دردسرهای دنیا برای به چالش کشیدن سوخت فسیلی
گروه انرژی| فرداد احمدی|
وقتی با یک محصول سر و کار داریم انتظارمان این است که برای اندازه‌گیری یا خرید و فروش آن نیز از یک واحد اندازه‌گیری یا پولی استفاده کنیم. برق نیز نوعی محصول تولیدی است که برای اندازه‌گیری ویژگی‌های آن نیاز به واحدهای اندازه‌گیری واحدی داریم. اما مساله همینجا آغاز می‌شود که برای محاسبه میزان انرژی مصرف شده جهت تولید برق، به دلیل سر و کار داشتن با منابع مختلف تأمینی، واحدهای اندازه‌گیری بطور طبیعی قابل جمع‌بندی با هم نیستند. زمانی که بشر توانست از منابع تجدیدپذیری استفاده کند که بدون احتراق برق تولید می‌کردند این ماجرا تبدیل به یک چالش شد. زیرا روش‌های محاسبه مصرف انرژی و بازده نیروگاه‌های حرارتی که به راحتی با اندازه‌گیری مقدار مصرف سوخت برای تولید هر واحد برق قابل محاسبه بود، قابل به کار بستن برای منابع جدید تجدیدپذیری مانند انرژی خورشیدی، بادی، آبی یا زمین‌گرمایی نبود و با ورود این منابع انرژی به چرخه تولید برق کشورها، امر محاسبه میزان انرژی مصرفی برای تولید کل برق یک کشور یا حتی مقایسه انرژی مصرفی منابع تجدیدپذیر غیر احتراقی با منابع احتراقی سخت شد. اداره اطلاعات انرژی امریکا اخیرأ دو روش برای مقایسه میزان تولید برق تجدیدپذیر با منابع دیگر ارایه داده است و بدین‌ترتیب انسان قادر به استفاده از واحد سنجشی مشترک برای محاسبه انرژی مصرفی هر دو نوع منابع احتراقی و غیر احتراقی تولید برق شده است.
می‌توان تولید برق سراسر دنیا را از حیث نحوه تأمین به دو دسته تقسیم کرد. از طرفی بخشی از برق توسط نیروگاه‌های حرارتی و با احتراق سوخت تولید می‌شود و در میان انرژی‌های تجدیدپذیر نیز می‌تواند به تولید برق از زیست توده به عنوان یک منبع تأمین برق احتراقی اشاره کرد. از طرف دیگر، برخی منابع تجدیدپذیر تأمین برق هستند که به شکل غیر احتراقی کار می‌کنند. انرژی‌های خورشیدی، بادی، آبی و زمین‌گرمایی را می‌توان در این بخش دسته‌بندی کرد. در حال حاضر سهم تولید برق از منابع انرژی تجدیدپذیر غیر احتراقی از کل منابع تولید برق رو به افزایش است و این امر ضمن فواید بسیار، چالش‌هایی را هم به همراه خود دارد. از جمله این چالش‌ها می‌توان به دشواری محاسبه انرژی مصرفی این منابع و مقایسه آن با منابع احتراقی تأمین برق اشاره کرد. از این رو، اداره اطلاعات انرژی امریکا (EIA) برای مقایسه میزان مصرف انرژی در تولید برق از منابع تجدیدپذیر غیر احتراقی با سایر منابع، دو رویکرد را پیشنهاد کرده و اعلام کرده است که هر کدام از این رویکردها ممکن است به نیازهای تحلیلی یا آماری متفاوتی پاسخ دهند. این رویکردها عبارت‌اند از: رویکرد «معادل‌سازی مصرف برق تجدیدپذیرهای غیر احتراقی به سوخت فسیلی» و رویکرد «انرژی حبس شده».
در سال 2018، رویکرد نخست؛ یعنی رویکردی که به دنبال اندازه‌گیری مصرف انرژی برای تولید برق با معادل‌سازی مصرف برق تجدیدپذیرهای غیر احتراقی به سوخت فسیلی است نشان داد مصرف انرژی اولیه (منبع نخست در زنجیره تأمین انرژی) برای تولید برق از منابع تجدیدپذیر غیر احتراقی معادل 5989 هزار میلیارد Btu (واحد حرارتی بریتانیا) یا معادل 15 درصد از کل مصرف انرژی برای تولید خالص برق در این سال بود. این مقدار شامل 2121 هزار میلیارد Btu انرژی تبدیل شده به برق بر اساس حرارت ثابت برق بوده و 3771 هزار میلیارد Btu برای اثرگذاری بر درجه حرارت متوسط وزنی در نیروگاه‌های مصرف‌کننده سوخت فسیلی است.
اداره اطلاعات انرژی امریکا نهاد تخمین‌زننده کل انرژی اولیه تولید شده و مصرف شده در ایالات متحده امریکا است. برای مقایسه سهم منابع مختلف از تولید برق، باید کل انرژی را با یک واحد مشترک تخمین زد. EIA واحد انرژی Btu را برای اندازه‌گیری انرژی منابع مختلف استفاده می‌کند که از کسر حجم حرارت سوخت‌ها بر واحدهای فیزیک حاصل می‌شود.
حجم حرارت سوخت‌های فسیلی و منابع تجدیدپذیر حرارتی معادل مقدار حرارت تولید شده از سوزاندن زغال‌سنگ، نفت، گاز طبیعی یا انرژی زیست‌توده است و برای انرژی هسته‌ای، انرژی اولیه بر اساس حرارت تولید شده از شکافت هسته‌ای درون راکتور اندازه‌گیری می‌شود. اما منابع انرژی تجدیدپذیر غیر احتراقی وضعیت خاصی دارند، زیرا آنها بدون سوزاندن هیچ سوختی انرژی تولید می‌کنند.
منابع انرژی تجدیدپذیر غیر احتراقی با تبدیل کردن انرژی‌هایی مثل انرژی جنبشی در آب جاری یا تابش نور خورشید به الکتریسیته برق تولید می‌کنند. از آنجا که انرژی می‌تواند از آب، باد، نور خورشید و گرمای زمین به صورت غیر احتراقی تولید شود، تلفات انرژی برای تولید برق به این روش ناچیز است. تلفات انرژی برای تولید برق از منابع تجدیدپذیر غیر احتراقی در درجه نخست به بازده مولد برق بستگی دارد که چقدر توانایی جمع کردن انرژی و تبدیل آن به برق را دارد. بر خلاف سوخت‌های احتراقی که بر اساس ارزش حقیقی حرارت تولیدی و مقدار فیزیکی آنها خرید و فروش می‌شوند، منابع تجدیدپذیر غیر احتراقی دارای ارزش مستقیم اقتصادی نیستند. در نتیجه اداره اطلاعات انرژی امریکا مصرف انرژی اولیه این منابع تولید برق را با تبدیل واحد کیلووات‌ساعت‌های تولید شده توسط منابع تجدیدپذیر غیراحتراقی به حرارت محاسبه می‌کند.EIA به‌طور سنتی از رویکرد معادل‌سازی مصرف برق تجدیدپذیرهای غیر احتراقی به سوخت فسیلی برای گزارش سهم منابع انرژی تجدیدپذیر غیراحتراقی نسبت به کل انرژی اولیه استفاده کرده است. این انتخاب تا حدودی به دلیل آن است که در رویکرد مذکور سهم‌های منتج از انرژی اولیه به سهم از انرژی تولید شده نزدیک‌تر هستند.
رویکرد معادل‌سازی مصرف برق تجدیدپذیرهای غیر احتراقی به سوخت فسیلی، از «متوسط وزنی سالانه رتبه حرارتی متعلق به نیروگاه‌های فسیلی» برای برق تولید شده از منابع انرژی تجدیدپذیر غیراحتراقی استفاده می‌کند. این محاسبه همچنین نشان می‌دهد که اگر به جای برق تولید شده توسط منابع انرژی تجدیدپذیر مخلوطی از سوخت‌های فسیلی مورد استفاده قرار می‌گرفت، چقدر انرژی مصرف می‌شد. بدون سازگار کردن واحد محاسبه انرژی اولیه برای معادل‌سازی مصرف برق تجدیدپذیرهای غیر احتراقی به سوخت فسیلی، سهم منابع تجدیدپذیر از کل مصرف انرژی در تولید برق تجدیدپذیر بزرگ‌مقیاس در سال 2018 به جای سهم 15 درصدی تحت رویکرد معادل‌سازی مصرف برق تجدیدپذیرهای غیر احتراقی به سوخت فسیلی، معادل 6 درصد خواهد بود. بر اساس واحدهای فیزیکی، شبکه تولید از منابع انرژی‌های تجدیدپذیر غیراحتراقی معادل 650008 هزار مگاوات‌ساعت یا 16 درصد از کل تولید شبکه‌های برق تجدیدپذیر بزرگ‌مقیاس در همان سال بود.
EIA ضریب معادل‌سازی مصرف برق تجدیدپذیرهای غیر احتراقی به سوخت فسیلی را با استفاده از میزان گرمای گزارش شده از مولدهای برق محاسبه می‌کند. درجه حرارت نیروگاه‌ها، میزان مصرف کل حرارت مورد نیاز برای تولید یک واحد برق را اندازه‌گیری می‌کند که معمولأ با Btu بر کیلووات‌ساعت (Btu/KWh) نشان داده می‌شود. اگر چه بر طبق قوانین فیزیک در زمان مصرف سوخت مقداری انرژی هدر می‌رود، اما رتبه حرارتی پایین‌تر نشان‌دهنده تولید با بازده بهتر است، زیرا مشخص می‌کند که برای تولید یک کیلووات‌ساعت برق سوخت کمتری مصرف شده است. EIA ضریب هم‌ارزی سوخت‌های فسیلی را به عنوان یک میانگین وزنی سالانه درجه حرارت برای همه مولدهای برق محاسبه می‌کند تا اختلافات جغرافیایی و عملیاتی را محاسبه کند.
از آنجا که به تازگی نیروگاه‌های با بازده بالاتری به مجموعه اضافه شده است، میانگین وزنی درجه حرارت سوخت‌های فسیلی از سال 2001 کاهش داشته است. نسل نیروگاه‌های سیکل ترکیبی با مصرف گاز طبیعی بازده بالاتری از نسل نیروگاه‌های سنتی بخاری دارد و واحدهای سیکل ترکیبی همچنان در حال بهبود بازدهی خود هستند. همانطور که در نمودار نشان داده شده است، این افزایش راندمان واحدهای سیکل ترکیبی، میانگین درجه حرارت تولید برق با سوخت‌های فسیلی را از 10 هزار و 333 Btu در هر کیلووات‌ساعت در سال 2001 به 9 هزار 213 Btu در هر کیلووات‌ساعت در سال 2017، یعنی حدود 11 درصد کاهش داده است.
اداره اطلاعات انرژی امریکا یک تخمین جایگزین نیز از انرژی اولیه برای تولید برق با منابع تجدیدپذیر غیراحتراقی منتشر می‌کند که از رویکرد انرژی حبس شده استفاده می‌کند. انرژی حبس شده همان انرژی خالصی است که پس از تبدیل منابع انرژی تجدیدپذیر غیراحتراقی به برق برای مصرف در دسترس باقی می‌ماند و شامل تلفات تبدیل نیز نمی‌شود. رویکرد انرژی حبس شده، مقدار حرارت ثابت برق (Btu/KWh 3412) را تحت پوشش قرار نمی‌دهد. EIA غالبأ این رویکرد را برای مقایسه مصرف برق با سایر سوخت‌های مصرفی محصولات نهایی مانند سیستم‌های گرمایشی و سایر وسایل مورد استفاده توسط مردم به کار می‌برد.اطلاعات بیشتر در مورد فاکتورهای تبدیل حرارتی برای تولید برق در ماهنامه «بررسی انرژی» EIA در دسترس است.
