پژوهش‌های مکانیک ماشینهای کشاورزی

پژوهش‌های مکانیک ماشینهای کشاورزی

بررسی و مقایسه اثرات زیست محیطی تولید خیار گلخانه ای با منابع انرژی خورشیدی و فسیلی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 فارغ التحصیل کارشناسی‌ارشد گروه مهندسی مکانیک بیوسیستم، دانشکده مهندسی زراعی، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری، ساری، ایران.
2 گروه مکانیک بیوسیستم، دانشکده مهندسی زراعی دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری
3 استادیار، گروه مهندسی مکانیک بیوسیستم، دانشکده کشاورزی، دانشگاه رازی، کرمانشاه، ایران
4 دانشیار گروه مهندسی مکانیک بیوسیستم، دانشکده مهندسی زراعی، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری، ساری، ایران
چکیده
در این مطالعه به بررسی ارزیابی چرخه حیات تولید خیار گلخانه‌ای در شهرستان‌های کرج، هشتگرد، نظرآباد و اشتهارد و به کارگیری سه سامانه تامین انرژی مرسوم (استفاده از انرژی الکتریسته با منبع سوخت فسیلی و استفاده از گازوییل برای گرمایش گلخانه)، فتوولتاییک و فتوولتاییک حرارتی پرداخته شد. بدین منظور میزان انرژی مصرفی معادل سوخت و الکتریسیته مورد نیاز محاسبه و برای تامین آن سامانه‌های خورشیدی فتوولتاییک و فتوولتاییک حرارتی با استفاده از نرم‌افزار TRNSYS شبیه‌سازی و طراحی شدند. در گام بعد نیز با استفاده از روش IMPACT2002+ به بررسی انتشار آلاینده‌ها در سناریوهای مختلف تولید خیار پرداخته شد. نتایج شبیه‌سازی نشان داد که تعداد حداکثر پنل موردنیاز برای سامانه‌های فتوولتاییک و فتوولتاییک حرارتی به ترتیب 160 و 159 عدد به‌منظور کشت یک هکتار خیار گلخانه‌ای می‌باشد. نتایج ارزیابی چرخه حیات نشان داد که در تمامی رده‌های آسیب سامانه خورشیدی فتوولتاییک کمترین مقدار انتشار را به خود اختصاص داده است. همچنین نتایج نشان داد که در میزان جمع کل انتشارت، سامانه مرسوم بالاترین میزان انتشار را به خود اختصاص داده و پس ‌از آن سامانه فتوولتاییک-حرارتی وجود دارد. در سه سامانه مرسوم، فتوولتاییک و فتوولتاییک حرارتی به ترتیب سوخت گازوئیل، پنل‌های فتوولتاییک و پنل‌های فتوولتاییک حرارتی و در موازات با انتشارات درون مزرعه بالاترین سهم را در انتشارات رده‌های آسیب دارا می‌باشند. نتایج نشان داد که بالاترین میزان رده های خسارت سلامتی انسان و کیفیت زیست‌بوم به ترتیب به میزان 005/0 DALY و 9215 PDF*m2*yr در سناریو تولید انرژی با استفاده از سامانه فتوولتاییک و در بخش رده های خسارت تغییر اقلیم و منابع به ترتیب به میزان 6629 kg CO2 eq. و 145446 MJ primary با استفاده از سامانه‌ی تولید انرژی به روش مرسوم بدست آمدند. نتایج شاخص نهایی زیست محیطی نشان داد که در بین این سه سامانه، سامانه فتوولتاییک از لحاظ زیست محیطی بهترین سناریو است.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

Abeliotis, K., Detsis, V., & Pappia, C. (2013). Life cycle assessment of bean production in the Prespa National Park, Greece. Journal of Cleaner Production, 41: 89-96.
 
Ali, Q., Yaseen, M. R., & Khan, M. T. I. (2019). Energy budgeting and greenhouse gas emission in cucumber under tunnel farming in Punjab, Pakistan. Scientia Horticulturae, 250: 168-173.
 
Ayali, H., & Movahed Kh. (2016). Determining the optimal direction of the central courtyard of Qajar houses in Shiraz based on the amount of solar energy received. Journal of Geography and Development, 14: 161-182. (In Persian)
 
Banaeian, N., Omid, M., & Ahmadi, H. (2011). Energy and economic analysis of greenhouse strawberry production in Tehran province of Iran. Energy Conversion and Management, 52(2): 1020-1025.
 
Bhatnagar, P.R. (2014). Strategies for protected cultivation for small and marginal farmers in India. In Agricculture: Towards a new paradigm of sustainability. New Delhi, India: Excellent publishing house.
 
Brentrup, F., Küsters, J., Kuhlmann, H., & Lammel, J. (2004). Environmental impact assessment of agricultural production systems using the life cycle assessment methodology: I. Theoretical concept of a LCA method tailored to crop production. European Journal of Agronomy, 20(3): 247–264.
 
Canakci, M., & Akinci, I. (2006). Energy use pattern analysis of greenhouse vegetable production. Energy, 31: 1243-1256.
 
Esen, M., & Yuksel, T. (2013). Experimental evaluation of using various renewable energy sources for heating a greenhouse. Energy and Buildings, 65: 340-351.
 
Ghasemi-Mobtaker, H., Mostashari-Rad, F., Saber, Z., Chau, K., Nabavi-Pelesaraei, A. (2020). Application of photovoltaic system to modify energy use, environmental damages and cumulative exergy demand of two irrigation systems-A case study: Barley production of Iran. Renewable Energy, 160: 1316-1334.
 
Heidari, M. D., & Omid, M. (2011). Energy use patterns and econometric models of major greenhouse vegetable productions in Iran. Energy, 36(1): 220-225.
 
Hosseini-Fashami, F., Motevali, A., Nabavi-Pelesaraei, A., Hashemi, S.J., & Chau, K. (2019). Energy-Life cycle assessment on applying solar technologies for greenhouse strawberry production. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 116: 109411.
 
Ingwersen, W. W. (2012). Life cycle assessment of fresh pineapple from Costa Rica. Journal of Cleaner Production, 35: 152-163.
 
ISO, (2006). ISO 14040: Environmental Management -Life Cycle Assessment- Requirements and Guidelines. International Organisation for Standardisation. Geneva, Switzerland.
 
Jolliet, O., Margni, M., Charles, R., Humbert, S., Payet, J., Rebitzer, G., & Rosenbaum, R. (2003). IMPACT 2002+: a new life cycle impact assessment methodology. The International Journal of Life Cycle Assessment, 8(6): 324.
 
Kalogirou, S. A. (2001). Use of TRNSYS for modelling and simulation of a hybrid PV–thermal solar system for Cyprus. Renewable Energy, 23(2): 247-260.
 
 
Khoshnevisan, B., Rafiee, S., Omid, M., Mousazadeh, H., & Clark, S. 2014. Environmental impact assessment of tomato and cucumber cultivation in greenhouses using life cycle assessment and adaptive neuro-fuzzy inference system. Journal of Cleaner Production, 73: 183-192.
 
Khoshnevisan, B., Rafiee, S., Omid, M., Yousefi, M., & Movahedi, M. (2013). Modeling of energy consumption and GHG (greenhouse gas) emissions in wheat production in Esfahan province of Iran using artificial neural networks. Energy, 52: 333-338.
 
Kouchaki-Penchah, H., Sharifi, M., Mousazadeh, H., Zarea-Hosseinabadi, H., & Nabavi-Pelesaraei, A. (2016). Gate to gate life cycle assessment of flat pressed particleboard production in Islamic Republic of Iran. Journal of Cleaner Production, 112: 343-350.
 
Mahdavi, S., Sarhaddi, F., & Hedayatizadeh, M. (2019). Energy/exergy based-evaluation of heating/cooling potential of PV/T and earth-air heat exchanger integration into a solar greenhouse. Applied Thermal Engineering, 149: 996-1007.
 
Nabavi-Pelesaraei, A., Azadi, H., Van Passele, S.,  Saber, Z.,  Hosseini-Fashami, F., Mostashari-Rad, F.,  Ghasemi-Mobtaker, H. (2021) Prospects of solar systems in production chain of sunflower oil using cold press method with concentrating energy and life cycle assessment. Energy, 223: 120117.
 
Nayak, S., & Tiwari, G. N. (2008). Energy and exergy analysis of photovoltaic/thermal integrated with a solar greenhouse. Energy and Buildings, 40(11): 2015-2021.
 
Neira, D. P., Montiel, M. S., Cabeza, M. D., & Reigada, A. (2018). Energy use and carbon footprint of the tomato production in heated multi-tunnel greenhouses in Almeria within an exporting agri-food system context. Science of the Total Environment, 628: 1627-1636.
 
OECD, (2001). Improving the Environmental Performance of Agriculture: Policy Options and Market Approaches, Paris. Available at: www.oecd.org/agr/env.
 
Paksoy, M., Turkmen, O., & Direk M. (2010). Importance of geothermal water using for greenhouse heating in Turkey, Selc UK Journal of Agriculture and Food Sciences, 24(2): 50–53.
 
Pathak, H., & Wassmann, R. (2007). Introducing greenhouse gas mitigation as a development objective in rice-based agriculture: I. Generation of technical coefficients. Agricultural Systems, 94(3): 807-825.
 
Pishgar-Komleh, S. H., Ghahderijani, M., & Sefeedpari, P. (2012). Energy consumption and CO2 emissions analysis of potato production based on different farm size levels in Iran. Journal of Cleaner Production, 33: 183-191.
 
Rebitzer, G., Ekvall, T., Frischknecht, R., Hunkeler, D., Norris, G., & Rydberg, T. (2004). Life cycle assessment: Part 1: Framework, goal and scope definition, inventory analysis, and applications