شورش مرادی، کارشناس اقتصاد دیجیتال / در بخش نخست و در یادداشتی با عنوان «نور طلاست…»، با پتانسیلهای عظیم انرژی خورشیدی و الزام به استقرار نیروگاههای خورشیدی در سیستم بانکی و پرداختی کشور آشنا شدیم. اما اکنون وقت آن است که از کلیات فاصله بگیریم و وارد دنیای مهندسی و واقعیتهای عملیاتی شویم. برای درک درست این فناوری، باید ابتدا مرز میان «انتظارات» و «واقعیتها» را مشخص کنیم.
برای این منظور باید بدانیم نیروگاه خورشیدی چه چیزی هست و چه چیزی نیست؟
پیش از آنکه وارد جزئیات فنی شویم، باید یک سوءتفاهم رایج را برطرف کنیم. بسیاری تصور میکنند نیروگاه خورشیدی صرفاً مجموعهای از پنلهای زیبای آبیرنگ روی پشتبام است که قرار است برق را به صورت جادویی و بدون دغدغه تولید کند. اما واقعیت، بسیار پیچیدهتر اما در عین حال جذابتر از این حرف هاست. برای این موضوع باید حتماً و الزاماً به این سؤال که نیروگاه خورشیدی چیست پاسخ دهیم.
در عمل و براساس شیوه و مکانیک کارکرد، نیروگاه خورشیدی یک «سیستم الکترومکانیکی و الکترونیکی یکپارچه» است. این سیستم شامل مدیریت دقیق دریافت تابش، تبدیل جریان الکتریکی مستقیم (DC) به جریان الکتریکی متناوب (AC)، مدیریت پایداری شبکه ایجاد شده، استفاده دقیق و درست از سیستمهای حفاظت الکتریکی نظیر Surge Arrester و مدیریت حرارتی پنلها و الزامات نصب شده است. به واقع این نیروگاه یک واحد تولیدی است که نیاز به مدیریت سرمایه، مهندسی دقیق و برخلاف آنچه به نظر میرسد برنامههای تعمیر و نگهداری مداوم دارد.
و اما در پاسخ متناظری به این پرسش که نیروگاه خورشیدی چه چیزی نیست به طور قطع میتوانیم بگوییم که حتماً یک سیستم «نصب کن و فراموش کن» نیست، و برخلاف تصور عمومی، پنلها (آن چیزی که عمدتا در یک نیروگاه دیده میشود) تنها بخش کوچکی از تجهیزات هستند. بدون اینورترهای باکیفیت و سیستمهای کنترل دقیق، کابلهای اختصاصی تولید شده برای شبکه سولار و آنچنان که در آینده خواهیم دید باتریهای متناسب، پنلها تنها قطعات فلزی و شیشهای بیمصرف هستند. همچنین یک نیروگاه خورشیدی یک منبع انرژی پایدار و لحظهای نیست. به دلیل حرکت وضعی زمین، تابش خورشید یک منبع انرژی متغیر (Intermittent) محسوب شده و کاهش شدت تابش و کیفیت انرژی ساطع شده در ساعات روز بر تولید انرژی الکتریکی آن تأثیر مستقیم دارد. حتی قرارگیری در طول و عرض های جغرافیایی نیز بر این میزان دریافت انرژی تاثیر میگذارند. بنابراین، نیروگاه خورشیدی بدون در نظر گرفتن راهکارهای ذخیرهسازی متناسب و هماهنگ با شبکه (Synchronization)، نمیتواند مانند یک نیروگاه گازسوز، تولید بار پایدار برای تغذیه شبکه را پوشش دهد.
و در نهایت حتماً که یک نیروگاه خورشیدی یک محصول مصرفی ساده مانند تلویزیون یا نوت بوک نیست. شما با یک دارایی سرمایهای (Asset) روبرو هستید که قرار است در حالت ایدهآل و با دوره های نگهداری منظم، ۲۰ تا ۲۵ سال عمر کند. پس برخورد با آن باید از جنس مدیریت دارایی باشد، نه خرید یک وسیله خانگی. لذا با دانستن همین آگاهیهای محدود درباره کلیات یک نیروگاه خورشیدی میتوان به درک متناسبی از نیروگاههای خورشیدی (موضوع داغ این روزها) رسید.
سهگانه استراتژیک On-Grid, Off-Grid و Hybrid
انتخاب مدل و ماهیت عملیاتی نیروگاه، تعیینکننده سرنوشت اقتصادی و فنی پروژه شماست. بسته به نوع کاربری و شیوه ارتباط نیروگاه شما با شبکه برق سراسری هر کدام از مدلهای سه گانه موجود مدل برای یک نیاز مشخص طراحی شده است.
۱. نیروگاههای متصل به شبکه (On-Grid): این مدل محبوبترین گزینه برای پروژههای تجاری، صنعتی و نیروگاههای بزرگ مقیاس است. در این سیستم، نیروگاه شما با شبکه برق سراسری همگام (Synchronized) شده است. در این مدل نیروگاه نه برای مصرف اختصاصی و تولید برق به منظور تأمین تمام یا بخشی از انرژی الکتریکی بلکه برای تزریق انرژی تولید شده به شبکه سراسری توزیع برق ایجاد میشود. در این حالت تولیدکننده و مالک نیروگاه انرژی الکتریکی تولید شده را به شبکه برق سراسری و با نرخ های مصوب میفروشد.
- مکانیزم عملکرد: پنلها برق تولید میکنند، اینورتر آنها را به برق AC تبدیل میکند و بلافاصله به شبکه تزریق میشود. و اگر تولید شما دارای کیفیت مطلوب و مورد تائید شبکه باشد در صورت وجود قرارداد خرید تضمینی برق به شبکه فروخته میشود و در این حالت معمولاً ذخیره سازی انرژی در نیروگاه وجود ندارد.
- مزایا: کمترین هزینه اولیه (به دلیل عدم نیاز به باتری) به نسبت توان تولیدی را دارد و بازگشت سرمایه سریع تر اتفاق میافتد همچنین مدیریت سادهتری در فرایندها دارد.
- چالشها: وابستگی کامل به شبکه توزیع سراسری وجود دارد. در برخی از حالتهای خاص اگر برق شبکه قطع شود، برای حفظ ایمنی نیروگاه، اینورترهای On-Grid نیز متوقف میشوند (Anti-Islanding).
۲. نیروگاههای مستقل از شبکه (Off-Grid): معمولاً این راهکار برای نقاطی طراحی و استفاده میشود که شبکه برق سراسری به آنها دسترسی ندارد (مانند مناطق کویری، پمپهای آب کشاورزی در مناطق دورافتاده یا کانتینرهای عملیاتی) و برخی استفاده های تاکتیکال. در این حالت، بهرهبردار و مالک نیروگاه استفاده کننده از توان تولیدی نیروگاه است و تمام انرژی تولیدی منحصراً به شبکه داخلی مصرف تزریق شده و در یک حالت ایزوله و کاملا مستقل با شبکه سراسری قراردارد.
- مکانیزم عملکرد: از آنجایی که شبها تابش خورشید وجود ندارد، این سیستمها به شدت به بانکهای باتری وابسته هستند. انرژی اضافی تولیدی در طول روز در باتریها ذخیره و در شب یا ساعات کمتابش مصرف میشود.
- مزایا: استقلال کامل از شبکه و تأمین برق در دورافتاده ترین نقاط خاصه نقاطی که ایجاد شبکه سراسری برق مقرون به صرفه نیست از مزایای استقرار چنین راهکاری است.
- چالشها: هزینه بسیار بالا به دلیل نیاز به باتریهای حجیم، نیاز به مدیریت دقیق شارژ و دشارژ برای جلوگیری از تخریب باتری و محدودیت در میزان توان مصرفی و نیاز مبرم به برنامههای منظم تعمیر و نگهداری از نکات قابل توجه در دوره بهرهبرداری از این شیوه اجرا و استقرار است.
۳. نیروگاههای ترکیبی یا هیبرید (Hybrid):
این مدل، یکی از پرکاربردترین مدلها در فضاهای شهری و بسیار متناسب و مناسب برای کاربردهای عمومی است. سیستم هیبرید هم به شبکه متصل است و هم دارای بانک ذخیرهساز انرژی الکتریکی (باتری) است. در این مدل امکان توامان بهرهبرداری خصوصی و تزریق انرژی الکتریکی به شبکه (قرارداد خرید تضمینی تحت شرایط خاص) وجود دارد.
- مکانیزم عملکرد: سیستم هوشمند هیبرید ابتدا برق مورد نیاز را از پنلها تأمین میکند. مازاد انرژی را ابتدا در باتریها ذخیره میکند و اگر باتریها پر باشند، مازاد را به شبکه میفرستد. در صورت قطع برق شبکه، سیستم بلافاصله از باتریها استفاده کرده و برق را بدون قطعی (Back-up) تأمین میکند. (حالتی مانند داشتن یک UPS در شبکه)
- مزایا: بالاترین سطح امنیت در تولید و تضمین پایداری انرژی، امکان استفاده از برق در زمان اوج قیمت یا قطع شبکه، و مدیریت هوشمند مصرف.
- چالشها: پیچیدگی بالای طراحی مهندسی، هزینه اولیه استقرار بالا و نیاز به سیستم مدیریت انرژی (EMS) بسیار پیشرفته، الزام به استفاده از Approved Vendor Listهای موجود در مدیریت شبکه و الزام به طراحی و پیاده سازی بسیار دقیق.
در انتها با مرور دو بخش پیشین و جاری این یادداشت، از پتانسیلهای خورشیدی گرفته تا بررسی کلی ماهیت فنی مدلهای On-Grid، Off-Grid و Hybrid، اکنون زمان آن است که از یک تصویر محدود میکروسکوپی برروی تجهیزات به یک نمای ماکرو در اقتصاد دیجیتال حرکت کنیم. همزمان با حرکت از اقتصاد سنتی به سمت اقتصاد دیجیتال زمان آن رسیده تا درباره گذار از «اقتصاد سوختمحور» در تولید و توزیع انرژی الکترکی به «اقتصاد جریان و دادهمحور» بحث کنیم.
از نگاه یک کارشناس اقتصاد دیجیتال، نیروگاه خورشیدی تنها یک واحد تولید انرژی نیست، بلکه یک «گره دیجیتال» (Digital Node) در یک شبکه بزرگ تولید و مصرف انرژی است. در اقتصاد سنتی، انرژی یک کالای منفعل و متمرکز بود که از سمت یک مرکز تولید انحصاری به سمت مصرفکننده جریان پیدا میکرد. اما در عصر توسعه زیرساخت های مبتنی بر انرژیهای سبز، در حالی که ما با پدیدهای مدرن به نام «تولیدکننده-مصرفکننده» (Prosumer: Producer + Consumer) روبرو هستیم اقتصاد دیجیتال وارد میدان میشود.
در آیندهای نه چندان دور و در همین کشور زیبا و دوست داشتنی، نیروگاههای خورشیدی، بهویژه در مدلهای Hybrid و On-Grid، ابزارهای اصلی پلتفرمهای انرژی همتا به همتا (P2P Energy Trading) خواهند بود. در آیندهای نزدیک، با ترکیب این نیروگاهها با فناوریهای بلاکچین و اینترنت اشیا (IoT)، ما شاهد بازارهای محلی انرژی خواهیم بود که در آن، یک نیروگاه کوچک میتواند بدون واسطه، مازاد انرژی خود را هم بر اساس قراردادهای هوشمند (Smart Contracts) که بر پایه نرخهای لحظهای عرضه و تقاضا تنظیم شدهاند به خانه همسایه خود بفروشد.
با این حال، این گذار دیجیتال نیازمند ایجاد یک زیرساخت مفهومی و اجرایی بسیار مستحکم است. همانطور که در بخشهای پیشین اشاره شد، عمر ۲۰ ساله یک نیروگاه و ضرورت رعایت استانداردهای سختگیرانه طراحی و نگهداری، تنها یک موضوع مهندسی نیست، بلکه یک «الزام در حوزه مدیریت ریسک سرمایه» است. در اقتصاد دیجیتال، «دادهها» دارایی هستند اما در اقتصاد سبز، «کیلووات ساعتهای سبز پایدار» دارایی اصلی میباشند. هرگونه نقص در نگهداری یا عدم رعایت استانداردهای فنی، به معنای از دست رفتن جریان داده و جریان مالی در شبکه است. همین موضوع ساده نشانگر اهمیت فرایندهای طراحی، اجرا و ساخت یک نیروگاه در هر مقیاس است.
تولید انرژی سبز، ستون فقرات استقلال اقتصادی در قرن بیست و یکم است اما برای تبدیل شدن به یک بازیگر موفق در این بازار، باید از نگاه «خرید تجهیزات» به نگاه «مدیریت داراییهای هوشمند» تغییر موضع داد. سرمایهگذاری در انرژی خورشیدی، اگر با درک صحیح از مدلهای فنی (On/Off/Hybrid)، رعایت دقیق قوانین ملی و اتکا به پروتکلهای دقیق تعمیر و نگهداری همراه نباشد، تنها یک هزینه سربار خواهد بود؛ اما اگر به آن به عنوان بخشی از یک اکوسیستم دیجیتال و هوشمند نگاه شود، منبعی بیکران از ارزشآفرینی و پایداری اقتصادی (Sustainable Economy) خواهد بود. لازم است تا بدانیم و آگاه باشیم که ما در آستانه یک پارادایم جدید و کاملا جدی هستیم؛ جایی که انرژی ساطع شده از خورشید، موتور محرکِ اقتصاد دیجیتال خواهد بود. بنابراین لازم است تا در اکوسیستم پولی و بانکی پرداختی کشور به حوزه انرژیهای نوین (نه منحصراً و الزاماً انرژی خورشیدی) بیشتر پرداخته شود.