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

خبرگزاری پارازیت ـ حسین بوذری؛ ناترازی انرژی یکی از چالش‌های بنیادی در حوزه انرژی است که در اثر نبود توازن بین تولید و مصرف انرژی به وجود می‌آید. این ناترازی می‌تواند به ناپایداری‌های جدی در شبکه‌های برق و سایر حامل‌های انرژی منجر شود و به تبع آن، مشکلات اقتصادی و زیست‌محیطی را به همراه داشته باشد.

به طور کلی، ناترازی انرژی زمانی رخ می‌دهد که تولید حامل‌های انرژی مانند برق، نتواند به نیاز‌های مصرف‌کنندگان 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، شیوه‌های توزیع و الگوی مصرف. در این راستا، تحقیقات علمی و تکنولوژیک می‌توانند به شناسایی نقاط ضعف و ارائه راهکار‌های بهینه‌سازی کمک کنند، به عنوان مثال، تولید ناکافی و توزیع نامناسب برق می‌تواند به ناترازی منجر شود، به‌‌خصوص زمانی که مسافت میان نیروگاه‌ها و مصرف‌کنندگان افزایش می‌یابد یا در صورت فرسودگی تجهیزات توزیع.

به علاوه، ناترازی انرژی می‌تواند از تغییرات فصلی در مصرف ناشی شود، به‌ویژه در ایام اوج مصرف که نیاز به برق به طور تصاعدی افزایش می‌یابد، همچنین، وابستگی به منابع سوخت فسیلی و عدم تنوع در منابع تولید انرژی، شرایط را برای ایجاد ناترازی پیچیده‌تر می‌کند.

از این رو، ایجاد تعادل در عرضه و تقاضای انرژی، نیازمند اتخاذ شیوه‌های نوین تولید و ذخیره‌سازی انرژی، مدیریت بهینه مصرف و توسعه شبکه‌های هوشمند است.

با توجه به این چالش‌ها، درک عمیق‌تر از مفهوم ناترازی و شاخص‌های آن، نه‌تنها به بهینه‌سازی سیستم‌های انرژی یاری می‌رساند، بلکه زمینه‌ساز توسعه پایدار و استفاده بهینه از منابع طبیعی خواهد بود، در این راستا، ترسیم آینده‌ای پایدار و مقاوم‌تر، منوط به تلفیق پیشرفت‌های علمی، فناوری‌های نوین و سیاستگذاری‌های موثر در حوزه انرژی است.

از منظر علمی، ناترازی انرژی یک مفهوم چندبُعدی است که نیازمند تحلیل‌های دقیق و توسعه استراتژی‌های نوین برای همگونی تولید و مصرف است. ایجاد شبکه‌های هوشمند، استفاده از فناوری‌های نوین ذخیره‌سازی انرژی و بهینه‌سازی مصرف، می‌تواند به کاهش ناترازی و بهبود پایداری سیستم انرژی کمک کند، به این ترتیب، پژوهش در زمینه ناترازی انرژی نه‌تنها به صرفه‌جویی در منابع کمک می‌کند؛ بلکه مسیر را برای توسعه پایدار و استفاده بهینه از انرژی‌های تجدیدپذیر هموار می‌‌کند.

در نهایت، فهم عمیق این روند‌ها و چالش‌ها می‌تواند در حل مسائل موجود و تضمین تأمین انرژی به‌عنوان یک نیروی محرکه برای رشد و پیشرفت اقتصادی کشورها، اثرگذار باشد.

در این گزارش به بررسی روش‌های مختلف برای کاهش ناترازی انرژی خواهیم پرداخت و هدف این است که ضمن تحلیل عوامل مؤثر بر ناترازی، راهکار‌های عملی و نوآورانه را برای برقراری تعادل بین تولید و مصرف انرژی پیشنهاد می‌کنیم.

براین اساس، خبرنگار پارازیت در ادامه بررسی ناترازی انرژی در کشور در قالب پرونده «ناترازی انرژی از دریچه علم» گفت‌وگویی را با فرهاد مصری‌نژاد 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 می‌آید:

ناترازی انرژی؛ تعریفی علمی و چندبعدی با تمرکز بر شاخص‌های کلیدی

پارازیت: ناترازی انرژی دقیقاً بر چه مبنای علمی تعریف می‌شود و چه پارامتر‌ها و شاخص‌هایی در این ناترازی دخالت دارند؟

مصری‌نژاد: به‌طور کلی ناترازی انرژی به معنای نبود تعادل بین تولید و مصرف تعریف می‌شود و زمانی رخ می‌دهد 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 می‌تواند این عوامل را تعریف کند.

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

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

درباره تلفات انرژی نیز از نظر علمی هرچه فاصله نیروگاه‌های ساخته شده با مصرف‌کننده بیشتر و البته تجهیزات فرسوده‌تر باشند، افت انرژی ببشتری خواهند داشت و برای جبران آن باید چاره‌ای اندیشیده شود، بنابراین ساخت نیروگاه‌های 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 نیروگاه‌ها 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 مصرف‌کننده در ایجاد ناترازی نقش مؤثری ایفا می‌کنند و نمی‌شود 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.

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

مصری‌نژاد: همانطور که اشاره شد نبود توازن تولید و مصرف در هر حوزه و کاربردی ناترازی را به‌دنبال خواهد داشت و این مفهوم در تمامی حوزه‌های مختلف تولید و مصرف انرژی حتی در بدن انسان نیز به همین شکل تعریف می‌شود، البته ناترازی مثبت و منفی شاید عبارات دقیق‌تری باشد که ناترازی مثبت تولید بیش از مصرف است و ناترازی منفی تولید کمتر از مصرف موردنیاز.

پارازیت: چه پیشرفت‌های علمی در زمینه فناوری‌های ذخیره‌سازی انرژی (باتری‌ها، هیدروژن، …) حاصل شده و چالش‌های علمی در توسعه باتری‌های با ظرفیت بالا، عمر طولانی و ایمنی بالا چیست؟

مصری‌نژاد: با توجه به ناترازی در برق به‌خصوص در ایام و ساعات اوج مصرف، روش‌های علمی جدید زیادی در دست مطالعه است که عبارتند از ذخیره‌ساز هوای فشرده، ذخیره‌سازی چرخ طیار، ذخیره‌ساز حرارتی، ذخیره‌ساز مغناطیسی ابررسانا و ذخیره‌ساز ابرخازن، استفاده از باتری، استفاده از هوای فشرده و هوای مایع که هریک از این روش‌ها دارای معیاب و مزایایی است، به‌خصوص از جهت استفاده از سایر انرژی‌ها که خود موجب ناترازی در آنها می‌شود و مشکلات زیست محیطی احتمالی بخشی از آن است.

به‌عنوان نمونه استفاده از لیتیوم و سرب در باتری‌ها برای ذخیره‌سازی انرژی پس از مصرف و مستهلک شدن اگر به‌درستی بازیافت نشود می‌تواند به محیط زیست آسیب برساند.

فناوری‌های نوین ذخیره‌سازی انرژی و چالش‌های تجاری‌سازی؛ مسیری به سوی پایداری شبکه برق

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

مصری‌نژاد: متأسفانه ایران جزء کشور‌های با تلفات زیاد در شبکه برق با ۱۸ درصد تلفات است که باید کاهش یابد.

تلفات برق که یک واژه فنی است، می‌تواند دلایل متعددی داشته باشد، تلفات ناشی از پایین بودن ضریب توان، تلفات ناشی از استفاده از چراغ‌های 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 اندازه‌گیری، تلفات ناشی ازخطای مشکلات سیستم قرائت، بیلینگ و دقیق نبودن لوازم اندازه‌گیری که هرکدام راه‌حل مخصوص خود را می‌طلبد.

برخی از روش‌های مقابله با افت توان عبارتند از تبدیل شبکه‌‌های فشار ضعیف هوایی سیمی با سطح مقطع پایین به کابل خودنگهدار، کاهش طول شبکه‌های فشار ضعیف حتی‌الامکان به کمتر از ۱۵۰ متر، کاهش شعاع تغذیه پست‌های توزیع و استفاده از ظرفیت‌های بهینه ترانسفورماتورها، استفاده از ترانسفورماتور‌های کم تلفات، جمع‌آوری و جلوگیری از برق‌های غیرمجاز، تعمیرات اساسی زمان‌بندی شده در شبکه، استفاده از لامپ‌های کم‌مصرف به جای لامپ‌های رشته‌ای.

مدیریت هوشمند انرژی؛ مدل‌سازی دینامیکی برای پیش‌بینی و کاهش ناترازی در شبکه برق ایران

پارازیت: با توجه به پیشرفت‌های علمی، چه تکنولوژی‌های نوین و کارآمدی برای تولید انرژی پاک و پایدار در کشور وجود دارد؟ (به‌عنوان مثال انرژی خورشیدی پیشرفته، باد، زمین‌گرمایی و …) و چالش‌های علمی و فنی اصلی در تجاری‌سازی و مقیاس‌پذیری این تکنولوژی‌ها چیست؟

مصری‌نژاد: 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 پژوهش‌های 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 باقی‌مانده توسط فرآورده‌های نفتی و انرژی هسته‌ای انجام شده است.

از سویی استفاده از روش‌های متنوع تولید برق و کاهش وابستگی تولید به گاز و انرژی‌های فسیلی و همچنین استفاده از انرژی‌های تجدیدپذیر می‌تواند نقش مؤثری در کاهش ناترازی داشته باشد، باید سیاست‌های وزارت نیرو در این راستا قرار گیرد که بخش خصوصی بتواند با سرمایه‌گذاری مناسب، متنوع و همچنین بازگشت سرمایه در زمان مناسب به تنوع تولید برق کمک کند.

پارازیت: آیا می‌توان با تحلیل دقیق الگو‌های مصرف و تولید انرژی الکتریکی در ایران، مدلی دینامیکی برای پیش‌بینی و مدیریت ناترازی‌های احتمالی ایجاد کرد که نه‌تنها به کاهش خاموشی‌ها کمک کند، بلکه بهینه‌سازی توزیع انرژی و کاهش تلفات شبکه را نیز به دنبال داشته باشد؟

مصری‌نژاد: در این باره روش‌های متعددی وجود دارد که شامل شبکه‌های الکتریکی هوشمند، ذخیره‌سازی هوشمند انرژی، استفاده از هوش مصنوعی در تعمیر و نگهداری و بهینه‌سازی است.

همچنین نظارت و کنترل هوشمند، پیش‌بینی و بهینه‌سازی تقاضا، ادغام هوشمند تولید انرژی تجدیدپذیر، پایش و مدیریت کیفیت برق از عمده روش‌های بهینه‌سازی و مدیریت توزیع و مصرف است.

نتیجه‌گیری:

ناترازی انرژی به‌عنوان یک چالش بنیادی در سیستم‌های انرژی، ناشی از عدم تعادل بین تولید و مصرف است و تأثیر جدی بر پایداری شبکه‌ها و محیط زیست دارد.

تعامل عوامل مختلفی چون شیوه‌های تولید، توزیع و الگوی مصرف می‌تواند به تشدید این ناترازی منجر شود، بنابراین برای مقابله با این چالش، اتخاذ شیوه‌های نوین تولید و ذخیره‌سازی انرژی، بهینه‌سازی مصرف، و توسعه شبکه‌های هوشمند ضروری است.

این اقدامات نه‌تنها به بهبود پایداری سیستم‌های انرژی کمک می‌کند، بلکه مسیر را برای بهره‌وری بیشتر از منابع تجدیدپذیر و ایجاد تعادل پایدار بین عرضه و تقاضای انرژی هموار می‌سازد، در نهایت، شناخت عمیق از عوامل اجرایی و استفاده از فناوری‌های نوین می‌تواند به کاهش ناترازی انرژی و تحقق توسعه پایدار در کشور کمک کند.