تحلیل هزینه- فایده پمپ‌های دور متغیر در سامانه‌های آبیاری تحت‌فشار (مطالعه موردی: سامانه‌ی آبیاری کشت و صنعت اشرفیه)

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری سازه‌های آبی، پردیس کشاورزی و منابع طبیعی دانشگاه تهران، کرج، ایران

2 استادیار گروه سازه‌های آبی، پردیس کشاورزی و منابع طبیعی دانشگاه تهران، کرج، ایران

چکیده

سامانه‌های ‌آبیاری ‌تحت‌فشار ‌به طور عمده ‌وابسته ‌به ‌ایستگاه‌های ‌پمپاژ ‌بوده ‌که ‌این ‌ایستگاه‌ها ‌از جمله ‌بزرگ­ترین ‌مصرف‌کنندگان ‌انرژی ‌هستند ‌که ‌پرداختن ‌به ‌طراحی ‌بهینه ‌آن‌ها، ‌به‌ویژه ‌از نظر ‌افزایش ‌راندمان ‌ایستگاه‌های ‌پمپاژ ‌و ‌کنترل ‌مصرف ‌انرژی ‌بسیار ‌با اهمیت ‌است. در این تحقیق با توجه به قابلیت­های سامانه‌های پمپاژ دور متغیر در تطبیق با شرایط مختلف بهره‌برداری، رویکرد به استفاده از پمپ­های دور متغیر در یک کشت و صنعت 85 هکتاری زیتون واقع در استان قزوین مورد بررسی قرار گرفته است. در این راستا مصارف انرژی در طول دوره بهره‌برداری ده ساله سامانه، با استفاده از نرم‌افزار MATLAB/SIMULINK در پنج سناریو بهره­برداری از ایستگاه پمپاژ، تحلیل شده است. نتایج تحقیق نشان‌دهنده آن است که میزان انرژی الکتریکی مصرفی با به‌کارگیری پمپ دور متغیر،‌ در ‌مقایسه ‌با ‌روش بهره‌برداری با پمپ دور ثابت تا 18 درصد کاهش یافته است. بر اساس نتایج مدل محاسباتی، میانگین انرژی مصرفی برای انتقال هر مترمکعب آب kwh33/0 با استفاده از پمپ دور متغیر بوده است. نتایج ارزیابی انرژی مصرفی بیانگر آن است که در وضعیت موجود بهره­برداری60 درصد تلفات انرژی بیش­تری نسبت به سایر روش­های بهره‌برداری وجود داشته است. هم­چنین هزینه اولیه استفاده از پمپ دور متغیر، به‌طور متوسط پس از 9 سال بهره­برداری، از محل صرفه­جوئی انرژی، مستهلک شده است.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Investigation of Energy Consumption in Agriculture Water Pumping Stations by Different Operation Methods (Case Study: Ashrafiyeh Agro-Industry Irrigation System)

نویسندگان [English]

  • Afshin Uossef Gomrokchi 1
  • Atefeh Parvaresh Rizi 2
1 Ph.D. Student in Hydraulic Structures Engineering, Department Agriculture and Natural Resources Campus, University of Tehran., Karaj., Iran
2 Assistant Professor, Irrigation and Reclamation Engineering, Department Agriculture and Natural Resources Campus, University of Tehran., Karaj., Iran
چکیده [English]

Pressurized irrigation systems are one of the largest energy consumers and they are mainly dependent on the pumping stations. Therefore, optimum design of pumping stations is very important, especially, in view of increasing the efficiency of pumping stations and controlling energy consumption. In this study, variable speed pumps have been examined in Ashrafiyeh agro-industry with an area of 85 ha located in Qazvin province, Iran. Accordingly, the energy consumption during a ten-year period in the five operation scenarios of the pumping stations has been analyzed by MATLAB/SIMULINK software. Results of this study showed that consumed electrical energy by using variable speed pumps is approximately decreased up to about 18 percent as compared with the fixed speed pumps.  According to computational model, the average energy consumption to transfer 1 m3 water by variable speed pumps was 0.33 kWh. The results of evaluation of consumed energy showed that current operation circumstance increased the energy losses up to about 60 percent as compared with other operation methods. Furthermore, the initial cost of the variable speed pumps after nine years operation, on average, is dissipated from the saved energy.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Energy
  • Irrigation system
  • Modeling
  • Pumping station
  • Variable speed pump
دلفان آذری،م و پرورش،ع.1394. بررسی نقش روش‌های بهره‌برداری از ایستگاه‌های پمپاژ آب کشاورزی در مصرف انرژی، نشریه آب‌ و خاک. 29. 30 :3-15
رئیسیان امیری،ز. 1391. مطالعه و طراحی ایستگاه‌های پمپاژ با استفاده از پمپ‌های دورمتغیر، پایان‌نامه کارشناسی ارشد سازه‌های آبی، دانشگاه تهران.
رئیسیان امیری،ز و پرورش،ع. 1393. طرح و ارزیابی هیدرولیکی پمپ‌های دور متغیر در سامانه­های آبیاری تحت‌فشار (مطالعه موردی: سامانه آبیاری دشت هارکله- لالی)، نشریه پژوهش­های حفاظت آب و خاک. 21. 3: 145-165.
رحیمی،ا و نادری،ز. 1391. بررسی و مقایسه میزان بهینه­سازی مصرف انرژی در کنترل ایستگاه­های پمپاژ با استفاده از سیستم اتوماسیون و روش­های کلاسیک راه­اندازی، سومین همایش ملی مدیریت شبکه­های آبیاری و زهکشی، دانشگاه شهید چمران، اهواز.
فرشی، ح و حمزه پور، خ. 1391. بهینه­سازی تعداد و موقعیت ایستگاه­های پمپاژ در جهت کاهش مصرف انرژی در شبکه­های آبیاری تحت‌فشار. اولین کارگاه فنی و آموزشی آبیاری و انرژی. تهران.
Abadia,R., Rocamora,C., Ruiz,A., Puerto,H. 2008. Energy efficiency in irrigation distribution networks I: Theory. Biosystems Engineering. 101.1: 21-27.
API 610. 2008. Centrifugal Pumps for Petroleum, Petrochemical and Natural Gas Industries.
Bello,M.A., Martı´nez Alzamora.F., Bou Soler,V., Bartolı´ Ayala,H.J. 2010. Methodology for grouping intakes of pressurised irrigation networks into sectors to minimize energy consumption. Biosystems Engineering.105: 429- 438.
Carrillo-Cobo,M.T., Rodriguez-Diaz,J.A., Camacho-Poyato,E. 2010. The role of energy audits in irrigated areas.The case of ‘Fuente Palmera’ irrigation district (Spain). Spanish Journal of Agricultural Research. 8. 2: 152-161.
Chávez,J.L., Reich,D., Loftis,J.C and Miles,D. L. 2010. Irrigation pumping plant efficiency .Colorado State University Cooperative. Extension..4: 712.
Corominas,J .2010. Agua y energia en el riego en la época de la sostenibilidad. Ingenieria del Agua 17.3:219–233.
Diaz.R.J.A., Pérez-Urrestarazu,L., Camacho-Poyato,E., Montesinos,P. 2011. The paradox of irrigation scheme modernization: more efficient water use linked to higher energy demand. Spanish Journal of Agricultural Research. 9.4: 1000-1008.
Fernandez-Pacheco,D., Ferrandez-Villenab, Molina-Martinez,J., Ruiz-Canales,A. 2015. Performance indicators to assess the implementation of automation in water user associations: case study in southeast Spain. Agricultural Water Management.151: 87–92.
Gopal,M. 1984. Modern Control System Theory. New York, NY: John Wiley & Sons.
Hanson,B., Weigand,Z., Orloff,S. 1996. Performance of Electric Irrigation Pumping Plants Using Variable Frequency Drives.Journal of Irrigation and Drainage Engineering. 122.3:179-182.
Khadra.R., Moreno.M.A., Awada.H., Lamaddalena,N. 2016. Energy and Hydraulic Performance-Based Management of Large-Scale Pressurized Irrigation Systems. Water Resour Manage.  30: 3493–3506.
Khayatzadeh,F., Ghafouri,J. 2015. Dynamical modeling of frequency controlled variable speed parallel multistage centrifugal pumps, Archive of Mechanical Engineering, 2300-1895, Degruyter Publication. 62: 347-362.
Lamaddalena,N., Khila,S. 2012. Energy Saving with Variable Speed Pumps in on-demand Irrigation Systems. Journal of Irrigation Science 30:157–166.
Vera,J., Abadı´a,R., Mora,M., Rocamora,M.C .2010. Eficiencia energe´tica de instalaciones de bombeo en pozos para extraccio´n de aguas de riego subterra´neas. XXVIII Congreso Nacional de Riegos AERYD, Leo´n, June 15–16.