خبرگزاری آنا؛ ناترازی انرژی به‌عنوان یک مشکل جهانی به عدم تعادل میان تولید و مصرف انرژی در سیستم‌ها و کشورها اشاره دارد که تأثیر گسترده‌ای بر اقتصاد، محیط‌زیست و بهداشت عمومی دارد.

با افزایش جمعیت و رشد صنعتی، تقاضای انرژی به‌طور مداوم در حال افزایش است، در حالی که منابع انرژی سنتی با محدودیت‌هایی مواجه‌اند. این وضعیت به‌‌خصوص در کشورهایی مانند ایران که با چالش‌های جدی در تأمین انرژی مواجه هستند، خود را به‌طور ملموس نشان می‌دهد.

باتری‌ یک میلیون مایلی خودروهای برقی در مسیر تولید

طراحی جعبه سیاه هوشمند انرژی؛ مدیریت مصرف با تبدیل داده‌ها به بینش‌های عملی

از سوی دیگر، مشکلاتی مانند آلودگی هوا و تغییرات اقلیمی، ناشی از ناترازی انرژی، سلامت جامعه را تهدید می‌کند و هزینه‌های بهداشتی را به‌طور قابل‌توجهی افزایش می‌دهد.

در این شرایط، فناوری‌های نوین ذخیره‌سازی انرژی به‌عنوان راه‌حلی کلیدی برای مقابله با این چالش‌ها مطرح می‌شوند. یکی از این فناوری‌ها، باتری‌های فلز-هوا هستند که با ظرفیت ذخیره‌سازی بسیار بالاتر نسبت به باتری‌های لیتیوم-یون، نویدبخش یک انقلاب در صنعت انرژی هستند، این باتری‌ها نه‌تنها می‌توانند نیاز به ذخیره‌سازی انرژی‌های تجدیدپذیر را برآورده کنند، بلکه به‌دلیل بهره‌وری بالاتر و اثرات زیست‌محیطی کمتر، می‌توانند به کاهش آلودگی هوا و بهبود بهداشت عمومی کمک کنند.

در حقیقت، توسعه باتری‌های فلز-هوا، به‌عنوان یک تکنولوژی پاک و پایدار، می‌تواند به ما این امکان را بدهد که نه‌تنها ناترازی انرژی را کاهش دهیم، بلکه در عین حال به ارتقای کیفیت زندگی و سلامت جامعه نیز توجه کنیم.

آیا این نوآوری می‌تواند به‌عنوان ابزاری مؤثر در جنگ پنهان ناترازی انرژی و تهدیدات بهداشتی عمل کند؟ با توجه به پیشرفت‌های اخیر در این زمینه، پاسخ به این پرسش بیش از پیش اهمیت یافته است.

خبرنگار آنا در گفت‌وگویی تخصصی با سعید روشنی معاون پژوهش و فناوری دانشگاه آزاد اسلامی استان کرمانشاه، کارشناس فنی شرکت‌های دانش‌بنیان، دانشیار گروه برق جزء ۲ درصد دانشمندان برتر جهان، عضو هیئت علمی گروه برق دانشگاه آزاد اسلامی و کارشناس ارشد اقتصاد انرژی در قالب پرونده «ناترازی انرژی از دریچه علم» به بررسی مفهوم ناترازی انرژی از منظر علمی و تأثیر آن بر جامعه و اقتصاد کشور پرداخته است.

با توجه به اهمیت روزافزون انرژی در زندگی مدرن و چالش‌های ناشی از نبود تعادل میان عرضه و تقاضا، این گفت‌و‌گو در دو بخش به تحلیل عمیق‌تری از عواملی که منجر به ناترازی انرژی در کشور می‌شوند، می‌پردازد.

روشنی در این دو بخش به بررسی ارتباط بین تغییرات اقلیمی، تقاضای انرژی و چالش‌های ساختاری موجود در سیستم‌های انرژی کشور می‌پردازد و راهکار‌هایی را برای بهبود وضعیت کنونی ارائه می‌کند.

این گفت‌و‌گو‌ها نه‌تنها به تبیین ابعاد علمی ناترازی انرژی می‌پردازد؛ بلکه به اهمیت اتخاذ تدابیر علمی و فناوری‌های نوین درراستای حل این معضل نیز اشاره دارد.

بخش نخست گفت‌و‌گو با روشنی به شرح زیر تقدیم مخاطبان خبرگزاری آنا می‌شود.

آنا: ناترازی انرژی دقیقاً بر چه مبنای علمی تعریف می‌شود؟

روشنی: ناترازی انرژی به عدم تعادل میان تولید و مصرف انرژی در یک سیستم یا کشور اشاره دارد و از نظر علمی بر مبنای تراز انرژی تعریف می‌شود.

در این تراز، مجموع انرژی ورودی (تولید و واردات) باید با مجموع انرژی خروجی (مصرف و صادرات) و انرژی ذخیره‌شده برابر باشد و عدم تعادل در این تراز، نشان‌دهنده ناترازی انرژی است.

از میزان تولید انرژی تا عوامل زیست‌محیطی در ناترازی‌ها

آنا: چه پارامتر‌ها و شاخص‌هایی در این ناترازی دخالت دارند؟

روشنی: پارامتر‌ها و شاخص‌های تأثیرگذار در ناترازی انرژی شامل عوامل زیر هستند:

میزان تولید انرژی: شامل تولید انرژی از منابع مختلف مانند گاز طبیعی، نفت، برق آبی، انرژی‌های تجدیدپذیر (خورشیدی و بادی) و نیروگاه‌های حرارتی.

میزان مصرف انرژی: میزان مصرف در بخش‌های مختلف مانند بخش خانگی، صنعتی، حمل‌ونقل، تجاری و کشاورزی.

تلفات انرژی: تلفات ناشی از انتقال و توزیع انرژی در شبکه‌های برق و گاز و تلفات در فرآیند‌های تولید و تبدیل انرژی.

ذخیره‌سازی انرژی: ظرفیت و میزان ذخیره‌سازی انرژی برای مدیریت تقاضا در زمان اوج مصرف.

عوامل محیط‌زیستی: اثرات مصرف و تولید انرژی بر آلودگی هوا و تغییرات اقلیمی که بر تولید پایدار انرژی تأثیر می‌گذارند.

ایران در حوزه‌های مختلف انرژی با ناترازی فزآینده‌‌ به شرح زیر مواجه است:

گاز طبیعی: با افزایش مصرف داخلی و کاهش رشد تولید، ناترازی در این بخش، به‌‌خصوص در فصول سرد سال و زمان اوج مصرف، مشهود است.

برق: رشد تقاضای برق به‌دلیل افزایش جمعیت و توسعه صنعتی و همچنین کمبود سرمایه‌گذاری در زیرساخت‌های تولید، انتقال و توزیع برق منجر به ناترازی در این بخش و قطعی‌های مکرر برق شده است.

بنزین: رشد تعداد خودرو‌ها و مصرف سوخت، همراه با ظرفیت محدود پالایشگاه‌های داخلی موجب افزایش واردات بنزین و ایجاد ناترازی در این حوزه شده است.

این ناترازی‌ها تأثیر گسترده‌ای بر اقتصاد کشور (افزایش هزینه‌های تأمین انرژی)، صنایع (کاهش تولید به دلیل قطعی انرژی) و محیط‌زیست (افزایش آلودگی) دارند.

ازسویی رفع این ناترازی‌ها نیازمند برنامه‌ریزی جامع، سرمایه‌گذاری در انرژی‌های تجدیدپذیر، بهینه‌سازی مصرف انرژی و اصلاح الگوی مصرف در بخش‌های مختلف است.

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

روشنی: ناترازی انرژی به‌طور کلی به معنای عدم تعادل میان عرضه و تقاضای انرژی است و این مفهوم در بسیاری از علوم مانند مهندسی انرژی، اقتصاد انرژی و محیط‌زیست به‌صورت مشابه استفاده می‌شود، با این حال، بسته به زمینه کاربرد، تعاریف و شاخص‌های مورد بررسی در ناترازی انرژی می‌تواند متفاوت باشد.

در مهندسی انرژی، ناترازی انرژی عمدتاً به عدم تعادل میان تولید، توزیع و مصرف انرژی اشاره دارد و شاخص‌هایی مانند راندمان سیستم، تلفات انرژی در شبکه‌های انتقال و توزیع و ظرفیت تولید پایدار بررسی می‌شود.

در اقتصاد انرژی، ناترازی انرژی به عدم تعادل میان عرضه (تولید داخلی و واردات) و تقاضا (مصرف بخش‌های مختلف) اشاره دارد و عواملی مانند قیمت انرژی، هزینه‌های سرمایه‌گذاری در زیرساخت‌ها و سیاست‌های تأمین انرژی مورد تحلیل قرار می‌گیرند.

مقایسه تطبیقی تراز انرژی ایران در آینه ۱۰ استان انرژی‌خیز

میانگین‌گیری به جای مدل‌سازی دقیق؛ خطای استراتژیک در پیش‌بینی تقاضای انرژی

در علوم محیط‌زیستی، ناترازی انرژی به تأثیر عدم تعادل انرژی بر محیط‌زیست و منابع طبیعی اشاره دارد و شاخص‌هایی مانند انتشار گاز‌های گلخانه‌ای، اثرات تغییرات اقلیمی و بهره‌وری انرژی بررسی می‌شود.

بنابراین، در حالی که تعریف کلی ناترازی انرژییکسان است، جزئیات شاخص‌ها و تحلیل‌ها بسته به حوزه تخصصی متفاوت است.

مکانیزم‌های تأثیرگذاری تغییرات اقلیمی بر ناترازی انرژی

آنا: تغییرات اقلیمی در کشورمان چه تأثیر علمی و مستقیم بر تشدید ناترازی انرژی داشته و مکانیزم‌های این تأثیرگذاری چیست و آیا مدل‌های علمی موجود قادر به پیش‌بینی دقیق‌تر تأثیرات متقابل ناترازی انرژی و تغییرات اقلیمی هستند؟

روشنی: تغییرات اقلیمی در کشورمان تأثیر علمی و مستقیمی بر تشدید ناترازی انرژی داشته، ازسویی افزایش دما و وقوع پدیده‌هایی مانند موج‌های گرما موجب افزایش تقاضای انرژی برای سرمایش در فصل‌های گرم سال می‌شود و این افزایش تقاضا می‌تواند فشار زیادی بر زیرساخت‌های تولید و توزیع انرژی وارد کرده و منجر به ناترازی در سیستم انرژی شود، به‌‌خصوص اگر ظرفیت تولید و انتقال انرژی کافی نباشد.

تغییرات اقلیمی همچنین می‌تواند منابع انرژی تجدیدپذیر را تحت تأثیر قرار دهد، به‌عنوان مثال، کاهش میزان بارش و خشکسالی می‌تواند تولید برق آبی را کاهش دهد و موجب ناترازی بیشتری در تأمین انرژی شود، علاوه بر این، وقوع طوفان‌ها و سایر بلایای طبیعی ناشی از تغییرات اقلیمی می‌تواند زیرساخت‌های انرژی را تخریب کند و تأمین پایدار انرژی را با چالش مواجه سازد.

مکانیزم‌های تأثیرگذاری تغییرات اقلیمی بر ناترازی انرژی شامل عوامل زیر است:

افزایش تقاضا برای انرژی: تغییرات اقلیمی موجب افزایش دمای هوا و در نتیجه افزایش مصرف انرژی برای سرمایش می‌شود.

کاهش ظرفیت تولید انرژی: کاهش منابع آب ناشی از خشکسالی می‌تواند ظرفیت تولید برق آبی را کاهش دهد.

آسیب به زیرساخت‌های انرژی: وقوع حوادث طبیعی مانند سیل و طوفان می‌تواند زیرساخت‌های تولید و توزیع انرژی را تحت تأثیر قرار دهد.

تغییر الگو‌های باد و تابش خورشید: تغییرات اقلیمی می‌تواند الگو‌های باد و تابش خورشید را تغییر داده و تولید انرژی‌های تجدیدپذیر را مختل کند.

مدل‌های علمی موجود، مانند مدل‌های اقلیمی و انرژی، می‌توانند با در نظر گرفتن سناریو‌های مختلف، تأثیر متقابل تغییرات اقلیمی و ناترازی انرژی را پیش‌بینی کنند، این مدل‌ها شامل مدل‌های پیش‌بینی آب‌وهوایی، مدل‌های تحلیل تقاضای انرژی و مدل‌های ارزیابی تأثیرات زیست‌محیطی هستند.

با این شرایط، دقت این پیش‌بینی‌ها به کیفیت داده‌های ورودی، فرضیات مدل و در نظر گرفتن همه عوامل تأثیرگذار بستگی دارد و بهبود داده‌های پایه و مدل‌سازی دقیق‌تر می‌تواند منجر به پیش‌بینی‌های قابل‌اعتمادتر شود.

آنا: چه پیشرفت‌های علمی در زمینه فناوری‌های ذخیره‌سازی انرژی (باتری‌ها، هیدروژن، …) حاصل شده و چالش‌های علمی در توسعه باتری‌های با ظرفیت بالا، عمرطولانی و ایمنی بالا چیست؟

روشنی: در سال‌های اخیر، پیشرفت‌های قابل‌توجهی در حوزه فناوری‌های ذخیره‌سازی انرژی حاصل شده و باتری‌های لیتیوم-یون با ظرفیت بالاتر، چگالی انرژی بیشتر و طول عمر طولانی‌تر توسعه یافته‌اند.

تحقیقات گسترده‌ای در زمینه باتری‌های حالت‌جامد (Solid-State Batteries) صورت گرفته که این باتری‌ها علاوه بر داشتن چگالی انرژی بالا، ایمنی بیشتری نسبت به باتری‌های لیتیوم-یون دارند، چراکه احتمال آتش‌سوزی در آنها کاهش یافته است.

همچنین باتری‌های مبتنی بر فلز-هوا (Metal-Air Batteries) مانند باتری‌های روی-هوا و آلومینیوم-هوا در حال توسعه هستند که ظرفیت ذخیره‌سازی انرژی بسیار بالایی دارند.

علاوه بر باتری‌ها، فناوری‌های ذخیره‌سازی هیدروژن به‌عنوان یک حامل انرژی پاک مورد توجه قرار گرفته‌اند. روش‌های جدیدی برای تولید هیدروژن سبز از طریق فرآیند الکترولیز آب با استفاده از انرژی‌های تجدیدپذیر توسعه یافته، همچنین پیشرفت‌هایی در زمینه فشرده‌سازی و ذخیره‌سازی ایمن هیدروژن و فناوری‌های پیل سوختی (Fuel Cells) صورت گرفته است.

چالش‌های علمی در توسعه فناوری‌های ذخیره‌سازی انرژی شامل موارد زیر است:

افزایش ظرفیت ذخیره‌سازی: بهبود چگالی انرژی و ظرفیت باتری‌ها و ذخیره‌سازی هیدروژن برای تأمین نیاز‌های انرژی در مقیاس بزرگ.

بهبود عمر مفید: افزایش دوام و طول عمر باتری‌ها برای کاهش نیاز به تعویض و مدیریت پسماند‌های الکترونیکی.

افزایش ایمنی: کاهش خطر آتش‌سوزی، انفجار و نشت مواد خطرناک در باتری‌ها و سامانه‌های ذخیره‌سازی.

کاهش هزینه‌ها: توسعه روش‌های مقرون‌به‌صرفه برای تولید مواد اولیه و کاهش هزینه‌های تولید باتری‌ها و ذخیره‌سازی هیدروژن.

توسعه زیرساخت‌های مرتبط: ایجاد زیرساخت‌های لازم برای تولید، ذخیره‌سازی و حمل‌ونقل ایمن هیدروژن و توسعه زیرساخت‌های شارژ سریع برای باتری‌ها.

این پیشرفت‌ها و غلبه بر چالش‌های موجود می‌تواند نقش مهمی در افزایش پایداری و کاهش ناترازی انرژی ایفا کند و به توسعه سیستم‌های انرژی پاک و قابل اعتماد کمک کند.

آنا: راهکار‌های علمی برای کاهش تلفات انرژی در شبکه‌های انتقال و توزیع برق چیست و فناوری‌های نوین مانند شبکه‌های هوشمند چه نقشی در بهبود پایداری شبکه و کاهش ناترازی انرژی دارند؟

روشنی: برای کاهش تلفات انرژی در شبکه‌های انتقال و توزیع برق، راهکار‌های علمی و عملی مختلفی وجود دارد. در ایران، یکی از چالش‌های اساسی فرسودگی تجهیزات انتقال و توزیع است که منجر به افزایش قابل‌توجه تلفات انرژی در شبکه می‌شود.

براساس برخی گزارش‌ها، میزان تلفات انرژی در شبکه‌های برق ایران بیش از ۱۰ تا ۱۵ درصد بوده، در حالی که میزان استاندارد جهانی برای تلفات شبکه معمولاً بین ۵ تا ۸ درصد است و این موضوع نشان‌دهنده فاصله قابل‌توجه وضعیت فعلی شبکه‌های انتقال برق ایران با استاندارد‌های بین‌المللی است.

آنا: راهکار‌تان برای کاهش تلفات انرژی در شبکه‌های انتقال و توزیع برق چیست؟

روشنی: راهکارهای کاهش تلفات انرژی در شبکه‌های انتقال و توزیع برق به شرح زیر است:

نوسازی و ارتقای تجهیزات: جایگزینی ترانسفورماتور‌های فرسوده با ترانسفورماتور‌های با راندمان بالا و استفاده از کابل‌ها و هادی‌های الکتریکی با مقاومت کمتر می‌تواند تلفات انرژی را کاهش دهد.

افزایش ولتاژ خطوط انتقال: افزایش ولتاژ خطوط انتقال موجب کاهش جریان عبوری از خطوط و در نتیجه کاهش تلفات اهمی (مقاومتی) می‌شود و این روش در شبکه‌های فرسوده مانند ایران بسیار مؤثر خواهد بود.

بهینه‌سازی طراحی شبکه: بازطراحی مسیر خطوط انتقال و توزیع، کاهش طول خطوط و بهینه‌سازی پیکربندی شبکه می‌تواند تلفات انرژی را به حداقل برساند.

کاهش تلفات راکتیو: نصب تجهیزات اصلاح ضریب توان مانند خازن‌ها و فیلتر‌های توان راکتیو می‌تواند تلفات ناشی از توان راکتیو را کاهش دهد.

ادامه دارد...