Kanaal-top-PV voor het enorme irrigatieproject in Afghanistan

Een onderzoeksgroep uit Japan en Afghanistan heeft een techno-milieu- en economische beoordeling uitgevoerd van een kanaal-top-PV (CTPV)-systeem op het Afghaanse Qush-Tepa-irrigatiekanaal. Daartoe introduceerden de onderzoekers een raamwerk dat de geïntegreerde techno{4}}economische-milieubeoordeling (ITEEA) wordt genoemd en dat volgens hen overdraagbaar is naar andere ontwikkelingsregio's met vergelijkbare kenmerken, waaronder India, Pakistan, Noord- en Oost-Afrika en delen van Zuidoost-Azië.

"Het ITEEA-framework kwantificeert expliciet de energieproductie, de vermindering van de waterverdamping, de besparingen op landgebruik- en de economische prestaties binnen één enkele analytische structuur", vertelde de corresponderende auteur Hameedullah Zaheb aan pv magazine. "Dit geïntegreerde perspectief is vooral belangrijk voor kwetsbare regio's en regio's met beperkte hulpbronnen-, waar de infrastructuur meerdere doelstellingen tegelijk moet dienen. We zijn geïnteresseerd in het uitbreiden van het ITEEA-raamwerk naar andere grensoverschrijdende kanaalsystemen in Centraal- en Zuid-Azië."

Zaheb besprak de resultaten van de toepassing van het raamwerk op het Qush-Tepa-kanaal en zei dat een van de meest opvallende bevindingen de omvang van de waterbesparing was die haalbaar was door kanaalschaduw. "Zelfs met een gedeeltelijke kanaaldekking vertalen de verdampingsreducties zich in honderden miljoenen kubieke meters geconserveerd water gedurende de levensduur van het project, wat een economische en strategische betekenis heeft die vergelijkbaar is met de elektriciteitsopwekking zelf", voegde hij eraan toe.

De werkzaamheden aan het Qush-Tepa-irrigatiekanaal zijn in 2022 begonnen en zullen naar verwachting in 2028 worden voltooid. Het project, gelegen in het noorden van Afghanistan, leidt water af van de Amu Darya-rivier om ongeveer 550.000 hectare te irrigeren en meer dan 60.000 huishoudens te bedienen. Het kanaal zal naar verwachting een lengte hebben van 285 km, exclusief subkanalen, met een topbreedte van 125 m, een bodembreedte van 85 m, een waterdiepte van 6,5 m en een totale kanaaldiepte van 8 m.

Het ITEEA-framework van de groep begint met georuimtelijke screening en een pre-haalbaarheidsanalyse, waarbij gebruik wordt gemaakt van- teledetectiedatasets, GIS-lagen en interviews met belanghebbenden. In de tweede stap wordt techno-economische en milieumodellering uitgevoerd met behulp van het System Advisor Model (SAM) voor energiesimulatie en de verdampingscoëfficiëntmethode (ECM) voor hydrologische beoordeling. De derde stap richt zich op technisch ontwerp en systeemoptimalisatie, inclusief modulaire systeemconfiguratie, ruimtelijke indeling van het kanaal en oppervlaktedekking.

In de vierde stap wordt het systeem geïnstalleerd en in bedrijf gesteld. In dit stadium houdt het raamwerk rekening met gesplitste outputs, zoals waterstromen via pompen naar landbouwopslagplaatsen of boerderijen, en elektriciteitsopwekking voor elektrificatie op het platteland of netexport. De vijfde stap heeft betrekking op beleidsintegratie, netcompliance en betrokkenheid van belanghebbenden. In de laatste stap wordt een gesloten-loop-leerbenadering gebruikt om real-prestatiegegevens te vergelijken met basisprojecties.

Op basis van de eerste drie stappen selecteerden de onderzoekers een deel van het kanaal nabij Mazar-i-Sharif voor de CTPV-implementatie, omdat dit een hoger zonnepotentieel biedt. Ze kozen voor kristallijne-silicium PV-modules van 550 W met een rendement van 19%, geïnstalleerd onder een kantelhoek van 0 graden en een azimut van 180 graden, gericht op het zuiden. Het gemodelleerde systeem had een totaal vermogen van 836 MW. Omdat dit een simulatiestudie was, heeft het team het systeem niet geïmplementeerd, maar in plaats daarvan de werking ervan gemodelleerd met behulp van capaciteitsfactoren van 18%, 20% en 23%.

"Het CTPV-systeem is ontworpen met een geïnstalleerd vermogen van 836 MW, en met een basiscapaciteitsfactor van 20% kan het systeem jaarlijks ongeveer 1.465 GWh genereren, met een gevoeligheidsbereik van 1.318–1.684 GWh, wat overeenkomt met capaciteitsfactoren van 18–23%", legt de groep uit. "Bovendien vermindert het systeem de waterverdamping met ongeveer 20%, waardoor ongeveer 445 miljoen m3 water wordt bespaard en water-besparingsvoordelen worden opgeleverd ter waarde van ongeveer 200 miljoen dollar over een periode van 25 jaar.

"Besparingen op land{0}} dragen nog eens 118 miljoen dollar bij aan de totale voordelen", legden de wetenschappers uit. "De vereiste initiële investering bedraagt ​​ongeveer 1,08 miljard dollar, en de projecteconomie wordt geëvalueerd over een looptijd van 25 jaar met een basisdiscontovoet van 12%, met een gevoeligheidsanalyse van 8 tot 16%. Onder gunstige financierings- en prestatiescenario's laat het systeem positieve economische rendementen zien, terwijl de resultaten gevoelig blijven voor aannames over capaciteitsfactoren en discontovoeten."

Het onderzoekswerk werd gepresenteerd in "Canal-top photovoltaic systems on the Qush-Tepa Canal: a model for energy-water synergie", gepubliceerd in Energy Conversion and Management: X. Onderzoekers van de Japanse Universiteit van Ryukyus, de Afghaanse Kabul Universiteit in Afghanistan en de Avicenna Universiteit hebben aan het onderzoek deelgenomen.