انرژي‌هاي تجديدپذير در ايران؛ ظرفيت‌ها و فناور‌ي‌ها

امروزه كمتر كسي است كه از اهميت انرژي‌هاي تجديدپذير به‌‌عنوان يكي مهم‌ترين روندهاي روبه‌رشد جهاني آگاهي نداشته باشد. شايد از خود پرسيده باشيد گسترش انرژي‌هاي تجديدپذير با چه انگيزه‌‌هايي در جهان دنبال مي‌‌شود. پاسخ به اين پرسش مي‌تواند تا حد زيادي  اهميت اين صنعت را براي كشور عزيزمان ايران نيز روشن كند. در پاسخ به مهم‌ترين محرك‌‌هاي فعلي اين صنعت اشاره مي‌‌كنيم:

كاهش شدت اثرات تغييرات اقليمي: قطعا اولين دستاورد فناوري‌‌هاي پاك، رهايي از بند آلودگي‌‌هاي زيست‌‌محيطي ناشي از سوخت‌‌هاي فسيلي خواهد بود. سوخت‌‌هاي فسيلي از بزرگ‌ترين منابع انتشار گازهاي گلخانه‌‌اي نظير دي‌‌اكسيد كربن محسوب مي‌‌شوند. اثر گلخانه‌‌اي ناشي از ورود اين نوع گازها به اتمسفر باعث محبوس‌‌‌‌شدن گرماي زمين و بروز عواقبي زنجيره‌‌وار همچون تغييرات اقليمي در سياره خواهد شد.

كاهش آلودگي هواي محلي: مبارزه با آلاينده‌‌ها سياستي است كه برخي از كشورهاي داراي تراكم جمعيتي بالا در كلان‌‌شهرها، اهميت ويژه‌‌اي براي آن قائل هستند. به‌‌عنوان مثال، چين در سال ۲۰۱۷ اعلام كرد قصد دارد تا سال ۲۰۲۰، ۳۶۰ ميليارد دلار در صنعت تجديدپذير باهدف مبارزه با اشكالات آلودگي هوا در كلان‌‌شهرها سرمايه‌گذاري كند. اين انديشه متخصصينات مي‌‌تواند خود به‌‌منزله‌‌ي يك راهكار واقعي براي رفع معضلات پيچيده‌‌ي اجتماعي اقتصادي ناشي از بحران آلودگي در تهران و ساير كلان‌‌شهرهاي كشور ما نيز محسوب شود.

امنيت انرژي: تهديدهاي موجود در بخش انرژي در دو بخش انساني و طبيعي قابل‌‌مطالعه‌‌اند. تهديدهاي انساني معمولا شامل خطرات ناشي از نابودي ساختگاه‌‌هاي توليد برق كشور در نتيجه‌‌ي حملات نظامي كشورهاي ديگر يا عمليات خرابكارانه‌‌‌ي عمدي مي‌شوند. تهديد‌‌هاي طبيعي نيز عمدتا شامل بلاياي طبيعي و آثار جانبي تغييرات اقليمي مي‌‌شوند كه به‌‌علت ماهيت ناملموس خود، عمدتا ناديده گرفته مي‌‌شوند. دراين‌ميان، نگاه برخي از كشورها نظير ايالات متحده‌‌ي آمريكا به صنعت تجديدپذير از انديشه متخصصينات يك مسئله‌‌ي امنيت ملي جالب‌‌توجه است. كشور ما نيز صرف‌‌انديشه متخصصين از تهديدهاي نظامي، با تهديدهاي تازه‌‌اي ازسوي تغييرات اقليمي در ممباحثه امنيت انرژي مواجه شده است. باتوجه به پيش‌‌بيني‌‌هاي تازه از تشديد موج خشكسالي و گرما در منطقه‌‌ي خاورميانه و وابستگي ۱۵ درصدي منابع انرژي كشور به نيروگاه‌‌هاي برق‌آبي بزرگ، لازم است اقداماتي جدي در جهت جايگزيني اين منابع در آينده‌‌ي نزديك مدانديشه متخصصين قرار داد.

كاهش هزينه‌‌ها: رشد فناوري تجديدپذيرها باعث شده است امروزه در بسياري از كشورها، اين منابع از لحاظ هزينه با منابع فسيلي و نيز انرژي هسته‌‌اي رقابت‌‌پذير شوند. اين رقابت‌‌پذيري زماني اهميت دوچندان مي‌‌يابد كه بدانيم هم‌اكنون تجديدپذيرها تنها يك‌‌چهارم يارانه‌‌اي را دريافت مي‌‌كنند كه براي سوخت‌‌هاي فسيلي در انديشه متخصصينگرفته شده است و با حذف اين يارانه‌‌هاي پنهان، به‌‌زودي صنعت تجديدپذير گوي سبقت را در اين رقابت جهاني خواهد ربود.

اشتغال‌‌زايي و ارزش محلي: علي‌‌رغم ركود در بسياري از صنايع جهان، صنايع انرژي پاك از جمله كسب‌‌وكارهايي بوده‌‌اند كه همچنان به رشد و اشتغال‌‌زايي خود ادامه داده‌‌اند. تحليل‌‌ها نشان مي‌‌دهند كشورهايي كه يك چارچوب سياستي پايدار را در اين عرصه اتخاذ كرده‌اند، بيش‌ترين بهره را از ارزش محلي توليدشده در اين بخش برده‌‌اند.

سهم كشورهاي جهان

چين با بيشترين حجم سرمايه‌‌گذاري در ممباحثه انرژي‌‌هاي تجديدپذير جهان، در اين صنعت يكه‌‌تاز است. مطالعه‌‌هاي سال ۲۰۱۷ نشان مي‌‌دهد كه پس از چين، كشورهاي ايالات متحده، ژاپن، هند و آلمان در رده‌‌هاي دوم تا پنجم قرار گرفته‌اند. همان‌‌طور كه در جدول زير نيز مي‌‌بينيد، چين همچنين بيشترين حجم ظرفيت منصوب و سرمايه‌‌گذاري جديد را در نيروگاه‌‌هاي فتوولتائيك، بادي و برق‌آبي دارد. بالاترين ظرفيت بهره‌‌برداري از نيروگاه‌‌هاي زيست‌‌توده و زمين‌‌گرمايي جهان در اختيار ايالات متحده‌‌ است. دراين‌ميان، اسپانيا نيز بيشترين ظرفيت منصوب از نيروگاه‌‌هاي حرارتي خورشيدي را به خود اختصاص داده است.

جدول بيشترين ظرفيت يا توليد انرژي‌هاي تجديدپذير تا پايان سال ۲۰۱۷

انواع انرژي‌‌هاي تجديدپذير رايج در كشور

انرژي خورشيدي

انرژي بادي

انرژي زيست توده

انرژي زمين‌‌گرمايي

انرژي برق‌­آبي

انرژي بازيافت حرارتي

انرژي خورشيدي

شايد بتوان گفت انرژي خورشيدي يكي از مهم‌‌ترين انواع انرژي تجديدپذير است. ميزان دسترسي به اين نوع انرژي در نقاط مختلف جهان و در عرض‌‌هاي مختلف جغرافيايي كاملا متفاوت است. بااين‌حال، كشور ما ازجمله نقاطي است كه ميزان تابش‌‌هاي دريافتي در اكثر نقاط آن بسيار بالاست. به‌‌گفته‌‌ي متخصصان، كشور ايران با داشتن ۳۰۰ روز آفتابي در سال و متوسط انرژي دريافتي ۴.۵ الي ۵.۵ كيلووات‌‌ساعت بر مترمربع، ظرفيت بالايي در توليد برق آفتابي دارا است. طي مطالعه‌‌اي كه ازسوي سازمان هوافضاي آلمان (DLR) انجام گرفت، برآورد شد در مساحتي بيش از ۲۰۰۰ كيلومتر مربع، امكان نصب بيش از ۶ هزار مگاووات نيروگاه حرارتي خورشيدي وجود دارد. همچنين برآوردهاي انجام‌شده در سال ۱۳۸۹ نشان داد درصورت اختصاص مساحتي معادل ۱۰۰*۱۰۰ كيلومترمربع زمين براي ساخت نيروگاه فتوولتائيك، برق توليدي اين نيروگاه معادل كل توليد برق كشور در آن سال خواهد بود. در حال حاضر، حدود ۴۲ درصد از كل ظرفيت نيروگاه‌‌هاي تجديدپذير كشور را نيروگاه‌‌هاي خورشيدي تشكيل مي‌‌دهند. در شكل زير مي‌توانيد نقشه‌‌ي تابش دريافتي خورشيدي را براي كشور مشاهده كنيد.

به‌‌طور كلي نيروگاه‌‌هاي مبتني‌‌‌‌بر انرژي خورشيدي (solar) در دو شكل كلي اجرا مي‌‌شوند:

نيروگاه‌‌هاي فتوولتائيك

نيروگاه‌‌هاي حرارتي خورشيدي

امروزه هزينه‌‌ي‌‌ احداث نيروگاه هاي فتوولتائيك به‌‌زير ۱۰۰۰ دلار در ازاي هر كيلووات ظرفيت منصوب رسيده است و ارزش ترازشده‌‌ي انرژي فتوولتائيك در جهان نيز كمتر از ۰/۱ دلار در ازاي هر كيلووات ساعت تخمين زده مي‌‌شود.

نيروگاه‌‌هاي فتوولتائيك

طي سال‌‌هاي اخير، سيستم‌‌هاي فتوولتائيك به‌‌عنوان رايج‌‌ترين نوع نيروگاه خورشيدي در ايران شناخته شده‌‌اند. از مزاياي اصلي اين نوع نيروگاه‌‌ها نسبت به ديگر رقباي تجديدپذير خود مي‌توان به مقياس‌پذيري آسان، قابليت پياده‌‌سازي در مناطق مختلف و البته هزينه‌‌ي تعمير‌و‌نگه‌داري اندك اشاره كرد. اين نوع تجهيزات، انرژي خورشيدي را ازطريق ادوات نيمه‌‌هادي (سلول‌‌هاي خورشيدي) مستقيما به برق تبديل مي‌‌كنند و عمر مفيدي بين ۲۵ الي ۳۰ سال دارند. مدت زمان راه‌‌اندازي اين نوع نيروگاه‌ها را بسته‌به ظرفيت نهايي (از چند كيلووات تا يك مگاووات) مي‌‌تواند بين چند هفته تا چند ماه درانديشه متخصصين گرفت. ميزان فضاي لازم براي نصب و اجراي نيروگاه‌‌هاي فتوولتائيك بين ۱۰ تا ۱۵ مترمربع براي هر كيلووات محاسبه شده است. بدين‌‌ترتيب براي احداث يك نيروگاه يك مگاواتي فتوولتاپيك به زميني با مساحت ۱ تا ۱/۵ هكتار نياز خواهد بود.

نمايي از يك نيروگاه فتوولتاپيك ۳/۵ مگاواتي در دهشير يزد (سال ۱۳۹۷)

سيستم‌‌هاي فتوولتائيك به دو صورت منفصل‌‌از‌‌شبكه (Off-grid) و متصل‌‌به‌‌شبكه (On-grid) پياده‌‌سازي مي‌‌شوند. سيستم‌‌هاي متصل‌‌به‌‌شبكه براي كاركرد نياز به اتصال به شبكه‌‌برق سراسري دارند. در اين نوع سيستم‌‌ها، پنل‌‌هاي فتوولتائيك انرژي خورشيدي را دريافت و پس از تبديل به برق متناوب ازطريق اينورترها، آن را به شبكه برق تزريق مي‌‌كنند. اين سيستم‌‌ها در طول شب در حالت آماده‌‌به‌‌كار (Standby) خواهند بود.

اعم متخصصدهاي سيستم‌‌هاي فتوولتائيك

كاربرد به‌‌عنوان نيروگاه‌‌هاي متصل‌‌به‌‌شبكه جهت فروش برق خورشيدي به شبكه

پمپاژ آب براي مصارف شرب، دامپروري، پرورش ماهي، آبياري جنگل‌‌ها و مراتع، آبشخور حيوانات و آب‌نماها

روشنايي خورشيدي جهت مصارف منازل مسكوني، مدارس، ايستگاه‌‌ها، تونل‌‌ها، پارك‌‌ها و ساير مناطقي كه امكان دسترسي به برق سراسري وجود ندارد.

سيستم‌‌هاي قابل حمل (پرتابل) نظير خودروها و پكيج‌‌هاي تأمين انرژي عشاير و ادواتي نظير اسباب‌‌بازي‌‌ها و ماشين‌‌حساب‌‌ها

حفاظت كاتديك به‌‌منظور حفاظت از خطوط انتقال نفت و گاز دربرابر پوسيدگي

نيروگاه‌‌هاي حرارتي خورشيدي

در اين نوع نيروگاه‌‌ها، انرژي خورشيدي به‌‌شكل حرارت در انواع مختلفي از سيالات ذخيره‌‌سازي شده و سپس ازطريق مبدل‌‌هاي حرارتي، اين انرژي به شكل بخار آب در مي‌‌آيد. بخار آب نيز توربين‌‌ها را به‌‌كار انداخته و در ادامه ژنراتورهاي متصل به توربين‌‌ها، انرژي مكانيكي را به برق تبديل مي‌‌كنند. انواع گوناگون نيروگاه‌‌هاي حرارتي خورشيدي در جهان وجود دارد كه عبارت‌اند از:

۱- نيروگاه‌‌هاي سهموي خطي (Parabolic Trough)

۲- نيروگاه‌‌هاي دريافت كننده مركزي (CRS)

۳- نيروگاه‌‌هاي بشقابي سهموي (Parabolic Dish)

۴- نيروگاه‌‌هاي دودكش خورشيدي (Solar Chimney)

۵- نيروگاه كلكتورهاي فرنل (Fresnel Collector)

اساس كار تمامي اين نوع نيروگاه‌‌ها به‌‌جز دودكش‌‌هاي خورشيدي تقريبا همان‌‌گونه است كه توضيح داده شد. برخلاف ساير انواع كه از بخار آب به‌‌عنوان سيال و توربين‌‌هاي بخار به‌‌عنوان نيروي محركه استفاده مي‌‌شود، در دودكش‌‌هاي خورشيدي، هوا و توربين‌‌هاي بادي نقش سيال و نيروي محركه را ايفا مي‌‌كنند.

نيروگاه خورشيدي سهموي‌خطي شيراز (سال ۱۳۸۷)

اولين نمونه از نيروگاه‌هاي خورشيدي حرارتي احداث‌‌شده در ايران، نيروگاه سهموي خطي واقع در شيراز است كه با تواني معادل ۲۵۰ كيلووات در سال ۱۳۸۷ تأسيس شد. اين نيروگاه از ۴۸ عدد كلكتور سهموي در ۸ رديف ۶ تايي تشكيل شده كه در راستاي شمالي-جنوبي نصب گرديده است. سازه‌‌هاي نگهدارنده‌‌ي اين كلكتورها روي يك سامانه‌‌ي تعقيب‌‌كننده نصب شده كه مسير حركت خورشيد را در طول روز، از شرق به غرب دنبال مي‌‌كند. قابل‌‌ذكر است كه بنابر مستندات ساتبا (سازمان انرژي‌‌هاي تجديدپذير و بهره‌‌وري انرژي برق)، ساخت و تست تمامي اجزاي نيروگاه از قبيل سازه‌‌ها، آينه‌‌ها، سيستم كنترل و ابزار دقيق (به‌‌غير از لوله‌‌ي جاذب) در داخل كشور و با توان متخصصان داخلي صورت پذيرفته است.

به‌‌عنوان يكي ديگر از نمونه‌‌هاي اجراشده در كشور، مي‌‌توان به نيروگاه خورشيدي و حرارتي يزد اشاره كرد. اين نيروگاه درواقع تركيبي از سه نوع نيروگاه گازي، بخار و خورشيدي بوده كه ظرفيت هريك از آن‌‌ها به‌‌ترتيب ۱۵۹، ۱۳۲ و ۱۷ مگاووات است. به‌‌گفته‌‌ي متخصصان، استفاده‌‌ي تركيبي از انرژي حرارتي خورشيدي دركنار فناوري‌‌هاي رايج نيروگاه‌‌هاي گازي و بخار، در افزايش راندمان كل نيروگاه بسيار مؤثر واقع شده است.

نمايي از نيروگاه خورشيدي و حرارتي يزد (سال ۱۳۸۹)

وزارت نيرو در راستاي تشويق سرمايه‌گذاران بخش خصوصي جهت سرمايه‌گذاري در توليد انرژي‌هاي تجديدپذير، در ۱۹ ارديبهشت سال ۱۳۹۵، مصوبه‌اي را با موضوع تعرفه‌هاي خريد تضميني برق از نيروگاه‌هاي تجديدپذير و پاك ابلاغ كرد. مطابق اين مصوبه، نرخ خريد برق خورشيدي ازسوي دولت به‌‌صورت زير تعيين گرديده است:

* مختص مشتركين برق تا سقف ظرفيت انشعاب موجود

انرژي بادي

امروزه بزرگ‌ترين متخصصد انرژي بادي در توليد انرژي الكتريكي است. براي اين منظور از ادواتي به‌‌نام توربين‌‌هاي بادي بهره گرفته مي‌‌شود كه خود در دو نوع توربين‌‌هاي افقي‌‌محور و عمودمحور قابل توليد‌‌ هستند. طبق آمار منتشرشده، مجموع ظرفيت نيروگاه‌‌هاي بادي نصب‌‌شده در جهان تا ابتداي سال ۲۰۱۸، به ۵۳۹ گيگاوات رسيده و ركورد بيشترين ظرفيت‌‌هاي منصوب نيز به‌‌ترتيب متعلق به كشورهاي چين، ايالات متحده، آلمان، هند و اسپانيا است.

اعم متخصصدهاي انرژي بادي:

توليد برق (به‌‌صورت متصل‌‌به‌‌شبكه و منفصل‌‌از‌‌شبكه)

پمپاژ آب از چاه‌‌ها و رودخانه‌‌ها

آسياب غلات

تفكيك هزينه‌هاي سرمايه‌گذاري براي احداث نيروگاه‌هاي بادي خشكي و فراساحلي

گفته مي‌‌شود كه يكي از قديمي‌‌ترين اشكال متخصصد انرژي بادي در جهان، مربوط‌به آسياب‌‌هاي بادي در ايران باستان بوده است. باتوجه به وسعت ۵۰ درصدي مناطق كوهستاني در كشور و اطلاعات ظرفيت‌‌سنجي، ميزان ظرفيت اسمي انرژي بادي كشورمان حدود ۱۰۰ گيگاوات است كه از ميان اين ظرفيت، قابليت بهره‌‌برداري اقتصادي از ۱۶ گيگاوات فراهم است. اين درحالي است كه برآوردهاي اوليه نشان مي‌‌دهد در ۲۶ نقطه از كشور، به‌‌تنهايي قابليت توليد ۶۵۰۰ مگاووات انرژي بادي وجود دارد.

يكي از مهم‌‌ترين نيروگاه‌‌هاي بادي كشور، نيروگاه بادي بينالود واقع در خراسان رضوي است. اين نيروگاه با ظرفيت فعلي ۲۸/۴ مگاوات و در مساحتي حدود ۷۰۰ هكتار با مشاركت ايران و چند كشور خارجي ازجمله آلمان و دانمارك به بهره‌‌برداري رسيده است. ۴۳ توربين بادي با ظرفيت ۶۶۰ كيلووات در اين ساختگاه برپا شده كه دراين‌ميان، ۶۰ درصد از كل ادوات توليد داخل بوده و مابقي از تجهيزات وارداتي استفاده شده است.

نمونه‌‌ي موفق ديگر از پروژه‌‌هاي موفق بادي كشور، نيروگاه بادي منجيل واقع‌‌در استان گيلان است. اين ساختگاه داراي ۱۷۱ توربين با مجموع ظرفيت نامي تقريبي ۱۰۰ مگاوات است. گفتني است كه بنابه اظهارات متخصص كارشناسان، ظرفيت واقعي انرژي بادي در منطقه‌‌ي منجيل و اطراف حدود ۳ هزار مگاوات تخمين زده‌‌ مي‌‌شود.

نقشه‌ي ظرفيت‌سنجي انرژي بادي كشور در ارتفاع ۸۰ متري از سطح زمين

از ديگر نقاط جذاب براي سرمايه‌‌گذاري در اين حوزه، مي‌‌توان به منطقه‌‌ي خواف در خراسان جنوبي و زابل در سيستان‌‌وبلوچستان اشاره كرد كه علي‌‌رغم ظرفيت بسيار بالا، همچنان با بي‌‌مهري مسئولان و سرمايه‌‌گذاران مواجه است.

در حال حاضر شرايط خريد تضميني انرژي برق از نيروگاه‌‌هاي بادي به‌صورت زير مي‌‌باشد:

* مختص مشتركين برق تا سقف ظرفيت انشعاب موجود

انرژي زيست‌‌توده

انرژي زيست‌توده به انرژي حاصل از تجزيه‌‌ي زيستي محصولات، پسماندها و زائدات كشاورزي (شامل مواد گياهي و دامي)، جنگل ها و صنايع وابسته و همچنين زائدات صنعتي و شهري قابل‌تجزيه اطلاق مي‌‌شود.

طبق آمار منتشرشده، مجموع ظرفيت نيروگاه‌‌هاي زيست‌‌توده‌‌ي نصب‌‌شده در جهان تا ابتداي سال ۲۰۱۸ به ۱۲۲ گيگاوات رسيده و ركورد بيشترين ظرفيت‌‌هاي منصوب نيز به‌‌ترتيب متعلق به كشورهاي ايالات متحده، برزيل، چين، هند و آلمان است.

منابع اصلي زيست‌‌توده شامل، زباله‌‌ها، فاضلاب‌‌هاي صنعتي، زائدات جنگلي-كشاورزي و دامي است. براساس آمار رسمي، حداكثر ميزان انرژي برق قابل‌‌حصول از نيروگاه هاي زيست توده مبتني‌‌بر زباله‌‌ها در ۳۰ شهر كشور (با جمعيت بيش‌‌از ۲۵۰ هزار نفر)، بالغ بر ۸۰۰ مگاووات محاسبه شده است. استفاده از اين ظرفيت، علاوه‌‌بر توليد انرژي، كمك شاياني به رفع اشكالات ناشي از آلودگي زيست‌‌محيطي پسماندها خواهد كرد. ديگر مزاياي استفاده‌‌از اين انرژي عبارت‌اند از: تنوع در تحويل محصول نهايي (جامد، مايع، گاز و انرژي برق)، كاهش انتشار گازهاي گلخانه‌‌اي، ايجاد ارزش افزوده، اشتغال‌‌زايي، كمك به ارتقاي بهداشت عمومي و قابليت دسترسي بالا.

به‌‌طور كلي فناوري‌‌هاي مورداستفاده در زيست‌‌توده در ۴ دسته‌‌ي اصلي تقسيم‌بندي مي‌‌شوند:

نمايي از نيروگاه چوب‌سوز (احتراق مستقيم)

احتراق مستقيم: اين فناوري درواقع قديمي‌‌ترين روش مورد استفاده در اين صنعت است كه براي منابعي از زيست‌‌توده كه جامد (يا تركيبي از جامد و مايع) باشند، به‌‌كار مي‌‌رود و مي‌‌تواند براي سوزاندن زباله‌‌ها و ضايعات در مقياس خانگي و صنعتي مورد استفاده قرار مي‌‌گيرد. در شكل زير نمونه اي از طرح يك نيروگاه چوب‌‌سوز احتراق مستقيم به نمايش درآمده است.

فناوري پيروليز: پيروليز (يا آتشكافت) فرآيندي است كه در آن مواد آلي زيست‌‌توده به‌‌واسطه‌‌ي حرارت و در غياب اكسيژن تجزيه شده و محصولاتي نظير بيوچار، سوخت‌‌هاي زيستي و گازهاي سنتز به‌‌دست مي‌‌آيد.

گازي‌‌سازي: فرايندي مشابه با پيروليز كه در آن عمده‌‌ي محصولات خروجي گاز خواهد بود. در اين فرايند يك ماده‌‌ي اضافي به نام گازساز (شامل اكسيژن، هيدروژهن، متان، هليم يا هوا) به مخزن راكتور اضافه مي‌‌شود.

زباله‌‌سوزي: اين فرايند درحقيقت يكي از فناوري‌‌هاي رايج براي دفع زباله‌‌ها در كشورهاي صنعتي است كه در طي آن، با اعمال حرارت اوليه، موارد زائد اكسيدسازي شده و محصولاتي نظير آب، دي‌‌اكسيد كربن، خاكستر و حرارت به‌‌دست مي‌‌آيد. مزيت اصلي اين روش كاهش حجم زباله و خلاصي از شر مواد آلاينده‌ي محيط‌‌زيست و خطرناك است.

هضم بي‌‌هوازي و توليد بيوگاز: هضم بي‌‌هوازي درواقع، تجزيه‌‌ي بيولوژيكي مواد آلي در غياب اكسيژن است و فرآورده‌‌ي نهايي آن بيوگاز و موادي تثبيت‌‌شده خواهند بود. اين فرايند در دوساختگاه به‌‌صورت لندفيل و هاضم‌‌هاي مخزني قابل اجراست و از مزاياي اصلي آن توليد حجم بسيار بالايي از گاز متان با مصارف خانگي و صنعتي فراوان است. اين متخصصدها مي‌‌تواند از مصارف گرمايشي منازل تا واحدهاي توليد برق را پوشش دهد.

هضم بي‌هوازي

برآورد دقيق هزينه‌‌هاي ساخت يك نيروگاه زيست‌‌توده ساده نيست؛ چراكه عوامل متنوعي در تعيين ميزان سرمايه‌‌ي اوليه و جاري اين سرمايه‌‌گذاري دخيل هستند. ولي درمجموع هزينه‌‌ي راه‌‌اندازي اين نوع نيروگاه‌‌ها بين ۲۶۰۰ الي ۱۰.۰۰۰ دلار آمريكا در ازاي هر كيلووات‌‌ نصب برآورد مي‌‌شود. متخصص كارشناسان مي‌‌گويند هزينه‌‌ي ترازشده‌‌ي توليد انرژي نيز عددي بين ۰.۸ الي ۰.۱۵ دلار درازاي هر كيلووات‌‌ساعت خواهد بود.

يكي از رايج‌‌ترين اشكال به‌‌كارگيري زيست‌‌توده در كشور ما، هضم بي‌‌هوازي و توليد بيوگاز از آن است. اولين هاضم توليد گاز متان در ايران در روستاي نيازآباد لرستان در سال ۱۳۵۴ ساخته شد كه دستگاهي به‌ظرفيت ۵ مترمكعب باقابليت هضم فضولات گاوي بود و از متان توليدي براي گرمايش حمام استفاده مي‌‌شد.

امروزه تاسيسات مدرن و بزرگ‌‌تري براي استخراج بيوگاز از محل دفن زباله‌‌هاي شهري (لندفيل) و نيز فاضلاب احداث گرديده است. از نمونه‌‌هاي موفق اين طرح مي‌‌توان به نيروگاه ۵ مگاوواتي بيوگاز (از لجن فاضلاب) در تهران، نيروگاه ۱/۲ مگاوات بيوگاز‌‌سوز در شيراز و نيروگاه ۶۰۰ كيلووات بيوگازسوز در مشهد اشاره كرد.

هم‌‌اكنون، در طرح خريد تضميني برق از منابع تجديدپذير، سه تعرفه‌‌ي گوناگون براي خريد انرژي برق نيروگاه‌‌هاي زيست‌‌توده كشور تهيه ديده شده است:

انرژي زمين‌‌گرمايي

كره‌‌ي زمين خود منبع عظيمي از انرژي حرارتي است. دماي هسته‌‌ي زمين به بيش از ۵۰۰۰ درجه سانتي‌‌گراد مي‌‌رسد. اين حرارت مي‌‌تواند به روش‌‌هاي متنوعي نظير آتشفشان‌‌ها، چشمه‌هاي آب گرم، آب‌‌فشان‌‌ها و گِل‌‌فشان‌‌ها به سطح زمين راه پيدا كند. رابطه‌‌ي ميان افزايش دما و عمق زمين، يك رابطه‌‌ي غيرخطي است؛ اما به‌‌صورت تقريبي مي‌‌توان گفت به‌‌ازاي هر ۱۰۰ متر عمق، دما ۳ درجه‌‌ي سانتي‌‌گراد بالا مي‌‌رود. انرژي حرارتي ذخيره‌شده در ۱۱ كيلومتر فوقاني پوسته‌ي زمين معادل ۵۰ هزار برابر كل انرژي به‌دست‌آمده از منابع نفت و گاز شناخته‌‌شده در جهان است.

نمايي از يك نيروگاه زمين‌گرمايي

مزيت اصلي نيروگاه‌‌هاي زمين‌‌گرمايي، ارزش رقابتي برق توليدي آن در مقايسه با انواع نيروگاه‌‌هاي فسيلي محسوب مي‌‌شود و از معايب بزرگ آن، محدوديت جغرافيايي در دسترسي به اين نوع انرژي است.

به‌‌طوركلي انرژي زمين‌‌گرمايي در دوشكل كلي قابل‌‌استحصال است:

مستقيم: تأمين گرمايش ساختمان‌‌ها، گلخانه‌‌ها، استخرها، حوضچه‌‌هاي پرورش ماهي، دام‌‌داري‌‌ها و غيره

غيرمستقيم: شامل انواع تكنولوژي‌‌هاي زمين‌‌گرمايي (سيكل بخار خشك و بخار لحظه‌‌اي)

طبق آخرين آمار منتشرشده، مجموع ظرفيت نيروگاه‌‌هاي زمين‌‌گرمايي نصب‌‌شده در جهان تا ابتداي سال ۲۰۱۸، به ۱۲/۸ گيگاوات مي‌‌رسد و ركورد بيشترين ظرفيت‌‌هاي منصوب نيز به‌‌ترتيب متعلق به كشورهاي ايالات متحده، فيليپين، اندونزي، تركيه و نيوزيلند است.

اساس كار نيروگاه‌‌هاي زمين‌‌گرمايي، جذب انرژي از سيال جديد خروجي از درون زمين است. براي دستيابي به اين گرما، نياز به حفر چاه‌‌هايي با عمق ۱۵۰۰ الي ۳۰۰۰ متر خواهد بود. با تزريق سيال اوليه به اين چاه‌‌ها، سيال جديد به‌‌طور طبيعي و تحت فشار موجود در مخزن به سطح زمين باز‌‌مي‌‌گردد. در مرحله‌‌ي بعدي، با كاهش فشار، سيال جديد به‌‌سرعت به بخار تبديل شده و براي چرخش توربين‌‌هاي بخار و ژنراتور برق مورد استفاده قرار مي‌‌گيرد.

براساس مطالعات زمين‌‌شناسي ايران، تاكنون بيش از ۱۰ منطقه‌‌ي با ظرفيت بالا شناسايي شده است مناطقي در آذربايجان (سبلان، مشگين‌‌شهر، سرعين، خوي، ماكو، تكاب، سهند و تفتان)، منطقه‌‌ي دماوند در شمال تهران، منطقه‌‌ي اصفهان (خور، بيابانك)، منطقه‌‌ي مركزي (محلات)، منطقه‌‌ي هرمزگان (ميناب و لاربستك)، منطقه‌‌ي خراسان جنوبي (بيرجند، نايبند، فردوس)، منطقه‌‌ي فارس (كازرون) و مناطق رامسر و بوشهر با مساحتي بالغ‌‌بر ۳۱ هزار كيلومترمربع جهت بهره‌‌برداري از انرژي زمين‌‌گرمايي مناسب هستند. براي مثال، اين مطالعات به‌‌صورت موردي ظرفيت قابل نصب از نيروگاه‌‌‌‌هاي زمين گرمايي در دامنه‌‌اي سبلان در مشگين‌‌شهر تا ۴۰۰ مگاوات برآورد كرده است. در شكل زير نقشه‌‌ي ظرفيت زمين‌‌گرمايي كشور عزيزمان را مشاهده مي‌‌كنيد.

نقشه‌ي ظرفيت‌سنجي انرژي زمين‌گرمايي در كشور

ازجمله اقدامات عملي انجام‌‌گرفته در اين راستا شامل عمليات احداث نيروگاه زمين‌‌گرمايي ۵۵ مگاواتي در مشگين‌‌شهر بوده كه مراحل حفاري چاه‌‌ها، بهره‌‌برداري آزمايشي و نصب كويل‌‌هاي زميني مربوط‌‌به پمپ‌‌هاي حرارتي نيز به‌‌صورت بومي در كشور پياده‌‌سازي شده است.

يكي از موانع پيش‌‌رو در توسعه‌‌ي اين فناوري در كشور، هزينه‌‌هاي بهره‌‌برداري از آن است. به‌‌طور كلي توان الكتريكي توليدي هر چاه زمين‌‌گرمايي ميان ۲ الي ۳۰ مگاوات متغير است؛ اين درحالي است كه هزينه‌‌ي احداث اين چاه‌‌ها در مناطق مختلف يكسان نيست. به‌‌عنوان نمونه احداث يك چاه زمين‌‌گرمايي در ايسلند يا ايتاليا ممكن است درحدود چند صد هزار دلار باشد؛ اما هزينه‌‌ي احداث چاهي مشابه در پاريس به يك ميليون دلار نيز برسد. علاوه‌‌بر اين، هزينه‌‌ي مراحل اكتشافي اين نوع ساختگاه‌‌ها نسبت‌‌به نيروگاه‌‌هاي فسيلي بسيار بيشتر است؛ اما به‌‌دليل پايين‌‌بودن هزينه‌‌هاي تعميرونگهداري و عدم نياز به‌‌سوخت ارزش تمام‌‌شده‌‌ي برق به‌‌مراتب پايين‌‌تر از انواع فسيلي و حتي تجديدپذير خواهد بود. به‌‌طوركلي مي‌‌توان گفت ۳۰ درصد هزينه‌‌هاي نيروگاه زمين‌‌گرمايي مربوط‌به حفاري و توسعه و مابقي ۷۰درصد مربوط‌به تجهيزات خود نيروگاه خواهد بود.

يكي از مزاياي اصلي نيروگاه‌‌هاي زمين‌‌گرمايي مساحت فضاي لازم براي اجراي آن است. به‌‌طور معمول، فضاي مورد نياز براي احداث چنين نيروگاه‌‌هايي حدود ۱۲۰۰ مترمربع بر مگاوات است. اين درحالي است كه اين ميزان براي نيروگاه‌‌هاي اتمي و زغال‌‌سنگي به‌‌ترتيب به ۱۰ هزار و ۴۰ هزار مترمربع بر مگاوات خواهد رسيد.

مدت‌‌زمان احداث اين نوع نيروگاه‌‌ها بين ۳ تا ۵ سال متغير بوده و عمر مفيد آن‌‌ها بين ۲۵ تا ۳۵ سال خواهد بود. بنابر اطلاعات موجود، هزينه‌‌ي احداث يك نيروگاه زمين‌‌گرمايي حدود ۳۴۰۰ دلار آمريكا درازاي هر كيلووات‌‌ ظرفيت نصب‌‌شده خواهد بود و هزينه‌‌ي تراز‌‌شده‌‌ي توليد برق زمين‌‌گرمايي بين ۰/۰۸ الي ۰/۰۹ دلار درازاي هر كيلووات‌‌ساعت تخمين زده شده است (با احتساب هزينه‌‌هاي تعمير‌‌و‌‌نگه‌داري در حدود ۰/۰۱ تا ۰/۰۳ دلار بر هر كيلووات‌‌ساعت). با اين تفاسير، شايد ارزش تمام‌‌شده‌‌ي برق زمين‌‌گرمايي در حدود ۲/۵ برابر ارزش برق نيروگاه گازسوز باشد؛ اما با احتساب هزينه‌‌هاي تأمين سوخت (بدون يارانه) و انتقال آن در دراز مدت هزينه‌‌ها به برابري خواهند رسيد.

نرخ مصوب خريد تضميني برق تجديدپذير از منابع زمين گرمايي به‌‌صورت زير تعيين شده است.

نمايي از نيروگاه زمين‌گرمايي مشگين شهر در حال بهره‌برداري

انرژي برق‌‌آبي كوچك

انرژي برق‌‌آبي به انرژي الكتريكي حاصل از نيروي آب اطلاق مي‌‌شود. اين انرژي درحال حاضر حدود ۳۰ درصد كل انرژي الكتريكي جهان را پوشش مي‌‌دهد. استفاده از نيروگاه‌‌هاي برق‌‌آبي بزرگ باتوجه به اشكالات اكولوژيك ناشي از احداث سد و تخريب زيست‌‌بوم و بحران بي‌‌آبي با انتقادات گسترده‌‌اي مواجه شده است. اين امر خود باعث شده تا توجه متخصص كارشناسان بيشتر به منابع كوچكتر از اين انرژي جلب شود. نصب توربين‌‌هاي برق‌‌آبي كوچك در مكان‌‌هايي نظير آبشارها، مسير رودخانه‌‌ها بسيار مرسوم است. اما يكي از مكان‌‌هايي كه به‌‌تازگي ظرفيت بالاي آن جهت استحصال انرژي موردتوجه قرار گرفته، مسير خطوط و كانال‌‌هاي انتقال آب است. در كشور ما وظيفه‌‌ي استحصال، جمع‌‌آوري، انتقال و توزيع آب و فاضلاب برعهده‌‌ي شركت‌‌هاي آب منطقه‌‌اي و شركت‌‌هاي آب‌‌و‌‌فاضلاب روستايي است. آب ورودي به مخازن در شبكه‌‌ي انتقال از ظرفيت بالايي برخوردار است و درحال‌‌حاضر براي تنظيم ميزان دبي ورودي و جلوگيري از خرابي و فرسايش، از شيرهاي فشارشكن استفاده مي‌‌شود. استفاده از فشارشكن به‌‌معناي اتلاف انرژي جنبشي آب درقالب حرارت است؛ درحالي‌‌كه مي‌‌توان اين انرژي را با استفاده از ميكرونيروگاه‌‌هاي آبي به‌‌خوبي مهار كرد. ميكروتوربين‌‌هاي آبي در تكنولوژي‌‌هاي مختلف نظير اسكرو، گورلوف، فرانسيس و كاپلان طراحي مي‌‌شوند و عموما ظرفيتي ميان ۵ تا ۱۰۰ كيلووات دارند. بنابر اظهارات مقامات، درحال‌‌حاضر بومي‌‌سازي ساخت ميكروتوربين‌‌هاي آبي در داخل كشور نيز با موفقيت‌‌هاي زيادي همراه بوده است.

نمونه‌اي از انواع مولدهاي برق‌آبي كوچك در مسير كانال آب

برتري اصلي ميكروتوربين‌‌ها در هزينه‌‌ي اوليه‌‌ي بسيار پايين‌‌تر و بازدهي بالاي ۹۰ درصد در تبديل انرژي جنبشي است (اين در حالي است كه بازده نيروگاه‌‌هاي فسيلي به‌‌سختي به ۵۰ درصد مي‌‌رسد). هزينه‌‌ي توليد برق‌‌آبي از ميكروتوربين‌‌ها در كشورهاي مختلف تفاوت دارد. اين مقدار در آمريكا حدود ۰/۸۵ سنت درازاي هر كيلووات‌‌ساعت برآورد مي‌‌شود.

در راستاي تشويق سرمايه‌‌گذاران اين حوزه، دولت نيز نرخ مصوب خريد تضميني برق تجديدپذير از مولد‌‌هاي برق‌‌آبي كوچك تا سقف ظرفيت ۱۰ مگاوات را در دو رديف ابلاغ كرده است:

انرژي بازيافت حرارتي

يكي از منابع جانبي براي توليد انرژي تجديدپذير، بازيافت حرارت اتلافي از منابع حرارتي صنعتي نظير كوره‌‌ها، گازهاي گرم خروجي فرايندهاي صنعتي و نيروگاه‌‌ها، تهويه و گازهاي جديد حاصل از احتراق خروجي سيستم‌‌هاي احتراقي است. درحال حاضر، برآورد شده كه ظرفيت توليد ۳۵۰۰ مگاوات برق از محل بازيافت تلفات حرارتي نيروگاه‌‌هاي كشور وجود دارد كه حدود ۱۴۶ مگاووات آن در دست اقدام است.

هزينه‌‌ و روش ساخت اين نوع واحدها باتوجه‌‌به نوع منبع حرارتي، دما و سطح دسترسي به واحد صنعتي يا نيروگاه از تنوع بالايي برخوردار است.

دولت نيز با قراردادن اين منابع انرژي در فهرست منابع تجديدپذير با قابليت خريد تضميني برق اقدام به تشويق سرمايه‌‌گذاران براي ورود به اين حوزه كرده است:

در نمودار زير مي‌‌توانيد هزينه‌‌ي تمام‌‌شده‌‌ي توليد برق را در تكنولوژي‌‌هاي مختلف تجديدپذير با يكديگر مقايسه كنيد.

هزينه‌ي ترازشده‌ي برق توليدي برخي از منابع تجديدپذير

گفتني است كه غير از انواع يادشده، منابع ديگري از انرژي‌‌هاي تجديدپذير نظير انرژي امواج و  هيدروژن نيز وجود دارند كه به‌‌علت نبود دانش متخصص، توجيه اقتصادي يا عدم حمايت دولت در ممباحثه خريد تضميني برق آن‌‌ها در اين نوشتار بدان پرداخته نشد.

جمع‌‌بندي

ظرفيت‌‌سنجي‌‌هاي انجام‌‌شده در سطح كشور، حاكي از ظرفيت بسيار بالاي بهره‌‌برداري از انواع منابع انرژي‌‌ تجدپذير در سطح اقليم‌‌هاي مختلف است. تصويب طرح خريد تضميني برق تجديدپذير ازسوي دولت و درادامه تسهيل روند اخذ مجوزها و انعقاد قرادادها نشان مي‌‌دهد كه عزم كشور براي حركت به‌‌سوي تنوع‌‌بخشي به سبد منابع انرژي و حذف وابستگي به منابع فسيلي جدي بوده است. بااين‌‌حال، برخي اشكالات مديريتي و ساختاري نظير عدم شفافيت كافي در تفكيك بودجه‌‌ي منابع تجديدپذير از محل ساير درآمدها، عدم رسيدگي به اشكالات به‌‌وجودآمده براي سرمايه‌‌گذاران خصوصي درپي نوسانات اخير بازار ارز، تعلل ساتبا در به‌‌روزرساني به‌‌موقع تعرفه‌‌هاي خريد تضميني، ترديد سرمايه‌‌گذاران بزرگ خارجي براي ورود به عرصه و ازهمه‌‌مهم‌‌تر حس عدم‌‌اطمينان درمورد سرمايه‌‌گذاري بلندمدت طرف‌‌قرارداد با دولت، همگي ازجمله موانعي بوده‌اند تا كشور نتواند در حركت به‌‌سوي آينده‌‌ي تجديدپذير از سرعتي كافي برخوردار باشد؛ نتيجه اينكه اكنون در برخي حوزه‌ها به‌‌صورت معناداري از كشورهاي منطقه عقب مانده‌ايم.

با وجود تمامي اشكالات، همچنان اميد مي‌‌رود با جدي‌‌تر شدن مباحث زيست‌‌محيطي ناشي از آلاينده‌‌هاي جوي و تغييرات اقليمي در جهان، كشور ما نيز بتواند تهديد پيش‌‌رو را به يك فرصت تاريخي براي تحول در اقتصاد انرژي خود تبديل كند؛ فرصتي كه با حمايت جهاني از طرح‌‌هاي محدودسازي انتشار كربن و كنترل گرمايش زمين حاصل شده و قطعا مي‌‌تواند امتيازات گسترده‌‌اي را براي شكوفايي انرژي‌‌هاي نو در كشور به ارمغان آورد.