چالش های ذخیره سازی انرژی؛ راهکار های علمی کاهش تلفات انرژی کدامند؟

خبرگزاری تیکسر ـ حسین بوذری؛ ناترازی انرژی در ایران فراتر از یک عدم تعادل ساده بین عرضه و تقاضا به یک بحران ساختاری تبدیل شده که ابعاد اقتصادی اجتماعی و زیست محیطی متعددی را تحت تأثیر قرار داده است.

این بحران ریشه در مجموعه ای از عوامل پیچیده دارد که ازجمله آنها می توان به الگوی مصرف ناکارآمد انرژی سرمایه گذاری ناکافی در زیرساخت های تولید و انتقال انرژی و سیاست های ناکارآمد در حوزه مدیریت تقاضا اشاره کرد.

بررسی دقیق تر وضعیت موجود نشان می دهد که ناترازی انرژی در ایران نه تنها به صورت فصلی و در دوره های اوج مصرف بروز می کند بلکه به صورت یک معضل مزمن در حال ظهور است.

این وضعیت پیامد های جدی برای اقتصاد کشور به همراه دارد؛ ازجمله کاهش رشد تولید ناخالص داخلی افزایش وابستگی به واردات انرژی و ناپایداری درآمد های ارزی.

علاوه بر این ناترازی انرژی به تشدید آلودگی هوا تخریب منابع طبیعی و افزایش آسیب پذیری کشور در برابر شوک های قیمتی انرژی نیز منجر شده است.

این بحران نیازمند رویکردی جامع و مبتنی بر دانش است که نه تنها به رفع علائم آن بپردازد بلکه ریشه های اصلی آن را نیز مورد هدف قرار دهد.

گزارش زیر با هدف بررسی دقیق تر ابعاد بحرانی ناترازی انرژی در ایران به تحلیل عوامل کلیدی مؤثر بر این پدیده پیامد های اقتصادی اجتماعی و زیست محیطی آن و ارائه راهکار های اقتصادی مؤثر می پردازد. 

بدیهی است که حل بحران ناترازی انرژی در ایران نیازمند عزم جدی و همکاری همه جانبه نهادها و سازمان های مختلف است.

امیدواریم بستری برای اتخاذ تصمیمات آگاهانه و اقدامات مؤثر درراستای مدیریت بحران انرژی در کشور فراهم شود و به حفظ منافع ملی و بهبود کیفیت زندگی مردم کمک کند.

خبرنگار تیکسر در ادامه بررسی معضل ناترازی انرژی در کشور در قالب پرونده «ناترازی انرژی از دریچه علم» گفت وگویی را با سحر اصلان زاده کارشناس ارشد حوزه انرژی و استاد دانشگاه ترتیب داده است که مشروح این گپ و گفت در پی می آید:

شاخص های کلیدی ناترازی انرژی؛ از ضریب بار شبکه تا تلفات انرژی و کارایی شبکه انتقال

تیکسر: ناترازی انرژی دقیقاً بر چه مبنای علمی تعریف می شود و چه پارامترها و شاخص هایی در این ناترازی دخالت دارند؟

اصلان زاده: ناترازی انرژی به معنای اختلاف بین عرضه و تقاضای انرژی در یک سیستم است و می تواند ناشی از عوامل متعددی باشد این مفهوم به طور علمی براساس شاخص های متنوعی تعریف می شود ازجمله میزان تولید میزان مصرف تلفات در شبکه راندمان انرژی و ذخیره سازی انرژی.

در سطح کلان ناترازی انرژی می تواند به دلیل نبود توازن میان تولید انرژی (مانند تولید برق یا استخراج گاز طبیعی) و مصرف آن در بخش های خانگی صنعتی و تجاری به وجود آید.

شاخص های کلیدی شامل ضریب بار شبکه شدت انرژی (Energy Intensity) تلفات انرژی و کارایی شبکه انتقال و توزیع هستند علاوه بر این متغیر هایی مانند نرخ رشد جمعیت توسعه صنعتی و تغییرات قیمت انرژی نیز تأثیرگذار هستند.

ناترازی انرژی معمولاً به دو شکل قابل مشاهده است: کمبود انرژی (مانند قطعی برق) یا مازاد انرژی بدون استفاده.

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

اصلان زاده: تعریف واحد و جهان شمولی از ناترازی انرژی وجود ندارد؛ چراکه این مفهوم بسته به زمینه کاربرد و بخش های مختلف انرژی متفاوت تعریف می شود. در علوم فیزیکی ناترازی انرژی معمولاً به معنای عدم تعادل انرژی در یک سیستم بسته یا باز است مانند تلفات انرژی در یک فرآیند.

در مهندسی برق به تلفات در خطوط انتقال و توزیع یا عدم تطابق بین تولید و مصرف اشاره دارد در علوم اقتصادی ناترازی انرژی به ناکارآمدی در تخصیص منابع انرژی یا شکاف بین عرضه و تقاضای انرژی گفته می شود.

در سیاست گذاری انرژی ناترازی به چالش های ساختاری مانند عدم سرمایه گذاری کافی در زیرساخت های تولید یا انتقال مرتبط است بنابراین هر رشته تعریفی خاص از ناترازی انرژی ارائه می دهد که بسته به اهداف و زمینه مورد مطالعه متفاوت است.

تیکسر: تغییرات اقلیمی در کشورمان چه تأثیر علمی و مستقیم بر تشدید ناترازی انرژی داشته و مکانیزم های این تأثیرگذاری چیست و آیا مدل های علمی موجود قادر به پیش بینی دقیق تر تأثیرات متقابل ناترازی انرژی و تغییرات اقلیمی هستند؟

اصلان زاده: تغییرات اقلیمی تأثیرات عمده ای بر ناترازی انرژی در ایران داشته اند و افزایش دما و کاهش بارش ها منجر به کاهش تولید انرژی آبی در کشور شده است این مسئله به خصوص در فصل تابستان که تقاضای انرژی به اوج می رسد منجر به ناترازی جدی در عرضه و تقاضا می شود.

علاوه بر این افزایش دما موجب افزایش مصرف برق برای سرمایش در مناطق شهری و روستایی شده است ومکانیزم های این تأثیر شامل کاهش راندمان نیروگاه های حرارتی به دلیل گرمای بیش ازحد کاهش منابع آبی برای خنک سازی نیروگاه ها و کاهش تولید برق آبی است.

تغییرات اقلیمی تأثیرات عمده ای بر ناترازی انرژی در ایران داشته اند و افزایش دما و کاهش بارش ها منجر به کاهش تولید انرژی آبی در کشور شده است این مسئله به خصوص در فصل تابستان که تقاضای انرژی به اوج می رسد منجر به ناترازی جدی در عرضه و تقاضا می شود

مدل های علمی مانند مدل های اقلیمی-انرژی (Climate-Energy Models) قادر به پیش بینی این تأثیرات هستند اما نیازمند داده های دقیق تر و تطبیق با شرایط بومی ایران هستند تا پیش بینی های بهتر و سیاست های موثرتر ارائه شود.

تیکسر: 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؟

اصلان زاده: در زمینه فناوری های ذخیره سازی انرژی پیشرفت های قابل توجهی در توسعه باتری های لیتیوم-یونی باتری های حالت جامد و فناوری هیدروژن حاصل شده است. باتری های لیتیوم-یونی ظرفیت بالاتری دارند و در خودرو های برقی و سیستم های ذخیره انرژی استفاده می شوند.

فناوری های هیدروژن مانند الکترولیز آب برای تولید هیدروژن سبز چشم انداز امیدوارکننده ای برای ذخیره انرژی در مقیاس بزرگ دارند با این حال چالش های عمده ای نیز مانند افزایش ظرفیت باتری ها برای ذخیره انرژی بیشتر و افزایش ایمنی به خصوص در برابر خطرات انفجار و آتش سوزی وجود دارد.

کاهش هزینه های تولید و استفاده از مواد جایگزین به جای لیتیوم و کبالت. پیشرفت های جدید مانند استفاده از نانو مواد و بهبود طراحی الکترودها می تواند این چالش ها را کاهش دهد و ذخیره سازی انرژی را کارآمدتر کند.

راهکار کاهش تلفات انرژی در شبکه های انتقال و توزیع برق

تیکسر: راهکار های علمی برای کاهش تلفات انرژی و نقش فناوری های نوین در این زمینه را چه می دانید؟

اصلان زاده: برای کاهش تلفات انرژی در شبکه های انتقال و توزیع برق راهکار های متعددی وجود دارد که در زیر می آید:

بهبود کیفیت تجهیزات: استفاده از ترانسفورماتور های کم تلفات و کابل های با مقاومت کمتر.

اصلاح شبکه: طراحی مجدد شبکه برای کاهش طول خطوط و بهینه سازی مکان پست های توزیع.

شبکه های هوشمند: این فناوری با استفاده از حسگرها سیستم های مانیتورینگ و مدیریت پیشرفته بار می تواند تلفات انرژی را به حداقل برساند.

ذخیره سازی انرژی: سیستم های ذخیره سازی در نقاط استراتژیک شبکه می توانند پایداری را افزایش دهند.

بهبود ضریب توان: نصب خازن ها در شبکه های توزیع برای کاهش توان راکتیو و تلفات مربوطه. شبکه های هوشمند نقش کلیدی در کاهش ناترازی انرژی دارند چراکه با استفاده از داده های آنی و الگوریتم های پیشرفته توزیع و مصرف انرژی را بهینه می کنند.

تیکسر: مدل های اقتصادی و سیاست گذاری در رفع ناترازی انرژی چیست؟

اصلان زاده: مدل های اقتصادی مانند مدل های تعادل عمومی (CGE Models) و مدل های پویا (Dynamic Models) می توانند تأثیر سیاست های انرژی بر ناترازی انرژی را پیش بینی کنند این مدل ها با تحلیل عرضه و تقاضا تأثیر تغییر قیمت انرژی مالیات ها و یارانه ها را بررسی می کنند.

سیاست گذاران باید براساس داده های علمی مانند الگو های مصرف شدت انرژی و بازده زیرساخت ها تصمیم گیری کنند به عنوان مثال اجرای سیاست های بهینه سازی مصرف انرژی در بخش های صنعتی و خانگی توسعه انرژی های تجدیدپذیر و سرمایه گذاری در شبکه های انتقال می تواند تأثیر چشمگیری بر کاهش ناترازی داشته باشد.

تیکسر: راهکارهای علمی برای کاهش تلفات انرژی برق 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؟

اصلان زاده: راهکار های علمی برای کاهش تلفات انرژی برق شامل موارد زیر است:

جایگزینی تجهیزات فرسوده: استفاده از تجهیزات پیشرفته تر مانند کابل های با هدایت بالاتر.

مدیریت بار: اجرای برنامه های مدیریت بار و زمان بندی مصرف انرژی.

کاهش تلفات حرارتی: نصب خنک کننده های کارآمد برای تجهیزات.

شبکه های هوشمند هم نقش کلیدی دارند؛ آنها با استفاده از داده های بی درنگ و تکنولوژی IoT می توانند مصرف انرژی را پایدار کرده و هزینه های عملیاتی را کاهش دهند و این فناوری ها به توزیع بار کمک کرده و از قطعی های ناشی از ناترازی جلوگیری می کنند.

تیکسر: براساس روندهای علمی موجود چه سناریوهای احتمالی برای آینده ناترازی انرژی ایران وجود دارد و  با استفاده از رویکردهای آینده پژوهی چگونه می توان برای چالش های احتمالی آماده شد و از ناترازی انرژی جلوگیری کرد؟

اصلان زاده: ایران با چالش های عمده ای در ناترازی انرژی مواجه است ازجمله رشد سریع تقاضا فرسودگی زیرساخت ها و بهره وری پایین. براساس روند های علمی سناریو های احتمالی شامل گزاره ّای زیر است:

تداوم ناترازی شدید: در صورت عدم سرمایه گذاری کافی و بهره وری پایین.

بهبود نسبی: در صورت توسعه انرژی های تجدیدپذیر و ارتقای شبکه های انتقال.

پایداری بلندمدت: با اجرای اصلاحات ساختاری و بهره وری انرژی.

رویکرد های آینده پژوهی هم شامل استفاده از تحلیل سناریو مدل سازی تقاضا و عرضه انرژی و توسعه فناوری های جدید است.

همچنین برای آماده سازی باید بر آموزش نیروی انسانی توسعه سیاست های حمایتی و همکاری با کشور های پیشرو تمرکز کرد.