آیا برق حرارتی به طور کامل جایگزین خواهد شد؟

Ⅰدرس‌هایی از قطعی برق

آیا تا به حال قطع برق را تجربه کرده‌اید؟ ناگهان همه چیز تاریک می‌شود، آسانسورها متوقف می‌شوند، تلفن‌های همراه بدون برق می‌مانند و کولرها خاموش می‌شوند. این حس درماندگی باعث می‌شود فرد متوجه شود که برق «هوا»ی جامعه مدرن است.

در واقع، قطعی‌های برق عمده‌ای در سراسر جهان رخ داده است:

خاموشی سال ۲۰۰۳ در آمریکای شمالی، ده‌ها میلیون کاربر را یک شبه در تاریکی فرو برد.

در جریان موج سرمای شدید سال ۲۰۲۱ در تگزاس، نیروگاه‌های بادی و گاز طبیعی به طور گسترده تعطیل شدند و بدون ذخیره‌سازی انرژی به عنوان پشتیبان، میلیون‌ها نفر از دمای انجماد و قطعی برق رنج بردند.

قطعی برق در برخی مناطق چین: کمبود زغال سنگ و نوسانات انرژی‌های تجدیدپذیر، شبکه برق را تحت فشار قرار داده و محدودیت‌هایی در برق اعمال کرده است.

این مثال‌ها به ما نشان می‌دهند که تکیه صرف بر انرژی حرارتی خطرناک است، و تکیه صرف بر انرژی تجدیدپذیر نیز خطرناک است. سیستم برق به یک «استراتژی ترکیبی» پایدارتر نیاز دارد.

ⅱساختارهای قدرت در کشورهای مختلف

منابع انرژی در سراسر جهان به طور قابل توجهی متفاوت هستند:

چین: برق حاصل از زغال سنگ همچنان منبع اصلی است، اما در سال‌های اخیر، ظرفیت نصب‌شده‌ی انرژی فتوولتائیک و بادی افزایش یافته است و مدل «انرژی تجدیدپذیر + ذخیره‌سازی انرژی» به تدریج در حال تبدیل شدن به یک روند است.

ایالات متحده: رویکردی متعادل بین گاز طبیعی و انرژی‌های تجدیدپذیر، در عین حال پیشرو در جهان در فناوری ذخیره‌سازی انرژی باتری، به طوری که کالیفرنیا و سایر مناطق، بزرگترین نیروگاه‌های ذخیره‌سازی انرژی در مقیاس جهان را ساخته‌اند.

اروپا: آلمان و اسپانیا پیشگامان انرژی بادی و خورشیدی هستند، در حالی که فرانسه برای پایداری شبکه به انرژی هسته‌ای متکی است. اروپا به طور کلی به گذار انرژی متعهد است و توسعه سیستم‌های ذخیره‌سازی در حال شتاب گرفتن است.

ژاپن و کره جنوبی: این کشورها که به شدت به انرژی وارداتی وابسته هستند، باید امنیت عرضه را متعادل کنند و در عین حال به طور فعال ترکیبی از فناوری‌های خورشیدی، هیدروژنی و ذخیره‌سازی را توسعه دهند.

در مجموع، همه مناطق در حال حرکت به سمت مدل «انرژی تجدیدپذیر + ذخیره‌سازی» هستند، هرچند با سرعت‌های متفاوت.

ⅲوضعیت فعلی چگونه است؟

توسعه انرژی‌های نو رو به رشد است، اما با چالش‌هایی نیز روبرو است.

«نوسان‌پذیری» انرژی فتوولتائیک و بادی: انرژی فتوولتائیک فقط در طول روز که خورشید در آسمان است قابل تولید است و در شب متوقف می‌شود؛ انرژی باد به آب و هوا بستگی دارد و در «دوره‌های بدون باد» متوقف می‌شود. این نوسانات بر عملکرد پایدار شبکه برق فشار وارد می‌کند.

ظهور باتری‌های ذخیره انرژی: باتری‌های لیتیوم-یونی و باتری‌های جریانی مانند «پاوربانک‌های» غول‌پیکر عمل می‌کنند، برق اضافی را در دوره‌های مازاد ذخیره می‌کنند و در زمان اوج تقاضا آن را آزاد می‌کنند تا به تعادل شبکه کمک کنند.

محرک‌های سیاستی: چین صراحتاً تصریح کرده است که پروژه‌های جدید فتوولتائیک و انرژی بادی باید با تأسیسات ذخیره‌سازی انرژی همراه باشند. در همین حال، ایالات متحده و اروپا از یارانه‌های مالی و سازوکارهای بازار برای تشویق شرکت‌ها به ساخت زیرساخت‌های ذخیره‌سازی انرژی استفاده می‌کنند.

چالش‌ها همچنان پابرجا هستند: باتری‌های ذخیره انرژی پرهزینه هستند، طول عمر محدودی دارند و بازیافت و استفاده مجدد از آنها در پایان عمرشان همچنان مسئله‌ای حل‌نشده است.

به عبارت دیگر، ذخیره‌سازی انرژی به تدریج در حال گسترش است، اما مدتی طول خواهد کشید تا به طور کامل جایگزین منابع انرژی سنتی شود.

Ⅳچرا باید برق زغال‌سنگی را جایگزین کرد؟

حفاظت از محیط زیست: انرژی حاصل از زغال سنگ عامل اصلی انتشار کربن، آلودگی هوا و اثر گلخانه‌ای است.

امنیت انرژی: نوسانات قیمت زغال سنگ و گاز طبیعی مستقیماً بر قیمت و عرضه برق تأثیر می‌گذارد.

توجیه اقتصادی: انرژی فتوولتائیک و بادی به طور فزاینده‌ای مقرون به صرفه می‌شوند، حتی مقرون به صرفه‌تر از انرژی زغال سنگ.

اهداف خنثی‌سازی کربن: برای کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای، انرژی حاصل از زغال‌سنگ باید به تدریج کاهش یافته و در نهایت حذف شود.

Ⅴآیا می‌تواند به طور کامل جایگزین برق حاصل از زغال سنگ شود؟

پاسخ این است: در نهایت، اما نه به این زودی‌ها.

در طول 10 سال آینده، انرژی حاصل از زغال سنگ همچنان "ستون فقرات" شبکه برق خواهد بود.

۲۰۳۰-۲۰۴۰: با ارزان‌تر شدن ذخیره‌سازی انرژی و قابل اعتمادتر شدن انرژی هیدروژنی، انرژی حاصل از زغال‌سنگ به تدریج به «جایگزین» تبدیل خواهد شد.

حدود سال ۲۰۵۰: انتظار می‌رود انرژی‌های تجدیدپذیر همراه با ذخیره‌سازی انرژی، پیشتاز شوند و انرژی حاصل از زغال‌سنگ تا حد زیادی کنار گذاشته شود.

به عبارت دیگر، سیستم برق آینده احتمالاً به این صورت خواهد بود: انرژی تجدیدپذیر و ذخیره‌سازی انرژی به عنوان منابع اصلی، انرژی حاصل از زغال سنگ در اولویت دوم و انرژی هسته‌ای، برق آبی و انرژی هیدروژنی به عنوان پشتیبانی تکمیلی.

باتری‌های ذخیره انرژی به طور فزاینده‌ای با انرژی خورشیدی و بادی همراه خواهند شد، همانطور که گوشی‌های هوشمند نمی‌توانند بدون باتری کار کنند. با این حال، برای اینکه انرژی‌های تجدیدپذیر به طور کامل جایگزین انرژی زغال‌سنگ شوند، پیشرفت‌های تکنولوژیکی، حمایت سیاستی و ارتقاء شبکه هنوز مورد نیاز است. آینده ممکن است شاهد ناپدید شدن ناگهانی انرژی زغال‌سنگ نباشد، بلکه به تدریج به پس‌زمینه عقب‌نشینی کند تا روزی متوجه شوید که بخش برق از قبل تحت سلطه انرژی پاک قرار گرفته است.