انرژی پاک همیشه سبز نیست؛ چرا زمان و مکان تولید برق، میزان کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای را تعیین می‌کند؟

دلیل این تفاوت ساده است: مهم نیست فقط چه مقدار برق پاک تولید می‌شود، بلکه باید دید این برق جایگزین چه نوع تولید برقی خواهد شد. اگر یک توربین بادی جدید باعث شود یک نیروگاه زغال‌سنگ آلاینده کمتر کار کند، اثر آن بر کاهش انتشار کربن و بهبود کیفیت هوای محلی قابل توجه خواهد بود. اما اگر همان برق بادی تنها با یک نیروگاه خورشیدی دیگر رقابت کند، میزان کاهش واقعی انتشار ممکن است بسیار ناچیز باشد.

پژوهشی جدید که در مجله «انرژی» منتشر شده، تلاش کرده است همین مسئله را دقیق‌تر بررسی کند. این مطالعه نشان می‌دهد که برای سنجش واقعی ارزش زیست‌محیطی انرژی‌های تجدیدپذیر، نمی‌توان صرفاً به مقدار برق تولیدشده نگاه کرد. زمان تولید، مکان تولید، وضعیت شبکه برق و نیروگاهی که در حاشیه شبکه از مدار خارج می‌شود، همگی در تعیین میزان فایده زیست‌محیطی یک پروژه انرژی پاک نقش دارند. یک مگاوات‌ساعت همیشه ارزش زیست‌محیطی یکسانی ندارد

در بازار برق، یک مگاوات‌ساعت معمولاً یک واحد مشخص از انرژی محسوب می‌شود و از نظر فیزیکی، تفاوتی ندارد که این مقدار برق از یک توربین بادی، پنل خورشیدی یا نیروگاه دیگری تولید شده باشد. اما وقتی پای کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای و آلودگی هوا به میان می‌آید، ارزش واقعی آن برق به شرایط شبکه بستگی دارد.

برای مثال، اگر یک نیروگاه بادی در زمانی برق تولید کند که شبکه به شدت به نیروگاه‌های زغال‌سنگ وابسته است، برق تولیدشده می‌تواند باعث کاهش فعالیت نیروگاه‌های آلاینده شود. در این شرایط، یک مگاوات‌ساعت برق بادی می‌تواند مستقیماً با یک مگاوات‌ساعت برق تولیدشده از سوخت فسیلی جایگزین شود.

اما شرایط همیشه این‌گونه نیست. اگر همان نیروگاه بادی در زمانی برق تولید کند که بخش عمده نیاز شبکه از منابع تجدیدپذیر تأمین شده است، برق اضافه ممکن است به جای کنار زدن یک نیروگاه زغال‌سنگ یا گاز، با تولید یک نیروگاه پاک دیگر رقابت کند.

در چنین شرایطی، انرژی تولیدشده همچنان پاک است، اما اثر اضافی آن بر کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای بسیار کمتر خواهد بود. مثال استفاده اشتراکی از خودرو؛ یک اقدام، دو نتیجه متفاوت

برای درک بهتر این موضوع می‌توان از یک مثال ساده استفاده کرد. فرض کنید استفاده اشتراکی از خودرو باعث شود یک خودرو از جاده خارج شود. اگر این اتفاق در ساعت شلوغی و در یک بزرگراه مملو از خودرو رخ دهد، تأثیر آن می‌تواند قابل توجه باشد؛ زیرا یک خودرو کمتر به کاهش ترافیک و مصرف سوخت کمک می‌کند.

اما اگر همان خودرو در ساعت ۳ بامداد و در یک بزرگراه تقریباً خلوت از جاده خارج شود، تأثیر آن بسیار کمتر خواهد بود. عمل انجام‌شده در هر دو حالت یکسان است، اما نتیجه به شرایط سیستم بستگی دارد.

انرژی‌های تجدیدپذیر نیز تا حدی همین وضعیت را دارند. یک توربین بادی که ساعت ۳ بامداد در ایندیانا برق تولید می‌کند، ممکن است در شرایطی قرار داشته باشد که شبکه به نیروگاه‌های زغال‌سنگ متکی است. بنابراین برق تولیدی آن می‌تواند یک نیروگاه زغال‌سنگ را از مدار خارج کند و در نتیجه انتشار گازهای گلخانه‌ای و آلاینده‌های محلی را واقعاً کاهش دهد.

در مقابل، همان توربین اگر ساعت ۳ بعدازظهر در کالیفرنیا برق تولید کند، ممکن است با شرایط کاملاً متفاوتی مواجه شود. اگر در آن زمان شبکه کالیفرنیا به دلیل تولید گسترده برق خورشیدی از قبل سرشار از انرژی پاک باشد، برق بادی جدید ممکن است دیگر نیروی فسیلی را از مدار خارج نکند.

در این حالت، انرژی تولیدشده همچنان تجدیدپذیر است، اما اثر افزوده آن بر کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای ممکن است بسیار محدود باشد. نیروگاه حاشیه‌ای؛ عامل تعیین‌کننده در ارزش واقعی انرژی پاک

کافینه، یکی از پژوهشگران این مطالعه، توضیح می‌دهد که ممکن است از نظر فنی یک مگاوات‌ساعت برق از یک مزرعه بادی یا یک نیروگاه خورشیدی تولید شود، اما ارزش همان مقدار انرژی برای جامعه از نظر زیست‌محیطی می‌تواند بسیار متفاوت باشد.

کافین و فل در پژوهش خود بر مفهوم نیروگاه «حاشیه‌ای» تمرکز کرده‌اند. منظور از این نیروگاه، تولیدکننده‌ای است که در شرایط مشخص شبکه، افزایش یا کاهش تولید برق در نهایت آن را تحت تأثیر قرار می‌دهد.

به بیان ساده‌تر، زمانی که یک نیروگاه تجدیدپذیر برق بیشتری تولید می‌کند، باید دید کدام نیروگاه دیگر به دلیل آن تولید برق کمتری خواهد داشت. اگر نیروگاه جایگزین‌شده یک واحد زغال‌سنگی آلاینده باشد، منفعت زیست‌محیطی می‌تواند بسیار زیاد باشد. اما اگر نیروگاه حاشیه‌ای یک نیروگاه خورشیدی یا بادی دیگر باشد، میزان کاهش انتشار بسیار کمتر خواهد بود.

پژوهشگران نشان داده‌اند که این جایگزینی تصادفی نیست و در بسیاری از موارد از الگوهای قابل پیش‌بینی پیروی می‌کند. بنابراین، شناخت این الگوها می‌تواند به سیاست‌گذاران کمک کند پروژه‌های انرژی تجدیدپذیر را در مکان‌ها و زمان‌هایی توسعه دهند که بیشترین فایده اقلیمی و زیست‌محیطی را داشته باشند. زمان تولید برق می‌تواند میزان اثرگذاری را تغییر دهد

یکی از یافته‌های مهم این پژوهش، اهمیت زمان تولید انرژی است. به طور کلی، برق تولیدشده در ساعات مختلف شبانه‌روز می‌تواند اثر متفاوتی بر شبکه داشته باشد.

اگر یک منبع تجدیدپذیر در طول شب برق تولید کند، احتمال بیشتری وجود دارد که تولید آن جایگزین برق نیروگاه‌های زغال‌سنگ شود؛ به‌خصوص در مناطقی که هنوز وابستگی قابل توجهی به زغال‌سنگ دارند.

اما اگر برق تجدیدپذیر در حوالی ظهر تولید شود، شرایط ممکن است متفاوت باشد. در مناطقی که ظرفیت خورشیدی بالایی دارند، ساعات میانی روز ممکن است از قبل با مقدار زیادی برق خورشیدی پر شده باشد. در چنین شرایطی، تولید برق جدید ممکن است به جای کنار زدن یک نیروگاه فسیلی، با یک منبع تجدیدپذیر دیگر رقابت کند.

بنابراین، صرف افزایش ظرفیت تولید انرژی پاک کافی نیست. زمان تولید نیز اهمیت دارد و می‌تواند مشخص کند که برق جدید واقعاً چه نوع تولید برقی را جابه‌جا می‌کند. مکان تولید انرژی نیز به اندازه زمان اهمیت دارد

مکان جغرافیایی یک پروژه انرژی تجدیدپذیر نیز نقش مهمی در میزان اثرگذاری آن دارد. برای مثال، اگر یک مزرعه بادی در بخش‌هایی از غرب میانه بالایی آمریکا احداث شود؛ مناطقی که وابستگی بیشتری به زغال‌سنگ دارند، برق تولیدی آن می‌تواند به کاهش استفاده از نیروگاه‌های زغال‌سنگ در نزدیکی مراکز جمعیتی کمک کند.

در نتیجه، چنین پروژه‌ای علاوه بر کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای، می‌تواند مزایای ملموسی برای کیفیت هوای محلی نیز ایجاد کند.

اما همین منطق در ایالتی مانند کالیفرنیا ممکن است نتیجه متفاوتی داشته باشد. کالیفرنیا ظرفیت بسیار زیادی از انرژی خورشیدی دارد و در ساعات آفتابی روز، میزان تولید خورشیدی می‌تواند بسیار بالا باشد.

در چنین شرایطی، افزودن یک توربین بادی که در اواسط یک روز آفتابی برق تولید می‌کند، لزوماً به معنای کاهش مصرف سوخت‌های فسیلی نیست. ممکن است این برق اضافی در عمل باعث محدود شدن تولید خورشیدی شود.

کافینه در همین زمینه تأکید می‌کند که نباید به یک ژنراتور بادی که صرفاً در اواسط روز با انرژی خورشیدی رقابت می‌کند، بدون توجه به شرایط شبکه یارانه یکسانی اختصاص داد. سیاست‌های انرژی هنوز تفاوت میان برق پاک را به رسمیت نمی‌شناسند

یکی از مشکلات اصلی این است که بسیاری از سیاست‌های فعلی حوزه انرژی و محیط‌زیست هنوز برق تجدیدپذیر را به شکل یک محصول کاملاً قابل تعویض در نظر می‌گیرند.

در این نگاه، یک مگاوات‌ساعت برق بادی همان ارزش یک مگاوات‌ساعت برق خورشیدی را دارد، بدون اینکه زمان یا مکان تولید در نظر گرفته شود.

برای نمونه، اعتبارات مالیاتی تولید انرژی معمولاً نرخ ثابتی را برای هر مگاوات‌ساعت برق تولیدشده از باد یا خورشید در نظر می‌گیرند. این در حالی است که ممکن است یک مگاوات‌ساعت برق بادی در یک منطقه، نیروگاه زغال‌سنگ را از مدار خارج کند و در منطقه‌ای دیگر، صرفاً با یک منبع تجدیدپذیر دیگر رقابت کند.

بسیاری از استانداردهای سبد انرژی تجدیدپذیر نیز تنها تعیین می‌کنند که چه درصدی از برق مورد نیاز باید از منابع تجدیدپذیر تأمین شود و توجه چندانی به میزان واقعی کاهش انتشار یا مزایای زیست‌محیطی آن ندارند.

اعتبارات انرژی تجدیدپذیر یا REC نیز نمونه دیگری از همین رویکرد هستند. این گواهی‌های قابل معامله که در بسیاری از برنامه‌های انرژی پاک استفاده می‌شوند، عمدتاً بر اساس میزان برق تولیدشده ارزش‌گذاری می‌شوند و معمولاً تفاوت میان ارزش زیست‌محیطی یک مگاوات‌ساعت در مناطق و زمان‌های مختلف را منعکس نمی‌کنند. یک مگاوات‌ساعت برق پاک می‌تواند اثرات کاملاً متفاوتی داشته باشد

منطق سیاست‌گذاری با نرخ ثابت، در واقع بر این فرض استوار است که تمام تولید انرژی‌های تجدیدپذیر تقریباً مزایای زیست‌محیطی یکسانی دارند. اما یافته‌های پژوهش کافین و فل نشان می‌دهد که وقتی شرایط واقعی شبکه بررسی شود، این فرض دیگر قابل اتکا نیست.

یک پروژه بادی که برق یک نیروگاه زغال‌سنگ قدیمی را کاهش می‌دهد، می‌تواند مزایای زیست‌محیطی قابل توجهی داشته باشد. در مقابل، پروژه‌ای که در زمان و مکان نامناسب تولید می‌کند و تنها باعث کاهش تولید یک منبع پاک دیگر می‌شود، ممکن است کاهش انتشار بسیار محدودی ایجاد کند.

این تفاوت به معنای بی‌ارزش بودن پروژه دوم نیست، اما نشان می‌دهد که معیارهای فعلی برای اندازه‌گیری ارزش انرژی تجدیدپذیر ممکن است بیش از حد ساده باشند. برای سیاست‌گذاری بهتر، به داده‌های دقیق‌تر نیاز داریم

پژوهشگران برای اصلاح این وضعیت، بر اهمیت داده‌های دقیق و نزدیک به زمان واقعی تأکید دارند. نخستین گام این است که مشخص شود در هر لحظه، افزایش تولید یک منبع تجدیدپذیر دقیقاً کدام نیروگاه را از مدار خارج می‌کند یا تولید کدام نیروگاه را کاهش می‌دهد.

اطلاعات تاریخی به تنهایی برای این کار کافی نیست. شبکه برق دائماً در حال تغییر است و ترکیب نیروگاه‌های فعال، تقاضای مصرف‌کنندگان، وضعیت خطوط انتقال و قیمت برق می‌تواند در طول شبانه‌روز تغییر کند.

به همین دلیل، تنظیم‌کنندگان و سیاست‌گذاران به داده‌هایی نزدیک به زمان واقعی نیاز دارند تا بتوانند میزان انتشار حاشیه‌ای در مناطق مختلف را محاسبه کنند.

این زیرساخت اطلاعاتی در حال شکل‌گیری است. برای نمونه، اپراتورهای شبکه در بخش‌هایی از غرب میانه بالایی آمریکا آزمایش داشبوردهایی را آغاز کرده‌اند که میزان انتشار حاشیه‌ای محلی را ردیابی می‌کنند.

این داشبوردها از چارچوبی مشابه آنچه بازارهای برق برای ردیابی قیمت‌های حاشیه‌ای محلی استفاده می‌کنند، بهره می‌برند. در صورت گسترش چنین سامانه‌هایی، سیاست‌گذاران می‌توانند تصویر دقیق‌تری از اثر واقعی پروژه‌های جدید انرژی تجدیدپذیر داشته باشند. یارانه‌ها باید کیفیت زیست‌محیطی برق را هم در نظر بگیرند

مرحله بعدی، استفاده از این اطلاعات در طراحی سیاست‌های انرژی است. در حال حاضر، یارانه‌ها و مشوق‌های انرژی پاک معمولاً تفاوت زیادی میان پروژه‌های مختلف قائل نمی‌شوند. یک مزرعه بادی ممکن است چه در حال جایگزین کردن یک نیروگاه زغال‌سنگ ۴۰ ساله باشد و چه صرفاً باعث کاهش تولید یک مزرعه خورشیدی در نزدیکی خود شود، همچنان از سازوکار حمایتی مشابهی بهره‌مند شود.

اما اگر هدف اصلی سیاست‌های انرژی، کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای و آلودگی هوا باشد، چنین رویکردی می‌تواند به معنای از دست رفتن بخشی از ظرفیت واقعی انرژی‌های تجدیدپذیر برای ایجاد تغییر باشد.

به همین دلیل، سیاست‌گذاران می‌توانند به سمت نظامی حرکت کنند که نه‌تنها مقدار انرژی پاک تولیدشده، بلکه میزان اثرگذاری زیست‌محیطی آن را نیز در نظر بگیرد. انرژی پاک می‌تواند مانند یک محصول دارای برچسب زیست‌محیطی باشد

برای توضیح این ایده می‌توان از یک مثال ساده در بازار مواد غذایی استفاده کرد. مصرف‌کننده در فروشگاه ممکن است با برچسب‌هایی مواجه شود که درباره منشأ محصول، روش تولید یا ویژگی‌های زیست‌محیطی آن اطلاعات بیشتری ارائه می‌کنند.

در بازار انرژی نیز می‌توان سازوکاری مشابه ایجاد کرد تا خریداران برق، شرکت‌های خدمات عمومی و تنظیم‌کنندگان بتوانند میان برق تجدیدپذیری که تأثیر زیست‌محیطی بسیار بیشتری دارد و برق تجدیدپذیری که اثر کمتری ایجاد می‌کند، تفاوت قائل شوند.

در چنین رویکردی، دیگر هر مگاوات‌ساعت برق پاک الزاماً یک محصول کاملاً مشابه تلقی نمی‌شود. محل تولید، زمان تولید و نیروگاهی که برق جدید جایگزین آن شده است، می‌تواند بخشی از ارزش واقعی آن برق را مشخص کند. ارزش هوای پاک را چگونه می‌توان اندازه‌گیری کرد؟

یکی از چالش‌های اصلی در این مسیر، تعیین ارزش اقتصادی مزایایی مانند هوای پاک و محیط‌زیست سالم است. کافینه می‌گوید جامعه برای هوای پاک ارزش قائل است و محیط‌زیست نیز برای مردم ارزشمند است، اما برای این مزایا هنوز بازار مشخصی وجود ندارد و به همین دلیل قیمت مشخصی نیز برای آنها تعیین نشده است.

این مسئله یکی از دشوارترین بخش‌های طراحی سیاست‌های اقلیمی است. کاهش مصرف زغال‌سنگ یا گاز ممکن است علاوه بر کاهش انتشار دی‌اکسیدکربن، باعث کاهش آلاینده‌های هوا و بهبود سلامت عمومی شود، اما این منافع همیشه در قیمت برق یا هزینه ساخت یک نیروگاه منعکس نمی‌شوند.

اگر بتوان ارزش این مزایا را بهتر اندازه‌گیری کرد، سیاست‌گذاران می‌توانند منابع مالی و مشوق‌ها را به پروژه‌هایی اختصاص دهند که بیشترین منفعت واقعی را برای محیط‌زیست و جامعه ایجاد می‌کنند. هدف نهایی، ساخت یک شبکه برق پاک‌تر است

این پژوهش در نهایت به دنبال زیر سؤال بردن اهمیت انرژی‌های تجدیدپذیر نیست، بلکه تلاش می‌کند معیار دقیق‌تری برای سنجش اثر واقعی آنها ارائه دهد.

انرژی بادی و خورشیدی همچنان بخش مهمی از مسیر کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای هستند، اما نحوه توسعه آنها اهمیت زیادی دارد. اگر یک پروژه در زمان و مکان مناسب احداث شود، می‌تواند نیروگاه‌های آلاینده را از مدار خارج کند و کاهش واقعی انتشار را به همراه داشته باشد.

اما اگر پروژه در زمانی تولید کند که شبکه از قبل با انرژی پاک اشباع شده است، ممکن است بخش زیادی از اثر اقلیمی مورد انتظار آن محقق نشود.

از این منظر، آینده انرژی پاک فقط به ساخت نیروگاه‌های بیشتر وابسته نیست؛ بلکه به ساخت نیروگاه‌های درست، در مکان درست و در زمان درست نیز بستگی دارد.

رشد انرژی‌های خورشیدی و بادی یکی از مهم‌ترین تحولات نظام انرژی جهان است، اما برای سنجش موفقیت این گذار نمی‌توان تنها به تعداد نیروگاه‌های جدید یا میزان مگاوات‌ساعت برق پاک تولیدشده نگاه کرد.

ارزش واقعی یک مگاوات‌ساعت انرژی تجدیدپذیر به شرایط شبکه بستگی دارد. اگر برق تولیدشده بتواند یک نیروگاه زغال‌سنگ یا دیگر منابع آلاینده را از مدار خارج کند، اثر آن بر کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای و بهبود کیفیت هوا می‌تواند بسیار قابل توجه باشد. اما اگر همان برق تنها با یک منبع تجدیدپذیر دیگر رقابت کند، میزان کاهش واقعی انتشار ممکن است بسیار کمتر باشد.

پژوهش کافین و فل نشان می‌دهد که زمان و مکان تولید برق دو عامل اساسی در تعیین ارزش زیست‌محیطی انرژی پاک هستند. توربین بادی در ساعت ۳ بامداد در ایندیانا می‌تواند اثری کاملاً متفاوت از همان توربین در ساعت ۳ بعدازظهر در کالیفرنیا داشته باشد؛ زیرا ترکیب منابع تولید برق در این دو موقعیت و زمان یکسان نیست.

در نتیجه، سیاست‌های انرژی نیز باید از رویکرد «یک مگاوات‌ساعت، یک ارزش» فاصله بگیرند. یارانه‌ها، اعتبارات مالیاتی و استانداردهای انرژی تجدیدپذیر می‌توانند با استفاده از داده‌های نزدیک به زمان واقعی، پروژه‌هایی را بیشتر حمایت کنند که واقعاً به کاهش تولید نیروگاه‌های آلاینده منجر می‌شوند.

در نهایت، هدف توسعه انرژی‌های تجدیدپذیر تنها تولید برق بدون انتشار مستقیم نیست؛ هدف بزرگ‌تر، ساختن یک سیستم انرژی است که انتشار گازهای گلخانه‌ای را واقعاً کاهش دهد و کیفیت محیط‌زیست را بهبود ببخشد. همان‌طور که کافینه تأکید می‌کند، پژوهش‌های فنی در نهایت باید در خدمت ساخت محیطی پاک‌تر قرار گیرند و اندازه‌گیری دقیق اثر پروژه‌های انرژی پاک می‌تواند نشان دهد که این پیشرفت تا چه اندازه به هدف نهایی نزدیک شده است.