Blue Water Footprint of Hydropower Generation under Arid and Semi-Arid Climatic Conditions

तकनीकी सारांश: शुष्क और अर्ध-शुष्क जलवायु परिस्थितियों में जलविद्युत उत्पादन का ब्लू वॉटर फुटप्रिंट (Blue Water Footprint)

समस्या विवरण
जनसंख्या वृद्धि, आर्थिक विस्तार और जलवायु परिवर्तन के कारण ताजे जल संसाधन तेजी से सीमित हो रहे हैं, जो ईरान जैसे शुष्क और अर्ध-शुष्क क्षेत्रों में विशेष रूप से गंभीर स्थिति है। जबकि जलविद्युत एक महत्वपूर्ण नवीकरणीय ऊर्जा स्रोत है, बड़े जलाशयों पर इसकी निर्भरता सतह के वाष्पीकरण के माध्यम से एक महत्वपूर्ण "छिपी हुई जल लागत" (hidden water cost) पैदा करती है। गर्म और शुष्क जलवायु में, ये वाष्पीकरण संबंधी नुकसान अन्य क्षेत्रों के लिए जल उपलब्धता को काफी कम कर सकते हैं और जलविद्युत की स्थिरता को कमजोर कर सकते हैं। जल-ऊर्जा संबंध (water-energy nexus) के महत्व के बावजूद, ईरान में जलविद्युत उत्पादन से जुड़े ब्लू वॉटर फुटप्रिंट (BWF)—विशेष रूप से सतह और भूजल के उस आयतन के, जो उपभोग किया जाता है और जो जलक्षेत्र (catchment) में वापस नहीं लौटता—के व्यापक, मात्रात्मक मूल्यांकन की कमी है। मौजूदा अध्ययनों में अक्सर विस्तृत क्षेत्रीय डेटा का अभाव होता है या वे जलाशयों की बहु-उद्देश्यीय प्रकृति और वाष्पीकरण दरों पर जलवायु परिवर्तनशीलता के प्रभाव को पर्याप्त रूप से शामिल करने में विफल रहते हैं।

कार्यप्रणाली
यह अध्ययन 2004-2021 की अवधि के दौरान ईरान के 25 परिचालन जलविद्युत संयंत्रों के BWF को मापने के लिए एक वर्णनात्मक-विश्लेषणात्मक दृष्टिकोण अपनाता है। अनुसंधान जनसंख्या में 73 सक्रिय संयंत्र शामिल थे, जिनमें से निरंतर परिचालन डेटा की उपलब्धता के आधार पर 25 का उद्देश्यपूर्ण चयन किया गया।

• डेटा स्रोत: वार्षिक बिजली उत्पादन (टेराजूल, TJ) और जलाशय वाष्पीकरण आयतन (घन मीटर, m³) को आधिकारिक राष्ट्रीय ऊर्जा संतुलन शीट, ईरान जल संसाधन प्रबंधन कंपनी की रिपोर्ट और जलविद्युत संयंत्र प्रबंधन केंद्र के डेटा से निकाला गया।
• वॉटर फुटप्रिंट की गणना: कुल वॉटर फुटप्रिंट ($WF_{e,Total}$) को निर्माण चरण ($WF_{e,c}$) और परिचालन चरण ($WF_{e,o}$) के योग के रूप में निकाला गया। प्रत्येक बांध के लिए विशिष्ट निर्माण डेटा की कमी के कारण, निर्माण चरण के लिए एक प्रॉक्सी मान 0.3 m³/TJ (गोलबी एट अल., 2019 के आधार पर) लागू किया गया। परिचालन चरण का फुटप्रिंट वार्षिक उत्पादित बिजली ($P$) द्वारा वार्षिक वाष्पित आयतन ($E_o$) को विभाजित करके प्राप्त किया गया।
• वाष्पीकरण का आवंटन: यह पहचानते हुए कि कई जलाशय बहु-उद्देश्यीय (जैसे सिंचाई, बाढ़ नियंत्रण, घरेलू आपूर्ति) होते हैं, इस अध्ययन ने वाष्पीकरण का 100% जलविद्युत को आवंटित करने से परहेज किया। इसके बजाय, इसने शेरेर और फिस्टर (2016) द्वारा प्रस्तावित आवंटन दृष्टिकोण का उपयोग किया। एक आवंटन कारक ($f_A$) जलाशय के उद्देश्यों में जलविद्युत की प्राथमिकता रैंकिंग ($n$) के आधार पर निर्धारित किया गया था। यदि जलविद्युत की रैंक $r$ थी, तो वाष्पीकरण हानि को आनुपातिक रूप से वितरित करने के लिए कारक की गणना की गई थी।
• संवेदनशीलता विश्लेषण (Sensitivity Analysis): आवंटन धारणाओं में अनिश्चितता को दूर करने के लिए, अध्ययन के बेसलाइन रैंकिंग-आधारित आवंटन, सभी उद्देश्यों के बीच समान आवंटन ($f_A = 1/n$), और जलविद्युत को पूर्ण आवंटन ($f_A = 1.0$) की तुलना करते हुए तीन परिदृश्यों का तुलनात्मक संवेदनशीलता विश्लेषण किया गया।
• सांख्यिकीय विश्लेषण: कोलमोगोरोव-स्मिरनोव परीक्षण का उपयोग करके डेटा की सामान्यता (normality) का आकलन किया गया, और विश्लेषण SPSS संस्करण 23 और एक्सेल का उपयोग करके किए गए।

प्रमुख परिणाम
अध्ययन ने 25 संयंत्रों के बीच ब्लू वॉटर फुटप्रिंट में महत्वपूर्ण विषमता प्रकट की, जो संयंत्र के आकार, जलाशय की आकृति विज्ञान (morphology) और स्थानीय जलवायु से अत्यधिक प्रभावित है।

• संयंत्र के आकार के आधार पर भिन्नता: इस धारणा के विपरीत कि बड़े संयंत्र हमेशा अधिक कुशल होते हैं, परिणामों ने दिखाया कि छोटे पैमाने के जलविद्युत संयंत्रों (<10 MW) में उत्पादित प्रति इकाई ऊर्जा का BWF उच्चतम था।
  • उच्चतम BWF: गोलब संयंत्र (लघु स्तर) ने 283,852.15 m³/TJ के साथ उच्चतम फुटप्रिंट दर्ज किया।
  • न्यूनतम BWF: यशुज में शाह कासिम संयंत्र (लघु स्तर) का BWF सबसे कम 323.22 m³/TJ था।
  • बड़े संयंत्र: बड़े संयंत्रों (>100 MW) में, कर्कहे (Karkheh) का फुटप्रिंट उच्चतम (15,599.34 m³/TJ) था, जबकि कारून-3 (Karoon-3) का सबसे कम (412.84 m³/TJ) था।
• सामयिक रुझान (Temporal Trends): 2004 से 2021 के बीच वार्षिक BWF में महत्वपूर्ण उतार-चढ़ाव देखा गया। शिखर 2021 (11,136.44 m³/TJ) में आया, जो ईरान के हालिया इतिहास के सबसे सूखे वर्षों में से एक के साथ मेल खाता है, जिसमें दीर्घकालिक औसत से 40-50% कम वर्षा और उच्च तापमान देखा गया। न्यूनतम वार्षिक फुटप्रिंट 2008 (3,690.31 m³/TJ) में दर्ज किया गया।
• जलवायु चालक (Climatic Drivers): गर्म, शुष्क क्षेत्रों के संयंत्रों ने काफी उच्च जल हानि दर प्रदर्शित की। अध्ययन ने पुष्टि की कि उच्च तापमान, सूखा स्थितियां और कम आर्द्रता ने वाष्पीकरण को सीधे तीव्र किया, जिससे BWF बढ़ गया।
• संवेदनशीलता निष्कर्ष: हालांकि विभिन्न आवंटन धारणाओं के तहत BWF का पूर्ण परिमाण काफी भिन्न था (उदाहरण के लिए, बेसलाइन में गोलब का BWF ~283,000 m³/TJ से लेकर पूर्ण आवंटन के तहत ~1.77 मिलियन m³/TJ तक था), संयंत्रों की सापेक्ष रैंकिंग सुसंगत रही। यह सुझाव देता है कि आवंटन अनिश्चितताओं के बावजूद विशिष्ट संयंत्रों की उच्च जल तीव्रता के संबंध में अध्ययन के मुख्य निष्कर्ष मजबूत हैं।

महत्व और दावे
यह शोध जल उपयोग को जलवायु परिवर्तनशीलता से जोड़ने के लिए एक नवीन ढांचा प्रदान करने का दावा करता है, जो शुष्क वातावरण में ऊर्जा-जल अंतःक्रियाओं की स्थिरता पर एक महत्वपूर्ण दृष्टिकोण प्रस्तुत करता है।

• जलविद्युत स्थिरता का पुनर्मूल्यांकन: निष्कर्ष जलविद्युत को सार्वभौमिक रूप से टिकाऊ ऊर्जा स्रोत के रूप में देखने की पारंपरिक धारणा को चुनौती देते हैं। ईरान जैसे जल-अभाव वाले क्षेत्रों में, बड़े जलाशयों से उच्च वाष्पीकरण दर इन परियोजनाओं को जल-संसाधन प्रबंधन के दृष्टिकोण से पर्यावरणीय रूप से अनुचित बना सकती है।
• पद्धतिगत योगदान: अध्ययन जल फुटप्रिंट मूल्यांकन में आवंटन कारकों और जलवायु परिवर्तनशीलता को एकीकृत करने की आवश्यकता को प्रदर्शित करता है। यह रेखांकित करता है कि जलाशयों की बहु-उद्देश्यीय प्रकृति की उपेक्षा करना या स्थानीय जलवायु स्थितियों को अनदेखा करना गलत स्थिरता मूल्यांकन की ओर ले जाता है।
• नीतिगत निहितार्थ: लेखक तर्क देते हैं कि ईरान में भविष्य की जलविद्युत योजना को क्षेत्रीय रूप से विभेदित दृष्टिकोण अपनाना चाहिए। वे वाष्पीकरण को कम करने के लिए कम सतह-क्षेत्र-से-आयतन अनुपात वाले 'रन-ऑफ-रिवर' सिस्टम या छोटे जलाशयों को प्राथमिकता देने का सुझाव देते हैं। इसके अलावा, अध्ययन जलवायु परिवर्तन के प्रति लचीलापन बढ़ाने के लिए राष्ट्रीय ऊर्जा योजना में वॉटर फुटप्रिंट विश्लेषण को एकीकृत करने और एकीकृत जल-ऊर्जा प्रबंधन रणनीतियों को अपनाने की वकालत करता है।
• वैश्विक संदर्भ: रिपोर्ट किए गए BWF मान आम तौर पर समशीतोष्ण क्षेत्रों की तुलना में उच्च हैं लेकिन अन्य शुष्क क्षेत्रों (जैसे दक्षिणी स्पेन, दक्षिण अफ्रीका) के निष्कर्षों के अनुरूप हैं, जो इस निष्कर्ष को पुष्ट करते हैं कि स्थानीय जलवायु जल फुटप्रिंट के परिमाण का प्राथमिक निर्धारक है।

अध्ययन निष्कर्ष निकालता है कि हालांकि जलविद्युत एक प्रमुख ऊर्जा स्रोत बनी हुई है, शुष्क क्षेत्रों में इसकी स्थिरता बेहतर जलाशय प्रबंधन, जलवायु-अनुकूल डिजाइन और नवीकरणीय ऊर्जा पोर्टफोलियो के विविधीकरण के माध्यम से वाष्पीकरण हानि को पहचानने और कम करने पर निर्भर है।