امنیت انرژی در سایه کدام فناوری‌ها تامین می‌شود/ مسئولان بخوانند

فناوری‌های هوش مصنوعی، انرژی خورشیدی و بادی، ساختمان‌های هوشمند، بلاکچین، منابع اقیانوسی و حتی راکتورهای مدولار کوچک می‌توانند به‌عنوان ابزارهای کلیدی ارتقای تاب‌آوری ملی ایفای نقش کنند.

کد خبر: ۳۴۰۹۶۳

۲۹ شهريور ۱۴۰۴ / ۰۹:۲۷

به گزارش روزپلاس، بحران ناترازی انرژی امروز نه صرفاً یک چالش فنی بلکه معضلی ساختاری و چندبعدی است که ابعاد اقتصادی، اجتماعی و زیست‌محیطی مختلفی را دربر می‌گیرد. در همین راستا، رشد تقاضای جهانی برای انرژی، فشارهای ناشی از تغییرات اقلیمی، وابستگی به سوخت‌های فسیلی و محدودیت منابع تجدیدپذیر در بسیاری از کشورها، موجب شده است که توجه به فناوری‌های نوین برای بهینه‌سازی مصرف و افزایش بهره‌وری در صدر سیاست‌گذاری‌های ملی و بین‌المللی قرار گیرد.

این در حالی است که در جمهوری اسلامی ایران نیز بحران مزمن ناترازی انرژی به‌ویژه در فصل‌های اوج مصرف، فرسودگی نیروگاه‌ها، تلفات بالای شبکه‌های انتقال و توزیع و وابستگی سنگین به سوخت‌های فسیلی، ابعاد تازه‌ای از این چالش را طی سال‌های اخیر آشکار کرده است.

در چنین شرایطی، فناوری‌های نوینی همچون هوش مصنوعی، انرژی خورشیدی و بادی، ساختمان‌های هوشمند، بلاکچین، منابع اقیانوسی و حتی راکتورهای هسته‌ای مدولار کوچک می‌توانند به‌عنوان ابزارهای کلیدی برای مدیریت تقاضا، کاهش اتلاف، تنوع‌بخشی به سبد انرژی و در نهایت ارتقای تاب‌آوری ملی ایفای نقش کنند.

گزارش حاضر مروری جامع و تحلیلی بر مهم‌ترین فناوری‌های نوین در این عرصه و ظرفیت آن‌ها برای کمک به حل بحران انرژی ایران به شمار می‌رود.

هوش مصنوعی؛ عاملی برای شتاب بهینه‌سازی مصرف و تولید انرژی

هوش مصنوعی به‌عنوان یکی از مهم‌ترین فناوری‌های تحول‌آفرین قرن حاضر، علاوه بر کاربردهای متنوع در همه ابعاد زیست روزمره شهروندان، نقشی بی‌بدیل در مدیریت پیچیدگی‌های فرایند توزیع انرژی نیز ایفا می‌کند. بر اساس گزارش آژانس بین‌المللی انرژی، استفاده از الگوریتم‌های هوش مصنوعی می‌تواند تا سال ۲۰۳۵ سالانه تا ۱۱۰ میلیارد دلار صرفه‌جویی در صنعت برق جهان ایجاد کند.

این فناوری با قابلیت‌هایی چون پردازش کلان‌داده‌ها، پیش‌بینی هوشمند تقاضا، مدیریت بار در ساعات اوج و ادغام بهینه منابع تجدیدپذیر، به افزایش تاب‌آوری شبکه و کاهش فشار بر زیرساخت‌های تولید و انتقال برق کمک می‌کند. در ایران نیز که بحران ناترازی انرژی در تابستان با اوج مصرف برق و در زمستان با کمبود گاز نمود پیدا می‌کند، هوش مصنوعی می‌تواند ابزار کلیدی برای مدیریت تقاضا، کاهش اتلاف و افزایش بهره‌وری نیروگاه‌ها باشد. برای نمونه، پیش‌بینی دقیق بار شبکه، تنظیم هوشمند توزیع منابع و بهینه‌سازی مصرف صنایع بزرگ با استفاده از این فناوری نوظهور می‌تواند از خاموشی‌ها و فشار بیش از حد بر شبکه توزیع جلوگیری کند. افزون بر این، هوش مصنوعی با توانایی کوتاه‌کردن چرخه نوآوری، می‌تواند توسعه مواد جدید و بهبود طراحی تجهیزات را تسریع نماید. چنین قابلیتی در ایران نیز می‌تواند به توسعه سلول‌های خورشیدی بومی، بهینه‌سازی فرآیند پالایشگاه‌ها و ارتقای بازده نیروگاه‌های فسیلی کمک کند.

با این وجود، ضعف دسترسی به داده‌های باکیفیت، کمبود مهارت‌های تخصصی و نارسایی زیرساخت‌های دیجیتال در کشور، موانع اصلی تحقق این ظرفیت‌ها به شمار می‌روند و مسائلی هستند که به توجه بیشتر سیاست‌گذاران نیاز دارند. به زعم بسیاری از کارشناسان، رفع این چالش‌ها نیازمند سرمایه‌گذاری در زیرساخت‌های داده و برنامه‌های ملی ارتقای مهارت است.

انرژی خورشیدی؛ فرصتی استراتژیک برای ایران

بر اساس برآوردهای صورت گرفته، جمهوری اسلامی ایران با میانگین بیش از ۳۰۰ روز آفتابی در سال، ظرفیتی استراتژیک برای توسعه انرژی خورشیدی دارد. این مزیت جغرافیایی می‌تواند در صورت برنامه‌ریزی صحیح به یکی از مهم‌ترین ابزارهای کشور برای مقابله با بحران ناترازی انرژی بدل شود. با این حال، باید به این نکته توجه داشت ماهیت نامتناوب تولید انرژی خورشیدی، بدون زیرساخت‌های ذخیره‌سازی و پیش‌بینی دقیق، می‌تواند به بی‌ثباتی شبکه بینجامد و حتی در مقاطع اوج مصرف، فشار بیشتری بر شبکه برق تحمیل کند.

راهکارهای فناورانه برای غلبه بر این چالش متنوع و مکمل یکدیگر هستند. استفاده از سامانه‌های ذخیره‌سازی انرژی همچون باتری‌های لیتیوم-یون با ظرفیت بالا یا سامانه‌های هیدروپمپی، می‌تواند مازاد تولید را در ساعات اوج تابش ذخیره و در زمان کاهش تولید به شبکه بازگرداند. همچنین، به‌کارگیری اینورترهای هوشمند نسل جدید امکان کنترل بلادرنگ توان اکتیو (P) و راکتیو (Q) را فراهم می‌کند و به پایداری ولتاژ و فرکانس شبکه یاری می‌رساند. در کنار این اقدامات، بهره‌گیری از الگوریتم‌های پیش‌بینی مبتنی بر هوش مصنوعی که داده‌های هواشناسی و الگوهای مصرف را تحلیل می‌کنند، امکان مدیریت پیش‌دستانه و کارآمدتر تولید و مصرف انرژی خورشیدی را مهیا می‌سازد.

کاربست این فناوری در ایران می‌تواند ظرفیت شبکه را برای ادغام مقیاس وسیعی از انرژی خورشیدی آماده کرده و ضمن کاهش وابستگی به نیروگاه‌های حرارتی پرمصرف، بخشی از بحران ناترازی برق در تابستان را مدیریت کند. در کنار توسعه این فناوری‌ها، چارچوب‌های مقرراتی و مشوق‌های مالی برای تضمین ادغام ایمن انرژی خورشیدی در شبکه ملی برق امری حیاتی و حائز اهمیت است. توسعه ترکیبی نیروگاه‌های متمرکز در مناطق کویری و سامانه‌های پراکنده، مانند پنل‌های پشت‌بامی و سامانه‌های خودتأمین صنعتی، می‌تواند نقشی کلیدی در کاهش ناترازی و افزایش امنیت انرژی ایفا کند.

ساختمان‌های هوشمند و بهره‌وری انرژی

بهره‌وری انرژی به معنای استفاده از انرژی کمتر برای انجام همان وظایفی است که در روش‌های پرمصرف انرژی انجام می‌شوند. این مفهوم شامل استفاده از فناوری‌ها، طراحی‌ها و تغییرات رفتاری برای کاهش مصرف انرژی بدون کاهش عملکرد، آسایش یا بهره‌وری است. به‌طور مشخص، در ساختمان‌ها بهره‌وری انرژی به معنای کاهش نیاز به گرمایش، سرمایش، روشنایی و تجهیزات الکتریکی از طریق بهینه‌سازی طراحی و استفاده از فناوری‌های نوین است. از همین روی، ارتقای بهره‌وری انرژی در این بخش، یکی از سریع‌ترین و اثربخش‌ترین مسیرهای کاهش بحران است.

این اهمیت در ایران با توجه به بحران ناترازی انرژی دوچندان می‌شود؛ چراکه مصرف بالای بخش خانگی و اداری، بار قابل‌توجهی بر شبکه برق و گاز وارد می‌کند و در زمان اوج مصرف به خاموشی‌ها و قطع گاز منجر می‌شود. در چنین شرایطی، عایق‌کاری پیشرفته و استفاده از پنجره‌های چندجداره می‌توانند مصرف انرژی گرمایشی و سرمایشی را به طور قابل توجهی، در حدود ۳۰ تا ۵۰ درصد، کاهش دهند و از فشار بر شبکه‌های برق و گاز بکاهند. در کنار آن، سیستم‌های روشنایی «LED» وقتی با حسگرهای حرکتی و تنظیم‌کننده شدت نور ترکیب شوند، امکان صرفه‌جویی چشمگیری در مصرف برق فراهم می‌آورند.

همچنین سیستم‌های مدیریت هوشمند انرژی (BEMS) که بر پایه یادگیری ماشین کار می‌کنند، می‌توانند با تحلیل الگوهای مصرف و مدیریت هوشمند گرمایش، سرمایش و روشنایی، هزینه‌ها و میزان مصرف را بهینه کنند. از سوی دیگر، تجهیزات خانگی و اداری کم‌مصرف که با استانداردسازی و رتبه‌بندی انرژی تولید می‌شوند نیز همان عملکرد تجهیزات پرمصرف را با انرژی کمتر ارائه داده و نقش مهمی در کاهش بار شبکه ایفا می‌کنند.

افزون بر مزایای مستقیم، ارتقای بهره‌وری در ساختمان‌ها می‌تواند به کاهش کسری بودجه دولت در بخش یارانه‌های انرژی و نیز کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای کمک کند. با این حال، هزینه‌های اولیه بالا، ضعف آگاهی عمومی و فقدان استانداردها و مشوق‌های حمایتی، از مهم‌ترین موانع توسعه در ایران محسوب می‌شوند. تجربه کشورهایی مانند آلمان و ژاپن نشان داده که سیاست‌های الزام‌آور و یارانه‌ای می‌تواند سرعت پذیرش را افزایش دهد و در صورت بومی‌سازی این سیاست‌ها در ایران، امکان مدیریت پایدار بحران ناترازی انرژی فراهم خواهد شد.

بلاکچین و شفافیت در مدیریت انرژی

فناوری بلاکچین، فراتر از حوزه رمزارزها، به‌عنوان ابزاری کلیدی برای تحقق شفافیت، اعتماد و مدیریت غیرمتمرکز انرژی نیز مطرح است و کاربردهای عملی گسترده و چندلایه در این زمینه دارد. در ادامه به مرور کوتاه برخی از این کاربردها می‌پردازیم.

مبادله انرژی همتابه‌همتا (P2P) می‌تواند به خانوارها و صنایع کوچک این امکان را بدهد که مازاد انرژی خورشیدی یا بادی خود را به همسایگان و مصرف‌کنندگان دیگر بفروشند. همچنین رهگیری منشأ انرژی‌های تجدیدپذیر و صدور گواهی‌های دیجیتال، سطح اعتماد مصرف‌کنندگان به واقعی بودن ماهیت و منشأ انرژی سبز را افزایش داده و بازار انرژی پاک را شفاف‌تر می‌سازد. از سوی دیگر، بلاکچین می‌تواند مدیریت بازارهای کربن و اعتباردهی شفاف به پروژه‌های کاهش انتشار را تسهیل کند و در نهایت با ثبت بلادرنگ تراکنش‌های انرژی و استفاده از قراردادهای هوشمند، انعطاف‌پذیری شبکه‌های هوشمند را ارتقا دهد.

با وجود مزایای گسترده، چالش‌هایی همچون مقیاس‌پذیری پایین، فقدان استانداردهای بین‌المللی و مصرف بالای انرژی در الگوریتم‌های اجماع وجود دارد که در مقطع کنونی توسعه حداکثری کاربردهای فناورانه بلاکچین در بخش انرژی را محدود می‌سازند. با این وجود، باید به این نکته توجه داشت که موانع با ارائه راهکارهای مبتکرانه به مرور در حال رفع هستند. از همین روی، استفاده از بلاکچین در بخش انرژی ایران، می‌تواند نه تنها شفافیت در خودکفایی انرژی صنایع و تجارت فرامرزی انرژی را تقویت نماید، بلکه بستر لازم برای ایجاد بازارهای محلی برق، تسویه آنی مبادلات انرژی و مدیریت بهینه شبکه‌های توزیع در مناطق با ناترازی شدید را فراهم سازد.

انرژی بادی؛ مسیر کاهش هزینه نهایی برق

انرژی بادی طی دو دهه اخیر با کاهش چشمگیر هزینه تولید از ۵۵ سنت به کمتر از ۳ سنت در هر کیلووات ساعت در آمریکا و ارتقای بازدهی توربین‌ها، جایگاهی کلیدی در سبد انرژی جهانی یافته است. نوآوری‌هایی همچون پره‌های تطبیقی، چاپ سه‌بعدی در ساخت اجزا و کنترل‌های هوشمند، بازده نیروگاه‌های بادی را در دهه‌های اخیر به شکل چشمگیری افزایش داده‌اند. همچنین، سرمایه‌گذاری در مراکز پژوهشی پیشرفته و توسعه زنجیره تأمین جهانی موجب شده است که صنعت بادی به یکی از رقابتی‌ترین منابع انرژی تجدیدپذیر بدل شود.

بهره‌گیری از این فناوری برای مقابله با بحران ناترازی ایران، نه تنها به تنوع‌بخشی سبد انرژی کمک می‌کند، بلکه امکان کاهش وابستگی به منابع فسیلی و افزایش تاب‌آوری شبکه را نیز فراهم می‌آورد. با توجه به شرایط جغرافیایی ایران، به‌ویژه در مناطق شرق و جنوب شرق کشور که پتانسیل بادی بالایی دارند، توسعه مزارع تولید انرژی بادی می‌تواند به کاهش فشار بر شبکه برق در زمان اوج مصرف یاری رساند. افزون بر این، ادغام انرژی بادی با سامانه‌های ذخیره‌سازی و شبکه‌های هوشمند، راهکاری عملی برای مدیریت بحران ناترازی و ارتقای امنیت انرژی ملی خواهد بود.

انرژی‌های تجدیدپذیر اقیانوسی؛ افق نوظهور

منابع انرژی تجدیدپذیر اقیانوسی شامل امواج، جزر و مد، جریان‌های اقیانوسی و اختلاف دمای سطح و عمق دریا، ظرفیتی بالا برای تأمین انرژی در کشورهای برخوردار از نوار ساحلی دارند. هرچند این فناوری‌ها هنوز در مراحل ابتدایی تجاری‌سازی قرار دارند، اما پیش‌بینی می‌شود که فناوری‌های مذکور تا سال ۲۰۵۰ قادر به کاهش ۵۰۰ میلیون تن انتشار کربن در سال باشند و به یکی از ستون‌های اصلی سبد انرژی پاک جهانی بدل گردند.

با توجه به نوار ساحلی گسترده در خلیج فارس و دریای عمان، این فناوری می‌تواند برای جمهوری اسلامی ایران، به‌عنوان مکملی برای خورشید و باد نقش‌آفرینی کند. استفاده از سامانه‌های جزر و مدی در تنگه هرمز یا نیروگاه‌های حرارتی-اقیانوسی در مناطق جنوبی، می‌تواند بخشی از نیاز برق محلی را پوشش دهد و فشار بر شبکه ملی را کاهش دهد. همچنین، پایداری نسبی جریان‌های اقیانوسی نسبت به منابعی چون باد و خورشید، ظرفیت ایجاد منبعی مطمئن و پیش‌بینی‌پذیر را فراهم می‌آورد که برای مدیریت بحران ناترازی در ایران اهمیت دارد.

با این حال، هزینه‌های سرمایه‌گذاری بالا، دشواری اتصال به شبکه سراسری، ریسک‌های زیست‌محیطی همچون تأثیر بر زیستگاه‌های دریایی و ضعف زنجیره تأمین داخلی همچنان از چالش‌های اصلی توسعه این فناوری به شمار می‌روند و رفع این موانع نیازمند سیاست‌های حمایتی، همکاری‌های بین‌المللی و سرمایه‌گذاری در پژوهش‌های بومی‌سازی است تا ایران بتواند از این ظرفیت نوظهور به‌طور راهبردی بهره‌برداری کند.

راکتورهای مدولار کوچک (SMRs)؛ تحول در توسعه انرژی هسته‌ای

فناوری نوین راکتورهای هسته‌ای مدولار کوچک با ظرفیت کمتر از ۳۰۰ مگاوات، انعطاف‌پذیری بالایی در استقرار و بهره‌برداری دارند. ویژگی ماژولار بودن، امکان تولید کارخانه‌ای و حمل به محل را فراهم کرده و هزینه‌ها و زمان احداث را کاهش می‌دهد. این راکتورها علاوه بر تولید برق، قابلیت شیرین‌سازی آب، تأمین بخار صنعتی، گرمایش شهری و حتی پشتیبانی از صنایع بزرگ انرژی‌بر را نیز دارند.

همچنین، ایمنی بالاتر به دلیل سامانه‌های غیرفعال، چرخه سوخت طولانی‌تر و قابلیت ادغام با منابع تجدیدپذیر، ای تن فناوری را به گزینه‌ای راهبردی برای آینده انرژی ایران بدل می‌سازد. این فناوری می‌تواند در مناطقی که شبکه انتقال ضعیف است یا دسترسی به منابع انرژی محدود وجود دارد، نقش کلیدی در تأمین برق پایدار ایفا کند و بخشی از بحران ناترازی انرژی کشور را برطرف نماید.

علاوه بر این، استقرار ریزراکتورها در جزایر، مناطق مرزی و مراکز صنعتی می‌تواند امنیت انرژی ملی را تقویت کند. با این حال، اثبات اقتصادی بودن در مقیاس صنعتی، هزینه‌های بالای اولیه و موانع مقرراتی و ایمنی هسته‌ای، از مهم‌ترین چالش‌های پیش رو به شمار می‌روند.

جمع‌بندی

در مقطع کنونی، بحران انرژی جهانی، کشورها را ناگزیر از بازاندیشی در سیاست‌ها و فناوری‌های خود ساخته است. فناوری‌هایی چون هوش مصنوعی، انرژی خورشیدی، ساختمان‌های هوشمند، بلاکچین، انرژی بادی، انرژی‌های اقیانوسی و راکتورهای مدولار کوچک، مجموعه‌ای متنوع و مکمل از راهکارها را برای مدیریت این بحران ارائه می‌دهند.

این در حالی است که مسئله ناترازی انرژی در جمهوری اسلامی ایران، اهمیت توجه این موضوع را دوچندان کرده است. امروز کشورمان با چالش‌های مزمنی همچون شدت بالای مصرف انرژی، اتلاف گسترده در شبکه‌های انتقال و توزیع، فرسودگی زیرساخت‌ها و رشد شتابان تقاضا مواجه است و بهره‌گیری هدفمند از این فناوری‌ها می‌تواند نه تنها بخشی از مشکل ناترازی انرژی را جبران کند، بلکه مسیر حرکت به سمت امنیت انرژی و کاهش وابستگی به سوخت‌های فسیلی را نیز هموار سازد.

در نهایت باید به این نکته عنایت ویژه داشت که ایران با توجه به ظرفیت‌های بومی و چالش‌های ساختاری، نیازمند رویکردی جامع است که در آن نوآوری فناورانه، اصلاحات مقرراتی و سرمایه‌گذاری هدفمند به‌صورت هم‌افزا عمل کنند. تنها در این صورت است که می‌توان از فناوری به‌عنوان اهرمی برای کاهش ناترازی انرژی، افزایش تاب‌آوری و حرکت به سوی اقتصاد کم‌کربن بهره برد.