af projektets levetid, hvilket har økonomisk og strategisk betydning sammenlignelig med selve elproduktionen," tilføjede han.

Arbejdet med Qush-Tepa-vandingskanalen begyndte i 2022 og forventes at være afsluttet i 2028. Projektet, der ligger i det nordlige Afghanistan, leder vand fra Amu Darya-floden for at vande omkring 550.000 hektar og betjene mere end 60.000 husstande. Kanalen er planlagt til at have en længde på 285 km, eksklusive sub-kanaler, med en topbredde på 125 m, en bedbredde på 85 m, en vanddybde på 6,5 m og en total kanaldybde på 8 m.

Gruppens ITEEA-ramme begynder med geospatial screening og en præ-gennemførlighedsvurdering ved hjælp af-fjernmålingsdatasæt, GIS-lag og interessentinterviews. I det andet trin udføres tekno-økonomisk og miljømæssig modellering ved hjælp af System Advisor Model (SAM) til energisimulering og fordampningskoefficientmetoden (ECM) til hydrologisk vurdering. Det tredje trin fokuserer på ingeniørdesign og systemoptimering, herunder modulær systemkonfiguration, rumlig kanallayout og overfladedækning.

I det fjerde trin installeres systemet og går i drift. På dette stadium tegner rammen sig for todelte output, såsom vandstrømme via pumper til landbrugslagre eller gårde og elproduktion til elektrificering af landdistrikter eller neteksport. Det femte trin omhandler politikintegration, netoverholdelse og interessentengagement. I det sidste trin bruges en lukket-løkkelæringstilgang til at sammenligne præstationsdata i realtid- med basislinjefremskrivninger.

Baseret på de første tre trin valgte forskerne en sektion af kanalen nær Mazar-i-Sharif til CTPV-udrulningen, da den tilbyder et højere solpotentiale. De valgte 550 W krystallinske-silicium PV-moduler med 19 % effektivitet, installeret i en hældningsvinkel på 0 grader og en azimut på 180 grader, vendt mod syd. Det modellerede system havde en samlet kapacitet på 836 MW. Da dette var en simuleringsundersøgelse, implementerede holdet ikke systemet, men modellerede i stedet dets drift ved hjælp af kapacitetsfaktorer på 18 %, 20 % og 23 %.

"CTPV-systemet er designet med en installeret kapacitet på 836 MW, og ved at bruge en basis-kapacitetsfaktor på 20 %, er systemet i stand til at generere ca. 1.465 GWh årligt med et følsomhedsområde på 1.318-1.684 GWh svarende til kapacitetsfaktorer på 18-23 %," forklarede gruppen. "Ydermere reducerer systemet vandfordampningen med cirka 20 %, sparer omkring 445 millioner m3 vand og giver vand{15}}besparende fordele til en værdi af cirka 200 millioner USD over 25 år.

"Besparelser på land-anvendelse bidrager med yderligere 118 millioner USD til de samlede fordele," forklarede forskerne. "Den initiale investering, der kræves, er cirka 1,08 milliarder dollars, og projektøkonomi evalueres over en 25-årig levetid med en basisdiskonteringsrente på 12 %, med en følsomhedsanalyse på tværs af 8-16%. Under gunstige finansierings- og præstationsscenarier viser systemet positive økonomiske afkast, mens resultaterne forbliver følsomme over for antagelser om kapacitetsfaktor og diskonteringsrente."

Forskningsarbejdet blev præsenteret i "Canal-top photovoltaic systems on the Qush-Tepa Canal: a model for energy-water synergy," offentliggjort i Energy Conversion and Management: X. Forskere fra Japans University of the Ryukyus, Afghanistans Kabul University og Avicenna University har deltaget i undersøgelsen.