طلوع نیروگاه‌های حرارتی خورشیدی در ایران

انرژی‌هایی مانند خورشیدی، باد، زمین گرمایی، جزر و مد، امواج دریایی، بیوماس یا زیست توده از جمله منابع انرژی‌های تجدیدپذیر محسوب می‌شود. از آنجا که این منابع در محیط تولید آلودگی نمی‌کند و مواد زائدی از تولید این انرژی‌ها به جای نمی‌ماند که تولید پسماند یا آلودگی زیستی کند، به آنان انرژی‌های پاک می‌گویند و به دلیل این‌که این انرژی‌ها با محیط زیست سازگار است و به اکولوژی آسیبی نمی‌رساند، به آنان نام انرژی سبز نهاده‌اند. همچنین به علت این‌که این منابع قابل باز گشت به محیط است، به آنان انرژی‌های تجدیدپذیر می‌گویند. در صورتی که سوخت‌های فسیلی مانند نفت‌ خام، گاز، میعانات گازی، سنگ‌های رسی نفتی، زغال سنگ و اورانیوم به‌طور مستقیم یا غیر‌مستقیم وارد چرخه محیط زیست و اتمسفر شده و با تولید گازهای آلاینده همچون دی‌اکسید کربن، مونوکسید کربن، فلزات سنگین و ذرات گرد و غبار مخل سلامتی انسان‌ و محیط‌زیست او می‌شود و در طولانی مدت باعث امراض و بیماری‌های گوناگونی خواهد شد به این دلیل به این‌گونه از انرژی‌ها، انرژی ناپاک اطلاق می‌شود. البته باید در نظر داشت که ریشه این نوع انرژی‌ها نیز از خورشید است زیرا فسیل باقیمانده گیاهان و جانوران طی سالیان متمادی در اثر تابش خورشید و پدیده فتوسنتز و فعل و انفعالات شیمیایی در لایه‌های زیرین و اعماق زمین تبدیل به انواع سوخت‌های فسیلی شده است. همچنین انرژی‌های اتمی نیز، پسماندهای اتمی تولید می‌کند که بسیار مضر سلامتی انسان و محیط زیست است، بنابراین برای جلوگیری از نشر آنان به محیط زیست باید این پسماند‌ها مدیریت شود. امروزه مشخص شده است که بهترین گزینه برای جلوگیری از پسماندهای این انرژی، پنهان کردن آنان در اعماق زیر دریاها یا بیابان‌هاست، ولی نباید از نظر دور داشت که طبیعت زنده است و چرخش مواد در همه جا وجود دارد. در کوتاه مدت شاید به نظر برسد که ما فضولات اتمی را جایی دفن کرده‌ایم اما در بلندمدت حتما اثرات این مواد دفن شده وارد زندگی ما خواهد شد.

در حقیقت انرژی خورشیدی که از فاصله چند صد میلیون کیلومتری به زمین می‌رسد، جزیی از آن انرژی است که خورشید تولید می‌کند. شدت این انرژی نیز به موقعیت جغرافیایی هر منطقه بستگی دارد. هر چقدر منطقه‌ای به خط استوا نزدیک‌تر باشد مانند مناطق حاره‌ای یا مناطق نزدیک خط استوا مانند جنوب کشور ایران، در بهترین حالت ممکن، قریب به یک کیلو وات می‌توانند از انرژی تابشی خورشیدی بر واحد سطح زمین بهره‌مند شوند. چنانچه ما بخواهیم انرژی تابشی را به انرژی مفید و قابل استفاده مانند انرژی حرارتی، برق، الکتریکی یا سایر انواع انرژی‌ تبدیل کنیم، عمدتا انرژی تابشی کمتر از یک کیلو وات بر متر مربع در سطح زمین خواهد بود. دریافت این نوع انرژی بستگی به آن فناوری دارد که این انرژی را از تابش به نوع دیگری تبدیل می‌کند که معمولا به 2 صورت تبدیل مستقیم مانند سلول‌های خورشیدی یا تبدیل غیرمستقیم مانند تاسیس نیروگاه‌های حرارت خورشیدی است؛ مثلا در روش مستقیم بهترین راندمان تولید سلول‌های خورشیدی حدود 14 درصد آن یک کیلو وات که ذکرش رفت، می‌شود. به عبارت دیگر می‌توان به ازای هر متر مربع 140 وات انرژی الکتریکی تولید کرد. البته برخی از کشورها مانند آمریکا و ژاپن این راندمان را به 22 درصد هم رسانده‌اند. اخیرا نیز کشور ژاپن ادعا کرده است که موفق به ساخت سلول‌هایی شده که در حدود 80 درصد راندمان دارند. اما در مرحله تحقیقاتی و پژوهشی به سر می‌برد و هنوز به تولید انبوه نرسیده است. به‌کارگیری انرژی‌ خورشیدی برای تولید آبگرمکن‌های خورشیدی نیز به نوع فناوری به‌کار گرفته شده توسط ما بستگی دارد. معمولا برای ساخت این سیستم‌ها انرژی خورشیدی توسط جمع‌کننده‌ها یا کلکتورهای خورشیدی جمع‌آوری و به انرژی حرارتی تبدیل می‌شود. سپس این انرژی حرارتی روی صفحه‌ای به نام جاذب، آب را گرم می‌کند. بهترین حالت راندمان این آبگرمکن‌ها نیز حدود 30 تا 40 درصد است که ما می‌توانیم آن را تبدیل به انرژی حرارتی کنیم. در نیروگاه‌های سیکل ترکیبی خورشیدی نیز راندمان بین 30 تا 35 درصد است. به عنوان مثال در سیکل ترکیبی مانند بخار که از انرژی خورشیدی استفاده می‌شود، 200 تا300 رسته آینه‌های خورشیدی به نام «هلیواستات» در یک سطح وسیعی نزدیک به 2 تا 3 هکتار چیده می‌شود که وظیفه آنان بازگرداندن بازتابش خورشید به گیرنده‌ها یا رسیورهای خورشیدی است. پس از آن روغن انتقال حرارت مانند سیلکو در رسیور تا دمای 700 درجه سانتی‌گراد گرم و در یک مدار دیگر آب را گرم و تبدیل به بخار می‌کند و بخار وارد توربین می‌شود. البته نمونه این نیروگاه‌ها در دنیا بسیار کم ساخته می‌شود، زیرا مشخص شده است که این نوع نیروگاه‌ها هزینه‌های بسیار بالایی به خصوص در بخش ردیاب‌های خورشیدی متحمل می‌شوند.

پایه‌های نخستین این پژوهشگاه از سال‌های پیش از انقلاب،مقارن با اولین بحران نفت در سال 1975 زمانی که قیمت جهانی نفت افزایش یافت و اغلب کشورهای پیشرفته دنیا به این نتیجه رسیدند که برای تامین نیازهای خود سراغ انرژی‌های تجدیدپذیر بروند، در ایران پی‌ریزی شد. بالطبع کشور ایران نیز مانند سایر کشورها به دنبال استفاده از این منابع انرژی برآمد. بنابراین آزمایشگاهی در دانشکده برق دانشگاه شریف تشکیل شد که مهم‌ترین وظیفه آن تولید سلول‌های خورشیدی و کارهای تحقیقاتی در زمینه تولید برق از انرژی خورشیدی بود. این آزمایشگاه با تخصیص اعتبار گسترش یافت و سال 1353 برای انجام فعالیت‌های بیشتر از این دانشگاه جدا و تحت عنوان پژوهشگاه مواد و نیرو به فعالیت پرداخت. پس از آن نیز این پژوهشگاه به مشکین شهر کرج انتقال یافت و با احداث 5 پژوهشکده در زمینه انرژی، مواد، سرامیک، نیمه هادی و فناوری‌های نانو و مواد پیشرفته، بیشتر فعالیت‌هایش را روی انرژی‌های خورشیدی، سرامیک و تولید مواد سلول‌های خورشیدی متمرکز کرد، به‌طوری که هم‌اکنون نیز به عنوان یکی از قطب‌های علمی کشور محسوب می‌شود. از آنجا که استفاده از انرژی‌های تجدیدپذیر بویژه انرژی خورشیدی و بادی یکی از گزینه‌های اصلح برای تامین نیازهای هر کشور محسوب می‌شود، کشور ایران نیز مانند سایر کشورها از سال 87 با طرح هدفمند کردن یارانه‌ها بحث به‌کارگیری از این انرژی‌ها را در برنامه کاری خود قرار داده و فعالیت‌هایی نیز در این زمینه به انجام رسانده، اما هنوز به صورت تجاری و تولید انبوه نرسیده است.

در حال حاضر استفاده از این منابع بستگی به موقعیت‌های ژئوپلتیک و سیاست‌های یک کشور دارد. آنچه مسلم است، اکثر کشورها برای تامین نیازهایشان به این منابع رجوع می‌کنند و قریب به 50 سال است که اغلب کشورهای پیشرفته به دنبال این‌گونه منابع هستند. به عنوان مثال کشور آمریکا با برنامه‌ریزی‌هایی که به انجام رسانده است، توانسته طی چند دهه به جایگاه کنونی‌اش برسد. شاید بیشترین علت این‌که ایران تاکنون وارد این وادی نشده است را در منابع عظیم نفتی و گازی جستجو کنیم. شاید اگر کشور ما نیز مانند سایر کشورها از این‌گونه منابع محروم بود، برای تامین نیازهایش به دنبال این منابع انرژی می‌رفت.

قطعا به دلیل رشد جمعیت و رشد واحدهای اقتصادی مانند صنعت، کشاورزی، صنایع حمل و نقل، تامین اعتبار به پژوهشگاه‌ها برای توسعه چنین نیروگاه‌هایی در برنامه وزارت نیرو قرار گرفته است. از آنجا که توسعه این نیروگاه‌ها و به‌کارگیری از این منابع نیازمند تصمیم‌گیری‌های کلان از سوی سیاستمداران و دولت است، طی یک دهه اخیر در این زمینه کارهایی انجام شده است. به عنوان مثال دولت در دهه 80 تمام مراکز، ارگان‌ها، سازمان‌های اجرایی کشور، بویژه وزاتخانه‌ها را مکلف کرد تا 5‌/‌4 درصد از اعتباراتشان را به بخش پژوهشی کشور اختصاص دهند. اینک نیز این درصد به 9 ـ 7 در صد افزایش یافته است. همچنین در برنامه 5 ساله دولت نیز این امر به صورت یک لایحه گنجانده شده است. خوشبختانه اخیرا معاونت فناوری ریاست جمهوری نیز پروژه‌ای در این رابطه تعریف کرده و قصد توسعه این مراکز را دارد که ان‌شاءالله طی چند سال آینده با سرمایه‌گذاری‌های کلان در سطح کشور اجرایی خواهد شد.

معاونت فناوری ریاست جمهوری سال 1389 طرح‌هایی را در 20 دانشگاه کشور تعریف کرد و بالطبع پژوهشگاه که سال‌ها در این زمینه به فعالیت پژوهشی پرداخته، تصمیم گرفت در یک مقیاس کوچک و به‌صورت آزمایشی، این نیروگاه 3 کیلو واتی را در سایت پژوهشگاه ایجاد کند. ما در این پروژه به دلیل این‌که سامانه خورشیدی فقط در مواقع تابش خورشید کاربرد دارند، تصمیم گرفتیم نیروگاهی برای ذخیره انرژی زمانی که دسترسی به انرژی خورشیدی نداریم،طراحی کنیم. بنابراین برای این‌که هزینه ساخت را پایین بیاوریم و ضریب اطمینان کاربری این سیستم را ارتقا دهیم، سامانه فتو ولتائیک خورشیدی را با یک نیروگاه بادی کوچک ترکیب کردیم تا بتوانیم هم از انرژی بادی و هم از انرژی خورشیدی به‌طور مطلوب استفاده کنیم که 2 کیلو وات انرژی این نیروگاه از سامانه خورشیدی و یک کیلو وات آن از توربین‌های خورشیدی تامین خواهد شد.

طی تحقیقاتی که به عمل آمد، معلوم شد که اگر اولین خانوار یک روستا فاصله‌اش با آخرین پست شبکه برق 19 کیلومتر باشد، کابل‌کشی برق از شبکه اصلی کشور مقرون به صرفه‌تر است، اما اگر این فاصله بیشتر از 20 کیلومتر باشد، استفاده از انرژی خورشیدی مقرون به صرفه‌تر خواهد بود، زیرا هزینه گسترش شبکه برق در این شعاع بسیار زیادتر است اما اگر دسترسی به هیچ‌کدام از این منابع نبود، می‌توانیم از موتور ژنراتور استفاده کنیم، ولی طی سال‌های اخیر به دلیل این‌که هزینه بهره‌برداری و تهیه سوخت آن به مراتب خیلی گران است، استفاده از آن دیگر مقرون به صرفه نیست.

بله، همین طور است. اگر چنین آیین نامه‌ها و دستورالعمل‌هایی اجرایی شود، صنعتگران با توجه به نیاز بازار در این زمینه می‌توانند سرمایه‌گذاری کنند و سراغ چنین صنایعی بروند. همچنین ضمن رقابت محصولات در زمینه اشتغال جوانان و رفع بیکاری نیز بسیارتاثیر گذار می‌شود.

خیر. پژوهشگر بودن من دلیلی بر این نمی‌شود که از مراکز پژوهشی، پژوهشگران و همکاران خودم دفاع کنم. به عنوان مثال در پژوهشگاه مواد و انرژی در یک برهه زمانی که این پژوهشگاه ایجاد شد، بیشتر روی ساخت موادی که در انرژی خورشیدی استفاده می‌شد، تمرکز شد اما پس از آن به دست فراموشی سپرده شد، زیرا با تغییر ریاست پژوهشگاه و تغییر گرایش‌های ایشان از هدف اصلی این پژوهشگاه که ساخت سلول‌های خورشیدی بود، دور افتادیم و تنها پاره‌ای از پژوهشگران این فعالیت‌ها را به صورت جسته و گریخته ادامه دادند. متاسفانه هیچ‌کدام از این فعالیت‌ها پیوسته نبود که فرآیند آن پیشرفت فناوری را به دنبال داشته باشد. خوشبختانه طی 3-2 سال اخیر تغییر رویکردها و گرایش‌های جدید نسبت به این مقوله باعث شد که ما در این زمینه به پیشرفت‌هایی دست یابیم و بیشتر به این منابع اهمیت داده شود.