جهان به سمت انرژی های پاک می رود

توسعه انرژی های سبز

یکی از مواهب ارزشمند طبیعت، انرژی است، بشر از ابتدای تاریخ به شیوه های متفاوت کوشیده است با به کارگیری انرژی های فراوان و در دسترس طبیعت، فعالیت های خود را به آسانی، با کمترین هزینه و بالاترین سرعت به انجام رساند و گامی برای آسایش بیشتر بردارد.

نخستین تأمین کننده انرژی خورشید بود. انسان از نور و گرمای آفتاب بهره های فراوان می برد. بعدها انسان با تبدیل و مهار سایر عناصر طبیعت مانند آب و باد و گیاهان بر توان خویش جهت انجام کارهای بزرگتر و دشوارتر افزود. اما با افزایش جمعیت و گسترش و پراکندگی آن و نیز همگام با نیاز روزافزون به انرژی های جدید و کاراتر با بازده بیشتر، کم کم بشر زغال سنگ و سپس نفت و گاز را کشف کرد. به تدریج، وابستگی انسان به سوخت های فسیلی روز به روز بیشتر شده و با پیشرفت علم و فناوری و ساخت ماشین ها و ابزارهای گوناگون و بویژه با رخ دادن انقلاب صنعتی، به کارگیری سوخت های فسیلی به اوج خود رسید. اما در کنار این پیشرفت ها، رفته رفته بشر دریافت، با توجه به ذخایر محدود انرژی فسیلی و افزایش سطح مصرف انرژی در جهان فعلی، دیگر نمی توان به منابع موجود انرژی متکی بود و از طرفی، بهره گیری از این انرژی نیز چندان بدون هزینه نخواهد بود و دیری نپایید که پیامدهای ناشی از سوزاندن سوخت های فسیلی، خود به چالشی تازه برای جوامع انجامیده و مخاطرات و تبعات زیست محیطی همچون تغییر آب و هوا و گرمایش جهانی را به همراه آورد. این عوامل، همراه با بحران های انرژی و بالا رفتن قیمت جهانی نفت، سبب رویکرد دوباره علم به انرژی های تجدیدپذیر طبیعی گردیده است.

● شناخت و جایگاه منابع انرژی تجدیدپذیر

خورشید سرچشمه عظیم و بیکران انرژی است که حیات زمین بدان بستگی دارد و همه دیگر انواع انرژی نیز به گونه ای از آن نشأت گرفته اند. این انرژی نتیجه فرآیند پیوسته همجوش هسته ای در خورشید است. در هر ثانیه ۴‎/۲ میلیون تن از جرم خورشید با حرارتی معادل ۱۰ تا ۱۴ میلیون درجه سانتیگراد به انرژی تبدیل شده و با حرارتی نزدیک به ۵۶۰۰ درجه به صورت امواج الکترومغناطیسی در فضا منتشر می شود. اگر فقط یک درصد از صحراهای جهان با نیروگاه های حرارتی خورشیدی به کار گرفته شوند، برق موردنیاز جهان تأمین خواهد شد. هم اکنون شش شیوه شناخته شده تولید برق از نور خورشید، به صورت آیینه سهمیگون، دریافت کننده مرکزی، آیینه های شلجمی (بشقابی یا استرلینگ)، دودکش خورشیدی، استخر خورشیدی و سلول های نوری (فتوولتاییک) است؛ اما امروزه انرژی خورشیدی را بیشتر با به کارگیری سلول های خورشیدی یا راه اندازی نیروگاه های حرارتی مهار می کنند. باد نیز در اصل از تابش خورشید به زمین و تفاوت دمای هوای بین دو ناحیه ایجاد می شود.

از آنجا که باد تا زمانی که خورشید به زمین می تابد، به طور پیوسته تولید خواهد شد، یک منبع انرژی تجدید شونده خواهد بود. امروزه انرژی بادی عمدتاً برای تولید برق به کار برده می شود. نیروگاه های کنونی، در جهت حرکت باد تغییر راستا داده و با محورهای افقی یا قائم، انرژی جنبشی باد را به انرژی مکانیکی و سپس آن را به انرژی الکتریکی تبدیل می کنند. حدود ۹۵ درصد مکانیسم های بادی افقی محور هستند. تولید هیدروژن نیز یکی از تکنولوژی های مطرح در این زمینه بوده و عمده ترین گزینه مطرح به عنوان حامل جدید انرژی است که در مقایسه با سایر سوخت ها می تواند با راندمانی بالاتر و احتراق بسیار پاک به سایر اشکال انرژی تبدیل شود.

همچنین انرژی زمین گرمایی از گرمای تجزیه مواد پرتوزا و واکنش های شیمیایی مرکز زمین، هسته مذاب کره زمین، پدیده کوهزایی و فشار طبقات ضخیم در حوضه های رسوبی به دست می آید. طبق محاسبات، انرژی حرارتی ذخیره شده در ۱۱ کیلومتری فوقانی پوسته زمین معادل ۵۰ هزار برابر کل انرژی به دست آمده از منابع نفت و گاز شناخته شده امروز جهان است. استفاده از انرژی زمین گرمایی به دو بخش عمده تولید برق و استفاده مستقیم از انرژی حرارتی طبقه بندی می گردد. در حالت اول، از انرژی بخار و سیال خروجی از چاه های حفر شده جهت به چرخش درآوردن توربو ژنراتورها و در نتیجه تولید برق استفاده می کنند. استفاده مستقیم نیز به معنای بهره برداری بدون واسطه از انرژی حرارتی سیالات زمین گرمایی برای ایجاد استخرهای شنا و مراکز آب درمانی، گرمایش ساختمان ها، پرورش آبزیان، فرآیندهای صنعتی، ذوب برف در معابر و... است. اقیانوس ها نیز منبعی عظیم از انرژی حرکتی هستند که به صورت امواج، جزر و مد و جریان های همیشگی سطحی یا زیرآبی ناشی از اختلاف حرارت نقاط گوناگون دیده می شود و به آن انرژی اقیانوسی گفته می شود. نیروی جزر و مد تنها گونه از انرژی اقیانوسی است که هم اکنون از آن در مقیاس تجاری برق تولید می شود . همچنین سوخت های گیاهی به دست آمده از پسماندهای جنگل ها و محصول های کشاورزی جهان می تواند سالانه به اندازه ۷۰ میلیارد تن نفت خام انرژی در دسترس بشر قرار دهد. این میزان ۱۰ برابر مصرف سالانه انرژی در جهان است. از این سوخت ها بیشتر در تولید گرما بهره می برندو اگرچه بازده آنها نسبت به سوخت های فسیلی بالا نیست، اما باعث صرفه جویی اقتصادی چشمگیری می شوند.

● مزایا و معایب استفاده از انرژی های پاک

هم اکنون در جهان با توجه به تکنولوژی های به کار رفته ۷۴ هزار و ۲۲۳ مگاوات برق تجدیدپذیر تولید می شود. براساس آمارهای موجود ۱۳‎/۳ درصد از انرژی اولیه جهانی در سال ۲۰۰۵ از انواع انرژی های تجدیدپذیر تأمین شده است که در این میان سهم انرژی زیست توده ۷۹‎/۷ درصد ، انرژی برق آبی ۱۶‎/۵ درصد، انرژی زمین گرمایی ۳‎/۱ درصد، انرژی خورشیدی ۰‎/۲۹ درصد و انرژی بادی ۰‎/۴۸ درصد، در کنار سهم ناچیزی برای انرژی جزر و مد و امواج بوده است. همچنین دراین سال، انرژی تجدیدپذیر دومین منبع تأمین کننده برق جهان با ۱۷‎/۹ درصد سهم بوده است که ۱۶‎/۱درصد از برق جهان با برق آبی، ۱درصد با زیست توده و ۰‎/۸ درصد توسط سایر منابع تجدیدپذیر تأمین شده است. در حال حاضر تأمین انرژی بیش از ۱۶۰ هزار روستا در سراسر جهان برپایه انرژی خورشیدی است. ظرفیت نصب شده نیروگاه های زیست توده در جهان به بیش از ۴۴ هزار مگاوات و میزان برق تولیدی نیز به بیش از ۲۵۰ تراوات ساعت رسیده است. همچنین بیش از ۶۴ کشور جهان با مجموع ظرفیت نصب شده بیش از ۲۷۸۰۰ مگاوات حرارتی از انرژی زمین گرمایی بهره برداری می نمایند. تولید سالانه بیواتانول درجهان از ۳۳ میلیارد لیتر فراتر رفته که سهم آمریکا و برزیل هر یک ۱۵ میلیارد لیتر بوده است. همچنین ۳‎/۹ میلیارد لیتر نیز بیودیزل تولید شده که سهم آلمان به تنهایی ۱‎/۹ میلیارد لیتر بوده است.

انرژی های تجدیدپذیر از منابع طبیعی به دست می آیند که معمولاً هم دوباره بازسازی می شوند. یکی از دلایل مهمی که سبب گسترش روزافزون استفاده از انرژی های تجدیدپذیر در سراسر جهان شده مزایای زیست محیطی این انرژی است. به این ترتیب که از یک سو نیروگاه ها و طرح های کاربرد مستقیم انرژی های تجدیدپذیر آلودگی بسیار کمی تولید می کنند و از سوی دیگر با صرفه جویی در مصرف سوخت های فسیلی، کمک شایان توجهی به پاکیزگی محیط زیست می شود، ضمن این که با جلوگیری از واردات سوخت های فسیلی، موجب رونق بخشیدن به اقتصاد کشورهای بهره مند از منابع انرژی تجدیدپذیر می شود. همچنین نیروگاه های انرژی تجدیدپذیر به دلیل استفاده صرف از انرژی های طبیعی رایگان به نوسانات قیمت نفت وابسته نبوده و می توان بهای برق مصرفی را برای مدت طولانی ثابت نگاه داشت. از طرفی، این نیروگاه ها احتیاح به متخصص عالی ندارند و می توان آنها را به صورت اتوماتیک به کار انداخت. اما فناوری های استفاده از این منابع بی پایان انرژی هنوز در مراحل آغازین رشد خود قرار داشته و بسیار پرهزینه هستند. این صنایع یک تکنولوژی سرمایه بر بوده و هزینه ثابت برای تولید دستگاه و راه اندازی نیروگاه ها، برخلاف هزینه جاری ناچیز آنها، بسیار زیاد می باشد. ضمن این که در کشورهای جهان سوم، کاربرد وسیع و منطقی از این انرژی ها در گرو دسترسی به تکنولوژی ساخت تأسیسات و تجهیزات مربوطه است که به صورت انحصاری در اختیار کشورهای توسعه یافته است.

● چشم انداز جهانی انرژی های پاک

بهره برداری از منابع انرژی های تجدیدپذیر طی دو دهه اخیر از رشد بالایی نسبت به انرژی های فسیلی و هسته ای برخوردار بوده است و از سوی دیگر، بهای تمام شده انرژی های تولید شده ازمنابع تجدیدپذیر در این مدت روند نزولی را پیموده است، پیش بینی می شودکه این روند در آینده نیز ادامه یابد. در این راستا، انرژی های تجدیدپذیر در کشورهایی که برای رسیدن به مرحله بهره برداری مستقیم از این نوع انرژی ، برنامه و راهبرد میان مدت و درازمدت داشته و از سوی دولت حمایت هاو سیاست گذاری های مناسب اعمال شده است، از پیشرفت چشمگیری برخوردار بوده است. البته هنوز گروهی این جنبه های نوین انرژی را نوعی تحول گرایی بی مورد می پندارند. همچنین بعضی ها این ایراد را به تکنولوژی تولید انرژی های تجدیدشونده وارد می دانند که هنوز چندان قابل اعتماد نیست ، با این حال استفاده از این نوع انرژی هر روز در جهان در حال گسترش بوده و مزایای بارز این انرژی ها در کنار افزایش بی سابقه قیمت نفت، موجب تشویق بشر در سرمایه گذاری در انجام تحقیقات گسترده و دستیابی به فناوری های جدید جهانی بوده است. مجموع سرمایه گذاری در بخش انرژی های تجدیدپذیر در سال ۲۰۰۵ در سطح جهان ۳۸ میلیارد دلار بوده است. در این سال، چین با شش میلیارد دلار سرمایه گذاری در بخش انرژی های تجدیدپذیر، بزرگ ترین سرمایه گذار در این زمینه منابع در جهان بوده است. آمریکا و اروپا نیز سالانه بیش از ۷۰۰ میلیون دلار برای تحقیق و توسعه در زمینه انرژی تجدیدپذیر اختصاص می دهند. هم اکنون بیش از ۷۰ شرکت در زمینه انرژی های تجدیدپذیر فعالیت دارند که سرمایه هر یک از آنها بیش از ۴۰میلیون دلار و سرمایه مجموع آنها بیش از ۳۰ میلیارد دلار بوده است.

در هر حال باید اذعان داشت که در عمل عوامل متعددی بویژه هزینه اولیه و قیمت تمام شده بالا، عدم سرمایه گذاری کافی برای بومی نمودن و بهبود کارآیی تکنولوژی های مربوطه، نبود سیاست های حمایتی در سطح جهانی، منطقه ای و محلی، نفوذ و توسعه انرژی های نو را بسیار کند و محدود ساخته است. به نظر می رسد موانع بسیاری برای به کارگیری این منابع در کشورهای در حال توسعه (و از جمله ایران) وجوددارند. در این راستا، شرایط جغرافیایی و محدودیت های ذاتی انرژی های تجدیدپذیر مانند آب و هوا که پتانسیل منطقه را مشخص می کند و موانع تکنولوژیک موجود می تواند یکی از دلایل عدم گسترش انرژی های نو در ایران و سایر کشورهای در حال توسعه باشد. همچنین مهمترین مانع بازدارنده گسترش انرژی های تجدیدپذیر در کشورهای در حال توسعه می تواند عامل مالی باشد که عمدتاً از هزینه های نسبتاً بالای انرژی های نو نسبت به سوخت فسیلی و نیز یارانه های سوخت های فسیلی که قیمت نسبی آنان را پائین آورده و آن را غیررقابتی می سازد، نشأت می گیرد. از دیگر سو، ناآگاهی و نااطمینانی ها در این بخش، باعث پیشداوری های نا به جا می شود که از کمبود اطلاعات در این بخش ناشی می شوند. در نهایت، وجود سازمان های اندک در این بخش، عدم وجود قوانین حمایتی و عدم وجود بازار مناسب و... از موانع نهادی بر سر راه گسترش این انرژی ها در کشور هستند. موضوع دیگری که باید بررسی کرد، نحوه اداره بخش قابل توجه برق تولیدی از منابع تجدیدپذیر است که به بهای تضمینی در بازار رقابتی وارد شبکه می شود. در حال حاضر این موضوع مهمی نیست چون سهم منابع تجدیدپذیر محدود است، اما در آینده این مسئله بروز خواهد کرد.

● پتانسیل و تجربیات به کارگیری منابع انرژی تجدیدپذیر در ایران

در ایران بیشترین ظرفیت استفاده از انرژی های تجدیدپذیر مربوط به انرژی خورشید است و پس از آن انرژی باد و زمین گرمایی قرار دارند. ایران بر کمربند خورشیدی زمین قرار داشته و بیشتر مناطق مرکزی و کویری کشور سرشار از منابع انرژی خورشیدی هستند. گفته شده است، در کویر از ۱‎/۵ هکتار زمین، در هر ساعت می توان یک مگاوات انرژی برداشت کرد. مناسب ترین مناطق جهت احداث نیروگاه حرارتی خورشیدی واقع در جنوب و مرکز کشور شامل استان های یزد، فارس، اصفهان و کرمان است. تاکنون ۱۰۳۳ آبگرمکن خورشیدی در شهرهای بوشهر، طبس، یزد، بجنورد، زاهدان و اصفهان نصب و در زمینه بهره برداری از سیستم فتوولتاییک در کاربردهای مستقل از شبکه مانند روشنایی خورشیدی (چراغ های خیابان)، سیستم پمپاژ آب خورشیدی، یخچال های خورشیدی و سیستم متصل به شبکه مانند نیروگاه ۳۰ کیلووات طالقان و۵ کیلووات تهران نیز فعالیت هایی شده است. همچنین در دانشکده مهندسی مکانیک دانشگاه شیراز، اولین نیروگاه حرارتی - خورشیدی کشور از نوع سهموی خطی در شیراز و جهت تولید بخار به ظرفیت ۲۵۰ کیلووات در مرحله اتمام ساخت می باشد. همچنین به خاطر موقعیت جغرافیایی ویژه کشور، در فصل های مختلف سال بادهای موسمی و غیرموسمی فراوانی می وزد و سرزمین ها و سواحل بادخیز بسیاری وجود دارد که امکان برپایی نیروگاه بادی در آنها فراهم است. فعالیت های ایران برای تولید انرژی از باد بیشتر در دو منطقه منجیل و بینالود متمرکز شده و ۷۵ درصد تولید از این منبع در مزرعه بادی منجیل با ۸۷ توربین و ۱۰۰ مگاوات برق صورت می گیرد. شرکت سدید نیز تجهیزات یک نیروگاه بادی ۳۰ مگاواتی را برای نصب در منطقه دیزآباد خراسان می سازد. در برنامه چهارم توسعه تولید حداقل ۱۵۰ مگاوات در نیروگاه های بادی پیش بینی شده است.

از طرفی، ایران برقرار داشتن در کمربند آتشفشانی و لرزه خیز جهان و نیز وجود چشمه های آبگرم بسیار، دارای پتانسیل عظیمی برای تولید انرژی ژئوترمال است. مهمترین و سرشارترین پتانسیل های زمین گرمایی در ایران، مناطق سبلان، دماوند، ماکو و سهند و در رده های بعدی، تفتان، بزمان، کرمان، طبس، شیراز، مرکز ایران و مشهد می باشند. با توجه به مطالعات انجام گرفته، منطقه سبلان پتانسیل تولید ۶۰ مگاوات برق از طریق استفاده از انرژی زمین گرمایی را دارد که در برنامه چهارم توسعه نیز قرار است یک طرح پایلوت نیروگاهی در حد پنج مگاوات نصب شود که در صورت تأمین اعتبارات، نیروگاه ۵۰ مگاواتی راه اندازی خواهد شد. مطالعات اکتشافی حاکی از پتانسیل ۲۵۰ مگاواتی در دامنه های جنوبی، غربی و شرقی سبلان نیز می باشد. همچنین پروژه پمپ حرارتی با استفاده از زمین گرمایی جهت تأمین گرمایش و سرمایش ساختمان ها در شهر تبریز از دیگر پروژه های در دست انجام می باشد. در برنامه چهارم مقرر است که تا حداقل ۱۰۰ مگاوات برق از این طریق تأمین شود. از طرفی، ایران با داشتن خط ساحلی بسیار طولانی و جزایر متعدد، از جمله کشورهایی است که می تواند بهره های فراوانی از انرژی های اقیانوسی ببرد. از طرفی، در حال حاضر از سوخت زیست توده در ایران عمدتاً به شکل سنتی استفاده می شود. مهم ترین اقدام ایران در زمینه استفاده از منابع زیست توده برای تولید انرژی اجرای پروژه پایلوت تولید بیوگاز در سایت ساوه به ظرفیت ۳۰ مترمکعب بوده است. همچنین طرح هایی برای استفاده از گازهای متصاعد از زباله های متراکم شهری برای تولید برق شروع شده است در نهایت، پروژه های شناخت و بررسی علمی و فناوری های گوناگون تولید، ذخیره، عرضه و مصرف هیدروژن در کشور آغاز شده که در حال حاضر کار تولید هیدروژن به روش الکترولیز قلیایی و ذخیره سازی آن در حال اجرا بوده و با ساخت سیستم های پیل سوختی و اتصال این مجموعه به پانل های فتوولتاییک چرخه کامل تولید، ذخیره و مصرف انرژی پاک براساس هیدروژن انجام می گردد.

● جمع بندی و پیشنهادات

بخش انرژی در ایران نیز، حساس ترین و زیربنای اساسی برای کلیه فعالیت های اقتصادی و اجتماعی کشور به شمار می رود و دسترسی به انواع منابع جدید انرژی، برای توسعه اقتصادی آن اهمیت اساسی دارد. در دهه های اخیر، مصرف انرژی در ایران با توجه به علل مختلف از جمله رشد شهرنشینی، فناوری نامناسب در تولید، فقدان مدیریت انرژی و قیمت های پائین و غیرواقعی، به طور سرسام آوری رو به افزایش بوده است، به طوری که با داشتن تنها یک درصد از جمعیت جهان، دارای رشد مصرف انرژی ۵ تا ۸ درصد و بیش از ۵ برابر متوسط رشد مصرف جهانی بوده و حدود ۹درصد از فرآورده های نفتی دنیا را مصرف می کند. در این راستا، سالانه ۱۰ تا ۱۳ میلیارددلار یارانه انرژی در ایران پرداخت می شود. این در حالی است که فقط هزینه و بار اقتصادی یارانه بنزین معادل بودجه عمرانی ۲۰ استان کشور است. اما با ادامه این روند، محدودیت های انرژی در آینده رخ نموده و دسترسی عموم به انرژی، بویژه اقشار آسیب پذیر کاهش یافته و از دیگر سو، قدرت رقابت محصولات داخلی در بازارهای جهانی کاهش یافته و درآمدهای ارزی پیامد آن تقلیل می یابد. این در حالی است که درآمد حاصل از صادرات نفت و گاز، مهم ترین منبع درآمد ارزی برای تأمین نیازهای گوناگون توسعه اقتصادی- اجتماعی بوده و با اتمام منابع نفت و گاز هیچ منبع ارزان قیمتی برای جایگزینی آن در تأمین نیازهای سرمایه گذاریش نخواهد داشت. از طرفی، معضلات زیست محیطی مصرف سوخت های فسیلی در کشور به تدریج به یک بحران ملی تبدیل گردیده است. در چنین شرایطی است که انرژی های نو در کشور از جایگاهی ویژه برخوردار می گردد.

در این راستا، استفاده از انواع پتانسیل موجود برای تأمین نیاز رو به رشد انرژی، بالفعل نمودن تمام پتانسیل های منطقه ای برای تأمین کالای انرژی به صورت منطقه ای، توجه به فاکتورهای زیست محیطی در نیل به توسعه پایدار و گذار از توسعه مرسوم، استفاده از پتانسل های تجدید شونده برای تولید انرژی، برخورداری از فناوری روزآمد ودانش نو، عدم تکیه بر سوخت های فسیلی به عنوان تنها منبع تولید انرژی و حفظ این منابع، کاهش تلفات انرژی، از مزایای انرژی های نو محسوب می شوند. از طرفی، تازگی و نوپایی این فناوری ها خود می تواند فرصت بزرگی محسوب شود. هنوز این فناوری به انحصار کشورهای پیشرفته درنیامده و می توان از همان ابتدا در شکل گرفتن و رشد این فناوری ها نقش فعال داشت. طبق برنامه ریزی های انجام شده تا پایان برنامه چهارم توسعه یک درصد (۵۰۰مگاوات) ظرفیت تولید برق کشور از انرژی های نو تأمین خواهد شد. در حالی که اگر بخواهیم آینده ای سبز مبتنی بر حفظ محیط زیست و اصول توسعه پایدار داشته باشیم قطعاً باید از تمامی ظرفیت های موجود در تولید انرژی استفاده کنیم. اما متأسفانه در این زمینه نارسایی های زیادی در سطح نهادهای ستادی و مسئولان کشور وجود دارد که لازم است در این باره تجدیدنظر شده و زیرساخت های لازم برای آن در همه زمینه ها فراهم شود. در این راستا ضروری است، بهره گیری از انرژی های تجدیدپذیر باید در دستور کار سیاستگذاران انرژی قرار گرفته و با توجه به اهمیت اولویت بندی اعتبارات طرح های توسعه انرژی های نو وکم بودن اعتبارات تخصیص یافته به این بخش، تمهیدات و راهکارهایی چون ظرفیت سازی و بهبود عملکرد و نیز ایجاد انگیزه برای مشارکت بخش خصوصی، برای توسعه هر چه سریعتر این انرژی پاک و ارزان در کشور فراهم شود.

خلیل کاظمی

کارشناس ارشد انرژی، معاونت امور برق و انرژی وزارت نیرو.