سهم ۷ درصدی منابع غیرگازی در تولید برق ۴۰ سال اخیر؛ ناترازی انرژی، فراتر از نبود تعادل در تولید و مصرف

خبرگزاری اکسکو ـ حسین بوذری؛ ناترازی انرژی یکی از چالش های بنیادی در حوزه انرژی است که در اثر نبود توازن بین تولید و مصرف انرژی به وجود می آید. این ناترازی می تواند به ناپایداری های جدی در شبکه های برق و سایر حامل های انرژی منجر شود و به تبع آن مشکلات اقتصادی و زیست محیطی را به همراه داشته باشد.

به طور کلی ناترازی انرژی زمانی رخ می دهد که تولید حامل های انرژی مانند برق نتواند به نیاز های مصرف کنندگان پاسخ دهد و به عبارت دیگر تولید و مصرف در یک معادله پیچیده ترمودینامیکی ناپایدار باشند.

عوامل متعددی در ایجاد ناترازی انرژی دخالت دارند ازجمله میزان تولید شیوه های توزیع و الگوی مصرف. در این راستا تحقیقات علمی و تکنولوژیک می توانند به شناسایی نقاط ضعف و ارائه راهکار های بهینه سازی کمک کنند به عنوان مثال تولید ناکافی و توزیع نامناسب برق می تواند به ناترازی منجر شود به خصوص زمانی که مسافت میان نیروگاه ها و مصرف کنندگان افزایش می یابد یا در صورت فرسودگی تجهیزات توزیع.

به علاوه ناترازی انرژی می تواند از تغییرات فصلی در مصرف ناشی شود به ویژه در ایام اوج مصرف که نیاز به برق به طور تصاعدی افزایش می یابد همچنین وابستگی به منابع سوخت فسیلی و عدم تنوع در منابع تولید انرژی شرایط را برای ایجاد ناترازی پیچیده تر می کند.

از این رو ایجاد تعادل در عرضه و تقاضای انرژی نیازمند اتخاذ شیوه های نوین تولید و ذخیره سازی انرژی مدیریت بهینه مصرف و توسعه شبکه های هوشمند است.

با توجه به این چالش ها درک عمیق تر از مفهوم ناترازی و شاخص های آن نه تنها به بهینه سازی سیستم های انرژی یاری می رساند بلکه زمینه ساز توسعه پایدار و استفاده بهینه از منابع طبیعی خواهد بود در این راستا ترسیم آینده ای پایدار و مقاوم تر منوط به تلفیق پیشرفت های علمی فناوری های نوین و سیاستگذاری های موثر در حوزه انرژی است.

از منظر علمی ناترازی انرژی یک مفهوم چندبُعدی است که نیازمند تحلیل های دقیق و توسعه استراتژی های نوین برای همگونی تولید و مصرف است. ایجاد شبکه های هوشمند استفاده از فناوری های نوین ذخیره سازی انرژی و بهینه سازی مصرف می تواند به کاهش ناترازی و بهبود پایداری سیستم انرژی کمک کند به این ترتیب پژوهش در زمینه ناترازی انرژی نه تنها به صرفه جویی در منابع کمک می کند؛ بلکه مسیر را برای توسعه پایدار و استفاده بهینه از انرژی های تجدیدپذیر هموار می کند.

در نهایت فهم عمیق این روند ها و چالش ها می تواند در حل مسائل موجود و تضمین تأمین انرژی به عنوان یک نیروی محرکه برای رشد و پیشرفت اقتصادی کشورها اثرگذار باشد.

در این گزارش به بررسی روش های مختلف برای کاهش ناترازی انرژی خواهیم پرداخت و هدف این است که ضمن تحلیل عوامل مؤثر بر ناترازی راهکار های عملی و نوآورانه را برای برقراری تعادل بین تولید و مصرف انرژی پیشنهاد می کنیم.

براین اساس خبرنگار اکسکو در ادامه بررسی ناترازی انرژی در کشور در قالب پرونده «ناترازی انرژی از دریچه علم» گفت وگویی را با فرهاد مصری نژاد کارشناس انرژی (برق) عضو هیئت علمی دانشگاه و رئیس دانشگاه آزاد اسلامی واحد تیران ترتیب داده است که مشروح این گپ و گفت در پی می آید:

ناترازی انرژی؛ تعریفی علمی و چندبعدی با تمرکز بر شاخص های کلیدی

اکسکو: ناترازی انرژی دقیقاً بر چه مبنای علمی تعریف می شود و چه پارامتر ها و شاخص هایی در این ناترازی دخالت دارند؟

مصری نژاد: به طور کلی ناترازی انرژی به معنای نبود تعادل بین تولید و مصرف تعریف می شود و زمانی رخ می دهد که میزان تولید حامل انرژی پاسخگوی مقدار مصرف نباشد.

درباره انرژی برق تولید توزیع و مصرف سه عامل مهم در ایجاد تعادل و تراز در انرژی برق مطرح شده است با این توضیح که تولید کافی به میزان نیاز توزیع هوشمند و با کمترین تلقات و مصرف صحیح می تواند این عوامل را تعریف کند.

تولید از آنجا اهمیت دارد که میزان تولید باید به میزان مصرف باشد؛ اما این سؤال مطرح می شود که آیا با افزایش مصرف همیشه می توان تولید را افزایش داد یا خیر؟

با توجه به اینکه تولید برق به منابع دیگر انرژی نظیر گاز وابسته است بی توجهی به امکان تأمین سوخت نیروگاه موجب ناترازی در سایر انرژی های مورد استفاده خواهد شد؛ بنابراین باید در شیوه های تولید نیز دنبال تنوع باشیم.

درباره تلفات انرژی نیز از نظر علمی هرچه فاصله نیروگاه های ساخته شده با مصرف کننده بیشتر و البته تجهیزات فرسوده تر باشند افت انرژی ببشتری خواهند داشت و برای جبران آن باید چاره ای اندیشیده شود بنابراین ساخت نیروگاه های خیلی بزرگ و با تعداد کم از لحاظ اقتصادی و تنظیم تعادل مناسب نیست.

در ایران مصرف برق در سال ۱۳۹۸ به ۶۰ هزار و ۸۲۵ مگاوات رسیده بود این میزان در سال   ۱۳۹۹ با رشد ۵ درصدی به ۶۳ هزار و ۸۵۴ مگاوات رسید و سال ۱۴۰۰ به ۶۷ هزار و ۱۲ مگاوات افزایش یافت ازسویی مصرف برق در تابستان ۱۴۰۳ به ۷۶ هزار مگاوات رسید که موجب ایجاد خاموشی در کشور شده است.

خاموشی در زمستان و پاییز ۱۴۰۳ و ناترازی ایجاد شده بیشتر ناشی از ناترازی در انرژی سوخت نیروگاه ها بوده وگرنه میزان تولید برق معمولاً در ایام سرد سال بسیار بیش از مصرف آن است؛ اما مصرف شکل مصرف نوع مصرف میزان مصرف و وسایل مصرف کننده در ایجاد ناترازی نقش مؤثری ایفا می کنند و نمی شود درباره مصرف برق مدیریت صحیح صورت نپذیرد و همواره دنبال تولید بیشتر برای رفع ناترازی باشیم این مهم هم از منظر اقتصادی و هم استفاده از منابع مختلف کاری عقلانی نیست و در نهایت تولید و مصرف را دچار مشکل خواهد کرد.

اکسکو: آیا تعریف واحد و جهان شمولی از ناترازی انرژی در علوم مختلف وجود دارد یا تعاریف متفاوتی بسته به زمینه کاربرد ارائه شده است؟

مصری نژاد: همانطور که اشاره شد نبود توازن تولید و مصرف در هر حوزه و کاربردی ناترازی را به دنبال خواهد داشت و این مفهوم در تمامی حوزه های مختلف تولید و مصرف انرژی حتی در بدن انسان نیز به همین شکل تعریف می شود البته ناترازی مثبت و منفی شاید عبارات دقیق تری باشد که ناترازی مثبت تولید بیش از مصرف است و ناترازی منفی تولید کمتر از مصرف موردنیاز.

اکسکو: چه پیشرفت های علمی در زمینه فناوری های ذخیره سازی انرژی (باتری ها هیدروژن …) حاصل شده و چالش های علمی در توسعه باتری های با ظرفیت بالا عمر طولانی و ایمنی بالا چیست؟

مصری نژاد: با توجه به ناترازی در برق به خصوص در ایام و ساعات اوج مصرف روش های علمی جدید زیادی در دست مطالعه است که عبارتند از ذخیره ساز هوای فشرده ذخیره سازی چرخ طیار ذخیره ساز حرارتی ذخیره ساز مغناطیسی ابررسانا و ذخیره ساز ابرخازن استفاده از باتری استفاده از هوای فشرده و هوای مایع که هریک از این روش ها دارای معیاب و مزایایی است به خصوص از جهت استفاده از سایر انرژی ها که خود موجب ناترازی در آنها می شود و مشکلات زیست محیطی احتمالی بخشی از آن است.

به عنوان نمونه استفاده از لیتیوم و سرب در باتری ها برای ذخیره سازی انرژی پس از مصرف و مستهلک شدن اگر به درستی بازیافت نشود می تواند به محیط زیست آسیب برساند.

فناوری های نوین ذخیره سازی انرژی و چالش های تجاری سازی؛ مسیری به سوی پایداری شبکه برق

اکسکو: راهکارهای علمی شما برای کاهش تلفات انرژی در شبکه های انتقال و توزیع برق چیست و فناوری های نوین مانند شبکه های هوشمند چه نقشی در بهبود پایداری شبکه و کاهش ناترازی انرژی دارند؟

مصری نژاد: متأسفانه ایران جزء کشور های با تلفات زیاد در شبکه برق با ۱۸ درصد تلفات است که باید کاهش یابد.

تلفات برق که یک واژه فنی است می تواند دلایل متعددی داشته باشد تلفات ناشی از پایین بودن ضریب توان تلفات ناشی از استفاده از چراغ های پرمصرف سیستم روشنایی معابر تلفات ناشی از عدم تعادل بار تلفات ناشی از اتصالات ضعیف تلفات ناشی از فرسودگی شبکه تلفات ناشی از جریان نشتی تلفات ناشی از استفاده غیرمجاز از برق تلفات ناشی از دستکاری لوازم اندازه گیری تلفات ناشی ازخطای مشکلات سیستم قرائت بیلینگ و دقیق نبودن لوازم اندازه گیری که هرکدام راه حل مخصوص خود را می طلبد.

برخی از روش های مقابله با افت توان عبارتند از تبدیل شبکه های فشار ضعیف هوایی سیمی با سطح مقطع پایین به کابل خودنگهدار کاهش طول شبکه های فشار ضعیف حتی الامکان به کمتر از ۱۵۰ متر کاهش شعاع تغذیه پست های توزیع و استفاده از ظرفیت های بهینه ترانسفورماتورها استفاده از ترانسفورماتور های کم تلفات جمع آوری و جلوگیری از برق های غیرمجاز تعمیرات اساسی زمان بندی شده در شبکه استفاده از لامپ های کم مصرف به جای لامپ های رشته ای.

مدیریت هوشمند انرژی؛ مدل سازی دینامیکی برای پیش بینی و کاهش ناترازی در شبکه برق ایران

اکسکو: با توجه به پیشرفت های علمی چه تکنولوژی های نوین و کارآمدی برای تولید انرژی پاک و پایدار در کشور وجود دارد؟ (به عنوان مثال انرژی خورشیدی پیشرفته باد زمین گرمایی و …) و چالش های علمی و فنی اصلی در تجاری سازی و مقیاس پذیری این تکنولوژی ها چیست؟

مصری نژاد: متأسفانه روند کلی شاخص تنوع سبد تولید برق در چند دهه اخیر نزولی بوده و در چند سال گذشته نیز از محدوده قابل قبول به محدوده ضعیف سقوط کرده است.

براساس گزارش مرکز پژوهش های مجلس شورای اسلامی دلیل این سقوط وابستگی زیاد به گاز طبیعی برای تولید برق بوده و طبق اطلاعات موجود سهم گاز طبیعی از تولید برق در ایران از ۳۵ درصد در سال ۱۳۶۴ به ۸۶ درصد در سال ۱۴۰۲ رسیده همچنین ۹۳ درصد از رشد تولید برق کشور در چهل سال گذشته از مصرف گاز طبیعی بوده و هفت درصد باقی مانده توسط فرآورده های نفتی و انرژی هسته ای انجام شده است.

از سویی استفاده از روش های متنوع تولید برق و کاهش وابستگی تولید به گاز و انرژی های فسیلی و همچنین استفاده از انرژی های تجدیدپذیر می تواند نقش مؤثری در کاهش ناترازی داشته باشد باید سیاست های وزارت نیرو در این راستا قرار گیرد که بخش خصوصی بتواند با سرمایه گذاری مناسب متنوع و همچنین بازگشت سرمایه در زمان مناسب به تنوع تولید برق کمک کند.

اکسکو: آیا می توان با تحلیل دقیق الگو های مصرف و تولید انرژی الکتریکی در ایران مدلی دینامیکی برای پیش بینی و مدیریت ناترازی های احتمالی ایجاد کرد که نه تنها به کاهش خاموشی ها کمک کند بلکه بهینه سازی توزیع انرژی و کاهش تلفات شبکه را نیز به دنبال داشته باشد؟

مصری نژاد: در این باره روش های متعددی وجود دارد که شامل شبکه های الکتریکی هوشمند ذخیره سازی هوشمند انرژی استفاده از هوش مصنوعی در تعمیر و نگهداری و بهینه سازی است.

همچنین نظارت و کنترل هوشمند پیش بینی و بهینه سازی تقاضا ادغام هوشمند تولید انرژی تجدیدپذیر پایش و مدیریت کیفیت برق از عمده روش های بهینه سازی و مدیریت توزیع و مصرف است.

نتیجه گیری:

ناترازی انرژی به عنوان یک چالش بنیادی در سیستم های انرژی ناشی از عدم تعادل بین تولید و مصرف است و تأثیر جدی بر پایداری شبکه ها و محیط زیست دارد.

تعامل عوامل مختلفی چون شیوه های تولید توزیع و الگوی مصرف می تواند به تشدید این ناترازی منجر شود بنابراین برای مقابله با این چالش اتخاذ شیوه های نوین تولید و ذخیره سازی انرژی بهینه سازی مصرف و توسعه شبکه های هوشمند ضروری است.

این اقدامات نه تنها به بهبود پایداری سیستم های انرژی کمک می کند بلکه مسیر را برای بهره وری بیشتر از منابع تجدیدپذیر و ایجاد تعادل پایدار بین عرضه و تقاضای انرژی هموار می سازد در نهایت شناخت عمیق از عوامل اجرایی و استفاده از فناوری های نوین می تواند به کاهش ناترازی انرژی و تحقق توسعه پایدار در کشور کمک کند.