Journal of Water and Wastewater Science and Engineering

Journal of Water and Wastewater Science and Engineering

Feasibility Study of Water Consumption Reduction Strategies in Thermal Power Plants: A Case Study of Shahid Madhej Power Plant

Document Type : Original Article

Authors
1 Assistant Professor, Department of Environmental Engineering, Faculty of Civil Engineering and Architecture, Shahid Chamran University of Ahvaz, Ahvaz, Iran.
2 M.Sc. Student., Department of Environmental Engineering, Faculty of Civil Engineering and Architecture, Shahid Chamran University of Ahvaz, Ahvaz, Iran.
Abstract
Thermal power plants are major consumers of freshwater, exacerbating environmental and operational challenges in water-scarce regions. This study evaluates strategies to reduce water consumption at the Shahid Madahj Ahvaz Power Plant in Iran. The results indicate a current consumption rate of approximately 3 m³ per MWh, which exceeds the national average of 2.2 m³/MWh for Iranian thermal power plants. An analysis of water loss identified the following distribution: evaporation (54%), discharge (30%), leakage and overflow (15%), and drift (1%). Three mitigation strategies were evaluated: increasing cycles of concentration, treating blowdown with reverse osmosis, and installing anti-drift louvers. The implementation of a combined approach demonstrated a potential reduction in water consumption of up to 35%, achieving a rate of 2 m³/MWh. This improvement would yield annual savings of over 2.4 million cubic meters of water and reduce water supply costs by 22 billion Iranian tomans. The findings provide a practical framework for water conservation in similar power plants, particularly in arid and semi-arid regions.
Keywords

ایرجی، ف.، و نجفی، پ.، (1404)، "بررسی کاربرد منابع آب نامتعارف در تأمین پایدار آب: مزایا، محدودیت‌ها و راهکارهای اجرایی"، نشریه راهبردهای فنی در سامانه‌های آبی، 3(1)، 1-20، https://doi.org/10.30486/TSWS.2025.1206427.
اسماعیل‌پور، م.، قهرمان‌افشار، م.، و قاسمی‌نژاد، ح.، (1402)، "بررسی مصرف آب در نیروگاه بخار شهید منتظر قائم و ارزیابی فنی-اقتصادی راهکارهای بازچرخانی زیرآب بویلرها"، شیمی و مهندسی شیمی ایران، 42(4)، 177-189.
پرهیزکار، ف.، و پورعلی، ا.، (1396)، "بهینه‌سازی تولید همزمان آب شیرین و توان در نیروگاه‌های حرارتی"، علوم و مهندسی آب و فاضلاب، 2(1)، 38-45، https://doi.org/10.22112/jwwse.2017.87963.1029.
تهامی‌پور زرندی، م.، و اسماعیل‌زاده هنجی، ع.، (1402)، "ارزیابی پیوند آب-انرژی در صادرات و واردات برق ایران با استفاده از رویکرد آب مجازی"، علوم و مهندسی آب و فاضلاب، 8(3)، 35-46، https://doi.org/10.22112/jwwse.2023.366738.1331.
حراقی، م.، درویشی، ع.، و حراقی، م.، (1403)، "شناسایی و اولویت‌بندی راهکارهای سازگاری با کم‌آبی با بهره‌گیری از روش‌های تحلیل سلسله‌مراتبی و تاپسیس (مطالعه موردی استان بوشهر)"، علوم و مهندسی آب و فاضلاب، 9(2)، 17-30، https://doi.org/10.22112/jwwse.2023.388611.1354.
رمضانی، م.، نظری، م.، و نظری، م.، (1404)، "مدل‌سازی ترمودینامیکی و اعتبارسنجی تجربی بلورساز تحت خلا با گردش اجباری در فرآیند نمک‌زدایی بدون پساب"، نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر، 57(1)، 25-42، https://doi.org/10.22060/mej.2025.23686.7799.
فدائی تهرانی، م.، و ابارشی، م.، (1403)، "بررسی فنی، محیط‌زیستی و اقتصادی نمک‌زدایی آب شور و تحلیل شرایط برای ایران"، علوم و مهندسی آب و فاضلاب، 9(1)، 71-85، https://doi.org/10.22112/jwwse.2023.394456.1362.
موسوی رینه، س.م.، و یوسفی، ح.، (1399)، "بررسی رد پای آب در تولید برق با تأکید بر انرژی‌های تجدیدپذیر"، اکوهیدرولوژی، 7(4)، 1007-1019، https://doi.org/10.22059/ije.2020.308067.1373.
هاشم‌پور، ف.، پرداختی، ع.، و جمشیدی، ش.، (1403)، "برآورد پیامدهای محیط‌زیستی تجمعی سامانه‌های نمک‌زدایی بر مبنای شاخص‌های ReCiPe مورد استفاده در ارزیابی چرخه حیات"، علوم و مهندسی آب و فاضلاب، 9(1)، 19-31،  https://doi.org/10.22112/jwwse.2023.364061.1328.
Biedunkova, O., Kuznietsov, P., and Korbutiak, V., (2024), "Evaluation of return cooling water reuse in the wet cooled power plant to minimise the impact of water intake and drainage", Sustainable Chemistry for the Environment, 7, 100151, https://doi.org/10.1016/j.scenv.2024.100151.
Costa, C.A.S., Miranda, V., Mantelli, M.B.H., Da Silva, A.K., Modenesi, C.R., and Furlan, L.T., (2014), "Experimental study of flexible, unstructured metal foams as condensation structures", Experimental Thermal and Fluid Science, 57, 102-110, https://doi.org/10.1016/j.expthermflusci.2014.04.012.
Dehaghani, S.T., and Ahmadikia, H., (2017), "Retrofit of a wet cooling tower in order to reduce water and fan power consumption using a wet/dry approach", Applied Thermal Engineering, 125, 1002-1014, https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2017.07.069
Deziani, M., Rahmani, K., Roudaki, S.M., and Kordloo, M., (2017), "Feasibility study for reduce water evaporative loss in a power plant cooling tower by using air to air heat exchanger with auxiliary fan", Desalination, 406, 119-124, https://doi.org/10.1016/j.desal.2015.12.007.
EPA, (2017), Water efficiency management guide mechanical systems, U.S. Environmental Protection Agency, Washington DC., www.epa.gov/watersense/commercial-buildings.
EPRI, (2008), Water use for electric power generation, Electric Power Research Institute, Palo Alto, CA., https://www.epri.com/research/products/000000000001014026.
Ghaffour, N., Missimer, T.M., and Amy, G.L., (2013), "Technical review and evaluation of the economics of water desalination: Current and future challenges for better water supply sustainability", Desalination, 309, 197-207, https://doi.org/10.1016/j.desal.2012.10.015.
Guerras, L.S., and Martín, M., (2020), "On the water footprint in power production: Sustainable design of wet cooling towers", Applied Energy, 263, 114620, https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2020.114620.
Meramo, S., and González-Delgado, Á.D., (2023), "Exergy and economic optimization of heat-integrated water regeneration networks", Energy Conversion and Management: X, 18, 100373, https://doi.org/10.1016/j.ecmx.2023.100373.
Meroney, R.N., (2006), "CFD prediction of cooling tower drift", Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics, 94(6), 463-490, https://doi.org/10.1016/j.jweia.2006.01.015.
Müller, S.I., Chapanova, G., Diekow, T., Kaiser, C., Hamelink, L., Hitsov, I.P., Wyseure, L., Moed, D.H., Palmowski, L., and Wintgens, T., (2024), "Comparison of cooling tower blowdown and enhanced make up water treatment to minimize cooling water footprint", Journal of Environmental Management, 367, 121949, https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2024.121949.
Nihalani, S.A., and Mishra, Y.D., (2020), "Water consumption management for thermal power plant", in: Environmental Processes and Management: Tools and Practices, Springer, Cham, 135-153, https://doi.org/10.1007/978-3-030-38152-3_9.
Pan, S.Y., Snyder, S.W., Packman, A.I., Lin, Y.J., and Chiang, P.C., (2018), "Cooling water use in thermoelectric power generation and its associated challenges for addressing water-energy nexus", Water-Energy Nexus, 1(1), 26-41, https://doi.org/10.1016/j.wen.2018.04.002.
Pozzobon, J.C., Mantelli, M.B., and da Silva, A.K., (2016), "Experimental study of unstructured porous media inserts for water recovery in a reduced scale, crossflow cooling tower", Applied Thermal Engineering, 96, 632-639, https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2015.11.039
Qasim, S.R., and Zhu, G., (2017), Wastewater treatment and reuse theory and design examples, Volume 2: Post-Treatment, Reuse, and Disposal, CRC Press.
Seneviratne, M., (2007), A practical approach to water conservation for commercial and Iindustrial facilities, Elsevier, Amsterdam.
Shao, W., Feng, J., Liu, J., Yang, G., Yang, Z., and Wang, J., (2017), "Research on the status of water conservation in the thermal power industry in China", Energy Procedia, 105, 3068-3074, https://doi.org/10.1016/j.egypro.2017.03.639.
Zhai, H., and Rubin, E.S., (2010), "Performance and cost of wet and dry cooling systems for pulverized coal power plants with and without carbon capture and storage", Energy Policy, 38(10), 5653-5660, https://doi.org/10.1016/j.enpol.2010.05.013.
Volume 10, Issue 3
Autumn 2025
Pages 47-56

  • Receive Date 09 April 2025
  • Revise Date 15 September 2025
  • Accept Date 27 September 2025