با پژوهش‌های علمی و صنعتی، مشکل انرژی‌های تجدید پذیر و بهره‌وری انرژی برق حل خواهدشد؟!

عمده انرژی‌های تجدید پذیر چند مرحله وجود دارد. ابتدا توسط نیروی باد یا تابش خورشید (یا سایر انرژی ها)، برق تولید می‌شود. در مرحله دوم این برق در باتری‌ها ذخیره یا توسط فرایند الکترولیز به هیدروژن تبدیل می‌گردد. فرق اصلی بین باتری و هیدروژن این است که قبل از مرحله دوم، باتری‌ها در کارخانجات ساخته می‌شوند. در حالی که هیدروژن پس از مرحله دوم (یعنی تولید شدن آن) دارای یک فرایند اضافی انتقال به جایگاه‌های سوختگیری است تا در آنجا مخازن هیدروژن پر شوند. علاوه بر آن سوخت هیدروژن برای تبدیل شدن به برق نیازمند پیل سوختی است و این امر بازدهی استفاده از هیدروژن نسبت به باتری را کمتر و هزینه هایش را افزونتر می‌نماید.

اگرچه فرایند شارژ باتری (نسبت به فرایند انتقال هیدروزژن) کوتاه تر، کم هزینه‌تر و بسیار کارآمدتر است، اما عمر آن محدود و هزینه بر است و در حال حاضر ضایعات باتری به سادگی قابل بازیافت نیست. ضمن رقابت بین این دو سیستم کاملاً متفاوت با یکدیگر، نبرد اصلی آن‌ها با جایگاه مستقر جهانی انواع سوخت‌های فسیلی است که بهره‌گیری ۱.۵ قرنی از آنها، اینک جهان را در معرض نابودی قرار داده است.

بر اساس گزارش شرکت معتبر (مالی، نرم افزاری، داده‌ای و رسانه ای) بلومبرگ در سال ۲۰۲۰، میزان سرمایه گذاری در انرژی‌های تجدیدپذیر بیش از نیم تریلیون دلار بوده است. شرکت نفتی BP بریتانیا پیش بینی کرده که تولید و مصرف انرژی‌های تجدیدپذیر از پنج درصد در سال ۲۰۱۸ به ۴۵ تا ۶۰ درصد در سال ۲۰۵۰ برسد و هزینه‌های تولید مربوطه به میزان ۳۰ تا ۷۰ درصد کاهش یابد. گسترش بازار این نوع انرژی ها، موجب بهره گیری از امتیاز مقیاس اقتصادی شده و قیمت‌ها مرتباً کاهش می‌یابند. در همین حال نیز تطابق جهانی با انرژی‌های تجدیدپذیر به طور روز افزون بیشتر می‌شود. بر اثر کشفیات و نوآوری‌های پیاپی، هزینه‌های تأمین انرژی‌های تجدیدپذیر به تدریج در حال برابری با هزینه‌های سوخت‌های فسیلی است و در بعضی از موارد از آن‌ها هم با صرفه‌تر گردیده است. ضمن اینکه استفاده از آن‌ها تقریباً هیچ گونه آلودگی نیز به بار نمی‌آورد. کشور ژاپن در نظر دارد که با سرمایه‌گذاری‌های هنگفت تا سال ۲۰۵۰، تولید سالانه یک میلیارد تن گاز‌های گلخانه‌ای کنونی خود را به صفر برساند.

تفاهم نامه همکاری و مشارکت آموزشی، پژوهشی، ارائه خدمات علمی، مهندسی و مشاوره‌ای و استفاده از امکانات، ظرفیت‌ها بین دکتر حسن زمانیان معاون وزیر علوم، تحقیقات و فناوری و رئیس سازمان پژوهش‌های علمی و صنعتی ایران و محمود کمانی معاون وزیر نیرو و رئیس سازمان انرژی‌های تجدیدپذیر و بهره‌وری انرژی برق (ساتبا)، به امضا رسید.

سازمان پژوهش‌ها از بدو تاسیس دو ماموریت رفع مشکلات و موانع و تولید محصولات صنعتی مورد نیاز کشور را به عهده داشته است. این سازمان در حال حاضر دارای دو رکن اساسی است که سازمان پژوهش‌ها را از سایر نهاد‌های پژوهشی و آموزشی کشور متمایز می‌کند.

زمانیان افزود: ما یک رکن اساسی به اسم پژوهشکده‌ها داریم با ۹ پژوهشکده و از طرفی دیگر دارای ۱۵۰ واحد فناور که تعداد۷۰ واحد از آن‌ها بین المللی هستند.

وی از راه انداری دو مرکز ملی در سازمان پژوهش‌های علمی و صنعتی ایران خبرداد و گفت: مرکز ملی گرافین و مرکز سوخت پاک هیدروژن در سازمان پژوهش‌ها در حال راه‌اندازی است و از آنجایی که گرافین آینده صنعت دنیا و سوخت پاک هیدروژن آینده انرژی دنیا را در بردارد، برای ما حائز اهمیت است و ۱۳۰ کشور و ۱۷۰ نهاد پژوهشی در دنیا در حال فعالیت در این زمینه هستند.

محمود کمانی ضمن تشکر برای راه اندازی آزمایشگاه سیستم‌های تهویه مطبوع کشور در سازمان پژوهش‌های علمی و صنعتی ایران گفت: کار بزرگی در کشور انجام گرفته است، زیرا اگر ما حدودا ۳۰ هزار مگاوات توان مصرفی در حوزه سرمایش را در نظر بگیریم حدود ۵ تا ۷ هزار مگاوات آن مصرف چیلر است که اگر استاندارد گذاری شود پیش بینی می‌کنیم حدود ۳۰ مگاوات سالانه از افزایش مصرف برق جلوگیری می‌شود.

کمانی گفت: موضوع اصلی مورد بررسی در این جلسه موضوع بهینه سازی انرژی است ما مسأله ناترازی انرژی را در کشور داریم که این ناترازی در بخش خانگی به طور محسوس مشهود نیست، اما در بخش‌های دیگر مقداری نیاز به برنامه ریزی دارد. در سال گذشته پیک مصرف شبکه برق حدود ۶۹۵۰۰ مگاوات بوده است که این مقدار در سال ۱۴۰۲ تاکنون به ۷۲۵۰۰ مگاوات در چندروز اخیر افزایش پیدا کرده است.

وی افزود: یکی از راهکار‌های این مسئله موضوع استفاده از انرژی‌های تجدیدپذیر و احداث نیروگاه‌های جدید است، اما راهکار مفیدتر که سرمایه گذاری کمتری را می‌طلبد پرداختن به موضوع بهینه سازی است. ما سالانه حدود ۱۰۰ میلیارد دلار مصرف انرژی داریم که عدد قابل توجهی است و این در حالی است که حدود ۳۰ میلیارد دلار امکان بهینه سازی در مصرف انرژی داریم که این مسئله از دید فعالان اقتصادی و سرمایه گذاران دور بوده است.

معاون وزیر نیرو بیان کرد: واقعیت این است که از لحاظ استاندارد سازی برای مصرف انرژی راهکار‌های زیادی داریم که سال‌هاست مورد غفلت واقع شده است. به طور مثال در زمینه وسایل سرمایشی میتوانستیم ارتقای بهره وری در حوزه کولر‌های آبی را که ۵۰ سال رها شده بود، در مدت زمان کمتری حل کنیم. همچنین در حوزه روشنایی در سال گذشته ۱۶ میلیون لامپ رشته‌ای با کمترین راندمان و بهره‌وری در کشور تولید شده است که متاسفانه این یک فاجعه است.

دکتر مجید جوانمرد معاون ارتباط با صنعت و تجاری سازی سازمان گزارشی از حوزه‌های مختلف پژوهشکده‌های سازمان که مرتبط با انرژی بوده و در این زمینه طرح و فعالیت داشته اند ارائه نمود.

در پایان این نشست تخصصی تفاهم نامه همکاری و مشارکت آموزشی، پژوهشی، ارائه خدمات علمی، مهندسی و مشاوره‌ای و استفاده از امکانات، ظرفیت‌ها و توانایی‌های طرفین، فی ما بین سازمان پژوهش‌ها و ساتبا توسط حسن زمانیان و محمود کمانی امضا شد.

شایان ذکر است؛ این انعقاد تفاهم نامه به منظور تحقق مفاد مرتبط با ارتقاء بهره­، وری انرژی برق در خط مشی­،‌های مصوب از جمله سیاست­‌های کلی اصلاح الگوی مصرف، قانون اصلاح الگوی مصرف انرژی، قانون مانع زدایی از توسعه صنعت برق، و برنامه‌های وزارت نیرو برای کاهش تقاضای مصرف برق کشور طی چهار سال آتی به میزان ۳ هزار مگاوات از طریق ارتقای استاندارد‌های انرژی صورت گرفت.

از موضوعات این تفاهم نامه می‌توان به موارد زیر اشاره نمود:

همکاری در ایجاد و توسعه آزمایشگاه­‌های آزمون تجهیزات انرژی­ برقی در کشور به ترتیب با اولویت
دستگاه‌­های تهویه مطبوع، فن‌های خانگی و صنعتی، کولر گازی، کولر آبی (براساس استاندارد اشری ۱۳۳)، برج خنک کن

اجرای پروژه­‌های تحقیقاتی مشترک در خصوص بکارگیری روش­‌های نوین کاهش مصرف انرژی در تجهیزات انرژی بر برقی با اولویت دستگاه‌­های تهویه مطبوع و سیستم­‌های سرمایشی

همکاری در اجرای پروژه‌های کلان ملی در حوزه سوخت پاک هیدروژن

همکاری و مشاوره در تدوین، بازنگری و اجرای استاندارد‌های تعیین معیار مصرف انرژی در تجهیزات انرژی بر برقی شامل: چیلر تراکمی آب خنک و هواخنک، پکیج تهویه مطبوع یکپارچه هوا خنک، هواساز، فن کویل، فن‌های خانگی و صنعتی، کولر گازی، کولر آبی، برج خنک کن

برگزاری نشست‌های علمی، دوره‌ها، همایش‌ها وکارگاه‌های آموزشی در خصوص آشنایی با استاندارد‌های تعیین معیار مصرف انرژی و آزمایشگاه­های آزمون دستگاه­های تهویه مطبوع و فن­ها و روش­های نوین کاهش مصرف انرژی

همکاری متقابل در بهره­مندی از امکانات و توانمندی­های طرفین نظیر خدمات مشاوره­ای و پژوهشی، کتابخانه‌ای، تجهیزات آزمایشگاهی و ... در چارچوب همکاری‌های مشترک

همکاری و بهره‌مندی از ظرفیت‌های اطلاع‌رسانی و تبلیغاتی یکدیگر در راستای ارتقاء سطح فرهنگی جامعه

تهیه مقالات علمی و تخصصی برای ارائه در کنفرانس­های معتبر ملی و بین‌المللی

همکاری جهت اجباری شدن استاندارد‌های تعیین معیار مصرف انرژی و برچسب انرژی فن‌های صنعتی برای اولین بار در دنیا

برخی محدودیت‌های تولید انرژی تجدیدپذیر

روند رو به گسترش تولید انرژی‌های تجدیدپذیر با مشکل وابستگی به شرایط آب و هوایی (یعنی میزان آفتاب، باد و آب پشت سدها) وابسته است. هنگامی که باد راکد شده یا هوای شدیداً ابری مانع تولید کافی انرژی تجدیدپذیر می‌شود، چه باید کرد؟ در این حال، پرسش راهبردی که از سوی برخی از کارشناسان مطرح شده این است که کشور آلمان تا چه اندازه می‌تواند به انرژی‌های تجدید‌پذیر تولیدی کشور خود و اروپا تکیه کند؟ زیرا سطح تولید انرژی‌های تجدید‌پذیر به شدت به وضعیت بد آب و هوای زمستان‌های سرد شمال اروپا وابسته است. در یکی از زمستان ها، نزدیک به ۳۰ هزار دستگاه از توربین‌های بادی آلمان به دلیل یخ زدگی از کار افتادند. در چنین دورانی، زغال سنگ سریعاً به کار گرفته شد تا خاموشی و سرما کشور را فرا نگیرد.

اخیراً هم در یک پدیده نادر در ایالت جنوبی و گرم تکزاس، بر اثر یک طوفان شدید که با رطوبت زیاد همراه بود، پره‌های نیمی از توربین‌های بادی ایالت دچار یخ زدگی شد و به ناچار فعالیت آن‌ها متوقف گردید. زیرا هر چه میزان یخ زدگی پره‌ها زیادتر شود، میزان تحرک‌پذیری به وسیله باد کمتر می‌شود. تا جایی که گاهی توربین‌ها کاملاً متوقف می‌گردند. تعمیرکاران نیز برای حذف یخ‌ها از روی پره ها، با مشکل روبرو می‌شوند. در مراحل اولیه طوفان باید با نوعی خودرو‌های زره دار زنجیری، خود را به محل برسانند. در این حالت از سرِ پره‌های توربین، یخ‌های کوچک به سمت بیرون پرتاب می‌شوند که برای موجودات زنده نزدیک آن (از جمله تعمیرکاران) خطرناکند. به هر حال ایالت تکزاس درست در موقعی که بالاترین احتیاج را به گرمایش داشت، قطع برق لطمه سنگینی به اعتبار شرکت‌های تولید و توزیع برق و اعتماد پذیری انرژی بادی وارد آورد. البته در این حالت خاص، عوامل اصلی قطعی برق توربین‌های بادی به میزان ۱۶ گیگاوات (۱۳ درصد) و ضعف سوخت رسانی فسیلی به مقدار ۳۰ گیگاوات (۲۵ درصد) بوده است. ایالت تکزاس که از بزرگترین ایالت‌های تولید سوخت‌های فسیلی است، طی یک دهه اخیر سرمایه گذاری‌های هنگفتی را برای تولید انرژی‌های تجدید‌پذیر کرده است. سهم تولید برق مصرفی ایالت با منشأ باد، از ۱۱ درصد در سال ۲۰۱۵ به ۲۳ درصد در سال ۲۰۱۹ رسیده که از مصرف زغال سنگ فراتر رفته است. مقرر شده با سرمایه گذاری‌های در دست انجام، در انتهای سال ۲۰۲۱ با تولید انرژی بادی به مقدار حدود ۲۵.۱ گیگاوات برق، نیمی از مصرف ایالت تأمین شود.

در تحقیقات میدانی که اخیرا به عمل آمده، نشان داده شده که در شرایط آب و هوایی سرد و مرطوب، حدود ۳۰ سانتی متر یخ بر روی لبه‌های تیغه‌های توربین انباشته می‌شود (تصویر زیر). تشکیل یخ، حرکت آیرودینامیکی و موازنه کل توربین را مختل کرده و گاهی باعث کاهش تولید برق تا ۸۰ درصد می‌شود.