زندگی مدرن بر استفاده بدون وقفه از سوخت‌های فسیلی بنا شده که هریک اشکالات و مضرات خود را دارند. ارزان‌ترین و فراوان‌ترین عضو این خانواده زغال‌سنگ است که در عین حال آلوده‌کننده‌ترین سوخت نیز محسوب می‌شود. عرضه نفت در بازارها به شدت تحت تاثیرات بازی‌های سیاسی است. گاز طبیعی که شاید از برادران خود آلودگی کمتری داشته باشد، در اکثر موارد توسط لوله‌ها منتقل می‌شود؛ باز و بسته شدن شیر این لوله‌ها در نتیجه دعواهای سیاسی، یکی از طرفین را تحت‌فشار قرار می‌دهد، چنانچه همین اواخر در اختلاف بین اروپا و روسیه شاهد آن بوده‌ایم. سونامی ژاپن در سال 2011 و صدمه دیدن تاسیسات هسته‌ای فوکوشیما، باعث شد تا تهدیدی که از طریق سوخت هسته‌ای متوجه مردم است، بار دیگر در مرکز توجه‌ها قرار بگیرد. اگرچه این نوع انرژی می‌تواند به شدت با صرفه باشد، اما خطراتی که ممکن است به دنبال داشته باشد، موجب شده تا برخی دولت‌ها در استفاده از آن تجدید نظر کنند.
انرژی‌های تجدیدپذیر ازجمله انرژی باد و خورشید، با وجود اختصاص یارانه‌های دست و دلبازانه، تاکنون نقشی حاشیه‌ای در تامین انرژی بازی کرده‌اند اما همچنان عدم اطمینان از امکان تولید برق کافی برای مصارف حمل‌ونقل، گرمایشی و سرمایی و بخش صنعتی به‌طور محسوسی وجود دارد. در ضمن اینکه، حتی با تامین انرژی مورد نیاز، این سوال وجود دارد که آیا این انرژی‌ها در آینده موجب گرم‌تر شدن سیاره‌مان نخواهند شد؟
در این سری از مقالات قصد داریم تا جنبه‌های مختلفی از نقش انرژی‌های تجدیدپذیر و سرمایه‌گذاری‌های انجام شده در این بخش را بررسی کنیم. از آنجا که کشور پهناور ما، با توجه به موقعیت جغرافیایی مناسب و به دنبال برنامه‌ریزی‌های صحیح می‌تواند به‌سادگی از این منابع سرشار انرژی بهره‌مند شود، جا دارد تا در یک بررسی کلی با آنچه در مقیاس جهانی در این زمینه در حال انجام است، آشنا شویم.
هرکس برق خود را تولید کند
شاید سال‌ها قبل داستان انرژی‌های تجدیدپذیر که اکنون در کشورهای ثروتمند طرفداران زیادی دارد، در نگاه اول بیشتر تلف کردن وقت و پول به نظر می‌آمد. هرچند که دولت‌ها به‌جای سرمایه‌گذاری‌های اساسی در بخش تحقیقات، صدها میلیون دلار، یورو و پوند را برای پرداخت یارانه به تکنولوژی‌های مربوط به آن هزینه کردند که تاکنون بازده چندانی هم نداشته است، اما در مجموع با تمام این افت و خیزها، انرژی‌های تجدیدپذیر در راهند. ظرفیت جهانی برق صنعتی تولید شده از طریق انرژی‌های تجدیدپذیر، با رشد سالانه 8 درصد، در سال 2013 به 1560 گیگاوات رسید که 1000 گیگاوات از آن، سهم انرژی‌های آبی است که با رشد 4 درصدی روبه‌رو بوده است. سایر انرژی‌های تجدیدپذیر با رشدی بیش از 17 درصد، معادل560 گیگاوات برق تولید کرده‌اند. (برای ملموس‌تر شدن این اعداد برای خوانندگان محترم، یادآوری می‌کنیم که کل ظرفیت تولید برق در ایران در حدود 78 گیگاوات در سال است که عمده آن از طریق نیروگاه‌های حرارتی، آبی و اتمی تولید می‌شود.) هرچند پس از هشت سال رشد مداوم، در سال 2012 میزان سرمایه‌گذاری‌ها در تولید انرژی‌های تجدیدپذیر به شدت کاهش یافت و موجب افزایش عدم اطمینان از نتیجه سرمایه‌گذاری‌ها و یارانه‌ها در آینده شد، اما از سوی دیگر، افزایش راندمان‌ها سبب شد، تا بتوان با پول کمتر، انرژی بیشتری خریداری کرد.
البته تعیین تعرفه برق تولیدشده از این روش، تا حدی غیرواقعی است: قیمت برق تولیدشده توسط مولدهای خورشیدی جدید از 90 تا 300 دلار بر مگاوات‌ساعت تغییر می‌کند، اما خبر خوب آن است که این تعرفه‌ها رو به کاهش هستند. در ژاپن قیمت برق تولیدشده در سیستم‌های فتوولتائیک نصب شده در منازل مسکونی، در سال 2013 تا 21 درصد کاهش یافته است. تحقیقات انجام شده از سوی برنامه محیط زیست ملل متحد، نشان می‌دهد که 39 گیگاوات ظرفیت فتوولتائیک نصب شده در سال 2013، هزینه کمتری از نصب 31 گیگاوات ظرفیت فتوولتائیک در سال 2012 داشته است. اتحادیه اروپا در 6 سال گذشته، به‌رغم کاهش 44 درصدی سرمایه‌گذاری‌ها، همچنان بیشترین سهم (72 درصد) را از ظرفیت‌های تولیدی نسل جدید انرژی در جهان دارد.
واضح‌ترین نشانه از اهمیت نقش انرژی‌های پاک در سلامتی را می‌توان در کشور دودآلود چین یافت. چین در سال 2013 در حرکتی پرشتاب به سوی دستیابی به این نوع از انرژی، 56 میلیارد دلار در این بخش سرمایه‌گذاری کرده است که از کل سرمایه‌گذاری‌های اروپا بیشتر است. این کشور 16 گیگاوات در بخش انرژی‌های بادی و 13 گیگاوات در بخش انرژی‌های خورشیدی سرمایه‌گذاری کرده است. ظرفیت‌های جدیدی که چین در سال 2013 در بخش انرژی‌های تجدیدپذیر نصب کرده، از مجموع ظرفیت‌های جدید این کشور در انرژی‌های فسیلی و انرژی هسته‌ای بیشتر است.
اینکه تمام این اعداد برای نشان دادن ارزش پول‌های سرمایه‌گذاری شده در این حوزه کفایت می‌کنند یا نه، مانع انکار این حقیقت نیست که نقش انرژی‌های تجدیدپذیر در ترکیب انرژی مصرفی در جهان روز به روز پررنگ‌تر می‌شود. توربین‌های بادی در سال 2013، در دانمارک بیش از 30درصد و در اسپانیا 20 درصد از کل برق مورد نیاز را تامین کرده‌اند. این آمارها تا حدودی نگرانی‌های سرمایه‌گذاران را کم می‌کند. هرچند که انرژی‌های تجدیدپذیر، بر خلاف سوخت‌های فسیلی، دائمی نیستند و به ندرت یک روز، هم آفتابی و هم بادی است، اما حداقل طبیعت در پایین آوردن نوسانات تا حد زیادی به کمک انسان‌ها آمده است: معمولا در روزهای آفتابی باد نمی‌وزد و روزهای بادی ابری هستند.
هر دو نوع از انرژی بادی و خورشیدی طرفداران خود را دارند، اما شواهد نشان می‌دهند که انرژی خورشیدی پرطرفدارتر از برادر بادی خود است. تکنولوژی بادی تا حدی بر خلاف قواعد فیزیکی عمل می‌کند: تحولات جدید در پره‌ها، نگه‌دارنده‌ها یا پایه‌هایی که توربین‌های بادی را تشکیل می‌دهند، به اندازه دلخواه بازده را بالا نمی‌برند. علاوه‌بر آن، این توربین‌ها عموما پرصدا نیز هستند. در مقابل، صفحات خورشیدی روز به روز جذاب‌تر می‌شوند. به جای کنار هم قراردادن ردیفی از صفحات مربع شکل سیاه، امروزه به لطف طراحی‌های نوین، این صفحات بیشتر مانند آینه‌هایی هستند که رنگ برگ‌های پاییزی را منعکس می‌کنند.
فانوس‌های خورشیدی
علت اصلی پیشرفت انرژی خورشیدی، بیش از آنکه به زیبایی‌شناسی مربوط باشد، مدیون نوآوری‌های انجام شده در این زمینه است. این انرژی به دو صورت بهره‌برداری می‌شود: گرمایی و فتوولتائیک. قابلیت ذخیره‌سازی گرما، نوع کوچک‌تر استفاده از انرژی خورشیدی است که نزدیک به 10 درصد از ظرفیت‌های تولید را شامل می‌شود. در این روش با استفاده از تکنولوژی‌های پیشرفته، نور خورشید به صورت گرما در موادی چون نمک مذاب ذخیره می‌شود، تا بتوان بعدا از آن برای مصارف صنعتی یا گرم‌کردن خانه‌ها استفاده کرد. هرچند که چند سالی این تکنولوژی با تحول چندانی روبه‌رو نبوده است، اما اخیرا این نوع از انرژی‌های تجدیدپذیر به سرعت در حال پیشرفت هستند.
اما آنچه بیشتر به عنوان بهره‌برداری از انرژی خورشیدی می‌شناسیم به تکنولوژی فتوولتائیک مربوط است که نور خورشید را مستقیما به الکتریسیته تبدیل می‌کند. پس از 10سال رشد متوسط سالانه 50 درصد، در سال 2013 شاهد افت سرمایه‌گذاری‌ها در این بخش بودیم. هرچند که با وجود این کاهش‌ها، در این سال ظرفیت‌های جدید نصب شده در این بخش برای اولین بار بیش از ظرفیت‌های نصب‌شده جدید در نیرو‌های بادی بوده است. از 214 میلیارد دلاری که در سال 2013 در جهان در بخش انرژی‌های تجدیدپذیر سرمایه‌گذاری شده، 53 درصد مختص انرژی خورشیدی بوده است. هرچند که به‌رغم تمام این سرمایه‌گذاری‌ها، این نوع از انرژی، بخش بسیار اندکی از برق مصرفی را در دنیا تامین می‌کند. انتظار می‌رود تا سال 2020، انرژی خورشیدی تنها 2 درصد از کل برق جهان را تامین کند.
در کنار نگرانی‌هایی که به خاطر آلودگی انرژی‌های فسیلی، چه در کشورهای توسعه‌یافته و چه در کشورهای در حال توسعه، موجب روی آوردن به انرژی خورشیدی می‌شود، روند کاهشی قیمت این تکنولوژی به گسترش آن بیش از پیش کمک می‌کند. گزارش اخیر آژانس بین‌المللی انرژی نشان می‌دهد قیمت صفحات خورشیدی در 6 سال گذشته پنج بار کاهش یافته است و قیمت سیستم‌های کامل فتوولتائیک که شامل دیگر قطعات الکترونیکی و سیم‌ها است، به یک‌سوم رسیده است. در مباحث انرژی از کمیتی به نام «هزینه تسطیح شده» استفاده می‌شود که از تقسیم «هزینه‌های کامل نصب یک سیستم انرژی» بر «میزان بازدهی انرژی در تمام طول عمر آن سیستم» به دست می‌آید. هدف از این محاسبات، تخمین بازده سرمایه‌گذاری‌ها است. براساس گزارش اخیر، هزینه تسطیح شده سیستم‌های فتوولتائیک در مقیاس‌های کوچک، آن را به سمتی خواهد برد که تولید آن در خانه، به صرفه‌تر از خرید از پایگاه‌ها خواهد بود. آژانس بین‌المللی انرژی پیش‌بینی می‌کند که تا 20 سال آینده قیمت صفحات خورشیدی باز هم کاهش یابد. در آخرین پیش‌بینی‌های این آژانس، انتظار می‌رود تا سال 2050، حدود 16 درصد از کل برق مصرفی در جهان از این طریق تامین شود.
هر سطحی، یک پایگاه انرژی
نکته‌ای که باید در نظر داشت آن است که اغلب، پیش‌بینی‌ها بر مبنای تکنولوژی‌های موجود به دست می‌آیند، حال آنکه سرعت ورود تکنولوژی‌های جدید بیشتر و بیشتر می‌شود. در تکنولوژی‌های نوینی که در حال ورود به بازارها هستند و به «نسل سوم» معروف شده‌اند، لایه‌های فتوولتائیک طوری در کنار هم قرار داده می‌شوند که می‌توانند بخش بسیار بزرگ‌تری از طیف نور، از جمله امواج نامرئی و مادون قرمز را نیز جذب کنند. این سلول‌های خورشیدی با استفاده از گرافین که لایه‌ای بسیار نازک از کربن است در پرینترهای سه‌بعدی، ساخته می‌شوند. با استفاده از این تکنولوژی، دیگر لازم نیست صفحات خورشیدی حتما روی سقف خانه‌ها کار گذاشته شوند، بلکه می‌توان هر سطحی را که ساخت دست انسان است، با این صفحات پوشاند و آن را به سلول‌های خورشیدی تبدیل کرد. در یک پروژه آزمایشی در کشور هلند، از طریق سلول‌های کار گذاشته شده روی سطح یک جاده، برق تولید می‌شود. برخی متخصصان معتقدند در آینده تولید برق از طریق انرژی خورشیدی آنقدر ارزان‌قیمت خواهد بود، که دیگر با مشکل کمبود مواجه نخواهیم شد.
صورت‌های دیگر از توزیع انرژی در خانه نیز به سرعت در راه هستند. پیل‌های سوختی خانگی در ژاپن که تشنه انرژی است، بسیار پرطرفدارند. این سیستم‌های ترکیبی، هم انرژی گرمایی و هم برق تولید می‌کنند. بر اساس نظر کارشناسان لوله‌های استفاده شده در این دستگاه‌ها در مقایسه با سیم‌ها و دکل‌های برق، ساده‌تر، ارزان‌تر و نسبت به شرایط بد جوی بسیار مقاوم‌تر هستند. خانوارها می‌توانند گاز را در خانه خود به برق تبدیل کنند و این روش می‌تواند برایشان ارزان‌تر و مطمئن‌تر تمام شود.
بخشی از گاز مصرفی در پیل‌های سوختی خانگی را می‌توان از طریق پسماندها تولید کرد. یک کارخانه آبمیوه‌سازی در آمریکا با بهره‌گیری از تاسیسات برقی‌گرمایی و گاز متان تولید شده از زباله‌های کارخانه به‌عنوان سوخت دستگاه، توانسته است تا 20 درصد از برق مصرفی خود را تولید کند. اوکراین که در حال کاهش وابستگی‌ها به گاز طبیعی روسیه است، با کمک‌های بانک مرکزی اروپا در حال راه‌اندازی تاسیسات برقی با گاز بیولوژیکی در نزدیکی یک تصفیه‌خانه شکر در کی‌یف، پایتخت این کشور است که توانی معادل 2/25 مگاوات خواهد داشت. در بریتانیا اولین تاسیسات تولید انرژی از فاضلاب در سال 2014 شروع به‌کار کرده است که موجب صرفه‌جویی سالانه 2 میلیون دلار خواهد شد. در چین، 42 میلیون خانوار با تبدیل فضولات انسانی و حیوانی به گاز متان، تا 10 درصد از گاز مصرفی خود را تامین می‌کنند.
هرچند انرژی‌های تجدیدپذیر همچنان گران هستند، اما گذشته از بحث قیمت، بزرگ‌ترین مشکل، ذخیره‌سازی انرژی است. در مقایسه با کارخانه‌های بزرگ تولیدکننده برق، تولیدکنندگان خانگی محدودیت زیادی در ذخیره کردن برق تولیدشده دارند. اگر نتوانند برق تولیدشده روی سقف خانه‌شان را ذخیره کنند، پس از غروب، زمانی‌که بیشتر از هر موقعی به آن احتیاج دارند، ناچار به خرید برق از کارخانه‌ها خواهند بود. اگر بتوان برق تولید شده در طول روز را به سادگی ذخیره کرد، تحولی عظیم در اقتصاد انرژی رخ خواهد داد: هزینه نصب ظرفیت‌ها ثابت می‌ماند، اما هزینه‌های برق مصرفی، یا همان قیمت کیلووات‌ساعت، به شدت کاهش خواهد یافت.
راحت‌ترین روش برای ذخیره‌سازی، دادن برق به دیگری است. در برخی کشورهای توسعه‌یافته و از جمله 43 ایالت آمریکا، قانونی وجود دارد که بر اساس آن، کارخانه‌های تولیدکننده برق را ملزم می‌سازد تا برق تولیدی خانوارها را به همان قیمت فروش برق خود، از آنها خریداری کنند. به این ترتیب خانوارها عملا برق تولید کرده را به کارخانه می‌فروشند و بعدا دوباره آن را به همان قیمت می‌خرند. این قانون برای تولیدکنندگان کوچک خیلی به صرفه است، اما برای کارخانه‌ها نه‌چندان. از آنجا که میزان برق خریداری شده بسیار محدود است و اجرای چنین طرح‌هایی نمی‌تواند خیلی بلندمدت باشد، انتظار نمی‌رود مشکلی بروز کند.
همزمان دستاوردهای نوین در ذخیره‌سازی انرژی، فرصت‌های جدیدی پدید می‌آورند. خانه‌ها و کارگاه‌ها می‌توانند برق ارزان‌قیمتی را که تولید کرده‌اند، به صورت انرژی گرمایی ذخیره کنند. یک کارخانه آمریکایی دستگاه‌هایی تولید می‌کند که در طول شب با برق ارزان‌تر و دمای هوای پایین‌تر، حجم زیادی یخ تولید می‌کند و در طول روز از این یخ برای خنک کردن هوای داخل خانه استفاده می‌کند، به این ترتیب هم در انرژی و هم در هزینه‌ها صرفه‌جویی می‌شود.
علاوه‌بر ارزان شدن این تکنولوژی‌ها، در برخی از کشورها، دولت‌ها با دست و دلبازی، یارانه‌های قابل توجهی در اختیار خانوارها قرار می‌دهند تا به استفاده از انرژی‌های تجدیدپذیر تشویق شوند. در آلمان، دولت تا 30 درصد از هزینه‌های نصب سیستم خورشیدی به همراه باتری (به‌طور متوسط حدود 4 هزار دلار) را پرداخت می‌کند و برای مابقی هزینه‌ها نیز وام‌های با بهره پایین در اختیار داوطلبان قرار می‌دهد. در ایالت کالیفرنیا قانونی گذاشته شده است که طبق آن تا سال 2020 یک‌سوم از برق این ایالت باید از طریق انرژی‌های تجدیدپذیر تامین شود. در عین حال سه تولیدکننده اصلی برق در این ایالت ملزم هستند تا 1/3 گیگاوات ظرفیت ذخیره‌سازی انرژی در اختیار سایر تولیدکنندگان قرار دهند که احتمالا تا 85 مگاوات آن به تولیدکنندگان کوچک و خانگی که از طریق صفحات خورشیدی برق تولید می‌کنند، اختصاص خواهد یافت.
بر اساس برآوردهای انجام شده توسط بلومبرگ، هزینه نصب کامل یک سیستم خورشیدی به توان 5 کیلووات و یک باتری با ظرفیت ذخیره‌سازی 3 کیلووات، در حدود 18 هزار یورو خواهد بود. این صفحات تا 30 درصد از برق مصرفی خانوار را تامین می‌کنند، با اضافه کردن ظرفیت ذخیره شده در باتری، در مجموع می‌توان تا 80 درصد از برق یک خانواده را تامین کرد. اگر قیمت تجهیزات و همچنین قیمت برق ثابت بماند، بازدهی این سرمایه‌گذاری 2 درصد خواهد بود. اما اگر در شرایط واقعی (افزایش سالانه 2 درصدی قیمت برق و کاهش روز به روز قیمت باتریها) به آن نگاه کنیم، بازدهی آن می‌تواند به مقدار قابل ملاحظه 10 درصد نیز برسد.
شرکت گیگافاکتوری، سازنده باتری خودروهای برقی تسلا، در اقدامی جدید، تصمیم به کاهش ناگهانی قیمت باتریها گرفته است. این شرکت قصد دارد قیمت باتریها را از 250 دلار برای هر کیلووات به 100 دلار تقلیل دهد. مدیرعامل این شرکت اعتقاد دارد، این کاهش قیمت می‌تواند موجب شود تا قیمت خودروهای برقی بیش از هر زمانی، به قیمت خودروهای معمولی نزدیک شود. اما باتری‌های این خودروها دردهای دیگری را نیز دوا می‌کنند. برای مثال زمانی که خودرو در خانه پارک است (تحقیقات می‌گویند 95درصد از مواقع) باتری آن می‌تواند به‌عنوان ذخیره‌کننده برق منزل مورد استفاده قرار بگیرد. باتری‌هایی که با مدل‌های جدید‌تر جایگزین می‌شوند، نقشی اساسی در ذخیره برق خانوار ایفا خواهند کرد.
صنعت ذخیره‌سازی برق به شدت رو به رشد است. بلومبرگ پیش‌بینی می‌کند تا سال 2020 به ظرفیت ذخیره‌سازی انرژی در مقیاس جهانی 11/3 گیگاوات افزوده شود که 80 درصد آن در کشورهای آلمان، آمریکا (به‌خصوص ایالت کالیفرنیا)، ژاپن و کره‌جنوبی خواهد بود. انتظار می‌رود سرمایه‌گذاری‌های سالانه تا سال 2020 به 5میلیارد دلار برسد.
بزرگ‌ترین مزیت ذخیره‌سازی، بهینه کردن صنعت برق است. در بسیاری از نیروگاه‌ها، ظرفیت تولید بلااستفاده‌ای وجود دارد که تنها در ساعات اوج مصرف مورد بهره‌برداری قرار می‌گیرد. در ایالت نیویورک 20 درصد از ظرفیت تولیدی تنها 250 ساعت در سال کار می‌کند. می‌توان تصور کرد با ذخیره‌سازی هر مگاوات تولید شده، تا چه اندازه می‌توان در هزینه‌ها صرفه‌جویی کرد.
در کشورهای توسعه‌یافته، تکنولوژی‌های جدید در تولید و ذخیره‌سازی، در حال کنار زدن روش‌هایی هستند که شاید از زمان ادیسون کم و بیش بدون تغییر مانده‌اند. بهره‌گیری از انرژی‌های نوین در کشورهای در حال توسعه نیز این امکان را فراهم می‌آورد تا شاید ساکنان برخی کشورها برای اولین‌بار به برق دسترسی یابند.
دنیای اقتصاد