Modeling the emission distribution of Neka power plant with the prospect of achieving the design of eco-industrial park
Subject Areas : air pollutionhanzale shabani 1 * , abdolreza karbasi 2 , naser mehrdadi 3
1 - Tehran University
2 - Faculty member
3 - university of tehran
Keywords: Eco-industrial park design, Shahid salimi Neka powerplant, Pollutant distribution, Modeling, Exhaust smoke,
Abstract :
Abstract In designing ecological industrial parks, an attempt is to maximize the self-purification of the system by defined mechanisms in order to reduce the pollution produced by industries first and then, to reuse the by-products of industrial processes. Due to the high vulnerability of the coastal sector, species diversity and rapid sequence in the region, the use of environmental methods in the environment of shahid salimi powerplant (Neka) is inevitable. The purpose of this study is to calculate and model the distribution of SO2, NOx pollutants to be displayed seasonally and annually using ADMS software in the form of GIS layers and to achieve the design criteria of an eco- industrial park in the study area, the mass flow of SO2 and NOx is calculated in gr/sec and also the flue smoke of the powerplant fuel consumption is analyzed in cold and hot seasons of the year separately. The results showed that in Neka power plant, the average concentration of NOx gas per unit of steam is 304 ¬μg/m3 and in combined cycle unit is 77.75 ¬μg/m3 and also the average concentration of SO2 per unit of steam is 267.25 ¬μg/m3 during the year which does not meet any of WHO and European clean air standards.
سازمان حفاظت محیط زیست استان مازندران. (1395). بررسی مشخصات، شرح فعالیت و ملاحظات زیست محیطی نیروگاه شهید سلیمی نکا. 21 صفحه.
سازمان میراث فرهنگی و گردشگری استان مازندران. (1394). موقعیت جغرافیایی و پیشینه تاریخی استان مازندران. 6صفحه.
جهاد کشاورزی شهرستان نکا. (1395). مساحت شهرستان نکا. 4 صفحه.
سعیدی، م.؛ کرباسی، ع.؛ سهراب، ت.؛ صمدی، ر. (1384). مدیریت زیست محیطی نیروگاه ها. وزارت نيرو- سازمان بهره‌وري انرژي ايران (سابا). 348صفحه.
Sustainable Development Office, Environment Canada. (2010). Planning for a sustainable future: A federal sustainable development strategy for canadaEnvironment Canada.
Kalundborg Symbiosis. (2013, April). Kalundborg system: Evolution. Retrieved from http://www.symbiosis.dk/da/evolution .
Chertow, M. )2000(. Industrial symbiosis: Literature and taxonomy. Annual Review of Energy and Environment 25: 313–337.
Cˆote, R. and E. Cohen-Rosenthal).1998(. Designing eco-industrial parks: A synthesis of some experiences. Journal of Cleaner Production 6(3–4): 181–188.
Galloway D., (2011), Oakajee Industrial State Structure Plan, cartin university.
Gnanapragsam J., (2013), The city of hamiltons sustainable development through eco-industrial park, master of engineering and public policy MC Master university.
Heeres, R., Vermeulen W. & de Walle F. )2004(. Eco-industrial park initiatives in the USA and the Netherlands. Journal of Cleaner Production 12 (8–10) 985–996.
Saikku L., (2006), A Background Report for the Eco-Industrial Park Project at rantasalmi, Regional Council of EtelA-Savo 71.
Boix, M. & Montastruc, L. & Azzaro-Pantel, C. & Domenech, S.( 2014). Optimization methods applied to the design of Eco-industrial parks. Jurnal of cleaner production 87 (2015) 303-317.
Chen, F., Zhu, D., 2013. Theoretical research on low-carbon city and empirical study of Shanghai. Habitat Int. 37, 10.
Korhonen J. )2002(. Two paths to industrial ecology: applying the product- based and geographical approaches. Journal of Environmental Planning and Management 45 (1), 39–57.
Jelinski, L. W., Graedel, T. E., Laudise, R. A., McCall, D.W. & Patel, C. K. N. )1992(. Industrial ecology: Concepts and approaches. Proceedings of the National Academy of Sciences 89: 793–797.
Graedel, T. and B. Allenby. )1995(. Industrial ecology. Englewood Cliffs, NJ: Prentice Hall.
Garner, A., & Keoleian, G. A. (1995). Industrial ecology: an introduction. Ann Arbor, Michigan: National Pollution Prevention Center for Higher Education, University of Michigan.
Erkman, S., 2001. Industrial ecology: a new perspective on the future of the industrial system. Swiss Medical Weekly 131, 531e538.
Sakr, D., Baas, L,. El-Haggar, S.,and Huisingh, D,.(2011). Critical success and limiting factors for eco-industrial parks: global trends andEgyptian context. Journal of cleaner production 19(2011) 1158-116.
Park, H., Won, J., 2007. Ulsan eco-industrial park: challenges and opportunities. Journal of Industrial Ecology 11 (3).
Gussow, D., Meyers, J., 1970. Industrial Ecology, vol. 1.
Hoffman, C., 1971. The Industrial Ecology of Small and Intermediate-sized Technical Companies: Implications for Regional Economic Development. Report Prepared for the Economic Development Administration COM-74-10680. Texas University,USA.
Watanabe, C., 1972. Industrial-ecology: Introduction of Ecology into Industrial Policy. Ministry of International Trade and Industry (MITI), Tokyo.
Haskins, C. (2008). Using systems engineering to address socio-technical global changes. NTNU, 1, 1-19.
Chertow, M. )2004(. Industrial symbiosis. In Encyclopediaof energy, edited by C. J. Cleveland. Oxford:Elsevier.
Lowe, E.( 2001). Handbook of industrial ecology. Eco-industrial Park Handbook for Asian Developing Countries. A Report to Asian Development Bank, Environment Department, Indigo Development, Oakland, CA.
Korhonena, J; Juha-Pekka Analysing the evolution of industrial ecosystems: concepts and application Ecological Economics 52 (2005) pp169– 186.
Faucheux, S; Nicola, I; Environmental technological change and governance in sustainable development policy Ecological Economics 27 (1998) pp. 243–256.
Raymond, P; Smolenaars, T; Supporting pillars for industrial ecosystems Journal of Cleaner Production Vol. 5 (1997) No. l-2, pp. 61-1.
پژوهش و فناوری محیط زیست،1399 5(8)، 115-125
| |||
مدل‌سازی پراکنش آلایندههای نیروگاه نکا با چشمانداز دستیابی به معیارهای طراحی اکوپارک صنعتی
|
حنظله شعبانی 11، عبدالرضا کرباسی2، ناصر مهردادی2
|
1- دانشآموخته کارشناسی ارشد، مهندسی طراحی محیط زیست، دانشکده محیطزیست، دانشگاه تهران، تهران 2- استاد، گروه مهندسی محیط زیست، دانشکده محیطزیست، دانشگاه تهران، تهران |
چکیده |
در طراحی پارکهای صنعتی اکولوژیک سعی بر آن است خود پالایندگی سیستم به‌وسیله مکانیزمهای تعریف شده به حداکثر برسد تا نخست آلودگیهای تولید شده توسط صنایع کاهش یابد و همچنین تولیدات فرعی حاصل از فرآیندهای صنعتی مورد استفاده مجدد قرار گیرد. با توجه به آسیبپذیری بالای بخش ساحلی، تنوع گونهای و توالی سریع در منطقه، بهرهگیری از شیوههای محیطزیستی در محیط اطراف نیروگاه شهید سلیمی (نکاء) امری اجتنابناپذیر است. هدف از انجام این پژوهش محاسبه و مدل‌سازی پراکنش آلایندههای SO2, NOx است تا به‌صورت فصلی و سالیانه با استفاده از نرمافزار ADMS در غالب لایههای GIS نمایش داده شود و محاسبه دبی جرمی SO2 و NOx برحسب gr/sec و همچنین آنالیز دود خروجی دودکش نیروگاه به تفکیک سوخت مصرفی در فصول سرد و گرم سال است تا به معیارهای طراحی اکوپارک صنعتی در محدوده مورد مطالعه دست یافت. نتایج نشان داد که در نیروگاه نکا میانگین غلظت گاز NOx در واحد بخار μg/m3 304 و در واحد سیکل ترکیبی μg/m375/77 و همچنین میانگین SO2 در واحد بخار μg/m3 25/267 در طول سال است که هیچکدام از استانداردهای WHO و استانداردهای هوای پاک اروپایی را رعایت نمیکند. |
كليد واژه‌ها: طراحی اکوپارک صنعتی، نیروگاه شهید سلیمی نکا، پراکنش آلاینده، مدل‌سازی، دود خروجی |
[1] *پست الکترونیکی نویسنده مسئول: Hanzale.eip@gmail.com
Journal of Environmental Research and Technology, 5(8)2020. 115-125
|
Modeling the emission distribution of Neka power plant with the prospect of achieving the design of eco-industrial park Hanzale Shabani 11*, Abdolreza Karbasi2, Naser Mehrdadi2
1- MSc Graduated Student of Environmental Design Engineering, University of Tehran, Tehran, Iran 2- Professor, Department of Environmental Engineering, Faculty of Environment, University of Tehran, Tehran, Iran |
Abstract In designing ecological industrial parks, an attempt is to maximize the self-purification of the system by defined mechanisms in order to reduce the pollution produced by industries first and then, to reuse the by-products of industrial processes. Due to the high vulnerability of the coastal sector, species diversity and rapid sequence in the region, the use of environmental methods in the environment of shahid salimi powerplant (Neka) is inevitable. The purpose of this study is to calculate and model the distribution of SO2, NOx pollutants to be displayed seasonally and annually using ADMS software in the form of GIS layers and to achieve the design criteria of an eco- industrial park in the study area, the mass flow of SO2 and NOx is calculated in gr/sec and also the flue smoke of the powerplant fuel consumption is analyzed in cold and hot seasons of the year separately. The results showed that in Neka power plant, the average concentration of NOx gas per unit of steam is 304 μg/m3 and in combined cycle unit is 77.75 μg/m3 and also the average concentration of SO2 per unit of steam is 267.25 μg/m3 during the year which does not meet any of WHO and European clean air standards. |
Keywords: Eco-industrial park design, Shahid salimi Neka powerplant, Pollutant distribution, Modeling, Exhaust smoke |
|
[1] * Corresponding author E-mail address: Hanzale.eip@gmail.com
مقدمه
استفاده از نيروگاههاي حرارتي جهت توليد برق از اواخر قرن نوزدهم به جوامع بشري راه يافت. ابتدا از زغال سنگ و بعدها از فرآوردههاي سنگين نفت و نهايتاً گاز به‌عنوان سوخت در اين نيروگاهها استفاده شد. تاريخچهي احداث نيروگاه حرارتي در ايران به برنامه عمراني سال 1352-1356 برمیگردد كه مقرر شد كه در شمال و جنوب كشور به‌دليل دسترسي آسان‌تر به منابع سوخت و سواحل دريا اين تأسيسات احداث شدند. به‌طور‌کلی نیروگاه تاسیساتی است که شکل‌های گوناگون انرژی را به انرژی برق تبدیل می‌کند (سعیدی و همکاران، 1384). فشار زیاد بر اکوسیستم و بیوسفر با افزایش جمعیت و افزایش در سطوح مصرف وجود دارد. در نتیجه، جهان با چالش‌های زیادی مثل گرمایش جهانی، افزایش سطوح آلودگی هوا، بحران اقتصادی، فقر و از دست رفتن جهانی غنای زیستی روبرو است (sustainable development office, 2010). سیستمهای اکولوژیکی با فرهنگ و جوامع انسانی و ساختارهای زیستی در ارتباط هستند. از سویی سیستمهای صنعتی بیشتر فناوری را مدنظر قرار داده و علاوه بر آن شامل سیستمهای صنعتی وابسته به منابع و خدمات فراهم شده از بیوسفر نیز هستند (Jelinski et al., 1992; Graedel & Allenby,1995). اکوپارک صنعتی در سال 1968 با پروژه استفاده از آبهای سطحی دریاچه تیسو برای یک پالایشگاه نفت کالندبرگ، شروع شد که به منظور صرفه‌جویی در عرضههای محدود شده از آبهای زیرزمینی بود. متعاقب آن شمار دیگری از پروژهای اشتراکی معرفی شده و شمار شراکت به تدریج افزایش یافته است. طراحی و اجرای یک اکوپارک صنعتی میتواند منافع محیط زیستی، اجتماعی و اقتصادی بسیاری را برای جوامع به ارمغان آورد (Industrial Symbiosis, 2013 ). لذا آنچه که از گذشته در سطوح مختلف فکری نهادهای صنعتی و همچنین تعاملاتشان وجود دارد به اجرای یک اکوپارک صنعتی میانجامد(Saikku, 2006). همچنین ایجاد رقابتی بهینه بین صنایع مجزا با رویکرد همکاری در مبادلات فیزیکی مواد، انرژی، آب و محصولات فرعی تحت عنوان همزیستی صنایع امکان‌پذیر است (Cote & Cohen-Rosental, 1998; Chertow, 2000; Heeres,2004). به این ترتیب پسماند صنعتی نه تنها برای محیطزیست ایجاد کننده خسارت نیست بلکه باعث بهبود و رفع کاستیهای محیط طبیعی نیز میشوند (Galloway et al., 2011). وضعیتی که اکوپارک صنعتی میتواند برای اکوسیستم ایجاد کند شامل اعمال تنظیمها برای صرفه‌جویی انرژی و کاهش انتشار، ارزش افزوده برای کاهش استفاده از منابع و انرژی و با تطابق رشد اقتصادی و فشار محیط زیستی، بالا بردن کیفیت ساختاری جهت استفاده مسکونی است (Gnanapragsam, 2013). درواقع اکوسیستم صنعتی، باعث افزایش تناسبات و همزیستی صنایع میشود که نهایت به ارتباط سینرژیک و همزیستی بین صنایع میانجامد و همواره بر همکاری بین صنایع تأکید دارد و گاهی نیز میتواند به عنوان چتر مشارکتی از ایدههای کاهش مصرف و افزایش بازه به کار برده شود (Saikku, 2006). کلید همزیستی صنایع در گرو همکاری مجموعههای صنعتی و ایجاد ارتباط سینرژیک بواسطه همجواری جغرافیایی آنها است (Chertow, 2004). از جمله ارتباطات همزیست میتوان به کاشت گیاهان مشابه در مناطق صنعتی اشاره کرد که جهت بهینهسازی اکوپارک صنعتی با توجه به ساختار و طراحیشان صورت میگیرد( Boix et al., 2014). تمرکز اصلی اکوپارک صنعتی بر فعالیتهایی است که داخل مرز جغرافیایی سایت صنعتی انجام شده و پیرو اصول و ضوابط طرح بوده است (Galloway et al., 2011). توسعه سینرژیک بین زیرساختها، صنایع و مناطق مسکونی اتفاق می‌افتد که افزایش به اشتراکگذاری زمینهای صنعتی، افزایش خدمات شهری و افزایش فعالیتهای مسکونی را به همراه دارد(Chang Yu et al., 2015). توسعه نظری برای هدایت چگونگی مدیریت گروهی از صنایع یک سایت صنعتی که سازماندهی شدهاند و اینکه چگونه این صنایع با جوامع انسانی و سیستمهای محیط زیستی اطراف یکپارچه میشوند ( Korhonena & Juha-Pekka, 2005; Faucheux, 1998; Reymond & Smolenaars, 1997). همپوشانی زیاد بین یک اکوسیستم با یک شهر که انتشار بسیار پایین از کربن دارد و با تمرکز روی تجزیه و تحلیل رشد اقتصاد شهری و انتشار کم کربن مثلا تحولات حمل و نقلی سازگار با محیط زیست میتواند تضمین کننده توسعه پایدار باشد (Chen and Zhu, 2013). از جمله روشهایی که در جهت بهینهسازی میتوان اشاره نمود مبادله مواد، آب و انرژی، احیای واحدهای آبی و به‌کارگیری گرما به‌منظور کاهش اثرات محیطزیستی در اکوپارک صنعتی است و با هدف به حداقل سازی هزینهها استفاده میشود (Boix et al., 2014). حداکثر سود بهینه از اثرات متقابل بر محیطزیست محاسبه شده است که همکاری سازگار با فرآیند را فرآهم میآورد (Haskins, 2008). با وجود شناخت بیشتر از کمیتها در مقابل کیفیت، اهداف مدیریتی و اجتماعی در ابعاد اقتصادی، محیطزیستی و فنی قابل ارائه هستند (Industrial Estate Authority of Thailand, 2011). استفاده از ابزارها و با بازبینی عمیق شیوهنامهها و با یک دیدگاه چندبخشی و همچنین مصاحبه اولیه از بازاریابان برای شناسایی موفقیت و محدودیتها، میتوان به دنبال مقدمهای برای اجرای اکوپارک صنعتی بود (D. Sakr et al., 2011). با شناخت در جوامع آکادمیک، جوامع تجاری و حلقههای دولتی به مانند سیستمهای صنعتی، میتوان در جهت توسعه شیوهنامهها و اطلاعات اکوپارک صنعتی برای به انجام رسیدن آن گام برداشت (Erkman, 2001). تمرکز روی تولیدات و مواد با رویکرد اکولوژی صنعتی در یک ناحیه صنعتی، میتواند امکان‌پذیر باشد که با تحلیل جریان مواد اصلی، تحلیل چرخه زندگی و طراحی برای محیط زیست همراه است و علاوه برآن با دربرداشتن رویکرد محلی، در برگیرنده ویژگیهای یک اکوپارک صنعتی نیز است (Korhonen, 2002). سیستمهای صنعتی در اکوپارک صنعتی، تحت لوای بخشی از سیستم چرخه‌ای قرار میگیرند. سیستمهایی که بازیافت و بازاستفاده از مواد و زائدات به منظور کاهش منابع ماده و انرژی ورودی و زائدات و پسماندهای خروجی صورت میگیرد (Garner& Keoleian, 1998). یک اکوپارک صنعتی منافعی را برای مجموعههای صنعتی همجوار نیز در نظر دارد تا تضمین کننده توسعهی رو به رشد باشد (Lowe, 2001). بنابراین در این کار باید به دنبال ارتقای فعالیت گروهی بود، چرا که قطعاً مزیت اقتصادی بیشتری را به همراه دارد و مانع از آلودگی محیطزیستی میشود که هزینه بالا اقتصادی را با خود به همراه میآورد. لذا اهداف متعدد و در عین حال مخالف موجود در فعالیت گروهی، همکاری جهت بهینهسازی این فعالیتها را به ارمغان میآورد. به‌طوری که بتوان در تشخیص این که چه چیزی اتفاق افتاده و مسیر در حال حرکت به چه صورت است، موفق عمل کرد (Gussow and Meyers, 1970; Hoffman, 1971, Watanabe, 1972). هدف از این مطالعه، شناخت از نحوه پراکنش SO2, NOx و آنالیز دود خروجی و طراحی محیطزیستی نیروگاه شهید سلیمی نکا با چشمانداز شروع عمل نوآورانه در منطقه است. قرارگیری محدوده مورد مطالعه در بخش ساحلی و صنعتی و کشاورزی و همچنین در همسایگی تالاب میانکاله، امکان و ضرورت انجام طراحی اکوپارک صنعتی در منطقه را امری اجتنابناپذیر کرده است.
مواد و روش‌ها
· منطقه مورد مطالعه
استان مازندران با وسعت 4/23756 کیلومتر مربع هجدهمین استان کشور از نظر مساحت است و حدود 46/1 درصد از مساحت كشور را در بردارد. شهرستان نکا یکی از شهرستان‌های استان مازندران است. در مختصات جغرافیایی 53 درجه و 20 دقیقه طول شرقی و 36 درجه و 40 دقیقه عرض شمالی واقع شده است. این شهرستان با وسعت تقریبی 1865 کیلومتر مربع در شرق مازندران قرار دارد. (سازمان میراث فرهنگی و گردشگری استان مازندران، 1393). نیروگاه شهید سلیمی نکا واقع در25 کیلومتری شمال شهرستان نکا و در حاشیه دریای خزر با مساحت 130 هکتار و ظرفیت کلی تولید برق MW/hr 2000 وظیفه تامین 5-4 % از کل برق تولیدی کشور را با توجه به نیاز به‌عهده دارد. نیروگاه نکا متشكل از 4 واحد بخاري 440 مگاواتي كه با دو سوخت گاز و مازوت كار مي‌كند و يك واحد سيكل تركيبي 165 مگاواتي است كه با سوخت گاز كار مي‌كند. واحد بخاری از سال 1356 و واحد سیکل ترکیبی در سال 1386 به بهره‌برداری رسیده است. اكنون نيروگاه نكا يكي از بزرگترين واحدهاي توليد برق خاورميانه و بزرگترين واحد سيكل تركيبي در ايران محسوب ميشود. (سازمان حفاظت محیط زیست استان مازندران، 1395).
· واحدهای فعال و غیرفعال نیروگاه نکا
واحدهای صنعتی نیروگاه نکا، در سه بخش اصلی واحد بخار، واحد سیکل ترکیبی و واحد مخازن مازوت فعال هستند. علاوه‌بر‌این بخش‌های خدماتی، آموزشی، تفریحی، اقامتی نیز در داخل نیروگاه فعال هستند. انتقال گاز در نیروگاه از واحد تقلیل فشار به واحد بخار، سیکل ترکیبی و توربین انبساطی انجام میگیرد. منبع تامین کننده آب در واحد بخار و سیکل ترکیبی نیروگاه نکا آب شهری و آب دریای خزر است و آب خروجی در مسیرهای سرپوشیده و روباز به همراه کلر باقی مانده در آب وارد دریا میشود. ضایعات کف کوره از مخازن سوخت مازوت به بستر لجن خشککن فرستاده میشوند و خروجی آن فلزات نیکل و وانادیوم هستند که عناصر بسیار با ارزشی هستند. علاوه بر این پساب حاصل از اسیدشویی و قلیاشویی بویلر، پیشگرم‌کن و کندانسور به استخر خنثی‌سازی فرستاده میشوند. واحد بخار جهت احتراق سوخت مازوت در بویلرها به اکسیژن احتیاج دارد و آلایندههای خروجی آنNOx, SO2, CO است. آلایندههای حاصل از مصرف سوخت گاز در واحد سیکل ترکیبی NOx, CO است. با گسترش شهرها بسیاری از کارخانههایی که در حاشیه شهرها قرار دارند جزئی از پیکره شهر میشوند و آلودگی محیطزیستی آنها نیز به عنوان یک مسئله خودنمایی خواهد کرد. آنچه که در تغییر و تحولات سایت نیروگاه نکا حائز اهمیت است انتقال حضور سایت صنعتی به نسل بعد است. در واقع با ایجاد لایههای شناختی و آنالیز لایه‌ها میتوان گام مهمی در جهت کاهش انتشار آلایندهها وکاهش استفاده از منابع و انرژی برداشت. در واقع در طراحی اکوپارک صنعتی سایت تخریب نمیشود بلکه با ایجاد فضاهای جدید، بهبود فرآیند تولید برق، استفاده مجدد از مواد زائد و البته استفاده از عناصر و المان‌های موجود در سایت به فضا جانی دوباره میبخشد و کارکنان سایت علاوه بر مرور گذشته از امکانات به روز شده آن نیز استفاده می‌کنند.
شکل 2: واحدهای فعال و غیر فعال نیروگاه نکا
· روش کار
جهت انجام مدلسازي پراکنش آلاينده‌ها ساعات كاركرد نيروگاه در هر ماه به تفكيك سوخت مصرفي بر حسب اطلاعات مصرف سوخت در اين نيروگاه و بازده واحدها محاسبه شده است. اطلاعات ساعتی هواشناسی و فايل اطلاعات توپوگرافي منطقه مورد بررسي (فايل DEM) به عنوان ورودي به نرمافزار داده شده است. سپس نرمافزار ADMS با استفاده از اطلاعات مذکور به صورت فصلی و ساليانه ميزان پراکنش SO2 و NOx به عنوان دو آلاینده اصلی نیروگاه نکا که در محدوده تحقیق تعریف شده است را در غالب لايه‌هاي GIS و در فاصله 30 کيلومتري نيروگاه محاسبه و روي نقشه نمايش مي‌دهد. همچنین با توجه به نتايج آناليز دود خروجي دودكش در حداكثر بار و به تفكيك سوخت مصرفي در فصول گرم و سرد سال، دبي جرمي SO2 و NOx برحسب gr/sec به‌دست مي‌آيد.
· تحليل اطلاعات هواشناسي محل استقرار نيروگاه نکا
از اطلاعات هواشناسي ايستگاه سينوپتيك بابلسر که میانگین سی سال اخیر بوده است جهت تهيه فايل هواشناسي مورد‌نياز براي مدلسازي پراكنش آلاينده‌هاي SO2 و NOx استفاده شده است. در اين فايل اطلاعات هواشناسي به‌صورت ساعتي مشتمل بر سرعت باد، جهت وزش باد، دماي محيط، رطوبت محيط، درجه ابرناكي و ساير اطلاعات هواشناسي مورد‌نياز مانند ساعات آفتابي، با توجه به موقعيت جغرافيايي محل كه توسط نرمافزار ADMS مورد محاسبه قرار مي‌گيرد، به‌عنوان ورودي طبق يك الگوي مشخص به اين نرمافزار داده ميشود.
جدول 1: متوسط فاكتورهاي هواشناسي و ساعت كاركرد نيروگاه نکا به تفكيك هر فصل
متوسط درصد رطوبت نسبي | متوسط درجه ابرناكي | متوسط دماي محيط (°C) | متوسط سرعت باد ( | روزهاي كاركرد واحد بخاري | روزهاي كاركرد واحد سيكل تركيبي | نوع سوخت | فصل |
96/77 | 51/4 | 20 | 93/2 | 52 | 25 | گاز | بهار |
3 | 0 | مازوت | |||||
75/78 | 41/4 | 54/26 | 44/2 | 80 | 60 | گاز | تابستان |
1 | 0 | مازوت | |||||
75/78 | 41/4 | 54/26 | 44/2 | 34 | 81 | گاز | پاييز |
26 | 0 | مازوت | |||||
84/82 | 76/4 | 31/9 | 57/2 | 34 | 64 | گاز | زمستان |
41 | 0 | مازوت |
برحسب دوره آماری سال 1387 در شكل (3) مشاهده ميشود باد غالب ساليانه در اين ايستگاه از شمال غرب به سمت جنوب شرق و غرب به شرق همچنين شمال شرق به جنوب غرب است كه اين پديده موجب پراكنش بيشتر آلاينده‌ها در اين جهت‌ها خواهد شد.
شكل3: گلباد ساليانه و فصلي در ايستگاه سينوپتيك هواشناسي بابلسر
· اطلاعات وضعيت توپو گرافي منطقه جغرافيايي محل استقرار نيروگاه نكا
اختلاف ارتفاع محل استقرار نيروگاه، نسبت به بقيه نقاط اطراف آن 63 متر پايين‌تر است. نقشه محل استقرار نيروگاه در سيستم تصوير UTM در مقياس 
زمين مرجع شده است. جهت مقايسه تاثيرگذاري ارتفاعات اطراف نيروگاه بر روي مدل پراكنش آلاينده‌هاي گازي از فايل DEM زمين مرجع شده در اين سيستم تصوير استفاده شده است.
· مشخصات دود خروجي و ميزان نشر جرمي منبع انتشار آلاينده‌هاي SO2 و NOx
مشخصات منبع انتشار آلاينده‌هاي SO2 و NOx كه جهت مدلسازي مورد‌نياز است در جدول (2) ارائه شده است. ميزان انتشار و نشر جرمی آلاينده‌هاي SO2 و NOx با توجه به سوخت مصرفي وضعيت بهره‌برداري متفاوت است.
جدول 2: مشخصات دود خروجي و ميزان نشر جرمي آلاينده‌هاي SO2 و NOx در نيروگاه نكا
نشر جرمي NOx ( | نشر جرمي SO2 ( | سرعت گاز خروجي از دودكش ( | دماي خروجي (°C) | طول دودكش | قطر دودكش | نوع سوخت | نام واحد |
84/476 | 0 | 16/34 | 5/119 | 50 | 4/5 | گاز | سيكل تركيبي |
46/3174 | 0 | 24/13 | 5/135 | 134 | 5/7 | گاز | بخاري |
7/1556 | 43/6197 | 42/15 | 6/137 | 134 | 5/7 | مازوت |
· اجراي مدلسازي پراكنش آلاينده‌هاي گازي SO2 و NOx
جهت مدلسازي پراكنش آلاينده‌هاي نیروگاه نکا كليه اطلاعات شامل منبع انتشار، فايل هواشناسي به صورت ساعتي و فايل DEM منطقه به‌عنوان ورودي به نرمافزار ADMS داده ميشود. پس از اجراي نرمافزار خروجي هاي گرافيكي آن به صورت ميانگين‌هاي فصلي و ساليانه در محيط ArcGIS روي نقشه جغرافيايي زمين مرجع شده در سيستم تصوير UTM نمايش داده ميشود. جهت مقايسه تأثيرگذاري ارتفاعات و توپوگرافی اطراف نيروگاه بر روي مدل پراكنش آلاينده‌هاي گازي از فايل DEM زمين مرجع شده در اين سيستم تصوير استفاده شده است. نقشه پراكنش آلاينده‌هاي SO2 و NOx به صورت ساليانه در شكل (4) و به صورت میانگین 3 ساعته و 24 ساعته در شکل (5) ارائه شده است.
شكل5: نقشه پراكنش بيشترين غلظت SO2 نيروگاه نكا به صورت ميانگين‌هاي 3 ساعته و 24 ساعته (غلظت آلاينده برحسب µG/M3)
|
علاوه بر این در جدول (3) مقدار حداكثر غلظت NOx و SO2 در نیروگاه نکا به تفکيک هر فصل و به صورت ساليانه که در روي اين نقشه‌ها مشاهده ميشود، ارائه شده است.
جدول 3: حداكثر غلظت NOx و SO2 هر فصل و ساليانه در نيروگاه نكا بر اساس نقشه‌هاي پراکنش
حداكثر غلظت SO2 (μg/m3) | حداكثر غلظت NOx (μg/m3) | فصل |
72/2 | 03/21 | بهار |
13/1 | 87/38 | تابستان |
09/8 | 67/11 | پاييز |
21/16 | 51/11 | زمستان |
28/7 | 09/15 | ساليانه |
یافته‌های پژوهش
جهت تحليل نتايج مدلسازي پراكنش آلاينده‌هاي گازي SO2 و NOx با نرمافزارADMS ، ابتدا نمودار خيزش دود و رفتار دود خروجي از نيروگاه و سپس نمودار ميانگين غلظت برحسب فاصله از دودكش در جهت باد غالب، فواصل نزديك شدن و برخورد دود خروجي به زمين و رفتار آن با توجه كلاس پايداري هوا به راحتي قابل بررسي است. نمودار خيزش دود خروجي از دودكش و رفتار آن در فواصل 30 كيلومتري دودكش طبق معادلهHolland در شكل‌هاي (6 و 7) ارائه ميشود.
بر این اساس دو الگوی متفاوت رفتار دود خروجی دودکش نیروگاه در واحد بخار و سیکل ترکیبی مشاهده شده است. یکی در فصل بهار نیروگاه و دیگری در فصول دیگر سال الگوی یکسانی را از خود نشان داده‌اند. همان‌گونه كه مشاهده ميشود در واحد بخاري و سیکل ترکیبی خيزش دود در فصل بهار 478 متر و در فاصله 8/1 كيلومتري دودكش است كه در فاصله 12 كيلومتري به ارتفاع ثابت 380 متر از سطح زمين مي‌رسد. در فصول دیگر سال خيزش دود 560 متر از سطح زمين و در فاصله 5/2 كيلومتري دودكش است و در اين فاصله در همين ارتفاع ثابت مي‌ماند. جدول (4) تغييرات غلظت NOx منتشر شده در اطراف نيروگاه نكا را در جهت باد غالب با توجه به شکل‌هاي (6 و 7) نشان مي‌دهد.
شكل7: نمودار خيزش دود و رفتار دود خروجي از دودكش نيروگاه نكا واحد بخاري و سیکل ترکیبی در فصول مختلف سال
|
شكل6: نمودار خيزش دود و رفتار دود خروجي از دودكش نيروگاه نكا واحد بخاري و سیکل ترکیبی در فصل بهار
همان‌طور که در اين جدول مشاهده ميشود، در واحد سيكل تركيبي ميانگين غلظت گاز NOx در طول سال μg/m3 75/77 است که هيچ کدام از استانداردهاي هواي پاک استاندارد اروپايي و WHO را رعايت نمي‌کند و در واحد بخاري ميانگين غلظت گاز NOx در طول سال μg/m3 304 است که هيچ کدام از استانداردهاي هواي پاک استاندارد اروپايي و WHO را رعايت نمي‌کند.
جدول 4: تغييرات غلظت NOx منتشر شده در اطراف نيروگاه نكا در جهت باد غالب
فاصله غلظت کاهش يافته از دودکش (km) | غلظت كاهش يافته | فاصله دودكش | حداكثر غلظت (μg/m3) | سرعت باد غالب | فصل | ||||
بخاري | سيكل تركيبي | بخاري | سيكل تركيبي | بخاري | سيكل تركيبي | بخاري | سيكل تركيبي | ||
30 | 32 | 60 | 7/3 | 4 | 7/3 | 380 | 28 | 93/2 | بهار |
6/33 | 33 | 95 | 2/16 | 6/5 | 5/0 | 410 | 100 | 44/2 | تابستان |
3/34 | 33 | 50 | 2/16 | 6/5 | 5/0 | 205 | 100 | 44/2 | پاییز |
6/34 | 8/32 | 50 | 5/11 | 6/4 | 2/3 | 220 | 83 | 57/2 | زمستان |
در شكل‌هاي (8 و 9) نمودار ميانگين غلظت برحسب فاصله از دودكش در جهت باد غالب به تفكيك فصول سال ارائه شدهاند. تغييرات غلظت آلاينده‌هاي NOx و SO2 در کل سال بيانگر اين موضوع است که در بعضي ساعتها غلظت اين آلاينده‌ها به حداکثر مقدار خود مي‌رسد که به‌دليل ميانگين‌گيري نرمافزار اين مقادير در نقشه‌هاي پراکنش قابل رؤيت نیستند. با استفاده از نمودارهاي (8 و 9) بررسي متوسط اين مقادير حداكثر امکان‌پذير خواهد بود.
شكل8: نمودار ميانگين فصلی غلظت گاز NOx بر حسب فاصله از دودكش نيروگاه نكا واحد سيكل تركيبي در جهت باد غالب
شكل9: نمودار ميانگين فصلی غلظت گاز NOx بر حسب فاصله از دودكش نيروگاه نكا واحد بخاري در جهت باد غالب
جدول 5: تغييرات غلظت SO2 منتشر شده در اطراف نيروگاه نكا در جهت باد غالب
فاصله غلظت کاهش يافته از دودکش (km) | غلظت كاهش يافته | فاصله دودكش | حداكثر غلظت (μg/m3) | سرعت باد غالب | فصل | ||||||||||
بخاري | سيكل تركيبي | بخاري | سيكل تركيبي | بخاري | سيكل تركيبي | بخاري | سيكل تركيبي |
|
| ||||||
6/33 | - | 2/6 | - | 7/3 | - | 412 | - | 93/2 | بهار | ||||||
35 | - | 3/2 | - | 7/5 | - | 10 | - | 44/2 | تابستان | ||||||
4/35 | - | 5/56 | - | 5/5 | - | 257 | - | 44/2 | پاییز | ||||||
6/31 | - | 100 | - | 3/4 | - | 390 | - | 57/2 | زمستان | ||||||
شکل (10) حداكثر غلظت SO2 در فصول مختلف سال در نيروگاه نكا را نشان مي‌دهد. همان‌طور که مشاهده ميشود، در واحد بخاري ميانگين غلظت گاز SO2 در طول سال μg/m3 25/267 است که هيچ کدام از استانداردهاي هواي پاک استاندارد اروپايي و WHO را رعايت نمي‌کند.
شكل 10: نمودار ميانگين فصلی غلظت گاز SO2 برحسب فاصله از دودكش نيروگاه نكا واحد بخاري در جهت باد غالب
· مقايسه نتايج پراکنش آلاينده‌هاي SO2 و NOx خروجي از نيروگاه نكا با استانداردهاي ملي و بين‌المللي
در شكل‌هاي (10) تا (13) بيشترين مقادير ميانگين ساليانه گازهاي SO2 و NOx با استاندارهاي سازمان حفاظت محيط زيست ايران، EPA و استاندارهاي اتحاديه اروپايي مقايسه شده است. همان‌طوري‌كه كه در اين شكل‌ها ديده ميشود كليه استانداردهاي ملي و بين‌المللي هواي پاك در مقايسه با غلظت ميانگين ساليانه SO2 و NOx رعايت شدهاند. ولي غلظت 24 ساعته SO2 استاندارد اتحاديه اروپايي و WHO را رعايت نكرده و غلظت 3 ساعته SO2 نيز استانداردهاي موجود را رعايت نمي‌كند.
شكل 10: بيشترين مقدار غلظت 3 ساعته SO2 نيروگاه نكا در مقايسه با استانداردهاي ملي و بين المللي | شكل11: بيشترين مقدار غلظت 24 ساعته SO2 نيروگاه نكا در مقايسه با استانداردهاي ملي و بين‌المللي |
شكل 12: غلظت ميانگين ساليانه SO2 نيروگاه نكا در مقايسه با استانداردهاي ملي و بين المللي | شكل13: بيشترين مقدار غلظت ساليانه NOX نيروگاه نكا در مقايسه با استانداردهاي ملي و بين المللي |
بحث و نتیجه‌گیری
جهت بررسي و مطالعه ميزان حداكثر پراکنش آلاينده‌هاي NOx و SO2 فرض شده است که دبي جرمي هر يک از اين دو آلاينده در جهت باد غالب منتشر ميشود. لذا اين محاسبات با توجه به متوسط فاکتورهاي هواشناسي مؤثر در مدلسازي مشتمل بر سرعت باد، دماي محيط، رطوبت و درجه ابرناکي و ساعت کارکرد نيروگاه به تفکيک هر فصل انجام شده است. نتایج نشان داد که در نیروگاه نکا میانگین غلظت گاز NOx در واحد بخار μg/m3304 و در واحد سیکل ترکیبی μg/m377.75 و همچنین میانگین SO2 در واحد بخار μg/m3267.25 در طول سال است که هیچکدام از استانداردهای WHO و استانداردهای هوای پاک اروپایی را رعایت نمیکند. بيشترين مقادير انتشار مطابق نقشه‌هاي پراكنش آلاينده‌هاي گازي SO2 و NOx بصورت ساليانه و میانگین 3ساعته و 24 ساعته که در منطقه جنوب شرق نيروگاه بوده است كه با توجه به گلباد منطقه، اين رويداد در مدل انتشار گازهاي آلاينده خروجي از نيروگاه آشكار شده است. بنابراین در مدل ارائه شده، تاثير پراكنش اين آلاينده‌ها بر روي شهر نكا ناچيز است و بیشتر بر بخش‌هاي زاغمرز، نوروزآباد و عسگر آباد تأثير نامطلوب دارد. طراحی اکوپارک صنعتی منجر به ساماندهی شهری به‌عنوان محرک توسعه به کارگرفته میشوند. ساماندهی فضاهای صنعتی و شهری به یکپارچه‌سازی پروژه در زمینه و بسترش وابسته است. بنابراین برای محقق شدن معیارهای اصلی اکوپارک صنعتی باید تمامی صنایع یک منطقه در این راستا طراحی محیطزیستی و بهسازی شوند تا قابل قیاس با مطالعات جهانی در این زمینه باشد. با توجه به اینکه صنایع متعدد منطقه نکا از جمله کارخانه سیمان و کارخانه چوب که به همراه نیروگاه برق به عنوان صنایع پایه در توسعه شهری شناخته میشوند، آلودگی‌ها و مشکلات زیست‌محیطی حاصل از این صنایع در منطقه، گسترش تفکر اکوپارک صنعتی را امری الزامی و اجتنابناپذیر کرده است تا به پیوند طبیعت و پارکهای صنعتی منجر شود.
منابع
سازمان حفاظت محیط زیست استان مازندران. (1395). بررسی مشخصات، شرح فعالیت و ملاحظات زیست محیطی نیروگاه شهید سلیمی نکا. 21 صفحه.
سازمان میراث فرهنگی و گردشگری استان مازندران. (1394). موقعیت جغرافیایی و پیشینه تاریخی استان مازندران. 6صفحه.
جهاد کشاورزی شهرستان نکا. (1395). مساحت شهرستان نکا. 4 صفحه.
سعیدی، م.؛ کرباسی، ع.؛ سهراب، ت.؛ صمدی، ر. (1384). مدیریت زیست محیطی نیروگاه ها. وزارت نيرو- سازمان بهره‌وري انرژي ايران (سابا). 348صفحه.
Sustainable Development Office, Environment Canada. (2010). Planning for a sustainable future: A federal sustainable development strategy for canadaEnvironment Canada.
Kalundborg Symbiosis. (2013, April). Kalundborg system: Evolution. Retrieved from http://www.symbiosis.dk/da/evolution .
Chertow, M. )2000(. Industrial symbiosis: Literature and taxonomy. Annual Review of Energy and Environment 25: 313–337.
Cˆote, R. and E. Cohen-Rosenthal).1998(. Designing eco-industrial parks: A synthesis of some experiences. Journal of Cleaner Production 6(3–4): 181–188.
Galloway D., (2011), Oakajee Industrial State Structure Plan, cartin university.
Gnanapragsam J., (2013), The city of hamiltons sustainable development through eco-industrial park, master of engineering and public policy MC Master university.
Heeres, R., Vermeulen W. & de Walle F. )2004(. Eco-industrial park initiatives in the USA and the Netherlands. Journal of Cleaner Production 12 (8–10) 985–996.
Saikku L., (2006), A Background Report for the Eco-Industrial Park Project at rantasalmi, Regional Council of EtelA-Savo 71.
Boix, M. & Montastruc, L. & Azzaro-Pantel, C. & Domenech, S.( 2014). Optimization methods applied to the design of Eco-industrial parks. Jurnal of cleaner production 87 (2015) 303-317.
Chen, F., Zhu, D., 2013. Theoretical research on low-carbon city and empirical study of Shanghai. Habitat Int. 37, 10.
Korhonen J. )2002(. Two paths to industrial ecology: applying the product- based and geographical approaches. Journal of Environmental Planning and Management 45 (1), 39–57.
Jelinski, L. W., Graedel, T. E., Laudise, R. A., McCall, D.W. & Patel, C. K. N. )1992(. Industrial ecology: Concepts and approaches. Proceedings of the National Academy of Sciences 89: 793–797.
Graedel, T. and B. Allenby. )1995(. Industrial ecology. Englewood Cliffs, NJ: Prentice Hall.
Garner, A., & Keoleian, G. A. (1995). Industrial ecology: an introduction. Ann Arbor, Michigan: National Pollution Prevention Center for Higher Education, University of Michigan.
Erkman, S., 2001. Industrial ecology: a new perspective on the future of the industrial system. Swiss Medical Weekly 131, 531e538.
Sakr, D., Baas, L,. El-Haggar, S.,and Huisingh, D,.(2011). Critical success and limiting factors for eco-industrial parks: global trends andEgyptian context. Journal of cleaner production 19(2011) 1158-116.
Park, H., Won, J., 2007. Ulsan eco-industrial park: challenges and opportunities. Journal of Industrial Ecology 11 (3).
Gussow, D., Meyers, J., 1970. Industrial Ecology, vol. 1.
Hoffman, C., 1971. The Industrial Ecology of Small and Intermediate-sized Technical Companies: Implications for Regional Economic Development. Report Prepared for the Economic Development Administration COM-74-10680. Texas University,USA.
Watanabe, C., 1972. Industrial-ecology: Introduction of Ecology into Industrial Policy. Ministry of International Trade and Industry (MITI), Tokyo.
Haskins, C. (2008). Using systems engineering to address socio-technical global changes. NTNU, 1, 1-19.
Chertow, M. )2004(. Industrial symbiosis. In Encyclopediaof energy, edited by C. J. Cleveland. Oxford:Elsevier.
Lowe, E.( 2001). Handbook of industrial ecology. Eco-industrial Park Handbook for Asian Developing Countries. A Report to Asian Development Bank, Environment Department, Indigo Development, Oakland, CA.
Korhonena, J; Juha-Pekka Analysing the evolution of industrial ecosystems: concepts and application Ecological Economics 52 (2005) pp169– 186.
Faucheux, S; Nicola, I; Environmental technological change and governance in sustainable development policy Ecological Economics 27 (1998) pp. 243–256.
Raymond, P; Smolenaars, T; Supporting pillars for industrial ecosystems Journal of Cleaner Production Vol. 5 (1997) No. l-2, pp. 61-1.