Kanal-Top-PV für Afghanistans riesiges Bewässerungsprojekt

Eine Forschungsgruppe aus Japan und Afghanistan hat eine technische-ökologische und wirtschaftliche Bewertung eines Kanalaufsatz-PV-Systems (CTPV) am afghanischen Qush-Tepa-Bewässerungskanal durchgeführt. Zu diesem Zweck führten die Forscher ein Rahmenwerk mit der Bezeichnung „Integrated Techno-economic-Environmental Assessment (ITEEA) ein, das ihrer Meinung nach auf andere Entwicklungsregionen mit ähnlichen Merkmalen übertragbar ist, darunter Indien, Pakistan, Nord- und Ostafrika sowie Teile Südostasiens.

„Das ITEEA-Framework quantifiziert explizit die Energieproduktion, die Reduzierung der Wasserverdunstung, die Einsparungen bei der Landnutzung und die wirtschaftliche Leistung innerhalb einer einzigen analytischen Struktur“, sagte der korrespondierende Autor Hameedullah Zaheb gegenüber pv magazine. „Diese integrierte Perspektive ist besonders wichtig für fragile und ressourcenbeschränkte Regionen, in denen die Infrastruktur mehreren Zielen gleichzeitig dienen muss. Wir sind daran interessiert, das ITEEA-Rahmenwerk auf andere grenzüberschreitende Kanalsysteme in Zentral- und Südasien auszudehnen.“

Bei der Erörterung der Ergebnisse der Anwendung des Rahmenwerks auf den Qush-Tepa-Kanal sagte Zaheb, dass eine der auffälligsten Erkenntnisse das Ausmaß der Wassereinsparungen sei, die durch Kanalbeschattung erzielt werden könnten. „Selbst bei teilweiser Abdeckung des Kanals führt die Verdunstungsreduzierung dazu, dass über die Projektlaufzeit Hunderte Millionen Kubikmeter Wasser eingespart werden, was eine wirtschaftliche und strategische Bedeutung hat, die mit der Stromerzeugung selbst vergleichbar ist“, fügte er hinzu.

Die Arbeiten am Qush-Tepa-Bewässerungskanal begannen im Jahr 2022 und werden voraussichtlich im Jahr 2028 abgeschlossen sein. Das im Norden Afghanistans gelegene Projekt leitet Wasser aus dem Fluss Amu Darya um, um rund 550.000 Hektar zu bewässern und mehr als 60.000 Haushalte zu versorgen. Der Kanal soll eine Länge von 285 km (ohne Unterkanäle) haben, eine obere Breite von 125 m, eine Bettbreite von 85 m, eine Wassertiefe von 6,5 m und eine Gesamtkanaltiefe von 8 m haben.

Das ITEEA-Framework der Gruppe beginnt mit einem georäumlichen Screening und einer vor-Machbarkeitsbewertung unter Verwendung von Fernerkundungsdatensätzen, GIS-Ebenen und Interviews mit Interessenvertretern. Im zweiten Schritt wird eine technisch-ökonomische und ökologische Modellierung unter Verwendung des System Advisor Model (SAM) für die Energiesimulation und der Verdunstungskoeffizientenmethode (ECM) für die hydrologische Bewertung durchgeführt. Der dritte Schritt konzentriert sich auf den technischen Entwurf und die Systemoptimierung, einschließlich der modularen Systemkonfiguration, der räumlichen Anordnung des Kanals und der Oberflächenabdeckung.

Im vierten Schritt wird das System installiert und in Betrieb genommen. In dieser Phase berücksichtigt das Rahmenwerk zweigeteilte Outputs, wie z. B. Wasserströme über Pumpen zu landwirtschaftlichen Speichern oder landwirtschaftlichen Betrieben sowie die Stromerzeugung für die ländliche Elektrifizierung oder den Netzexport. Der fünfte Schritt befasst sich mit der Integration von Richtlinien, der Netzkonformität und der Einbindung von Stakeholdern. Im letzten Schritt wird ein Closed-Loop-Lernansatz verwendet, um Echtzeit-Leistungsdaten mit Basisprognosen zu vergleichen.

Basierend auf den ersten drei Schritten wählten die Forscher einen Abschnitt des Kanals in der Nähe von Mazar-i-Sharif für den CTPV-Einsatz aus, da dieser ein höheres Solarpotenzial bietet. Sie entschieden sich für 550-W-PV-Module aus kristallinem -Silizium mit einem Wirkungsgrad von 19 %, die in einem Neigungswinkel von 0 Grad und einem Azimut von 180 Grad mit Ausrichtung nach Süden installiert wurden. Die modellierte Anlage hatte eine Gesamtleistung von 836 MW. Da es sich um eine Simulationsstudie handelte, implementierte das Team das System nicht, sondern modellierte stattdessen seinen Betrieb mit Kapazitätsfaktoren von 18 %, 20 % und 23 %.

„Das CTPV-System ist mit einer installierten Leistung von 836 MW ausgelegt und bei einem Basiskapazitätsfaktor von 20 % ist das System in der Lage, etwa 1.465 GWh pro Jahr zu erzeugen, mit einem Empfindlichkeitsbereich von 1.318–1.684 GWh, was Kapazitätsfaktoren von 18–23 % entspricht“, erklärte die Gruppe. „Darüber hinaus reduziert das System die Wasserverdunstung um etwa 20 %, wodurch etwa 445 Millionen m3 Wasser eingespart werden und Wassereinsparungsvorteile im Wert von etwa 200 Millionen US-Dollar über einen Zeitraum von 25 Jahren erzielt werden.“

„Einsparungen bei der Landnutzung tragen zusätzlich 118 Millionen US-Dollar zum Gesamtnutzen bei“, erklärten die Wissenschaftler. „Die erforderliche Anfangsinvestition beträgt ungefähr 1,08 Milliarden US-Dollar, und die Wirtschaftlichkeit des Projekts wird über eine 25-jährige Lebensdauer mit einem Basisabzinsungssatz von 12 % und einer Sensitivitätsanalyse von 8 bis 16 % bewertet. Bei günstigen Finanzierungs- und Leistungsszenarien weist das System positive wirtschaftliche Erträge auf, während die Ergebnisse weiterhin empfindlich auf Kapazitätsfaktor- und Abzinsungssatzannahmen reagieren.“

Die Forschungsarbeit wurde in „Canal-top photovoltaic systems on the Qush-Tepa Canal: a model for energy-water synergy“ vorgestellt, veröffentlicht in Energy Conversion and Management: