انرژی خورشیدی، ارزان و قابل اعتماد

0
244
عصر طلایی خورشید

رشد جوامع صنعتی و نیاز روز افزون به انرژی از یک سو و محدودیت و پراکندگی نایکسان منابع فسیلی (نفت، گاز، زغال سنگ) انرژی در جهان از سوی دیگر، همگام با نگرانی‌ های زیست محیطی ناشی از مصرف بیش از حد انرژی‌ های فسیلی از قبیل آثار گازهای گلخانه‌ ای حاصل از احتراق سوخت، سبب شده است تا بشر به فکر انرژی‌ های جایگزین باشد که مهمترین ویژگی این جایگزینی، پاکی، در دسترس بودن و تجدیدپذیر بودن است.

از این رو انرژی‌ های حاصل از باد، خورشید، زیست توده، زمین گرمایی و همچنین آب (برق آبی یا امواج دریا) در راس برنامه ‌ریز‌ی‌ های بشر برای انرژی‌ های جایگزین قرار گرفته است. از سوی دیگر، امکان کسب ارزش افزوده از منابعی چون گاز طبیعی، جوامع صنعتی را به این فکر واداشته است که از این ماده برای مصارف با ارزش افزوده بالاتر نسبت به سوزاندن آن در آینده استفاده کنند؛ از این رو سیستم‌ های جدید انرژی باید متکی به تغییرات ساختاری و بنیادی باشند که در آن منابع انرژی بدون کربن نظیر انرژی خورشیدی و بادی و زمین گرمایی و کربن خنثی مانند بیومس مورد استفاده قرارگیرند. پیش‌بینی می‌شود سهم انرژی‌ های نو در تامین نیاز بشر، طی دهه‌ های آینده افزایش یابد، به طوری که بنابر برآورد آژانس بین‌المللی انرژی (EIA ) در سال ٢٠٣٠ حداقل ١١,٤ درصد از تولید انرژی اولیه جهان از طریق انرژی‌ های باد، زمین گرمایی، خورشید و زیست توده تامین خواهد شد.

عرضه انرژی‌ های تجدیدپذیر در سال‌ های اخیر همواره در حال افزایش است.

سرمایه‌ گذاری‌ های بسیاری در طول سال‌ ها برای پیشرفت فناوری صورت گرفته است که بر هزینه تولید انرژی‌ های تجدیدپذیر بسیار مؤثر بوده است. پیش‌ بینی ‌ها نشان می‌ دهد که تنها تعدادی از کشورها هستند که تولید انرژی از انرژی‌ های تجدیدپذیر آنها تا سال ٢٠١٧ به بیش از ١٠٠ مگاوات خواهد رسید.

با توجه به اثرات جانبی منفی و برگشت ‌ناپذیر تولید انرژی ‌های فسیلی ضروری است به ارتقا و توسعه انرژ‌ی‌ های تجدیدپذیر در آینده توجه شود. فناوری تولید این ‌گونه انرژی ‌ها به مراتب بالاتر از هزینه تولید انرژی‌ های معمولی است، اثرات جانبی مانند اثرات زیست محیطی و اجتماعی این‌ گونه هزینه‌ ها را پوشش می ‌دهد. همچنین باید توجه داشت که اقتصاد مقیاس (یعنی با افزایش حجم تولید، هزینه متوسط تولید هر واحد کالا کاهش می ‌یابد) می ‌تواند نقش کلیدی در کاهش هزینه تولید هر واحد انرژی بازی کند.

در طول دو دهه گذشته، با امکان سنجی‌ های اقتصادی محققان در بخش‌ های مختلف خانگی، تجاری و صنعتی، کشورهای صنعتی از جمله ژاپن و آلمان به دنبال منابع جایگزین انرژی مانند انرژی ‌های خورشیدی برای تولید برق هستند که روی آوردن به این نوع انرژی به دلیل در دسترس بودن و منبع انرژی طبیعی است.

در اوایل دهه ١٩٩٠ ژاپن استفاده از انرژی فتوولتاییک برای تولید برق را آغاز کرد و بعد از آن آلمان پیشرو این موضوع بود. اخیرا چین نیز به دنبال توسعه ظرفیت انرژی خورشیدی و به دنبال آن کاهش هزینه‌ های تولید برق است. افزون بر کاهش هزینه‌ های تولید برق، افزایش و پیشرفت بهره ‌وری نیز، از دیگر وجوه مهم این بحث است. یکی از انواع و اقسام انرژی‌ های خورشیدی، انرژی‌ های فتوولتاییک هستند. فتوولتاییک‌‌ ها یا همان سلول‌ های خورشیدی وسایل الکترونیکی هستند که نورخورشید را مستقیم به برق تبدیل می‌ کنند. اثر فتوولتاییک وقتی وجود دارد که دو ماده نیمه‌ هادی مختلف (سیلیکون و ژرمانیوم) در مجاورت یکدیگر باشند و یک جریان الکتریکی در معرض نور خورشید تولید کنند.

امروزه PV یکی از فناوری‌ های انرژی‌ های تجدیدپذیر است که سریعاً در حال رشد است و انتظار می‌رود که نقش اصلی را در آینده تولید برق (ازمنابع متعدد) در جهان، بازی کند. سیستم‌ هایPV خورشیدی یکی از بهترین فناوری‌ های انرژی‌ های تجدیدپذیر است؛ به طوری که اندازه‌ های واحد های شان به گونه ‌ای است که جاذبه خاصی برای مشاغل کوچک و کسانی که دارد می‌خواهند به خود تولیدی و ثبات در قیمت‌ های برق برسند.

فناوری PV منافع بسیار زیادی دارد که از مهمترین آنها عبارتند از:

برق خورشیدی یک منبع تجدیدپذیر و در هرجای دنیا قابل دسترس است.

فناوری‌ های PV دارای قسمت‌ های کوچک هستند و می‌ توانند در هر جایی استفاده بشوند، برخلاف بسیاری از فناوری ‌های دیگر تولید برق که در هر جایی قابل استفاده نیستند.

برخلاف نیروگاه‌ های متداول زغال سنگ، نفت، گاز و هسته‌ ای، PV خورشیدی هیچ هزینه سوختی ندارد و هزینه کار و نگهداری آنها نسبتاً کم است. بنابراین PV می‌ تواند مانع افزایش قیمت سوخت‌ های فسیلی باشد.

برق PV هرچند متغیر است ولی تطابق خوبی با پیک درخواست برق در فصل تابستان که سیستم‌ های سرمایشی کار می‌ کنند، دارد و در کشورهای گرم برای کل سال این تطابق وجود دارد.

اکنون PV دارای یک فناوری کامل و به اثبات رسیده و به سرعت درحال پیشرفت و دسترسی به بازارهای جهانی است. با کاهش مداوم هزینه‌ ها، تعداد این بازارها افزایش و هزینه‌ ها نیز کاهش خواهد یافت PV یک منبع انرژی تجدیدپذیر با قابلیت امنیت بالا است و همچنین با نوسانات قیمت سوخت نیز روبه‌ رو نیست. پس در نتیجه می‌ توان اذعان داشت که در کاهش قیمت PV پیشرفت ‌های قابل توجهی انجام شده است.

هزینه برق تولید شده با سیستم‌ های PV به وسیله هزینه سرمایه (CAPEX )، نرخ بهره، هزینه‌ های متغیر و عملیاتی (OPEX)، سطح تابش خورشیدی و راندمان سلول‌ های خورشیدی تعیین می ‌شود. از این پارامترها هزینه سرمایه، هزینه‌ های عملیاتی و راندمان مهمتر هستند و بهبود این پارامترها امکان بیشتری را برای کاهش هزینه‌ ها ایجاد می‌ کند. هزینه سرمایه سیستم‌ های PV، شامل هزینه ماژول و هزینه تعادل سیستم ( BOS ) است. هزینه مطلق و ساختار ماژول ‌های PV با فناوری تغییر می ‌کند. به جز ماژول‌های CPV، ماژول‌ های فتوولتاییک C-Si گرانترین فناوری PV ، اما آنها دارای بالاترین راندمان تجاری هستند.

قیمت ماژول ‌های PV در سال‌ های گذشته همواره روند کاهشی داشته و کمترین قیمت در بازار برای ماژول‌ های PV فیلم نازک a-Si است که تا سال ٢٠١٣ به زیر یک دلار بر وات رسیده است

ماهیت جهانی بازار ماژول به آن معنا است که یک پروژه با ویژگی‌ های مشابه در اروپا و شمال آمریکا می ‌تواند در نهایت هزینه تقریباً برابر داشته باشند. با این حال در آسیا به ویژه هند و چین هزینه‌ های ماژول به دلیل دسترسی به تجهیزات ارزانتر، پایین‌ تر است. بخش عمد‌ه‌ای از هزینه‌ های سرمایه ‌ای برای پروژه‌ های بزرگ مقیاس مربوط به ماژول آن است و بعد از آن هزینه‌ های کارخانه ای از جمله نصب و تجهیزات الکتریکی وجود دارد.

در بازارهای توسعه یافته اختلاف زیادی بین هزینه CAPEX در آلمان – به عنوان یک بازار اصلی در اروپای غربی- و ایالات متحده وجود دارد. بازار رقابتی و کارآمد در آلمان با قراردادهایی بر پایه قرارداد های EPC کاهش هزینه‌ ها را به دنبال دارند. از سوی دیگر در ایالات متحده به دلیل اخذ مجوز که هزینه‌ های سنگینی را بر مسیر تولید گذاشته، هزینه‌ ها بالاتر رفته است. براساس آمار سال ٢٠١٣ یک پروژه بزرگ در ایالات متحده در آمریکا حدود ١,٨ میلیون دلار در هر مگاوات است؛ در حالی که بهترین پروژه با بالاترین امکانات در اروپای غربی یعنی آلمان در حدود ١.٦ میلیون دلار در هر مگاوات است. این میزان هزینه در ایالات متحده آمریکا موجب شده است که از بسیاری از پروژه‌ ها با ضریب ظرفیت کوچک اجتناب شود.

جدول شماره 1: هزینه تراز شده تولید برق از انرژی خورشیدی pv، منطقه ای

کشور CAPEX

(میلیون دلار/ مگاوات)

OPEX

(دلار/ مگاوات/ سال)

شاخص ظرفیت

(درصد)

ICOE

(دلار/مگاوات ساعت)

چین 05/1-45/1 17000 20-11 145-79
هند 81/1/53/1 14750-11063 20-15 137-87
اسپانیا 63/1 25000 19 109
ایالات متحده 77/1 60000-25000 21-12 239-117
استرالیا 41/2 27330 21-14 191-127
آلمان 63/1 60000 11 226
ژاپن 66/2 50000 12 439

براساس گزارش آژانس بین‌المللی انرژی که در سال ٢٠١٤ منتشر شده است، انرژی PV خورشیدی می ‌تواند به عنوان اولین منبع برق در جهان تبدیل ‌شود؛ به گونه ‌ای که یکی از منابع تجدیدپذیر ارزان و قابل اعتماد محسوب می ‌شود. در بلندپروازانه ترین سناریوی آژانس پیش‌بینی می ‌شود که تا سال ٢٠٥٠، ٢١ درصد از تقاضای برق جهان را شامل ‌شود. بیشتر سهامداران و سرمایه ‌گذاران این حوزه نیز به دنبال تحقق بخشیدن به این موضوع هستند.

اما آنچه مهم است و باید به آن توجه ویژه داشت، بحث تولید برق از منابع مختلف است. ترکیبی از انرژی در جهان از منابع انرژی اولیه برای تولید برق استفاده می ‌‌شود و در طول چند دهه گذشته سهم آنها در حال تغییر بوده است. زغال سنگ همچنان به عنوان یکی از منابع مهم در تولید برق محسوب می ‌شود اما یک جهش معنا‌داری به سمت دیگر منابع دیده می ‌شود. تولید برق ناشی از سوخت هسته‌ای به سرعت از دهه ١٩٧٠ و ١٩٨٠ افزایش یافته است. استفاده از نفت برای تولید برق از دهه ١٩٧٠ به تدریج کاهش یافت که این کاهش از زمان افزایش شدید در قیمت های نفت رخ داد و مشوقی برای جایگزینی دیگر منابع برای تولید برق گردید.

از اوایل دهه ٢٠٠٠ و در پی نگرانی درباره پیامدهای زیست محیطی و انتشار گازهای گلخانه‌ های علاقه‌ای به توسعه حضور منابع انرژی‌ های تجدیدپذیر در سبد تولید برق ایجاد شد. به طوری ‌که پیش‌بینی می ‌شود سالانه متوسط رشدی برابر با ٢,٩ درصد از سال ٢٠١٢ – ٢٠٤٠ وجود داشته باشد. بعد از منابع انرژی تجدیدپذیر، گاز طبیعی و انرژی هسته ای بیشترین رشد را در سهم تولید برق دارا خواهند بود. از سال ٢٠١٢ – ٢٠٤٠ برق تولید ناشی از گاز هر ساله ٢.٧ درصد رشد خواهد داشت و تولید برق هسته‌ ای نیز سالانه ٢.٤ درصد رشد خواهد داشت.

برق تولیدی از زغال‌سنگ نیز در سال ٠,٨ درصد رشد دارد. منابع انرژی دیگر طی سال‌ های آتی از زغا ل‌سنگ پیشی خواهند گرفت و به بزرگترین منبع تولید انرژی برق تا سال ٢٠٤٠ تبدیل خواهند شد. پیش‌بینی‌ ها حاکی از آن است که میزان استفاده زغال سنگ در تولید برق در طی سال‌ های آتی محدود خواهد شد.

منابع انرژی‌ های تجدیدپذیر سهم افزایشی در تولید و عرضه برق دارند و رشد آنها در در سال‌ های بعد نیز انکارناپذیر است.

با نگاهی به این جدول می ‌توان دریافت که در طول سال‌ های آتی، سهم نفت خام و میعانات نفتی در تولید برق کاهش خواهد داشت و این به دلیل جایگزینی آن با سوخت‌ های دیگر است و سهم انرژی‌ های تجدیدپذیر در این سال‌ ها از ٢١,٧٦ درصد در سال ٢٠١٢ به ٢٩.٠٤ درصد در سناریوی مرجع خواهد شد؛ البته این مسیر بر کاهش میزان مصرف زغال سنگ در روند تولید انرژی برق دلالت خواهد داشت که می ‌توان براساس سناریو های مختلف پیش‌بینی کرد استفاده از انرژی‌ های پاک در تولید برق تا سال‌ های آتی حتی از زغال سنگ هم پیشی خواهد گرفت. تحولات اقتصادی چین و کاهش نیاز این کشور به انرژی و نیز سیاست‌ های محیط زیستی در سراسر جهان از جمله موافقتنامه اخیر آب و هوا در پاریس ممکن است موجب تداوم فشار جهانی برای کاهش استفاده از زغال سنگ شود.

در کنفرانس سال ٢٠١٥ سازمان ملل در زمینه تغییر آب و هوا در پاریس شمار زیادی از کشورها متعهد شدند برای کاهش بیشتر انتشار گاز دی اکسید کربن در هوا، تا آنجا که ممکن است با تمام توان تلاش کنند.

جدول شماره 2: سهم انرژی های مختلف در تولید انرژی برق (درصد)

2012 2020 2025 2030 2035 2040
نفت خام و میعانات نفتی 09/5 49/3 46/2 95/1 79/1 64/1
گاز طبیعی 22/22 54/20 18/22 35/24 19/26 67/27
زغال سنگ 81/39 60/37 56/35 79/23 65/30 04/29
هسته ای 65/10 02/12 97/11 66/12 80/12 33/12
انرژی های تجدیدپذیر 76/21 74/26 82/27 25/28 57/28 04/29

 

از سوی دیگر زمانی که نگاه بر سهم انواع انرژی‌ های تجدیدپذیر در تولید انرژی برق می ‌شود، می ‌بینیم که انرژی برق آبی براساس این سناریو کاهش خواهد داشت ولی انرژی باد و انرژی خورشیدی با سرعت بالاتری رشد دارند اما وقتی به سهم انرژی خورشیدی PV در کل تولید انرژی برق می ‌رسیم، می ‌توان نتیجه گرفت که افزایش سهم انرژی خورشیدی در سبد تولید برق آنچنان مهم و قابل مشاهده نیست.

جدول شماره 3: سهم انواع انرژی های تجدیدپذیر در تولید انرژی برق ناشی از آن (درصد)

2012 2020 2025 2030 2035 2040
برق آبی 11/77 47/62 41/62 47/55 36/53 42/52
باد 00/11 09/19 31/20 46/21 73/22 07/23
زمین گرمایی 44/1 02/2 34/2 56/3 65/3 72/3
خورشیدی 18/2 52/6 59/7 32/8 78/8 05/9
بیومس/زباله و ضایعات/ جزرومد، موج، اقیانوس 27/8 91/9 86/10 21/11 48/11 73/11

 

در گزارش موسسه مک کینزی در سال ٢٠١٦ نیز ادعا می ‌شود که این اشکال انرژی در این سال‌ ها رشد داشته ‌اند و از سوی دیگر ظرفیت تولید برق انرژی‌ های بادی و خورشیدی به حداکثر رسیده است. در واقع اقتصاد انرژی‌ های تجدیدپذیر رو به بهبود است. در سال ٢٠١١ سرمایه‌ گذاری جهانی سالیانه در انرژی‌ های تجدیدپذیر به اوج خود یعنی ٢٧٩ میلیارد دلار برای تولید ٧٠ گیگاوات نصب انرژی رسید و در سال ٢٠١٤ تقریباً ٤٠ درصد بیشتر در حدود ٩٥ گیگاوات با سرمایه‌گذاری ٢٧٠ میلیارد دلار بوده است. در ایالات متحده، آزمایشگاه ملی انرژی‌ های تجدیدپذیر (NREL) در سال ٢٠١٤ اعلام کرد که هزینه‌ های خورشیدی فتوولتاییک مسکونی و تجاری سیستم (PV) به طور متوسط ٦ تا ٧ درصد در سال ١٩٩٨ – ٢٠١٣ کاهش یافت (بسته به اندازه) و ١٢ تا ١٥ درصد نیز از سال ٢٠١٢ تا ٢٠١٣ کاهش داشته است. افزایش تقاضای انرژی‌ های تجدیدپذیر به دلیل سیاست‌گذاری عمومی برای دولت‌ ها مبنایی است تا بتوانند خود را با تعهدات بین‌المللی وفق دهند. به عنوان مثال در اجلاس پاریس در سال ٢٠١٥ دولت‌ ها سعی کردند از انتشار گاز های گلخانه ‌ای بکاهند. برخی کشورها مانند هند انرژی‌ های تجدیدپذیر را راهی برای کاهش آلودگی هوا می ‌دانند. چین نیز درحال کاهش استفاده از زغال سنگ است. در کشور های درحال توسعه آفریقایی که بسیاری از مردم به شبکه برق عمومی دسترسی ندارند، دنبال این هستند تا پروژه‌ های خورشیدی سریع ‌تر به بار بنشیند و هزینه‌ های کمتری متحمل شوند. کشورهای ثروتمندتر نیز از انرژی خورشیدی برای شبکه‌ های برق کوچک استفاده می ‌کنند تا بتوانند هنگام بروز تندباد و طوفان، روشنایی را حفظ کنند.

پس شاید بتوان گفت که نفت و انرژی‌ های تجدیدپذیر بر یکدیگر اثری ندارند و بلومبرگ نیز در گزارشی با اشاره به این موضوع می ‌نویسد: نفت به وسایل نقلیه اختصاص دارد، اما از انرژی‌ های تجدیدپذیر برای تولید برق استفاده می ‌شود. این دو با یکدیگر رقابتی ندارند. استفاده از نفت برای تولید برق بسیار گران است حتی اگر قیمت نفت به کمتر از ٣٠ دلار به ازای هر بشکه برسد. در مقابل انرژی خورشیدی با زغا ل سنگ، گاز طبیعی، آب و انرژی هسته ‌ای رقابت می ‌کند. انرژی خورشیدی تازه ‌ترین عضو این گروه است و کمتر از یک درصد بازار تولید الکتریسیته را به خود اختصاص می ‌دهد، اما براساس گزارش اداره اطلاعات انرژی آمریکا پیش‌بینی می ‌‌شود انرژی خورشیدی تا ٢٠٥٠ میلادی به بزرگترین منبع تولید برق در دنیا تبدیل شود. به عقیده تحلیلگران مؤسسه بلومبرگ، برق ارزان خطرناک ‌تر از نفت ارزان است و می ‌تواند تیشه به ریشه انرژی‌ های تجدیدپذیر بزند.

مهم این است که جریان مداوم سرمایه‌گذاری جهانی در انرژی‌ های پاک در حال گسترش است و براساس آمار مؤسسه BNEF سرمایه‌گذاری در انرژی‌ های تجدیدپذیر در سطح جهانی نسبت به سال ٢٠١٤، ١٦ درصد افزایش یافته و در سال ٢٠١٥ به ٣١٠ میلیارد دلار رسیده است.

 

ندا علم الهدی

کارشناس ارشد پژوهشی موسسه مطالعات بین‌المللی انرژی

 

ارسال یک پاسخ

لطفا دیدگاه خود را وارد کنید!
لطفا نام خود را در اینجا وارد کنید