انرژی‌های تجدیدپذیر در ایران؛ ظرفیت‌ها و فناور‌ی‌ها

امروزه کمتر کسی است که از اهمیت انرژی‌های تجدیدپذیر به‌‌عنوان یکی مهم‌ترین روندهای روبه‌رشد جهانی آگاهی نداشته باشد. شاید از خود پرسیده باشید گسترش انرژی‌های تجدیدپذیر با چه انگیزه‌‌هایی در جهان دنبال می‌‌شود. پاسخ به این پرسش می‌تواند تا حد زیادی  اهمیت این صنعت را برای کشور عزیزمان ایران نیز روشن کند. در پاسخ به مهم‌ترین محرک‌‌های فعلی این صنعت اشاره می‌‌کنیم:

کاهش شدت اثرات تغییرات اقلیمی: قطعا اولین دستاورد فناوری‌‌های پاک، رهایی از بند آلودگی‌‌های زیست‌‌محیطی ناشی از سوخت‌‌های فسیلی خواهد بود. سوخت‌‌های فسیلی از بزرگ‌ترین منابع انتشار گازهای گلخانه‌‌ای نظیر دی‌‌اکسید کربن محسوب می‌‌شوند. اثر گلخانه‌‌ای ناشی از ورود این نوع گازها به اتمسفر باعث محبوس‌‌‌‌شدن گرمای زمین و بروز عواقبی زنجیره‌‌وار همچون تغییرات اقلیمی در سیاره خواهد شد.

کاهش آلودگی هوای محلی: مبارزه با آلاینده‌‌ها سیاستی است که برخی از کشورهای دارای تراکم جمعیتی بالا در کلان‌‌شهرها، اهمیت ویژه‌‌ای برای آن قائل هستند. به‌‌عنوان مثال، چین در سال ۲۰۱۷ اعلام کرد قصد دارد تا سال ۲۰۲۰، ۳۶۰ میلیارد دلار در صنعت تجدیدپذیر باهدف مبارزه با مشکلات آلودگی هوا در کلان‌‌شهرها سرمایه‌گذاری کند. این دیدگاه می‌‌تواند خود به‌‌منزله‌‌ی یک راهکار واقعی برای رفع معضلات پیچیده‌‌ی اجتماعی اقتصادی ناشی از بحران آلودگی در تهران و سایر کلان‌‌شهرهای کشور ما نیز محسوب شود.

امنیت انرژی: تهدیدهای موجود در بخش انرژی در دو بخش انسانی و طبیعی قابل‌‌بررسی‌‌اند. تهدیدهای انسانی معمولا شامل خطرات ناشی از نابودی ساختگاه‌‌های تولید برق کشور در نتیجه‌‌ی حملات نظامی کشورهای دیگر یا عملیات خرابکارانه‌‌‌ی عمدی می‌شوند. تهدید‌‌های طبیعی نیز عمدتا شامل بلایای طبیعی و آثار جانبی تغییرات اقلیمی می‌‌شوند که به‌‌علت ماهیت ناملموس خود، عمدتا نادیده گرفته می‌‌شوند. دراین‌میان، نگاه برخی از کشورها نظیر ایالات متحده‌‌ی آمریکا به صنعت تجدیدپذیر از دیدگاه یک مسئله‌‌ی امنیت ملی جالب‌‌توجه است. کشور ما نیز صرف‌‌نظر از تهدیدهای نظامی، با تهدیدهای تازه‌‌ای ازسوی تغییرات اقلیمی در مبحث امنیت انرژی مواجه شده است. باتوجه به پیش‌‌بینی‌‌های تازه از تشدید موج خشکسالی و گرما در منطقه‌‌ی خاورمیانه و وابستگی ۱۵ درصدی منابع انرژی کشور به نیروگاه‌‌های برق‌آبی بزرگ، لازم است اقداماتی جدی در جهت جایگزینی این منابع در آینده‌‌ی نزدیک مدنظر قرار داد.

کاهش هزینه‌‌ها: رشد فناوری تجدیدپذیرها باعث شده است امروزه در بسیاری از کشورها، این منابع از لحاظ هزینه با منابع فسیلی و نیز انرژی هسته‌‌ای رقابت‌‌پذیر شوند. این رقابت‌‌پذیری زمانی اهمیت دوچندان می‌‌یابد که بدانیم هم‌اکنون تجدیدپذیرها تنها یک‌‌چهارم یارانه‌‌ای را دریافت می‌‌کنند که برای سوخت‌‌های فسیلی در نظرگرفته شده است و با حذف این یارانه‌‌های پنهان، به‌‌زودی صنعت تجدیدپذیر گوی سبقت را در این رقابت جهانی خواهد ربود.

اشتغال‌‌زایی و ارزش محلی: علی‌‌رغم رکود در بسیاری از صنایع جهان، صنایع انرژی پاک از جمله کسب‌‌وکارهایی بوده‌‌اند که همچنان به رشد و اشتغال‌‌زایی خود ادامه داده‌‌اند. تحلیل‌‌ها نشان می‌‌دهند کشورهایی که یک چارچوب سیاستی پایدار را در این عرصه اتخاذ کرده‌اند، بیش‌ترین بهره را از ارزش محلی تولیدشده در این بخش برده‌‌اند.

سهم کشورهای جهان

چین با بیشترین حجم سرمایه‌‌گذاری در مبحث انرژی‌‌های تجدیدپذیر جهان، در این صنعت یکه‌‌تاز است. بررسی‌‌های سال ۲۰۱۷ نشان می‌‌دهد که پس از چین، کشورهای ایالات متحده، ژاپن، هند و آلمان در رده‌‌های دوم تا پنجم قرار گرفته‌اند. همان‌‌طور که در جدول زیر نیز می‌‌بینید، چین همچنین بیشترین حجم ظرفیت منصوب و سرمایه‌‌گذاری جدید را در نیروگاه‌‌های فتوولتائیک، بادی و برق‌آبی دارد. بالاترین ظرفیت بهره‌‌برداری از نیروگاه‌‌های زیست‌‌توده و زمین‌‌گرمایی جهان در اختیار ایالات متحده‌‌ است. دراین‌میان، اسپانیا نیز بیشترین ظرفیت منصوب از نیروگاه‌‌های حرارتی خورشیدی را به خود اختصاص داده است.

جدول بیشترین ظرفیت یا تولید انرژی‌های تجدیدپذیر تا پایان سال ۲۰۱۷

انواع انرژی‌‌های تجدیدپذیر رایج در کشور

انرژی خورشیدی

انرژی بادی

انرژی زیست توده

انرژی زمین‌‌گرمایی

انرژی برق‌­آبی

انرژی بازیافت حرارتی

انرژی خورشیدی

شاید بتوان گفت انرژی خورشیدی یکی از مهم‌‌ترین انواع انرژی تجدیدپذیر است. میزان دسترسی به این نوع انرژی در نقاط مختلف جهان و در عرض‌‌های مختلف جغرافیایی کاملا متفاوت است. بااین‌حال، کشور ما ازجمله نقاطی است که میزان تابش‌‌های دریافتی در اکثر نقاط آن بسیار بالاست. به‌‌گفته‌‌ی متخصصان، کشور ایران با داشتن ۳۰۰ روز آفتابی در سال و متوسط انرژی دریافتی ۴.۵ الی ۵.۵ کیلووات‌‌ساعت بر مترمربع، ظرفیت بالایی در تولید برق آفتابی دارا است. طی مطالعه‌‌ای که ازسوی سازمان هوافضای آلمان (DLR) انجام گرفت، برآورد شد در مساحتی بیش از ۲۰۰۰ کیلومتر مربع، امکان نصب بیش از ۶ هزار مگاووات نیروگاه حرارتی خورشیدی وجود دارد. همچنین برآوردهای انجام‌شده در سال ۱۳۸۹ نشان داد درصورت اختصاص مساحتی معادل ۱۰۰*۱۰۰ کیلومترمربع زمین برای ساخت نیروگاه فتوولتائیک، برق تولیدی این نیروگاه معادل کل تولید برق کشور در آن سال خواهد بود. در حال حاضر، حدود ۴۲ درصد از کل ظرفیت نیروگاه‌‌های تجدیدپذیر کشور را نیروگاه‌‌های خورشیدی تشکیل می‌‌دهند. در شکل زیر می‌توانید نقشه‌‌ی تابش دریافتی خورشیدی را برای کشور مشاهده کنید.

به‌‌طور کلی نیروگاه‌‌های مبتنی‌‌‌‌بر انرژی خورشیدی (solar) در دو شکل کلی اجرا می‌‌شوند:

نیروگاه‌‌های فتوولتائیک

نیروگاه‌‌های حرارتی خورشیدی

امروزه هزینه‌‌ی‌‌ احداث نیروگاه های فتوولتائیک به‌‌زیر ۱۰۰۰ دلار در ازای هر کیلووات ظرفیت منصوب رسیده است و قیمت ترازشده‌‌ی انرژی فتوولتائیک در جهان نیز کمتر از ۰/۱ دلار در ازای هر کیلووات ساعت تخمین زده می‌‌شود.

نیروگاه‌‌های فتوولتائیک

طی سال‌‌های اخیر، سیستم‌‌های فتوولتائیک به‌‌عنوان رایج‌‌ترین نوع نیروگاه خورشیدی در ایران شناخته شده‌‌اند. از مزایای اصلی این نوع نیروگاه‌‌ها نسبت به دیگر رقبای تجدیدپذیر خود می‌توان به مقیاس‌پذیری آسان، قابلیت پیاده‌‌سازی در مناطق مختلف و البته هزینه‌‌ی تعمیر‌و‌نگه‌داری اندک اشاره کرد. این نوع تجهیزات، انرژی خورشیدی را ازطریق ادوات نیمه‌‌هادی (سلول‌‌های خورشیدی) مستقیما به برق تبدیل می‌‌کنند و عمر مفیدی بین ۲۵ الی ۳۰ سال دارند. مدت زمان راه‌‌اندازی این نوع نیروگاه‌ها را بسته‌به ظرفیت نهایی (از چند کیلووات تا یک مگاووات) می‌‌تواند بین چند هفته تا چند ماه درنظر گرفت. میزان فضای لازم برای نصب و اجرای نیروگاه‌‌های فتوولتائیک بین ۱۰ تا ۱۵ مترمربع برای هر کیلووات محاسبه شده است. بدین‌‌ترتیب برای احداث یک نیروگاه یک مگاواتی فتوولتاپیک به زمینی با مساحت ۱ تا ۱/۵ هکتار نیاز خواهد بود.

نمایی از یک نیروگاه فتوولتاپیک ۳/۵ مگاواتی در دهشیر یزد (سال ۱۳۹۷)

سیستم‌‌های فتوولتائیک به دو صورت منفصل‌‌از‌‌شبکه (Off-grid) و متصل‌‌به‌‌شبکه (On-grid) پیاده‌‌سازی می‌‌شوند. سیستم‌‌های متصل‌‌به‌‌شبکه برای کارکرد نیاز به اتصال به شبکه‌‌برق سراسری دارند. در این نوع سیستم‌‌ها، پنل‌‌های فتوولتائیک انرژی خورشیدی را دریافت و پس از تبدیل به برق متناوب ازطریق اینورترها، آن را به شبکه برق تزریق می‌‌کنند. این سیستم‌‌ها در طول شب در حالت آماده‌‌به‌‌کار (Standby) خواهند بود.

اعم کاربردهای سیستم‌‌های فتوولتائیک

کاربرد به‌‌عنوان نیروگاه‌‌های متصل‌‌به‌‌شبکه جهت فروش برق خورشیدی به شبکه

پمپاژ آب برای مصارف شرب، دامپروری، پرورش ماهی، آبیاری جنگل‌‌ها و مراتع، آبشخور حیوانات و آب‌نماها

روشنایی خورشیدی جهت مصارف منازل مسکونی، مدارس، ایستگاه‌‌ها، تونل‌‌ها، پارک‌‌ها و سایر مناطقی که امکان دسترسی به برق سراسری وجود ندارد.

سیستم‌‌های قابل حمل (پرتابل) نظیر خودروها و پکیج‌‌های تأمین انرژی عشایر و ادواتی نظیر اسباب‌‌بازی‌‌ها و ماشین‌‌حساب‌‌ها

حفاظت کاتدیک به‌‌منظور حفاظت از خطوط انتقال نفت و گاز دربرابر پوسیدگی

نیروگاه‌‌های حرارتی خورشیدی

در این نوع نیروگاه‌‌ها، انرژی خورشیدی به‌‌شکل حرارت در انواع مختلفی از سیالات ذخیره‌‌سازی شده و سپس ازطریق مبدل‌‌های حرارتی، این انرژی به شکل بخار آب در می‌‌آید. بخار آب نیز توربین‌‌ها را به‌‌کار انداخته و در ادامه ژنراتورهای متصل به توربین‌‌ها، انرژی مکانیکی را به برق تبدیل می‌‌کنند. انواع گوناگون نیروگاه‌‌های حرارتی خورشیدی در جهان وجود دارد که عبارت‌اند از:

۱- نیروگاه‌‌های سهموی خطی (Parabolic Trough)

۲- نیروگاه‌‌های دریافت کننده مرکزی (CRS)

۳- نیروگاه‌‌های بشقابی سهموی (Parabolic Dish)

۴- نیروگاه‌‌های دودکش خورشیدی (Solar Chimney)

۵- نیروگاه کلکتورهای فرنل (Fresnel Collector)

اساس کار تمامی این نوع نیروگاه‌‌ها به‌‌جز دودکش‌‌های خورشیدی تقریبا همان‌‌گونه است که توضیح داده شد. برخلاف سایر انواع که از بخار آب به‌‌عنوان سیال و توربین‌‌های بخار به‌‌عنوان نیروی محرکه استفاده می‌‌شود، در دودکش‌‌های خورشیدی، هوا و توربین‌‌های بادی نقش سیال و نیروی محرکه را ایفا می‌‌کنند.

نیروگاه خورشیدی سهموی‌خطی شیراز (سال ۱۳۸۷)

اولین نمونه از نیروگاه‌های خورشیدی حرارتی احداث‌‌شده در ایران، نیروگاه سهموی خطی واقع در شیراز است که با توانی معادل ۲۵۰ کیلووات در سال ۱۳۸۷ تأسیس شد. این نیروگاه از ۴۸ عدد کلکتور سهموی در ۸ ردیف ۶ تایی تشکیل شده که در راستای شمالی-جنوبی نصب گردیده است. سازه‌‌های نگهدارنده‌‌ی این کلکتورها روی یک سامانه‌‌ی تعقیب‌‌کننده نصب شده که مسیر حرکت خورشید را در طول روز، از شرق به غرب دنبال می‌‌کند. قابل‌‌ذکر است که بنابر مستندات ساتبا (سازمان انرژی‌‌های تجدیدپذیر و بهره‌‌وری انرژی برق)، ساخت و تست تمامی اجزای نیروگاه از قبیل سازه‌‌ها، آینه‌‌ها، سیستم کنترل و ابزار دقیق (به‌‌غیر از لوله‌‌ی جاذب) در داخل کشور و با توان متخصصان داخلی صورت پذیرفته است.

به‌‌عنوان یکی دیگر از نمونه‌‌های اجراشده در کشور، می‌‌توان به نیروگاه خورشیدی و حرارتی یزد اشاره کرد. این نیروگاه درواقع ترکیبی از سه نوع نیروگاه گازی، بخار و خورشیدی بوده که ظرفیت هریک از آن‌‌ها به‌‌ترتیب ۱۵۹، ۱۳۲ و ۱۷ مگاووات است. به‌‌گفته‌‌ی متخصصان، استفاده‌‌ی ترکیبی از انرژی حرارتی خورشیدی درکنار فناوری‌‌های رایج نیروگاه‌‌های گازی و بخار، در افزایش راندمان کل نیروگاه بسیار مؤثر واقع شده است.

نمایی از نیروگاه خورشیدی و حرارتی یزد (سال ۱۳۸۹)

وزارت نیرو در راستای تشویق سرمایه‌گذاران بخش خصوصی جهت سرمایه‌گذاری در تولید انرژی‌های تجدیدپذیر، در ۱۹ اردیبهشت سال ۱۳۹۵، مصوبه‌ای را با موضوع تعرفه‌های خرید تضمینی برق از نیروگاه‌های تجدیدپذیر و پاک ابلاغ کرد. مطابق این مصوبه، نرخ خرید برق خورشیدی ازسوی دولت به‌‌صورت زیر تعیین گردیده است:

* مختص مشترکین برق تا سقف ظرفیت انشعاب موجود

انرژی بادی

امروزه بزرگ‌ترین کاربرد انرژی بادی در تولید انرژی الکتریکی است. برای این منظور از ادواتی به‌‌نام توربین‌‌های بادی بهره گرفته می‌‌شود که خود در دو نوع توربین‌‌های افقی‌‌محور و عمودمحور قابل تولید‌‌ هستند. طبق آمار منتشرشده، مجموع ظرفیت نیروگاه‌‌های بادی نصب‌‌شده در جهان تا ابتدای سال ۲۰۱۸، به ۵۳۹ گیگاوات رسیده و رکورد بیشترین ظرفیت‌‌های منصوب نیز به‌‌ترتیب متعلق به کشورهای چین، ایالات متحده، آلمان، هند و اسپانیا است.

اعم کاربردهای انرژی بادی:

تولید برق (به‌‌صورت متصل‌‌به‌‌شبکه و منفصل‌‌از‌‌شبکه)

پمپاژ آب از چاه‌‌ها و رودخانه‌‌ها

آسیاب غلات

تفکیک هزینه‌های سرمایه‌گذاری برای احداث نیروگاه‌های بادی خشکی و فراساحلی

گفته می‌‌شود که یکی از قدیمی‌‌ترین اشکال کاربرد انرژی بادی در جهان، مربوط‌به آسیاب‌‌های بادی در ایران باستان بوده است. باتوجه به وسعت ۵۰ درصدی مناطق کوهستانی در کشور و اطلاعات ظرفیت‌‌سنجی، میزان ظرفیت اسمی انرژی بادی کشورمان حدود ۱۰۰ گیگاوات است که از میان این ظرفیت، قابلیت بهره‌‌برداری اقتصادی از ۱۶ گیگاوات فراهم است. این درحالی است که برآوردهای اولیه نشان می‌‌دهد در ۲۶ نقطه از کشور، به‌‌تنهایی قابلیت تولید ۶۵۰۰ مگاووات انرژی بادی وجود دارد.

یکی از مهم‌‌ترین نیروگاه‌‌های بادی کشور، نیروگاه بادی بینالود واقع در خراسان رضوی است. این نیروگاه با ظرفیت فعلی ۲۸/۴ مگاوات و در مساحتی حدود ۷۰۰ هکتار با مشارکت ایران و چند کشور خارجی ازجمله آلمان و دانمارک به بهره‌‌برداری رسیده است. ۴۳ توربین بادی با ظرفیت ۶۶۰ کیلووات در این ساختگاه برپا شده که دراین‌میان، ۶۰ درصد از کل ادوات تولید داخل بوده و مابقی از تجهیزات وارداتی استفاده شده است.

نمونه‌‌ی موفق دیگر از پروژه‌‌های موفق بادی کشور، نیروگاه بادی منجیل واقع‌‌در استان گیلان است. این ساختگاه دارای ۱۷۱ توربین با مجموع ظرفیت نامی تقریبی ۱۰۰ مگاوات است. گفتنی است که بنابه اظهارات کارشناسان، ظرفیت واقعی انرژی بادی در منطقه‌‌ی منجیل و اطراف حدود ۳ هزار مگاوات تخمین زده‌‌ می‌‌شود.

نقشه‌ی ظرفیت‌سنجی انرژی بادی کشور در ارتفاع ۸۰ متری از سطح زمین

از دیگر نقاط جذاب برای سرمایه‌‌گذاری در این حوزه، می‌‌توان به منطقه‌‌ی خواف در خراسان جنوبی و زابل در سیستان‌‌وبلوچستان اشاره کرد که علی‌‌رغم ظرفیت بسیار بالا، همچنان با بی‌‌مهری مسئولان و سرمایه‌‌گذاران مواجه است.

در حال حاضر شرایط خرید تضمینی انرژی برق از نیروگاه‌‌های بادی به‌صورت زیر می‌‌باشد:

* مختص مشترکین برق تا سقف ظرفیت انشعاب موجود

انرژی زیست‌‌توده

انرژی زیست‌توده به انرژی حاصل از تجزیه‌‌ی زیستی محصولات، پسماندها و زائدات کشاورزی (شامل مواد گیاهی و دامی)، جنگل ها و صنایع وابسته و همچنین زائدات صنعتی و شهری قابل‌تجزیه اطلاق می‌‌شود.

طبق آمار منتشرشده، مجموع ظرفیت نیروگاه‌‌های زیست‌‌توده‌‌ی نصب‌‌شده در جهان تا ابتدای سال ۲۰۱۸ به ۱۲۲ گیگاوات رسیده و رکورد بیشترین ظرفیت‌‌های منصوب نیز به‌‌ترتیب متعلق به کشورهای ایالات متحده، برزیل، چین، هند و آلمان است.

منابع اصلی زیست‌‌توده شامل، زباله‌‌ها، فاضلاب‌‌های صنعتی، زائدات جنگلی-کشاورزی و دامی است. براساس آمار رسمی، حداکثر میزان انرژی برق قابل‌‌حصول از نیروگاه های زیست توده مبتنی‌‌بر زباله‌‌ها در ۳۰ شهر کشور (با جمعیت بیش‌‌از ۲۵۰ هزار نفر)، بالغ بر ۸۰۰ مگاووات محاسبه شده است. استفاده از این ظرفیت، علاوه‌‌بر تولید انرژی، کمک شایانی به رفع مشکلات ناشی از آلودگی زیست‌‌محیطی پسماندها خواهد کرد. دیگر مزایای استفاده‌‌از این انرژی عبارت‌اند از: تنوع در تحویل محصول نهایی (جامد، مایع، گاز و انرژی برق)، کاهش انتشار گازهای گلخانه‌‌ای، ایجاد ارزش افزوده، اشتغال‌‌زایی، کمک به ارتقای بهداشت عمومی و قابلیت دسترسی بالا.

به‌‌طور کلی فناوری‌‌های مورداستفاده در زیست‌‌توده در ۴ دسته‌‌ی اصلی تقسیم‌بندی می‌‌شوند:

نمایی از نیروگاه چوب‌سوز (احتراق مستقیم)

احتراق مستقیم: این فناوری درواقع قدیمی‌‌ترین روش مورد استفاده در این صنعت است که برای منابعی از زیست‌‌توده که جامد (یا ترکیبی از جامد و مایع) باشند، به‌‌کار می‌‌رود و می‌‌تواند برای سوزاندن زباله‌‌ها و ضایعات در مقیاس خانگی و صنعتی مورد استفاده قرار می‌‌گیرد. در شکل زیر نمونه ای از طرح یک نیروگاه چوب‌‌سوز احتراق مستقیم به نمایش درآمده است.

فناوری پیرولیز: پیرولیز (یا آتشکافت) فرآیندی است که در آن مواد آلی زیست‌‌توده به‌‌واسطه‌‌ی حرارت و در غیاب اکسیژن تجزیه شده و محصولاتی نظیر بیوچار، سوخت‌‌های زیستی و گازهای سنتز به‌‌دست می‌‌آید.

گازی‌‌سازی: فرایندی مشابه با پیرولیز که در آن عمده‌‌ی محصولات خروجی گاز خواهد بود. در این فرایند یک ماده‌‌ی اضافی به نام گازساز (شامل اکسیژن، هیدروژهن، متان، هلیم یا هوا) به مخزن راکتور اضافه می‌‌شود.

زباله‌‌سوزی: این فرایند درحقیقت یکی از فناوری‌‌های رایج برای دفع زباله‌‌ها در کشورهای صنعتی است که در طی آن، با اعمال حرارت اولیه، موارد زائد اکسیدسازی شده و محصولاتی نظیر آب، دی‌‌اکسید کربن، خاکستر و حرارت به‌‌دست می‌‌آید. مزیت اصلی این روش کاهش حجم زباله و خلاصی از شر مواد آلاینده‌ی محیط‌‌زیست و خطرناک است.

هضم بی‌‌هوازی و تولید بیوگاز: هضم بی‌‌هوازی درواقع، تجزیه‌‌ی بیولوژیکی مواد آلی در غیاب اکسیژن است و فرآورده‌‌ی نهایی آن بیوگاز و موادی تثبیت‌‌شده خواهند بود. این فرایند در دوساختگاه به‌‌صورت لندفیل و هاضم‌‌های مخزنی قابل اجراست و از مزایای اصلی آن تولید حجم بسیار بالایی از گاز متان با مصارف خانگی و صنعتی فراوان است. این کاربردها می‌‌تواند از مصارف گرمایشی منازل تا واحدهای تولید برق را پوشش دهد.

هضم بی‌هوازی

برآورد دقیق هزینه‌‌های ساخت یک نیروگاه زیست‌‌توده ساده نیست؛ چراکه عوامل متنوعی در تعیین میزان سرمایه‌‌ی اولیه و جاری این سرمایه‌‌گذاری دخیل هستند. ولی درمجموع هزینه‌‌ی راه‌‌اندازی این نوع نیروگاه‌‌ها بین ۲۶۰۰ الی ۱۰.۰۰۰ دلار آمریکا در ازای هر کیلووات‌‌ نصب برآورد می‌‌شود. کارشناسان می‌‌گویند هزینه‌‌ی ترازشده‌‌ی تولید انرژی نیز عددی بین ۰.۸ الی ۰.۱۵ دلار درازای هر کیلووات‌‌ساعت خواهد بود.

یکی از رایج‌‌ترین اشکال به‌‌کارگیری زیست‌‌توده در کشور ما، هضم بی‌‌هوازی و تولید بیوگاز از آن است. اولین هاضم تولید گاز متان در ایران در روستای نیازآباد لرستان در سال ۱۳۵۴ ساخته شد که دستگاهی به‌ظرفیت ۵ مترمکعب باقابلیت هضم فضولات گاوی بود و از متان تولیدی برای گرمایش حمام استفاده می‌‌شد.

امروزه تاسیسات مدرن و بزرگ‌‌تری برای استخراج بیوگاز از محل دفن زباله‌‌های شهری (لندفیل) و نیز فاضلاب احداث گردیده است. از نمونه‌‌های موفق این طرح می‌‌توان به نیروگاه ۵ مگاوواتی بیوگاز (از لجن فاضلاب) در تهران، نیروگاه ۱/۲ مگاوات بیوگاز‌‌سوز در شیراز و نیروگاه ۶۰۰ کیلووات بیوگازسوز در مشهد اشاره کرد.

هم‌‌اکنون، در طرح خرید تضمینی برق از منابع تجدیدپذیر، سه تعرفه‌‌ی گوناگون برای خرید انرژی برق نیروگاه‌‌های زیست‌‌توده کشور تهیه دیده شده است:

انرژی زمین‌‌گرمایی

کره‌‌ی زمین خود منبع عظیمی از انرژی حرارتی است. دمای هسته‌‌ی زمین به بیش از ۵۰۰۰ درجه سانتی‌‌گراد می‌‌رسد. این حرارت می‌‌تواند به روش‌‌های متنوعی نظیر آتشفشان‌‌ها، چشمه‌های آب گرم، آب‌‌فشان‌‌ها و گِل‌‌فشان‌‌ها به سطح زمین راه پیدا کند. رابطه‌‌ی میان افزایش دما و عمق زمین، یک رابطه‌‌ی غیرخطی است؛ اما به‌‌صورت تقریبی می‌‌توان گفت به‌‌ازای هر ۱۰۰ متر عمق، دما ۳ درجه‌‌ی سانتی‌‌گراد بالا می‌‌رود. انرژی حرارتی ذخیره‌شده در ۱۱ کیلومتر فوقانی پوسته‌ی زمین معادل ۵۰ هزار برابر کل انرژی به‌دست‌آمده از منابع نفت و گاز شناخته‌‌شده در جهان است.

نمایی از یک نیروگاه زمین‌گرمایی

مزیت اصلی نیروگاه‌‌های زمین‌‌گرمایی، قیمت رقابتی برق تولیدی آن در مقایسه با انواع نیروگاه‌‌های فسیلی محسوب می‌‌شود و از معایب بزرگ آن، محدودیت جغرافیایی در دسترسی به این نوع انرژی است.

به‌‌طورکلی انرژی زمین‌‌گرمایی در دوشکل کلی قابل‌‌استحصال است:

مستقیم: تأمین گرمایش ساختمان‌‌ها، گلخانه‌‌ها، استخرها، حوضچه‌‌های پرورش ماهی، دام‌‌داری‌‌ها و غیره

غیرمستقیم: شامل انواع تکنولوژی‌‌های زمین‌‌گرمایی (سیکل بخار خشک و بخار لحظه‌‌ای)

طبق آخرین آمار منتشرشده، مجموع ظرفیت نیروگاه‌‌های زمین‌‌گرمایی نصب‌‌شده در جهان تا ابتدای سال ۲۰۱۸، به ۱۲/۸ گیگاوات می‌‌رسد و رکورد بیشترین ظرفیت‌‌های منصوب نیز به‌‌ترتیب متعلق به کشورهای ایالات متحده، فیلیپین، اندونزی، ترکیه و نیوزیلند است.

اساس کار نیروگاه‌‌های زمین‌‌گرمایی، جذب انرژی از سیال داغ خروجی از درون زمین است. برای دستیابی به این گرما، نیاز به حفر چاه‌‌هایی با عمق ۱۵۰۰ الی ۳۰۰۰ متر خواهد بود. با تزریق سیال اولیه به این چاه‌‌ها، سیال داغ به‌‌طور طبیعی و تحت فشار موجود در مخزن به سطح زمین باز‌‌می‌‌گردد. در مرحله‌‌ی بعدی، با کاهش فشار، سیال داغ به‌‌سرعت به بخار تبدیل شده و برای چرخش توربین‌‌های بخار و ژنراتور برق مورد استفاده قرار می‌‌گیرد.

براساس مطالعات زمین‌‌شناسی ایران، تاکنون بیش از ۱۰ منطقه‌‌ی با ظرفیت بالا شناسایی شده است مناطقی در آذربایجان (سبلان، مشگین‌‌شهر، سرعین، خوی، ماکو، تکاب، سهند و تفتان)، منطقه‌‌ی دماوند در شمال تهران، منطقه‌‌ی اصفهان (خور، بیابانک)، منطقه‌‌ی مرکزی (محلات)، منطقه‌‌ی هرمزگان (میناب و لاربستک)، منطقه‌‌ی خراسان جنوبی (بیرجند، نایبند، فردوس)، منطقه‌‌ی فارس (کازرون) و مناطق رامسر و بوشهر با مساحتی بالغ‌‌بر ۳۱ هزار کیلومترمربع جهت بهره‌‌برداری از انرژی زمین‌‌گرمایی مناسب هستند. برای مثال، این مطالعات به‌‌صورت موردی ظرفیت قابل نصب از نیروگاه‌‌‌‌های زمین گرمایی در دامنه‌‌ای سبلان در مشگین‌‌شهر تا ۴۰۰ مگاوات برآورد کرده است. در شکل زیر نقشه‌‌ی ظرفیت زمین‌‌گرمایی کشور عزیزمان را مشاهده می‌‌کنید.

نقشه‌ی ظرفیت‌سنجی انرژی زمین‌گرمایی در کشور

ازجمله اقدامات عملی انجام‌‌گرفته در این راستا شامل عملیات احداث نیروگاه زمین‌‌گرمایی ۵۵ مگاواتی در مشگین‌‌شهر بوده که مراحل حفاری چاه‌‌ها، بهره‌‌برداری آزمایشی و نصب کویل‌‌های زمینی مربوط‌‌به پمپ‌‌های حرارتی نیز به‌‌صورت بومی در کشور پیاده‌‌سازی شده است.

یکی از موانع پیش‌‌رو در توسعه‌‌ی این فناوری در کشور، هزینه‌‌های بهره‌‌برداری از آن است. به‌‌طور کلی توان الکتریکی تولیدی هر چاه زمین‌‌گرمایی میان ۲ الی ۳۰ مگاوات متغیر است؛ این درحالی است که هزینه‌‌ی احداث این چاه‌‌ها در مناطق مختلف یکسان نیست. به‌‌عنوان نمونه احداث یک چاه زمین‌‌گرمایی در ایسلند یا ایتالیا ممکن است درحدود چند صد هزار دلار باشد؛ اما هزینه‌‌ی احداث چاهی مشابه در پاریس به یک میلیون دلار نیز برسد. علاوه‌‌بر این، هزینه‌‌ی مراحل اکتشافی این نوع ساختگاه‌‌ها نسبت‌‌به نیروگاه‌‌های فسیلی بسیار بیشتر است؛ اما به‌‌دلیل پایین‌‌بودن هزینه‌‌های تعمیرونگهداری و عدم نیاز به‌‌سوخت قیمت تمام‌‌شده‌‌ی برق به‌‌مراتب پایین‌‌تر از انواع فسیلی و حتی تجدیدپذیر خواهد بود. به‌‌طورکلی می‌‌توان گفت ۳۰ درصد هزینه‌‌های نیروگاه زمین‌‌گرمایی مربوط‌به حفاری و توسعه و مابقی ۷۰درصد مربوط‌به تجهیزات خود نیروگاه خواهد بود.

یکی از مزایای اصلی نیروگاه‌‌های زمین‌‌گرمایی مساحت فضای لازم برای اجرای آن است. به‌‌طور معمول، فضای مورد نیاز برای احداث چنین نیروگاه‌‌هایی حدود ۱۲۰۰ مترمربع بر مگاوات است. این درحالی است که این میزان برای نیروگاه‌‌های اتمی و زغال‌‌سنگی به‌‌ترتیب به ۱۰ هزار و ۴۰ هزار مترمربع بر مگاوات خواهد رسید.

مدت‌‌زمان احداث این نوع نیروگاه‌‌ها بین ۳ تا ۵ سال متغیر بوده و عمر مفید آن‌‌ها بین ۲۵ تا ۳۵ سال خواهد بود. بنابر اطلاعات موجود، هزینه‌‌ی احداث یک نیروگاه زمین‌‌گرمایی حدود ۳۴۰۰ دلار آمریکا درازای هر کیلووات‌‌ ظرفیت نصب‌‌شده خواهد بود و هزینه‌‌ی تراز‌‌شده‌‌ی تولید برق زمین‌‌گرمایی بین ۰/۰۸ الی ۰/۰۹ دلار درازای هر کیلووات‌‌ساعت تخمین زده شده است (با احتساب هزینه‌‌های تعمیر‌‌و‌‌نگه‌داری در حدود ۰/۰۱ تا ۰/۰۳ دلار بر هر کیلووات‌‌ساعت). با این تفاسیر، شاید قیمت تمام‌‌شده‌‌ی برق زمین‌‌گرمایی در حدود ۲/۵ برابر قیمت برق نیروگاه گازسوز باشد؛ اما با احتساب هزینه‌‌های تأمین سوخت (بدون یارانه) و انتقال آن در دراز مدت هزینه‌‌ها به برابری خواهند رسید.

نرخ مصوب خرید تضمینی برق تجدیدپذیر از منابع زمین گرمایی به‌‌صورت زیر تعیین شده است.

نمایی از نیروگاه زمین‌گرمایی مشگین شهر در حال بهره‌برداری

انرژی برق‌‌آبی کوچک

انرژی برق‌‌آبی به انرژی الکتریکی حاصل از نیروی آب اطلاق می‌‌شود. این انرژی درحال حاضر حدود ۳۰ درصد کل انرژی الکتریکی جهان را پوشش می‌‌دهد. استفاده از نیروگاه‌‌های برق‌‌آبی بزرگ باتوجه به مشکلات اکولوژیک ناشی از احداث سد و تخریب زیست‌‌بوم و بحران بی‌‌آبی با انتقادات گسترده‌‌ای مواجه شده است. این امر خود باعث شده تا توجه کارشناسان بیشتر به منابع کوچکتر از این انرژی جلب شود. نصب توربین‌‌های برق‌‌آبی کوچک در مکان‌‌هایی نظیر آبشارها، مسیر رودخانه‌‌ها بسیار مرسوم است. اما یکی از مکان‌‌هایی که به‌‌تازگی ظرفیت بالای آن جهت استحصال انرژی موردتوجه قرار گرفته، مسیر خطوط و کانال‌‌های انتقال آب است. در کشور ما وظیفه‌‌ی استحصال، جمع‌‌آوری، انتقال و توزیع آب و فاضلاب برعهده‌‌ی شرکت‌‌های آب منطقه‌‌ای و شرکت‌‌های آب‌‌و‌‌فاضلاب روستایی است. آب ورودی به مخازن در شبکه‌‌ی انتقال از ظرفیت بالایی برخوردار است و درحال‌‌حاضر برای تنظیم میزان دبی ورودی و جلوگیری از خرابی و فرسایش، از شیرهای فشارشکن استفاده می‌‌شود. استفاده از فشارشکن به‌‌معنای اتلاف انرژی جنبشی آب درقالب حرارت است؛ درحالی‌‌که می‌‌توان این انرژی را با استفاده از میکرونیروگاه‌‌های آبی به‌‌خوبی مهار کرد. میکروتوربین‌‌های آبی در تکنولوژی‌‌های مختلف نظیر اسکرو، گورلوف، فرانسیس و کاپلان طراحی می‌‌شوند و عموما ظرفیتی میان ۵ تا ۱۰۰ کیلووات دارند. بنابر اظهارات مقامات، درحال‌‌حاضر بومی‌‌سازی ساخت میکروتوربین‌‌های آبی در داخل کشور نیز با موفقیت‌‌های زیادی همراه بوده است.

نمونه‌ای از انواع مولدهای برق‌آبی کوچک در مسیر کانال آب

برتری اصلی میکروتوربین‌‌ها در هزینه‌‌ی اولیه‌‌ی بسیار پایین‌‌تر و بازدهی بالای ۹۰ درصد در تبدیل انرژی جنبشی است (این در حالی است که بازده نیروگاه‌‌های فسیلی به‌‌سختی به ۵۰ درصد می‌‌رسد). هزینه‌‌ی تولید برق‌‌آبی از میکروتوربین‌‌ها در کشورهای مختلف تفاوت دارد. این مقدار در آمریکا حدود ۰/۸۵ سنت درازای هر کیلووات‌‌ساعت برآورد می‌‌شود.

در راستای تشویق سرمایه‌‌گذاران این حوزه، دولت نیز نرخ مصوب خرید تضمینی برق تجدیدپذیر از مولد‌‌های برق‌‌آبی کوچک تا سقف ظرفیت ۱۰ مگاوات را در دو ردیف ابلاغ کرده است:

انرژی بازیافت حرارتی

یکی از منابع جانبی برای تولید انرژی تجدیدپذیر، بازیافت حرارت اتلافی از منابع حرارتی صنعتی نظیر کوره‌‌ها، گازهای گرم خروجی فرایندهای صنعتی و نیروگاه‌‌ها، تهویه و گازهای داغ حاصل از احتراق خروجی سیستم‌‌های احتراقی است. درحال حاضر، برآورد شده که ظرفیت تولید ۳۵۰۰ مگاوات برق از محل بازیافت تلفات حرارتی نیروگاه‌‌های کشور وجود دارد که حدود ۱۴۶ مگاووات آن در دست اقدام است.

هزینه‌‌ و روش ساخت این نوع واحدها باتوجه‌‌به نوع منبع حرارتی، دما و سطح دسترسی به واحد صنعتی یا نیروگاه از تنوع بالایی برخوردار است.

دولت نیز با قراردادن این منابع انرژی در فهرست منابع تجدیدپذیر با قابلیت خرید تضمینی برق اقدام به تشویق سرمایه‌‌گذاران برای ورود به این حوزه کرده است:

در نمودار زیر می‌‌توانید هزینه‌‌ی تمام‌‌شده‌‌ی تولید برق را در تکنولوژی‌‌های مختلف تجدیدپذیر با یکدیگر مقایسه کنید.

هزینه‌ی ترازشده‌ی برق تولیدی برخی از منابع تجدیدپذیر

گفتنی است که غیر از انواع یادشده، منابع دیگری از انرژی‌‌های تجدیدپذیر نظیر انرژی امواج و  هیدروژن نیز وجود دارند که به‌‌علت نبود دانش فنی، توجیه اقتصادی یا عدم حمایت دولت در مبحث خرید تضمینی برق آن‌‌ها در این نوشتار بدان پرداخته نشد.

جمع‌‌بندی

ظرفیت‌‌سنجی‌‌های انجام‌‌شده در سطح کشور، حاکی از ظرفیت بسیار بالای بهره‌‌برداری از انواع منابع انرژی‌‌ تجدپذیر در سطح اقلیم‌‌های مختلف است. تصویب طرح خرید تضمینی برق تجدیدپذیر ازسوی دولت و درادامه تسهیل روند اخذ مجوزها و انعقاد قرادادها نشان می‌‌دهد که عزم کشور برای حرکت به‌‌سوی تنوع‌‌بخشی به سبد منابع انرژی و حذف وابستگی به منابع فسیلی جدی بوده است. بااین‌‌حال، برخی مشکلات مدیریتی و ساختاری نظیر عدم شفافیت کافی در تفکیک بودجه‌‌ی منابع تجدیدپذیر از محل سایر درآمدها، عدم رسیدگی به مشکلات به‌‌وجودآمده برای سرمایه‌‌گذاران خصوصی درپی نوسانات اخیر بازار ارز، تعلل ساتبا در به‌‌روزرسانی به‌‌موقع تعرفه‌‌های خرید تضمینی، تردید سرمایه‌‌گذاران بزرگ خارجی برای ورود به عرصه و ازهمه‌‌مهم‌‌تر حس عدم‌‌اطمینان درمورد سرمایه‌‌گذاری بلندمدت طرف‌‌قرارداد با دولت، همگی ازجمله موانعی بوده‌اند تا کشور نتواند در حرکت به‌‌سوی آینده‌‌ی تجدیدپذیر از سرعتی کافی برخوردار باشد؛ نتیجه اینکه اکنون در برخی حوزه‌ها به‌‌صورت معناداری از کشورهای منطقه عقب مانده‌ایم.

با وجود تمامی مشکلات، همچنان امید می‌‌رود با جدی‌‌تر شدن مباحث زیست‌‌محیطی ناشی از آلاینده‌‌های جوی و تغییرات اقلیمی در جهان، کشور ما نیز بتواند تهدید پیش‌‌رو را به یک فرصت تاریخی برای تحول در اقتصاد انرژی خود تبدیل کند؛ فرصتی که با حمایت جهانی از طرح‌‌های محدودسازی انتشار کربن و کنترل گرمایش زمین حاصل شده و قطعا می‌‌تواند امتیازات گسترده‌‌ای را برای شکوفایی انرژی‌‌های نو در کشور به ارمغان آورد.