اقتصاد دانش بنیان

انرژی پاک برای جهان کافی است؟

چالش‌های انرژی تجدید‌پذیر و پاک

راه‌حل‌‌هایی که در ارتباط با انرژی‌های تجدید‌پذیر ارائه می‌شوند، اغلب به دلیل عدم ثبات باد، آب و نور خورشید و نواسانات دائمی تقاضا برای انرژی به چالش کشیده می‌شوند. پژوهش جدید دکتر مارک جیکوبسون، استاد مهندسی عمران و محیط ‌زیست دانشگاه استنفورد و همکارانش در دانشگاه کالیفرنیا برکلی و دانشگاه آلبرگ در دانمارک، راه‌حل‌هایی برای تهیه انرژی پاک و تجدید‌پذیر که بتوانند حداقل انرژی 139 کشور را فراهم کنند، یافته‌اند.
در مقاله‌ای که به تازگی در مجله «انرژی تجدید‌پذیر» منتشر شده، این محققان سه روش مختلف را برای تامین پایدار نیرو در میان تمام بخش‌های انرژی از جمله حمل و نقل، گرمایش و سرمایش، صنعت، کشاورزی، جنگلداری و ماهیگیری، در 20 منطقه جهان که 139 کشور را شامل می‌شود، پیشنهاد کرده‌اند، پس از آن که تمام بخش‌ها به صورت صد درصد به انرژی خالص و تجدید‌پذیر مهاجرت کنند. پیش از این، دکتر جیکوبسون و همکارانش نقشه‌های خود را برای 139 کشور برای استفاده کامل از انرژی پاک و تجدید‌پذیر تا سال 2050 با پیش‌بینی تحقق حدود 80 درصد از این گذار تا سال 2030 ارائه داده‌ بودند. این مطالعه، راه‌هایی را برای سازگاری شبکه انتقال نیرو با این نقشه‌‌های راه می‌سنجد.
دکتر جیکوبسون توضیح می‌دهد: «بر اساس این نتایج، می‌توانم با اطمینان بیان کنم که هیچ مانع فنی یا اقتصادی برای انتقال تمام جهان به صورت صد درصدی به انرژی پاک و تجدید‌پذیر با یک شبکه برق پایدار و کم‌هزینه وجود ندارد. این راه‌حل می‌تواند مسیر راهی طولانی برای از بین بردن پدیده گرم شدن کره زمین و چهار تا هفت میلیون مرگ و میر ناشی از آلودگی هوا باشد که هر سال در سراسر جهان اتفاق می‌افتد، در حالی که امنیت انرژی هم حفظ خواهد شد.»
این مقاله بر پایه یک مطالعه قبلی که در سال 2015 توسط تیم دکتر جیکوبسون انجام شده و در آن ثبات شبکه انتقال نیرو را در 48 ایالت امریکا می‌سنجد، نوشته شده است. این پژوهش شامل یک سناریو برای دستیابی به اهداف مورد نظر است. بعضی از این مقاله به خاطر تاکید بیش از حد بر اضافه کردن توربین‌ها به سد‌های آبی موجود انتقاد کرده‌اند. مقاله قبلی هم مورد انتقاد قرار گرفت زیرا به میزان زیادی بر ذخیره انرژی در آب، یخ و سنگ‌های زیرزمینی پرداخته‌ است. در مقاله جدید سعی شده تا این انتقادات را با پیشنهادهایی برای تثبیت انرژی تولید شده با کمک منابع صد درصد پاک و تجدیدپذیر، از جمله روش‌هایی بدون نیاز به نصب توربین‌های اضافی آبی و بدون ذخیره‌سازی در آب، یخ و سنگ، بهبود بخشد.
دکتر جیکوبسون شرح می‌دهد: «راه‌حل‌های متعددی برای این مشکل وجود دارد و این از اهمیت زیادی برخوردار است، زیرا بزرگ‌ترین مانع در پیاده‌سازی انرژی‌های تجدید‌پذیر در مقیاس وسیع، غلبه بر این باور خواهد بود که با کمک وزش‌های تصادفی باد و تنها با تکیه بر انرژی خورشید، امکان مهاجرت به سیستم‌های تامین انرژی صد درصد پاک وجود دارد.»

عرضه و تقاضا
قلب این مطالعه را نیاز به وجود تطابق بین تامین انرژی بادی، آبی و خورشیدی و ذخیره‌سازی با آنچه که محققان پیش‌بینی می‌کنند تقاضای انرژی در سال 2050 باشد، تشکیل می‌دهد. برای این کار، 139 کشور بر اساس موقعیت جغرافیایی و برخی نگرانی‌های ژئوپولیتیکی به 20 منطقه گروه‌بندی شدند، همان‌هایی که برای تامین انرژیشان در مطالعه، مسیر راه پیشنهاد شده است. محققان بر دو برنامه مدل‌سازی متمرکز بودند. اولین برنامه، شرایط آب و هوایی جهانی را از 2050 تا 2054 پیش‌بینی می‌کند. به این ترتیب، آن‌ها مقدار انرژی که می‌تواند از منابع انرژی مرتبط با شرایط اقلیمی مانند توربین‌های بادی در ساحل و دریا، انرژی فتوولتائیک خورشیدی در پشت‌بام‌ها و نیروگاه‌های حرارتی خورشیدی در طول این زمان به دست آید، مورد بررسی قرار دادند. این نوع منابع انرژی متغیر هستند و لزوما هنگامی که تقاضا در بالاترین سطح باشد، به تامین انرژی منجر نمی‌شوند.
سپس گروه داده‌های مدل اول را با مدل دوم (که انرژی تولید شده توسط منابع با ثبات بیشتری از قبیل نیروگاه‌‌های زمین‌گرمایی، تجهیزات جزر و مد و موج و نیروگاه‌های برق‌آبی و گرمایی مانند مخازن زمین‌گرمایی را شامل می‌شود) ترکیب کردند. مدل دوم نیز شامل روش‌های ذخیره انرژی در هنگام وجود مازاد، مانند ذخیره در منابع برق، گرمایی، سرمایی و هیدروژنی بود. علاوه بر این، مدل شامل پیش‌بینی‌‌های تقاضای انرژی در طول زمان هم می‌شود.
با استفاده از دو مدل، گروه توانست پیش‌بینی کند چه مقدار انرژی بیشتر را می‌توان از طریق منابع متغیر انرژی تولید کرد و این‌که چگونه منابع دیگر می‌توانند نوسانات انرژی را برای تطابق با خواسته‌ها تراز کنند.

جلوگیری از اختلال در تامین انرژی
سناریوها بر اساس داده‌های مدل‌سازی، در تمام 20 منطقه جهان، برای پنج سال و تحت سه سناریوی ذخیره‌سازی متفاوت، برای اجتناب از اختلال در تامین انرژی مورد بررسی قرار گرفت. یک سناریو شامل پمپ‌های گرمایشی برای جایگزینی با بخاری و کولرهای مبتنی بر احتراق می‌شود. در سناریو دو توربین‌های آبی اضافی به سدهای آبی موجود اضافه نمی‌شود؛ و دیگری ذخیره‌سازی بر پایه باتری ندارد. این واقعیت که هیچ قطعی برق در این سه حالت مختلف پیش نمی‌آید نشان می‌دهد که بسیاری از راه حل‌های احتمالی برای ثبات شبکه و بر اساس استفاده صد درصدی انرژی باد، آب و خورشید امکان‌پذیر هستند، نتیجه‌ای که با ادعاهای قبلی مبنی بر این‌که شبکه انتقال قدرت با چنین نفوذ عظیمی از انرژی‌های تجدید‌پذیر ثبات نخواهد داشت، متضاد است. در مجموع، محققان دریافتند که هزینه هر واحد انرژی در هر سناریو حدود یک چهارم چیزی خواهد بود که جهان در مسیر فعلی تامین انرژی خود خواهد پرداخت. این امر عمدتا به دلیل حذف هزینه‌های بهداشتی و اقلیمی سوخت‌های فسیلی است. همچنین با کاهش بخار آب، توربین‌های بادی در نظر گرفته شده در نقشه‌های مسیر راه حدود 3 درصد از گرم شدن کره زمین می‌کاهند.
دکتر مارک دلوچی، از پژوهشگران دانشگاه کالیفرنیا برکلی، می‌گوید: «یکی از بزرگ‌ترین چالش‌های همراه با سیستم‌های انرژی پاک کاملا مبتنی بر انرژی بادی، آبی و خورشیدی تعادل بین عرضه و تقاضا، قابل اعتماد بودن تقریبا بی‌نقص و هزینه‌های معقول است. مطالعه ما نشان می‌دهد که می‌توان تقریبا در تمام کشورهای جهان با کاربرد تکنولوژی‌های پیشنهادی به این ویژگی‌ها دست یافت.»

همکاری‌ها
دکتر جیکوبسون می‌گوید: «در حالت ایده‌آل باید همکاری در تصمیم‌گیری جهت جایی که قرار است نیروگاه بادی نصب شود، مکان پنل‌های خورشیدی و موقعیتی برای استقرار باتری‌های ذخیره‌سازی وجود داشته باشد. کارایی کل سیستم به برنامه‌ریزی‌های گسترده قبل از آغاز کارها وابسته است. با توجه به پیچیدگی‌های موجود از دیدگاه وضعیت جغرافیایی در نقاط مختلف دنیا، تیم مطالعاتی مشغول تهیه طرح‌هایی کوچک‌تر و اختصاصی‌تر برای شهرهایی منتخب هستند تا امکان استفاده صد درصدی از انرژی پاک و تجدید‌پذیر در آن‌ها مهیا شود.

منبع: مجله دانش بنیان