سناریوهای پاک ایران تا سال ۲۰۳۰

به گزارش اقتصادآنلاین به نقل از همشهری، انقلاب صنعتی در جهان باعث شد که ترکیب انرژی در بیشتر کشورها تحت سلطه سوخت‌های فسیلی باشد. این سلطه‌گری سوخت‌های فسیلی بر اقلیم جهان و سلامت بشر به‌شدت تأثیر گذاشت. سه‌چهارم تولیدات گازهای گلخانه‌ای در جهان ناشی از مصرف سوخت‌های فسیلی برای تولید انرژی است و در عین حال سوخت‌های فسیلی، منشا بخش بزرگی از آلودگی هوا در کشورهای مختلف هستند؛ معضلی که سالانه منجر به بروز بیش از 5میلیون مرگ زودهنگام در جهان می‌شود.

برای کاهش تولید دی‌اکسید‌کربن، جهان به حرکت سریع به‌سوی منابع کم کربن یا بدون کربن انرژی نیاز دارد؛ یعنی فناوری‌های هسته‌ای و تجدیدپذیر. انرژی تجدیدپذیر نقشی کلیدی در کربن‌زدایی از نظام انرژی جهان در سال‌های پیش‌رو دارد. اما سؤال اینجاست که در حال حاضر کشورهای مختلف تا چه اندازه به جایگزینی منابع فسیلی با منابع تجدیدپذیر پرداخته‌اند؟  ایران به‌عنوان یکی از کشورهای درحال توسعه در جهان، اگرچه به کندی اما درحال توسعه‌دادن منابع انرژی تجدیدپذیر است.

براساس آمارهای موجود مجموع برق حاصل از نیروگاه‌های تجدیدپذیر در کشور در مقایسه با حجم بالای مصرف بسیار ناچیز است اما مسئولان وعده توسعه بیشتر ظرفیت‌های ایران در سال‌های آینده را داده‌اند. جایگاه ایران و بیشتر کشورهای خاورمیانه در رتبه‌بندی‌های تولید انرژی پاک در جهان چندان خوشایند نیست. براساس داده‌های پایگاه ourworldindata.org تا سال 2019 حدود 11درصد از انرژی اولیه جهان (انرژی قابل دسترس در طبیعت پیش از تبدیل و مهندسی‌شدن توسط انسان) از منابع تجدیدپذیر تامین شده است.

همچنین کشورهای ایسلند، نروژ، کانادا، سوئد، نیوزیلند، اتریش، فنلاند، سوئیس و دانمارک به‌ترتیب از بالاترین سرانه تولید انرژی تجدیدپذیر برخوردار بوده‌اند. ایران با سرانه کمتر از یک مگاوات ساعت، رتبه چندان قابل‌قبولی در فهرست سرانه تولید انرژی پاک در جهان ندارد.

این درحالی است که ظرفیت حقیقی ایران برای تولید انرژی تجدیدپذیر به واسطه بافت و موقعیت جغرافیایی آن بسیار بالاست. این ظرفیت بالا در پژوهش‌های علمی متعددی مورد بررسی قرار گرفته‌اند. در ادامه به یکی از این پژوهش‌ها که در سال 2017توسط محقق ایرانی، آرمان آقاحسینی، محقق دانشکده سامانه‌های انرژی در دانشگاه LUT فنلاند انجام‌شده، پرداخته خواهد شد؛ پژوهشی که ظرفیت 100درصدی تولید انرژی‌های تجدیدپذیر ایران را در دو سناریوی مختلف مورد بررسی قرار داده است و در هر دو سناریو، ظرفیت محاسبه‌شده بسیار بالاتر از چیزی است که امروز در کشور تولید می‌شود.

وضعیت مولدان تجدیدپذیر جهانی

تا پایان سال 2019مجموع انرژی تولید‌شده از منبع تجدیدپذیر انرژی باد در جهان بیش از هزار و 429تراوات ساعت بوده است. از این میزان بیش از 514تراوات ساعت به منطقه آسیای پاسیفیک، بیش از 461تراوات ساعت به اروپا، 1.16تراوات ساعت به خاورمیانه و 0.36تراوات ساعت به ایران اختصاص داشته است. همچنین میزان تولید برق از منابع برقابی در جهان بیش از 4 هزار و 300تراوات ساعت بوده است که بیش از هزار و 783تراوات ساعت از آن در آسیای‌پاسیفیک، هزار و 355تراوات ساعت آن در چین، 714تراوات ساعت آن در آمریکای مرکزی و جنوبی، 676تراوات ساعت آن در آمریکای شمالی، 632تراوات ساعت آن در اروپا، 33.30تراوات ساعت آن در خاورمیانه و 21.95تراوات ساعت آن در ایران تولید می‌شود. انرژی خورشیدی، کمترین سهم از تولید جهانی را دارد. مجموع برق تولید شده از منابع خورشیدی در جهان بیش از 844تراوات ساعت بوده است که بیش از 393تراوات ساعت آن در آسیا، بیش از 261تراوات ساعت آن در چین، بیش از 154تراوات ساعت آن در اروپا، بیش از 11تراوات ساعت آن در خاورمیانه و 0.24تراوات ساعت آن در ایران تولید می‌شود.

وضعیت فعلی ایران در تولید انرژی تجدیدپذیر براساس گزارش‌های رسمی

براساس آخرین گزارش رسمی که در اسفند سال 99توسط سازمان انرژی‌های تجدیدپذیر و بهره‌وری برق ایران از ظرفیت نیروگاه‌های انرژی تجدیدپذیر در کشور منتشر شده، ظرفیت نصب‌شده انرژی‌های پاک در ایران به بیش از 920مگاوات رسیده است. این حجم از انرژی پاک تولید‌شده باعث کاهش مصرف یک میلیارد و 679میلیون مترمکعبی سوخت‌های فسیلی برای تولید برق در کشور و همچنین در مصرف 1300میلیون لیتر آب صرفه‌جویی شده است. از سوی دیگر، نیروگاه‌های انرژی تجدیدپذیر در کشور مانع از انتشار 25هزار تن آلاینده محلی در کشور شده‌اند. تعداد نیروگاه‌های خورشیدی مقیاس کوچک در کشور 5هزار مورد اعلام شده که ظرفیت تولید برق در آنها 69هزار و 320کیلووات (0.06گیگاوات) است. همچنین آمارهای سازمان انرژی‌های تجدیدپذیر و بهره‌وری برق ایران نشان می‌دهد که 49درصد از نیروگاه‌های تجدیدپذیر کشور، نیروگاه‌های خورشیدی هستند، 34درصد از آنها را نیروگاه‌های بادی تشکیل داده‌اند، 12درصد آنها نیروگاه‌های برقابی کوچک، یک‌درصد نیروگاه‌های زیست‌توده، 2 درصد بازیافت حرارتی و 2درصد توربین‌های انبساطی هستند. ایران در تلاش است با تخصیص برق حاصل از این نیروگاه‌ها به استخراج رمزارزها، به توسعه منابع انرژی تجدیدپذیر در ایران کمک کند.‌ حجم تولید انرژی تجدیدپذیر در ایران اگرچه در سال‌های اخیر رو به افزایش گذاشته است، اما در مقیاس منطقه‌ای و جهانی بسیار کوچک است. با یک برآورد سرانگشتی می‌توان حجم برق پاک تولید شده در ایران با استفاده از ظرفیت نصب شده انرژی‌های تجدیدپذیر در کشور را محاسبه کرد. براساس گفته شرکت توزیع نیروی برق، متوسط مصرف برق ماهانه یک خانوار تهرانی در فصل‌های پرمصرف 300کیلووات ساعت است؛ یعنی در هر ساعت از یک‌ماه 0.41کیلووات انرژی مصرف می‌شود. این به آن معنی است که مجموع تولید برق خورشیدی در کشور، برابر 69هزار و 320کیلووات (کیلووات میزان توان مصرفی و کیلووات ساعت واحد اندازه‌گیری مصرف انرژی در یک ساعت است) می‌تواند در‌ماه برق مورد نیاز بیش از 166هزار خانوار تهرانی را تامین کند و مجموع ظرفیت نصب‌شده انرژی‌های تجدیدپذیر در کشور پاسخگوی تامین برق ماهانه بیش از 2میلیون و 200خانوار تهرانی خواهد بود. با توجه به اینکه براساس آخرین سرشماری در سال 95بیش از 4 میلیون خانوار تنها در بخش شهری تهران سکونت داشته‌اند، این میزان انرژی برق مورد نیاز کمتر از نیمی از خانوارها تنها در بخش شهری تهران را تامین خواهد کرد. البته نباید فراموش کرد که تقریبا هیچ کشوری در جهان تاکنون نتوانسته به‌صورت 100درصدی برق مورد نیاز کل جمعیت خود را از محل انرژی‌های پاک و تجدیدپذیر تامین کند. در خوش‌بینانه‌ترین حالت ممکن، در وضعیتی که با مدیریت درست و برنامه‌ریزی دقیق از تمامی ظرفیت‌های موجود کشور برای تولید انرژی تجدیدپذیر استفاده شود، حداکثر انرژی تجدیدپذیر تولیدشده در ایران توسط محققان 1090گیگاوات تخمین زده شده است.

دو سناریو برای تجدیدپذیرشدن منابع انرژی ایران تا سال 2030

تأثیر مخرب سوخت‌های فسیلی بر محیط‌زیست، محدودیت منابع طبیعی و افزایش تقاضا برای انرژی در سرتاسر جهان باعث شده تا منابع انرژی تجدیدپذیر بیش از هر زمانی در جهان اهمیت پیدا کند. پژوهشگری ایرانی با تمرکز بر اهمیت این منابع پایدار انرژی در آینده جهان، در پژوهشی که در سال 2018منتشر شده است، به تحلیل ظرفیت‌های ایران برای تبدیل شدن به کشوری کاملا متکی بر منابع پاک انرژی تا سال 2030پرداخته است.  آرمان آقاحسینی، پژوهشگر دانشگاه LUT در این پژوهش به همراه همکارانش دو سناریو برای ایجاد سیستمی کم‌هزینه و تماما مبتنی بر انرژی پاک در ایران ارائه کرده است.  این سناریوها براساس محاسباتی که درباره مجموعه بهینه فناوری‌ انرژی‌های تجدیدپذیر، تجهیزات کم‌هزینه انرژی، ترکیبی از ظرفیت‌ها و وضعیت‌های عملیاتی انجام‌شده و همچنین بررسی نقش فناوری‌های ذخیره‌ساز انرژی در ایران ارائه شده‌اند. سناریوی اول کل کشور را در بر می‌گیرد و براساس آن تولید انرژی تجدیدپذیر و فناوری‌های ذخیره‌ساز کل کشور را پوشش می‌دهند. 

در سناریوی دوم یا سناریوی ترکیبی برق تولید شده از منابع پاک انرژی علاوه بر تامین برق مورد نیاز بخش انرژی کشور، برق مورد نیاز برای نمک‌زدایی از آب و تجزیه گازهای صنعتی هم از محل منابع تجدیدپذیر را تامین خواهد کرد. براساس این سناریو، ترکیب بخش‌های مختلف انرژی هزینه تولید برق را از 45.3یورو بر مگاوات ساعت به 40.3یورو بر مگاوات ساعت خواهد رساند.  آقاحسینی در این پژوهش نشان داده است که ایجاد سامانه تماما تجدیدپذیر انرژی برای ایران یک گزینه سیاستگذاری کاملا حقیقی به‌نظر می‌رسد.

رایج‌ترین منابع انرژی تجدیدپذیر در ایران

براساس این پژوهش، انرژی آبی اصلی‌ترین منبع انرژی تجدیدپذیر در کشور به شمار می‌رود و ظرفیت نصب شده  در آن حدود 11گیگاوات است. ایران یکی از اصلی‌ترین تولید‌کنندگان انرژی آب میان کشورهای منا (کشورهای خاورمیانه و شمال آفریقا) به‌شمار می‌رود. پس از انرژی آبی، انرژی باد رایج‌ترین شکل انرژی تجدیدپذیر در ایران است. موقعیت مناسب جغرافیایی کشور که در بیشتر مناطق آن فشار هوای پایینی وجود دارد در کنار اقلیم متنوع، باعث شده تا طی ماه‌های تابستان و زمستان جریان بادی خوبی در کشور وجود داشته باشد. قابلیت و ظرفیت تولید انرژی از باد در بعضی مناطق ایران مانند تهران، منجیل، سیستان و بلوچستان، زابل و سمنان مورد ارزیابی قرار گرفته‌اند و نتایج ارزیابی‌ها نشان از وجود تراکم مناسب انرژی برای بهره‌بردن از انرژی باد در ایران دارند. ایران همچنین در سال 2010در میان کشورهای منا با تولید 92مگاوات انرژی بادی رتبه اول را به‌دست آورده است. در سال 2014نزدیک به 27مگاوات ظرفیت نصب‌شده انرژی بادی به نظام انرژی کشور افزوده شد. انرژی خورشیدی، منبع دیگر انرژی تجدیدپذیر در ایران هم در سال‌های اخیر رشد قابل توجهی داشته است. اصلی‌ترین محل تولید انرژی خورشیدی در ایران صفحات خورشیدی و نیروگاه‌های برق خورشیدی گرمایی متمرکز هستند. ظرفیت تولید برق با کمک صفحات خورشیدی در ایران به‌دلیل داشتن 300روز آفتابی در سال در دوسوم مساحت کشور و همچنین متوسط 2200کیلووات ساعت تابش نور خورشید در ازای هر مترمربع از مساحت کشور بسیار بالاست. ایران و مقدونیه در سال 2010آغاز به ایجاد نیروگاه‌های برق خورشیدی گرمایی متمرکز در منطقه منا کردند و سهم این نیروگاه‌ها در تولید انرژی پاک درحال افزایش بود. با وجود این فناوری نیروگاه‌های خورشیدی متمرکز در ایران توسعه چندانی پیدا نکرد و تا سال 2015تنها یک درصد از کل تولید برق در ایران را از آن خود ساخته بود. اصلی‌ترین دلیل توقف توسعه این منبع انرژی، وفور و ارزان‌بودن سوخت‌های فسیلی و بالابودن نرخ یارانه انرژی‌های غیرتجدیدپذیر در ایران است. در کف ظرف تولید انرژی ایران، تولید انرژی از زیست‌توده، تبدیل زباله به انرژی و انرژی زمین گرمایی است.

با توجه به اینکه ایران روی کمربند خشک زمین واقع شده است، یکی از کشورهای کم‌آب زمین به شمار می‌رود. 70درصد از ایران خشک یا نیمه‌خشک است و تخمین زده شده است که تا پایان سال 2021مجموع سرانه حجم سالانه منابع آبی تجدیدپذیر در ایران به 800مترمکعب خواهد رسید که بسیار کمتر از آستانه جهانی، 1000مترمکعب است. نمک‌زدایی از آب دریا یکی از راهکارهایی است که برای رفع این مشکل در پیش‌روی ایران قرار دارد، از این‌رو ایران زمینه مناسبی برای نصب مراکز نمک‌زدایی مبتنی بر انرژی‌های پاک دارد.

حد بالا و حد پایین ظرفیت تولید انرژی پاک در ایران

در این پژوهش حد بالای ظرفیت تولید انرژی پاک در ایران براساس محدودیت‌های موجود در استفاده از زمین در ایران و همچنین تراکم ظرفیت تولید انرژی محاسبه شده است. حداکثر فضایی که در ایران می‌توان به تجهیزات تولید برق خورشیدی و بادی مجهز کرد، به‌ترتیب 6و 4درصد از مساحت کل کشور درنظر گرفته شده است. تراکم ظرفیت در این پژوهش برای صفحات خورشیدی تک‌محوری زاویه‌دار 75مگاوات بر کیلومترمربع، برای نیروگاه‌های متمرکز خورشیدی 225مگاوات بر کیلومترمربع و برای نیروگاه‌های بادی 8.4مگاوات بر کیلومترمربع درنظر گرفته شده است. حد پایین ظرفیت تولید انرژی پاک در ایران ظرفیت نصب‌‌شده‌ای است که هم‌اکنون در کشور وجود دارد. براساس محاسبات انجام‌شده در این پژوهش کمینه تولید انرژی خورشیدی در ایران تا سال 2017 با استفاده از پنل‌های خورشیدی 58.3مگاوات، انرژی باد 120مگاوات، انرژی آبی جریانی 142.3مگاوات و انرژی برقابی 13هزار و 996.9مگاوات بوده است. اما ایران از ظرفیت بسیار بالاتری برای تولید انواع انرژی‌های پاک برخوردار است. براساس مجموع محاسبات آقاحسینی در دو‌سناریوی مطرح شده در این پژوهش، ایران تا سال 2030می‌تواند با استفاده از فضایی به مساحت 1648هزار کیلومترمربع با کمک گرفتن از نیروگاه‌های خورشیدی متمرکز، پنل‌های خورشیدی، نیروگاه‌های بادی، منابع آبی جریانی و منابع برقابی درمجموع 1270گیگاوات انرژی تولید کند. براساس سناریوی دوم یعنی سناریوی ترکیبی، حدبالای ظرفیت تولید انرژی تجدیدپذیر در ایران 1090گیگاوات و براساس سناریوی اول حدبالای ظرفیت 180گیگاوات خواهد بود. این ارقام حد بالای ظرفیت قابل نصب انرژی‌های تجدیدپذیر در ایران براساس محاسبات آقاحسینی در این پژوهش هستند و باید درنظر گرفت که مواردی مانند نیروگاه‌های متمرکز خورشیدی در ایران هنوز توسعه چندانی نداشته‌اند. همچنین واحد اندازه‌گیری برای حدبالای ظرفیت تولید ایران برای نیروگاه‌های خورشیدی متمرکز، گیگاوات حرارتی و برای بقیه فناوری‌ها گیگاوات الکتریکی درنظر گرفته شده است.

با توجه به کل میزان مصرف برق در کشور در سال 99که حدود 59گیگاوات بوده است و پیش‌بینی میزان مصرف که براساس فرضیه عدم‌اصلاح الگوی مصرف انرژی در کشور تا سال 1405انجام شده است، یعنی 73.5گیگاوات، 100درصد ظرفیت تولید انرژی پاک در ایران بسیار فراتر از نیاز انرژی در این کشور است. مجموع حدبالای تولید انرژی تجدیدپذیر در سناریوی دوم آقاحسینی در ایران بیش از 1090گیگاوات است، یعنی اگر ایران تا سال 2030بتواند از 100درصد ظرفیت تولید انرژی تجدیدپذیر خود استفاده کند، برق تولید شده از این شیوه حدود 18برابر بیشتر از انرژی مورد نیاز یک سال در کشور (سال 99) و بیش از هزار و 200برابر مجموع ظرفیت‌تولیدی نیروگاه‌های انرژی تجدیدپذیر نصب شده در ایران خواهد بود. همچنین براساس جدیدترین گزارش سازمان انرژی‌های تجدیدپذیر، ظرفیت عملی نیروگاه‌های تجدیدپذیر کشور هنوز به یک گیگاوات نرسیده است و این نشان از فاصله زیاد تولید کنونی انرژی پاک در ایران تا دستیابی به تولید با ظرفیت کامل و 100درصدی دارد. حدبالای تولید انرژی پاک در ایران در مقایسه با حد پایین محاسبه‌شده در این پژوهش بیش از 76برابر بیشتر است.

در بخش دیگری از این پژوهش آقاحسینی نشان داده است که هزینه تراز شده تولید برق در سناریوی دوم پژوهش 11درصد کاهش خواهد داشت زیرا تمامی هزینه‌های تراز‌شده تخمین زده شده کاهش پیدا خواهند کرد. براساس این پژوهش، افزایش به‌کار گرفتن از انرژی خورشیدی و بادی کم‌هزینه برای تولید سوخت گازی یا اس ان جی، افزایش انعطاف‌پذیری سامانه انرژی در کشور و بهره‌برداری کارآمد از فناوری‌های ذخیره‌ساز انرژی منجر به کاهش قابل توجه هزینه تراز‌شده برای تولید اولیه برق خواهد شد.

حل معضل کم‌آبی با تامین آب تجدیدپذیر

در بخش دیگری از پژوهش با اشاره به معضل کمبود آب و خشکسالی در ایران، به تأثیر استفاده از منابع تجدیدپذیر انرژی در نمک‌زدایی کم‌هزینه از آب دریا و تامین آب شیرین کشور اشاره شده است. براساس این پژوهش هزینه تامین آب تجدیدپذیر (نمک‌زدایی از آب با استفاده از منابع انرژی تجدیدپذیر) با نرخ 1.5یورو برای هر مترمکعب بسیار مقرون به صرفه است، آن‌هم در کشوری که دسترسی بسیار محدودی به منابع آبی دارد. یک پژوهش موردی که در سال 2016درباره نمک‌زدایی در ایران انجام شد، نشان داد ترکیبی از پنل‌های خورشیدی تک‌محوری متحرک و پنل‌های خورشیدی شیبدار ثابت در کنار انرژی بادی و برقابی بهترین گزینه برای تولید آب نمک‌زدایی شده با هزینه تراز‌شده بین 1.5تا 2.5یورو در ازای هر مترمکعب است.

حجم تولید انرژی تجدیدپذیر در ایران اگرچه در سال‌های اخیر رو به افزایش گذاشته است، اما در مقیاس منطقه‌ای و جهانی بسیار کوچک است. با یک برآورد سرانگشتی می‌توان حجم برق پاک تولید شده در ایران با استفاده از ظرفیت نصب شده انرژی‌های تجدیدپذیر در کشور را محاسبه کرد. براساس گفته شرکت توزیع نیروی برق، متوسط مصرف برق ماهانه یک خانوار تهرانی در فصل‌های پرمصرف 300کیلووات ساعت است؛ یعنی در هر ساعت از یک‌ماه 0.41کیلووات انرژی مصرف می‌شود