کاربرد پمپ معکوس در استحصال انرژی مازاد خطوط انتقال آب

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانش آموخته کارشناسی ارشد سازه‌های آبی، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی خوزستان، خوزستان، ایران.

2 دانشیار گروه مهندسی آب، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی خوزستان، خوزستان، ایران.

3 استادیار، گروه علوم و مهندسی آب، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی خوزستان، خوزستان، ایران.

4 مربی، مهندسی مکانیک، دانشگاه آزاد بهبهان، بهبهان، ایران.

چکیده

بدون شک تولید انرژی عامل کلیدی برای توسعه اقتصادی و اجتماعی کشورهای در حال ‌توسعه به‌حساب می‌آید. پمپ معکوس دارای ویژگی‌هایی همچون هزینه تعمیر و نگهداری پایین‌تر نسبت به توربین هستند و قابلیت استفاده به‌صورت گسترده را دارند. محدوده مطالعاتی در تحقیق حاضر شامل طرح آبرسانی به شهرها و روستاهای شمال شرق خوزستان می‌باشد که از مجموعه خطوط انتقال، شیرهای فشارشکن، مخازن تعادلی و مخازن ذخیره آب تشکیل شده است. محدوده مورد مطالعه در استان خوزستان، شهرستان‌های باغملک، ایذه، صیدون و رامهرمز را شامل می‌شود. سازندگان پمپ‌ها معمولاً منحنی رفتارهای پمپ را در عملکرد معکوس ارائه نمی‌دهند که این امر باعث ایجاد مشکل در استفاده از پمپ به ‌عنوان توربین می‌شود. استفاده از پمپ به ‌عنوان توربین به ‌راحتی صورت نمی‌گیرد و پمپ رفتار متفاوتی از خود نشان می‌دهد و این امر باعث می‌شود پیش‌بینی منحنی مشخصه سخت شود. به همین منظور نیاز است تا منحنی مشخصه پمپ انتخابی را به منحنی مشخصه پمپ معکوس تبدیل کرد. در این تحقیق از روش شارما (1985) جهت تعیین پمپ مناسب برای نیروگاه برق‌آبی کوچک استفاده شد.محاسبات صورت گرفته نشان می‌دهد که توان تولیدی توسط هشت نقطه انتخابی برابر با برابر با 7/2 مگاوات بوده که با در نظر گرفتن یک دوره 25 ساله توانی برابر با 302400 مگاوات ساعت ارائه خواهد داد. برای تولید چنین توانی نیاز است تا 27,591,241 لیتر گازوئیل سوخته شود که علاوه بر هزینه بالای آن، اثرات زیست محیطی مخربی به دنبال دارد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


زمانی، مهدی.، زمانی، هادی.، و مرتضوی، داوود. (1400). امکان‌سنجی اجرای نیروگاه‌های برق‌آبی کوچک بر روی خطوط انتقال آب. سازمان آب و برق خوزستان.
محمدیان، عبدالرضا.، خالصی دوست، عبدالله.، و مرادی، علی رضا. (1394). آنالیز اقتصادی نیروگاه برق‌آبی کوچک خط انتقال چشمه روزیه سمنان و مقایسه با نیروگاه گازی مشابه. کنفرانس بین‌المللی فناوری و مدیریت انرژی، تهران. https://civilica.com/doc/460595.
مهندسین مشاور پارس جویاب. (1395). بازنگری مطالعات طرح آبرسانی به شهرها و روستاهای شمال شرق خوزستان. خوزستان.
نوربخش سید احمد.، و درخشان، شهرام. (1384). تحلیل رفتار پمپ و ارائه بهترین نقطه کارکرد آن در حالت چرخش به‌عنوان توربین. نشریه دانشکده فنی، 39 (6)، 771-765. https://www.sid.ir/paper/14060/fa
Binama, M., Su, W. T., Li, X. B., Li, F. C., Wei, X. Z., & An, S. (2017). Investigation on pump as turbine (PAT) technical aspects for micro hydropower schemes: A state-of-the-art review. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 79, 148-179. https://doi.org/10.1016/j.rser.2017.04.071
Carravetta, A., Antipodi, L., Golia, U., & Fecarotta, O. (2017). Energy saving in a water supply network by coupling a pump and a pump as turbine (PAT) in a turbopump. Water, 9(1), 62. https://doi.org/10.3390/w9010062
Carravetta, A., Del Giudice, G., Fecarotta, O., Morani, M. C., & Ramos, H. M. (2022). A new low-cost technology based on pump as turbines for energy recovery in peripheral water networks branches. Water, 14(10), 1526. https://doi.org/10.3390/w14101526
Carravetta, A., Derakhshan, S., & Ramos, H. (2018). Pumps as turbines: Fundamentals and applications. Springer International Publishing. https://link.springer.com/book/10.1007/978-3-319-67507-7
Couzinet, A., Gros, L., & Pierrat, D. (2013). Characteristics of centrifugal pumps working in direct or reverse mode: focus on the unsteady radial thrust. International Journal of Rotating Machinery. http://dx.doi.org/10.1155/2013/279049
Derakhshan, S., & Nourbakhsh, A. (2008). Theoretical, numerical and experimental investigation of centrifugal pumps in reverse operation. Experimental thermal and fluid science, 32(8), 1620-1627. https://doi.org/10.1016/j.expthermflusci.2008.05.004
Hoppe, W., Bringezu, S., & Thonemann, N. (2016). Comparison of global warming potential between conventionally produced and CO2-based natural gas used in transport versus chemical production. Journal of Cleaner Production, 121, 231-237.                     http://dx.doi.org/10.1016/j.jclepro.2016.02.042
Lydon, T., Coughlan, P., & McNabola, A. (2017). Pressure management and energy recovery in water distribution networks: Development of design and selection methodologies using three pump-as-turbine case studies. Renewable Energy, 114, 1038-1050. https://doi.org/10.1016/j.renene.2017.07.120
Mitrovic, D., Novara, D., García Morillo, J., Rodríguez Díaz, J. A., & Mc Nabola, A. (2022). Prediction of global efficiency and economic viability of replacing PRVs with hydraulically regulated pump-as-turbines at instrumented sites within water distribution networks. Journal of Water Resources Planning and Management, 148(1), 04021089. https://doi.org/10.1061/(ASCE)WR.1943-5452.0001483
Mohammadian, A.R., Khalsi Dost, A., &  Moradi, A.R. (2014). Economic analysis of the small hydroelectric power plant of Cheshme Rozieh Semnan transmission line and comparison with a similar gas power plant. International Conference on Technology and Energy Management, Tehran. https://civilica.com/doc/460595 [In Persian]
Nourbakhsh S.A., &  Derakhshan, S. (2005). Analyzing the behavior of the pump and presenting its best operating point in the rotation mode as a turbine. Journal of the College of Engineering Technical Faculty, 39 (6), 765-771. https://www.sid.ir/paper/14060/fa [In Persian]
Pars Joyab Consulting Engineers. (2015). Revision of water supply plan studies to the cities and villages of northeastern Khuzestan. Khuzestan. [In Persian]
Pérez García, J., Cortés Marco, A., & Nevado Santos, S. (2010). Use of centrifugal pumps operating as turbines for energy recovery in water distribution networks. Two case study. Advanced Materials Research, 107, 87-92. http://dx.doi.org/10.4028/www.scientific.net/AMR.107.87
Rossi, M., Righetti, M., & Renzi, M. (2016). Pump-as-Turbine for energy recovery applications: the case study of an aqueduct. Energy Procedia, 101, 1207-1214. https://doi.org/10.1016/j.egypro.2016.11.163
Samora, I., Manso, P., Franca, M. J., Schleiss, A. J., & Ramos, H. M. (2016). Energy recovery using micro-hydropower technology in water supply systems: The case study of the city of Fribourg. Water, 8(8), 344. https://doi.org/10.3390/w8080344
Spedaletti, S., Rossi, M., Comodi, G., Salvi, D., & Renzi, M. (2021). Energy recovery in gravity adduction pipelines of a water supply system (WSS) for urban areas using Pumps-as-Turbines (PaTs). Sustainable Energy Technologies and Assessments, 45, 101040. https://doi.org/10.1016/j.seta.2021.101040
Stepanoff, A. J. (1957). Centrifugal and axial flow pumps: Theory, Design, and Application, 2nd edition. Krienger publishing company.
Vrbanić, F., Miletić, M., Tišljarić, L., & Ivanjko, E. (2022). Influence of variable speed limit control on fuel and electric energy consumption, and exhaust gas emissions in mixed traffic flows. Sustainability, 14(2), 932. https://doi.org/10.3390/su14020932
Williams, A. (2003). Pumps as turbines: a user's guide. ITDG Publishing. https://practicalactionpublishing.com/pdf/book/1745/9781780441320.pdf
Williams, A. A. (1994). The turbine performance of centrifugal pumps: a comparison of prediction methods. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part A: Journal of Power and Energy, 208(1), 59-66. https://doi.org/10.1243/PIME_PROC_1994_208_009_02
Yang, S. S., Derakhshan, S., & Kong, F. Y. (2012). Theoretical, numerical and experimental prediction of pump as turbine performance. Renewable Energy, 48, 507-513.                    https://doi.org/10.1016/j.renene.2012.06.002
Yang, S. S., Kong, F. Y., Jiang, W. M., & Qu, X. Y. (2012). Effects of impeller trimming influencing pump as turbine. Computers & Fluids, 67, 72-78. https://doi.org/10.1016/j.compfluid.2012.07.009
Zamani, M., Zamani, H., & Mortazavi, D. (2021). Feasibility of implementing small hydropower plants on water transmission lines. Khuzestan Water and Power Authority. [In Persian]