مهندسی سیستم و بهره‌وری

مهندسی سیستم و بهره‌وری

ارائه مدل پویای سیستم تأمین انرژی الکتریکی ایران مبتنی بر پیوند آب-غذا-انرژی -تغییر اقلیم

نوع مقاله : پژوهشی

نویسندگان
سونا رزاقی 1
علی محمد احمدوند 2
مرضیه صمدی فروشانی 3
1 نویسنده مسئول: دکتری، گروه مهندسی صنایع، دانشکده مهندسی صنایع، دانشگاه ایوان‌کی، ایوان‌کی، ایران
2 استاد، گروه مهندسی صنایع، دانشکده مهندسی صنایع، دانشگاه ایوان‌کی، ایوان‌کی، ایران
3 استادیار، گروه مهندسی صنایع، دانشکده مهندسی صنایع، دانشگاه ایوان‌کی، ایوان‌کی، ایران
10.22034/msb.2024.2022934.1183
چکیده
تأمین انرژی الکتریکی از آن حیث که مصرف و تولید انرژی تأثیرپذیر و تأثیرگذار بر روند تغییرات اقلیمی است؛ اهمیت فوق‌العاده‌ای دارد. پیوند آب، انرژی- غذا نیز می‌تواند رهنمودی برای سیاست‌گذاری توسعه پایدار آینده کشور باشد. هدف اصلی پژوهش، ارائه یک مدل از تأمین انرژی الکتریکی مبتنی بر پیوند آب-غذا-انرژی-تغییر اقلیم است. روش‌شناسی انجام تحقیق بر مبنای مراحل رویکرد پویایی‌شناسی سیستم ﻣﺪلﺳﺎزی صورت گرفته و ﺑﺎ اﺟﺮای ﻣﺪل ﺗﻮﺳﻂ نرم‌افزار ﺑـﻪ تشریح رویدادها و پیامدها پرداخته‌شده است، داده‌های پژوهش بر اساس مستندات سازمانی ازجمله وزارت نیرو، وزارت جهاد کشاورزی، مرکز آمار ایران، سازمان هواشناسی کشور و سازمان مدیریت منابع آب ایران گردآوری‌شده است. مدل بر اساس داده‌های (1390-1400) در نرم‌افزار ونسیم طراحی و در افق (1430-1400) شبیه‌سازی‌شده است. بر اساس پیاده‌سازی ترکیب سیاست‌های منتخب در مدل به‌طور خلاصه راهکارهای زیر به تأمین امنیت انرژی الکتریکی مبتنی بر پیوند آب-غذا-انرژی- تغییر اقلیم منجر خواهند شد: توسعه 16 درصدی نیروگاه‌های هسته‌ای، کاهش 18 درصدی نسبت تولید نیروگاه‌های گازی به کل تولید نیروگاه‌های تجدیدناپذیر و افزایش تولید نیروگاه سیکل ترکیبی از طریق تبدیل گازی به سیکل ترکیبی، تجمیع انرژی و توسعه سیستم‌های بازیافت گرما در واحدهای صنعتی به میزان 32 درصد، کاهش 5 درصدی تلفات انتقال و توزیع انرژی، کاهش سرانه مصرف انرژی و رسیدن به میانگین جهانی، مدیریت تقاضای آب در بخش غذا با استفاده از افزایش راندمان آبیاری تا حدود 85 درصد، 27 درصد افزایش سطح اراضی تحت شبکه آبیاری و کاهش تلفات غذایی به مقدار میانگین جهانی 9/0 میلیون تن.
کلیدواژه‌ها
پیوند آب-غذا-انرژی
انرژی الکتریکی
تغییر اقلیم
پویایی سیستم
موضوعات

عنوان مقاله English

Presenting a Dynamic Model of Iran's Electrical Energy Supply System Based on the Water-Food-Energy-Climate Change Nexus

نویسندگان English

Sona Razzaghy 1
Ali Mohammad Ahmadvand 2
Marzieh Samadi Foroushani 3
1 Corresponding author: Ph.D., Department of Industrial Engineering, Faculty of Industrial Engineering, University of Eyvanekey, Eyvanekey, Iran
2 Professor, Department of Industrial Engineering, Faculty of Industrial Engineering, University of Eyvanekey, Eyvanekey, Iran
3 Assistant Professor, Department of Industrial Engineering, Faculty of Industrial Engineering, University of Eyvanekey, Eyvanekey, Iran
چکیده English

The supply of electrical energy is of great importance since energy consumption and production are affected and influential on the process of climate change. The water, energy-food nexus can also be a guideline for policy-making for the country's future sustainable development. The main goal of the research is to present a model of electrical energy supply based on the water-food-energy-climate change nexus. The methodology of the research is based on the stages of the system dynamics approach to modeling, and the model is implemented by software to describe events and consequences. The research data is collected based on organizational documents, including the Ministry of Energy, the Ministry of Agricultural Jihad, the Statistical Center of Iran, the National Meteorological Organization, and the Iranian Water Resources Management Organization. The model is designed based on data from (1390-1400) in the Vanisim software and simulated in the horizon (1430-1400). Based on the implementation of the selected policy combination in the model, the following solutions will lead to ensuring electrical energy security based on the water-food-energy-climate change nexus: 16% expansion of nuclear power plants, 18% reduction in the ratio of gas power plants to total non-renewable power plant production, and increasing combined cycle power plant production by converting gas to combined cycle, energy integration and development of heat recovery systems in industrial units by 32%, 5% reduction in energy transmission and distribution losses, reduction in per capita energy consumption and reaching the global average, water demand management in the food sector by increasing irrigation efficiency by about 85%, 27% increase in the area of ​​land under irrigation, and reduction in food losses by a global average of 0.9 million tons.

کلیدواژه‌ها English

Water-Food-Energy Link
Electrical Energy
Climate Change
System Dynamics

Copyright ©, Sona Razzaghy, Ali Mohammad Ahmadvand, Marzieh Samadi Foroushani

 

License

This article is released under the Creative Commons Attribution (CC BY 4.0) license. Anyone is free to copy, share, translate, and adapt this article for any purpose, whether commercial or non-commercial, as long as proper citation is given to the authors and original publication.

  1. بختیاری, پ., استادی جعفری, م., کرمرودی, م., & حبیبیان, م. (1388). جایگاه انرژی های تجدیدپذیر در نظریه حمل و نقل پایدار مسافر. مطالعات مدیریت ترافیک, 4(12), 96-77
  2. رائینی, م. (1400, آبان 12). ایران کجای تغییر اقلیم قرار دارد؟. خ. ایسنا/مازندران, Interviewer) Retrieved from https://www.isna.ir/news/00061806538/
  3. شاهمحمدی،ع.،مفاخری،ص.،ویسی،.، وخوش بخت، ک.1396.رهیافتی برای دستیابی به توسعه پایدار پیوند آب، غذا و انرژی. شبکه مطالعات سیاست گذاری عمومی یافته­های پژوهشی سیاستی. شاپا:2423-5385
  1. صیادی, م., سلطانی, ا., & موحدی, س. (1398). ارائه یک مدل مفهومی از پویایی هم پیوندی آب-انرژی-غذا در ایران: رویکرد سیستمی. فصلنامه اقتصاد محیط زیست و منابع طبیعی, 3(6), 79-104.
  1. علیجانی, ب. (1400, مرداد 19). چه بلایی سر اقلیم ایران آمده است. ر. ت. ایران, Interviewer) Retrieved from http://www.taadolnewspaper.ir/
  2. عنایتی, م., & بزرگ حداد, ا. (1398). بازطراحی نیروگاه برقآبی با توجه به همبست آب، غذا و انرژی و ملاحظات زیست محیطی در شرایط تغییر اقلیم. انجمن علمی آموزش محیط زیست و توسعه پایدار ایران، دومین کنفرانس علوم و مهندسی محیط زیست و توسعه پایدار، دانشگاه تربیت دبیر شهید رجائی.
  1. گودرزی, م., پیریائی, ر., & موسوی, م. (تیر 1399). درک پیوند آب-غذا-انرژی و مدیریت برای بهره وری از منابع آب موجود. نشریه آب و خاک (علوم و صنایع کشاورزی), 34(2), 255-268.
  2. لونی, ر., & شریف زاده, م. (1401). مروری بر مطالعات همبست آب، انرژی و غذا در ایران: ضرورت، چالش­ها و راهکارهای پیشنهادی. پایداری، توسعه و محیط زیست, 3(3), 29-49.

 

  1. Abbasi, T., & Abbasi, S. (2010). Renewable energy sources: Their impact on global warming and pollution. PHI Learning.
  2. Avraamidou, S., Beykal, B., Pistikopoulos, I., & Pistikopoulos, E. (2018). A hierarchical Food-Energy-Water Nexus (FEW-N) decision-making approach for Land Use Optimization. Computer Aided Chemical Engineering, 44, 1885-1890. doi:10.1016/B978-0-444-64241-7.50309-8
  3. Borowski, P. (2020). Nexus between water, energy, food and climate change as challenges facing the modern global, European and Polish economy. AIMS Geosciences. Warsaw University of Life Sciences. Institute of Mechanical Engineering, 6(4), 397-421. doi:10.3934/geosci.2020022
  4. Chen, A., Stephens, A., Koon Koon, R., Ashtine, M., & Koon, K.-K. (2020). Pathways to climate change mitigation and stable energy by 100 % renewable for a small island: Jamaica as an example. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 121. doi:10.1016/j.rser.2019.109671
  5. Cronin, J., Anandarajah, G., & Dessens, O. (2018, August 6). Climate change impacts on the energy system: a review of trends and gaps. Climatic Change, 151, 79-93. doi:10.1007%2Fs10584-018-2265-4
  6. Gernaat, D., Boer, H., Daioglou, V., Yalew, S., Müller, C., & Vuuren , D. (2021). Climate change impacts on renewable energy supply. Nature Climate Change, 11, 119-125. doi:10.1038/s41558-020-00949-9
  7. Ghasemi, M., Soltani Mohammadi, A., Naseri, A., & Moazd, H. (2019). Evaluation and application of the system dynamics model in the investigation and determination of nitrate leaching under different climatic scenarios in Amir Kabir sugarcane cultivation and industrial lands. Iran Irrigation and Drainage Journal,14(1), 217-229.
  8. Global Energy Transformation: A Roadmap to 2050 (2018 edition). Retrieved from irena.org
  9. Global Trends 2040. (2021). A Publication Of The National Intelligence Council, ISBN 978-1-929667-33-8. Retrieved from www.dni.gov/nic/globaltrends
  10. Dale , V., A. Efroymson , R., & L. Kline, K. (2011). The land use–climate change–energy nexus. Landscape Ecol (2011) 26:755–773, 26, 755-773. doi:10.1007/s10980-011-9606-2
  11. IEA (International Energy Agency) (2015) Global energy-related emissions of carbon dioxide stalled in 2014. http://www.iea.org/newsroom/news/2015/march/global-energy-related-emissions-of-carbondioxide-stalled-in-2014.html. Accessed 15 2017
  12. IEA (International Energy Agency) (2014a) Capturing the multiple benefits of energy efficiency. IEA, Paris
  13. (2013) OECD/IEA Technology Roadmap. Wind Energy 63
  14. IEA (International Energy Agency) . World energy outlook: 2008. OECD/IEA; 2008.p.578
  15. IPCC (Intergovenmental Panel on Climate Change)( (2014) Climate change 2014: mitigation of climate change. IPCC, New York.
  16. IRENA (International Renewable Energy Agency) (2015) Synergies between renewable energy and energy efficiency. IRENA/Copenhagen.
  17. IRENA (International Renewable Energy Agency) (2015) http://www.irena.org/document downloads/publications/irena_water_energy_food_nexus_2015.pdf.
  18. Kang , J.,& Wei , Y., & Liu , L., & Han , R., &Yu , B., & Wang , J. (2020). Energy systems for climate change mitigation: A systematic review. Applied Energy, 263. doi:10.1016/j.apenergy.2020.114602
  19. karamian, F., Mirakzadeh, A., & Azari, A. (2021). The water-energy-food nexus in farming: Managerial insights for a more efficient consumption of agricultural inputs. Sustainable Production and Consumption, 27, 1357-1371. doi:10.1016/j.spc.2021.03.008
  20. Kaygusuz, k. (2012). Energy for sustainable development: A case of developing countries. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 16, 1116-1126. doi:10.1016/j.rser.2011.11.013
  21. Keyhanpour, M., Musavi Jahromi, S., & Ebrahimi, H. (2021). System dynamics model of sustainable water resources management using the Nexus Water-Food-Energy approach. Ain Shams Engineering Journal, 12(2), 1267-1281. doi:doi.org/10.1016/j.asej.2020.07.029
  22. Lawford, R. Bogardi, J. Marx, S. Jain, S. Ringler, C. Wostl, C.P. and Meza, F. 2013. Science Direct Basin perspectives on the Water – Energy – Food Security https://doi.org/10.1016/j.cosust.2013.11.005.
  23. Li, P., & Ma, H. (2020). Evaluating the environmental impacts of the water-energy-food nexus with a life-cycle approach. Resources, Conservation And Recycling, 157, 104789. doi:10.1016/j.resconrec.2020.104789
  24. Mei, H; Li, Y.P; Suo, C; Ma, Y; Lv, J;. (2020). Analyzing the impact of climate change on energy-economy-carbon nexus system in China. Applied Energy, 262. doi:doi.org/10.1016/j.apenergy.2020.114568
  25. Mirzaei A, Saghafian B, Mirchi A, Madani (2019) The groundwater‒energy‒food nexus in Iran’s agricultural sector: implications for water security. Water.;11(9):1835. doi.org/10.3390/w11091835
  26. Naderi MM, Mirchi A, Bavani ARM, Goharian E, Madani K. (2021) System dynamics simulation of regional water supply and demand using a food-energy-water nexus approach: application to Qazvin Plain, Iran. Journal of Environmental Management. 2021; 280: 111843.
  27. Norouzi N.(2022). Presenting a conceptual model of water-energy-food nexus in Iran. Current Research in Environmental Sustainability.2022;4:100119.
  28. Mei , H., & Li , Y., & Suo , C., & Ma , Y., & Lv , J. (2020). Analyzing the impact of climate change on energy-economy-carbon nexus system in China. Applied Energy, 262. doi: 10.1016/j.apenergy.2020.114568
  29. Perera, A., Nik, V., Chen, D., Scartezzini, J.-L., & Hong, T. (2020, February 17). Quantifying the impacts of climate change and extreme climate events on energy systems. Nature Energy, 5, 150-159. doi:10.1038/s41560-020-0558-0
  30. R Albrecht, T., Crootof, A., & A Scott, C. (2018). The Water-Energy-Food Nexus: A systematic review of methods for nexus assessment. Environmental Research Letters, 13( 043002). doi:10.1088/1748-9326/aaa9c6/meta
  31. Raazia, I., Amin, A., & Irfan, S. (2023). Global Climate Change and Human Security Nexus: A Case of Pakistan. Global Foreign Policies Review, VI(I), 39-52. https://doi.org/10.31703/gfpr.2023(VI-I).04
  32. Rasul, G., & Sharma, B. (2016). The nexus approach to water–energy–food security: an option for adaptation to climate change. Climate Policy, 16(6), 682-702. doi:10.1080/14693062.2015.1029865
  33.  
  34. REN 21. Renewables 2022: global-futures-report . https://www.ren21.net/2022-renewables / global-futures-report
  35. Report of the National Meteorological Organization (2022), report of the reference secretariat of the Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC); Risks of climate change and possible consequences for governments.[In Persian]
  36. Samadi-Foroushani, M., Keyhanpour, M., Musavi-Jahromi, S., & Ebrahimi , H. (2022). Integrated Water Resources Management Based on Water Governance and Water-food-energy Nexus through System Dynamics and Social Network Analyzing Approaches. Water Resources Management, 36, 6093-6113. doi:10.1007/s11269-022-03343-6
  37. Sterman, J. (2000): Business Dynamics: Systems Thinking and Modeling for a Complex World. The first volume. (Translator. Korosh, B. Banafsheh, R. Laleh, M. Parisa, A. Marzieh, & F. Hassan,) Tehran: Organization for the study and compilation of humanities books of universities (Samt).[In Persian]
  38. World Bank (2012) Turn down the heat: why a 4°C warmer world must be World Bank, Washington.
  39. World Meteorological Organisation (WMO)(2022). https://public.wmo.int/en/our-mandate/climate
  40. Yalew, S., van Vliet, M., Gernaat , D., & Ludwig, F. (2020, August 3). Impacts of climate change on energy systems in global and regional scenarios. nature energy, 5, 794-802. doi:10.1038/s41560-020-0664-z
  41. Uyigue, E., Ediang, O., & Ediang, A. (2010, July 20). Combating Climate Change: The Role of Renewable Energy and Energy Efficiency. anian Journal of Earth Sciences, 2, 150-157.
  42. Wicaksono, A. and Kang, D. 2019. Nationwide simulation of water, energy, and food nexus: Case study in South Korea and Indonesia. Journal of Hydro-Environment Research, 22 (November 2018), 70-87. https://doi.org/10.1016/j.jher.2018.10.003.
  43. Zhang, C., Chen, X., Li, Y., Ding, W., & Fu, G. (2018). Water-energy-food nexus: Concepts, questions and methodologies. Journal Of Cleaner Production, 195, 625-639. doi:10.1016/j.jclepro.2018.05.194

 

 

مهندسی سیستم و بهره‌وری
دوره 3، شماره 4 - شماره پیاپی 9
شماره پیاپی 9، فصلنامه زمستان
زمستان 1402
صفحه 36-80

  • تاریخ دریافت 24 بهمن 1401
  • تاریخ بازنگری 14 مهر 1402
  • تاریخ پذیرش 29 بهمن 1402
  • تاریخ اولین انتشار 25 اسفند 1402
  • تاریخ انتشار 25 اسفند 1402