استفاده از انرژی خورشیدی روی سکوی گازی

هزینه انرژی تجدیدپذیر حتی در مجاورت سوخت‌های فسیلی کاملا مقرون‌به‌صرفه است

افسانه دهقانی، ابراهیم حیدری، رضا روشن/آینده نگر

انرژی خورشیدی یکی از منابع مهم انرژی‌های تجدیدپذیر است. بهره‌گیری از این انرژی، اثرات مخرب زیست‌محیطی را به همراه ندارد و از دیرباز به روش‌های گوناگون مورد استفاده بشری قرار گرفته است. میزان انرژی‌ای که این منبع در مدت‌زمان یک ساعت به زمین ارزانی می‌کند، تامین‌کننده تمامی انرژی موردنیاز بشر در طول یک سال است. بدون تردید یکی از مهم‌ترین فعالیت‌های کشورهای پیشرفته در کاهش مصرف انرژی‌های فسیلی، گسترش تکنولوژی‌هایی است که برای بهره‌برداری از منابع انرژی‌های تجدیدپذیر از جمله انرژی خورشیدی استفاده می‌شوند. اگرچه بهره‌مندی از انرژی خورشیدی مزایای زیادی دارد ولی هزینه‌های بالای سرمایه‌گذاری اولیه موجب شده است تا در بسیاری موارد قابل‌رقابت با انرژی‌های فسیلی نباشد. افسانه دهقانی، ابراهیم حیدری و رضا روشن در مقاله‌ای تحت عنوان «ارزیابی مالی استفاده از برق خورشیدی، مطالعه موردی فاز 13 میدان گازی پارس جنوبی» که در آخرین شماره فصلنامه «تحقیقات اقتصادی» دانشگاه تهران منتشر کرده‌اند، میزان هزینه استفاده از انرژی خورشیدی را روی یکی از سکوهای گازی پارس جنوبی محاسبه و آن را با هزینه انرژی فسیلی مقایسه کرده‌اند.

***

میدان گازی پارس جنوبی بزرگ‌ترین منبع گازی جهان است که روی خط مرزی مشترک کشورهای ایران و قطر در خلیج فارس واقع شده است و یکی از اصلی‌ترین منابع انرژی کشور به شمار می‌رود. هم‌اکنون برنامه‌ریزی‌های دقیقی برای تولید 790 میلیون متر مکعب گاز در روز، با توسعه 24 فاز در این میدان انجام گرفته است. فاز 13 میدان گازی پارس جنوبی به عنوان یکی از این 24 فاز، موضوع این تحقیق است. این فاز در 270 کیلومتری بندر بوشهر در خلیج فارس واقع شده و ظرفیت آن دو میلیارد متر مکعب گاز در روز است که از سال 1389 شروع شده.

انرژی موردنیاز این سکو در بخش مسکونی، اداری، ایمنی، روشنایی و تاسیساتی از طریق برق تولیدی ژنراتورها تامین می‌شود. در این مطالعه تلاش شده است هزینه‌های تامین انرژی سکوی فاز 13 پارس جنوبی برای بخش‌های ضروری آن سکو محاسبه شود و در قالب دو گزینه، یکی سیستم فتوولتائیک و دیگری نیروگاه فسیلی، با طول عمر 30 سال برای هریک ارزیابی شود. ارزیابی مالی تامین انرژی ضروری این سکو به روش چرخه عمر بررسی و ارزیابی شده است.

از مهم‌ترین دلایلی که این تحقیق را به بررسی ارزیابی مالی بهره‌گیری از سیستم فتوولتائیک به جای نیروگاه دیزلی سوق داده، می‌توان به عواملی چون مصرف بالای انرژی در صنایع کشور، بالا بودن هزینه تامین انرژی سکوهای دریایی به دلیل دور از دسترس بودن آن‌ها از شبکه برق سراسری، احتمال قطعی برق در سکوها به دلیل نقص‌های فنی احتمالی در دیزل ژنراتورها، اثرات منفی ناشی از آلودگی محیط‌زیست، به خطر افتادن حیات آبزیان، ایجاد گازهای گلخانه‌ای و تاخیر در سوخت‌رسانی به دیزل ژنراتورها به دلیل شرایط نامساعد جوی در دریا اشاره کرد که همگی سبب به وجود آمدن پاره‌ای مشکلات احتمالی برای کارکنان و سیستم‌های اضطراری و ایمنی می‌شود.

در محاسبه هزینه تولید هر کیلووات ساعت برق خورشیدی، عواملی از قبیل میزان تابش نور خورشید، کارایی مدول‌ها و نرخ بهره، تاثیر بسزایی بر هزینه تولید برق، توسط نیروگاه خورشیدی دارند. میزان تابش نور خورشید در منطقه مورد بررسی مشخص می‌‌کند که تا چه اندازه امکان تولید برق خورشیدی وجود دارد. با توجه به این‌که تابش نور خورشید در محل نصب سکوی فاز 13 پارس جنوبی برابر 5.5 کیلووات ساعت بر متر مربع است، این منطقه دارای پتانسیل خوبی برای استفاده از سلول‌های خورشیدی است. در طراحی سیستم‌های خورشیدی در مناطق گرمسیر، باید به تغییرات گرمایی نگاهی ویژه داشت. قرارگرفتن طولانی‌مدت در معرض حرارت محیط ممکن است سبب تضعیف تدریجی توان خروجی تجهیزات سیستم خورشیدی و کاهش راندمان پنل‌ها شود. دمای سلول‌های خورشیدی از عواملی چون میزان تشعشعات نور خورشید، رطوبت و مشخصات پنل‌های خورشیدی تاثیر می‌پذیرد. در طراحی سامانه خورشیدی، ضریب دمای سلول در محاسبه جبران‌سازی دما در تشعشعات خورشیدی و همچنین دماهای محیطی استفاده می‌شود. راندمان تبدیل انرژی در سلول‌های خورشیدی به چند عامل از جمله شرایط جوی، دمای محیط، آلودگی هوا و اندازه طیف تشعشعات اشعه خورشید بستگی دارد. برای رسیدن به بالاترین راندمان، نیازمند به‌کارگیری مواد گران‌بهایی در سلول‌های پیوندی پنل‌ها هستیم. در این پژوهش، با در نظر گرفتن رطوبت بالا و احتمال گرد و غبار و آلودگی هوا در منطقه پارس جنوبی، علاوه بر گزینش سلول‌هایی از نوع آمورف و میکرومورف سیلیکون در محاسبات فنی نیز کاهش 30 درصدی راندمان در سلول‌های خورشیدی در نظر گرفته شده است.

برای برآورد میانگین مصرف انرژی ضروری سکوی فاز 13 پارس جنوبی، میزان بار مصرفی سکوی موردنظر با میانگین بار مصرفی 12 ساعت در روز، 55 کیلووات ساعت برآورد شده است. بر اساس موقعیت جغرافیایی میدان گازی پارس جنوبی و همچنین طبق اطلاعات وب‌‌سایت جهانی سنجش آب‌وهوای جغرافیایی و سازمان فضایی و هوانوردی ملی آمریکا (ناسا)، تعداد ساعات آفتابی در این منطقه در 22 ژوئن (بهترین روز تابشی) دارای 11 ساعت تابش و در 22 دسامبر (بدترین روز تابشی) دارای 7 ساعت تابش است و شدت تابش نور خورشید در این منطقه برابر 5.5 کیلووات ساعت بر مترمربع است. این ارقام نشان‌دهنده توان بالای منطقه برای استفاده از سلول‌های خورشیدی است.

بعد از محاسبه هزینه‌های تولید برق خورشیدی موردنیاز سکوی 13 پارس جنوبی و نیز محاسبه برق با ژنراتور فسیلی (دو سناریوی استفاده از گازوئیل یارانه‌ای و غیر یارانه‌ای) به روش هزینه چرخه عمر در نرخ تنزیل 0.048 با طول عمر 30 سال و ضریب تابشی نور خورشید برابر 5.5 کیلووات ساعت در هر مترمربع، جمع‌بندی انجام شد. با توجه به یکسان بودن منافع و جریان درآمدی در تمامی گزینه‌ها و اجتناب‌ناپذیری تامین برق برای سکوها، در این پژوهش نیازی به محاسبه و مقایسه درآمدها نبوده و تنها به ارزیابی مالی و مقایسه هزینه‌ها پرداخته شده است. با مقایسه هزینه‌های دو الگوی اول و دوم در طول عمر مفید سکوهای دریایی و سلول‌های خورشیدی برابر 30 سال، می‌توان به این نتیجه رسید که اگرچه هزینه ثابت اولیه برای راه‌اندازی نیروگاه خورشیدی تقریبا 1.54 برابر هزینه سرمایه‌گذاری اولیه نیروگاه فسیلی است اما هزینه هر کیلووات ساعت تولید برق ضروری این سکو با استفاده از سوخت فسیلی با احتساب قیمت واقعی گازوئیل تقریبا 1.7 برابر و با قیمت یارانه‌ای گازوئیل تقریبا 1.5 برابر هزینه هر کیلووات ساعت تولید انرژی به‌وسیله نیروگاه خورشیدی است. به عبارت دیگر، می‌توان بیان کرد که گرچه هزینه‌های سرمایه‌گذاری اولیه نیروگاه خورشیدی بالا است ولی به دلیل نبود نیاز به پرداخت هزینه‌های جاری در طول دوره زمانی 30 سال، هزینه تولید هر کیلووات ساعت انرژی خورشیدی نسبت به نیروگاه فسیلی کمتر است.

با مقایسه دو الگوی اول و دوم و بررسی هزینه‌های آلودگی محیط‌زیست ناشی از مصرف سوخت فسیلی سکوی فاز 13 پارس جنوبی، نتیجه می‌شود که هزینه‌های تخریب محیط‌زیست برابر 15 درصد هزینه‌های عملیاتی است. از آن‌جا که هزینه‌های سالیانه عملیاتی برای سناریوی اول با احتساب قیمت واقعی گازوئیل برابر 8.85 میلیارد ریال و برای سناریوی دوم با احتساب قیمت یارانه‌ای گازوئیل برابر 7.9 میلیارد ریال است،‌ بنابراین هزینه سالانه تخریب محیط‌زیست با احتساب قیمت واقعی گازوئیل به طور تقریبی معادل 1.3 میلیارد ریال و با احتساب قیمت یارانه‌ای گازوئیل معادل 1.2 میلیارد ریال محاسبه می‌شود.

به‌وضوح می‌توان اذعان کرد که در شرایط فعلی سکوهای دریایی از جمله سکوی فاز 13 پارس جنوبی که انرژی موردنیازشان به‌وسیله سوخت‌های فسیلی تامین می‌شود، سالانه هزینه هنگفتی باید بابت آلودگی محیط‌زیست پرداخت کنند،‌ در حالی که بهره‌گیری از انرژی خورشیدی خطراتی چون آلودگی محیط‌زیست، به خطر افتادن سلامتی کارکنان و تهدید حیات آبزیان را به همراه ندارد.

 دستاوردهای پژوهش: استفاده از برق دیزلی توجیه اقتصادی ندارد

این پژوهش از روش تحلیل هزینه چرخه عمر، هزینه تولید هر کیلووات ساعت انرژی در سیستم فتوولتائیک و نیروگاه فسیلی (در دو سناریو) استفاده کرده است. نتایج به‌دست‌آمده نشان می‌دهد که هزینه هر کیلووات ساعت تولید انرژی به‌دست‌آمده توسط نیروگاه خورشیدی برابر 26 هزار ریال و هزینه هر کیلووات ساعت تولید انرژی توسط نیروگاه فسیلی در سناریوی اول با احتساب قیمت گازوئیل برابر 45 هزار ریال و در سناریوی دوم با احتساب قیمت گازوئیل برابر 41 هزار ریال است. با مقایسه گزینه‌ها، نشان داده می‌شود که به‌کارگیری نیروگاه فسیلی با توجه به هزینه‌های بالای ناشی از مصرف بالای سوخت، نیاز به کارگر تمام‌وقت، ایاب و ذهاب شناوری و آلودگی زیست‌محیطی در هر دو سناریو توجیه اقتصادی ندارد و گزینه نیروگاه خورشیدی در مقایسه با نیروگاه دیزلی از اولویت بالاتری برخوردار است.