ذخیرهسازی انرژی؛ حلقه گمشده پیوند نیروگاههای بادی و خورشیدی با شبکه برق ایران
مهدی خانمیرزائی- کارشناس حوزه انرژی
به گزارش گیل اقتصاد، گذار انرژی از سوختهای فسیلی به منابع تجدیدپذیر، یکی از بزرگترین چالشهای قرن بیستویکم محسوب میشود. ایران با برخورداری از پتانسیل تجدیدپذیر بسیار بالا در رتبههای برتر جهان قرار دارد. مطالعات وزارت نیرو نشان میدهد که بیش از ۷۰ درصد مساحت کشور دارای تابش خورشیدی بالای ۵٫۵ کیلوواتساعت بر مترمربع در روز است و ظرفیت فنی نصب نیروگاه خورشیدی بیش از ۳۰۰ گیگاوات برآورد میشود. همچنین مناطق شرقی و جنوبشرقی پتانسیل بادی قابل توجهی دارند. با این حال، ماهیت متغیر و غیرقابل پیشبینی این منابع، شبکه برق را در معرض ناپایداری شدید قرار داده است. تولید برق خورشیدی در ساعت ۱۴ به اوج میرسد و پس از غروب به صفر میرسد، در حالی که پیک مصرف شبانه ایران بین ساعات ۲۰ تا ۲۳ است. این شکاف زمانی و ناهماهنگی تولید و مصرف، منجر به خاموشیهای گسترده و هزینههای سنگین اقتصادی و اجتماعی شده است. ذخیرهسازی انرژی تنها راهحل قطعی برای رفع این ناپایداری و ستون فقرات هرگونه انتقال موفق به سیستم انرژی پاک است.
ضرورت ذخیرهسازی انرژی در ایران با توجه به چالشهای شبکه برق دوچندان میشود. مصرف برق در ایران الگوی نوسانی شدیدی دارد و کشور متعهد به افزایش سهم انرژیهای تجدیدپذیر است. ویژگیهای جغرافیایی ایران از جمله فلات مرتفع مرکزی، کوههای البرز و زاگرس، صحراهای وسیع و اقلیم خشک، فرصتها و محدودیتهای خاصی را در انتخاب فناوری ذخیرهسازی ایجاد میکند. کمبود منابع آبی، موقعیتهای توپوگرافیک مناسب، دسترسی به مواد معدنی و ملاحظات ژئوپلیتیکی مرتبط با واردات فناوری، همگی باید در تحلیل جامع مورد توجه قرار گیرند.
در میان فناوریهای موجود، باتریهای الکتروشیمیایی، بهویژه لیتیومیون، در دهه گذشته به دلیل کاهش چشمگیر هزینه (از حدود ۴۰۰ دلار به ازای هر کیلوواتساعت در سال ۲۰۲۳ به کمتر از ۲۵۰ دلار در سال ۲۰۲۵) و راندمان رفت و برگشتی بالای ۹۰ درصد، به گزینه اصلی ذخیرهسازی کوتاهمدت تبدیل شدهاند. زمان پاسخگویی آنها در حد میلیثانیه برای پایداری فرکانس شبکه ایدهآل است. با این حال، برای مقیاس ایران که نیاز به ذخیرهسازی دهها گیگاواتساعتی دارد، هزینه کلان سرمایهای و وابستگی به واردات مواد اولیه (لیتیوم، کبالت، نیکل) محدودیت جدی ایجاد میکند. عمر مفید ۱۰ تا ۱۵ ساله و هزینه بالای جایگزینی نیز از دیگر چالشهاست. باتریهای سدیم-یون به عنوان جایگزینی نوظهور با مواد اولیه فراوان در ایران (مانند دریاچه ارومیه) و تحمل بهتر دمای بالا جذاب هستند. پیشبینی میشود هزینه آنها تا سال ۲۰۳۰ به کمتر از ۵۰ دلار به ازای هر کیلوواتساعت برسد. باتریهای جریانی وانادیوم-ردوکس نیز با طول عمر بیش از ۲۰ سال و استفاده از ذخایر داخلی وانادیوم، برای ذخیرهسازی بلندمدتتر مناسباند. در مجموع، باتریها برای کاربردهای کوتاهمدت (۴ تا ۶ ساعت) و خدمات جانبی شبکه مناسب هستند، اما به عنوان راهحل اصلی ذخیرهسازی در مقیاس ملی اقتصادی نیستند.
از دیگر فناوریها، موضوع هیدروژن سبز به عنوان گزینه ذخیرهسازی بلندمدت و فصلی امیدوارکننده است. تولید آن از الکترولیز آب با برق خورشیدی ارزان در مناطق کویری جنوب شرق، هزینه تولید را تا سال ۲۰۳۰ به زیر ۲ دلار به ازای هر کیلوگرم کاهش خواهد داد. ایران دارای زیرساخت گسترده انتقال گاز و ذخایر عظیم گاز طبیعی است که میتواند برای مخلوط کردن هیدروژن یا تبدیل نیروگاههای گازی موجود استفاده شود. ذخیرهسازی هیدروژن در حفرههای نمکی زیرزمینی (با هزینه ۱ تا ۲ دلار به ازای هر کیلوگرم) در مناطقی مانند هرمزگان و فارس امکانپذیر است. با این حال، راندمان کل زنجیره (الکترولیز، ذخیرهسازی، تبدیل مجدد به برق) کمتر از ۳۵ درصد است و هزینه سرمایهگذاری الکترولیزرها همچنان بالاست. چالش اصلی دیگر نیاز به آب خالص (حدود ۹ لیتر به ازای هر کیلوگرم هیدروژن) در شرایط بحران کمآبی ایران است که استفاده از آب شیرینسازیشده دریا در مناطق ساحلی را میطلبد. بنابراین، هیدروژن سبز در افق ۲۰۳۵ به بعد گزینه اصلی ذخیرهسازی فصلی و صادراتی خواهد بود.
فناوری دیگر، ذخیرهسازی پمپاژ آبی به عنوان قدیمیترین و بالغترین فناوری ذخیرهسازی در مقیاس بزرگ است. ایران از نظر توپوگرافی یکی از مناسبترین کشورهای جهان برای این فناوری است. وجود رشتهکوههای زاگرس و البرز و درههای عمیق، امکان احداث طرحهای پمپاژ با اختلاف ارتفاع بالا و راندمان ۷۵ تا ۸۵ درصد را فراهم میکند. هزینه سرمایهگذاری بین ۸۰۰ تا ۱۵۰۰ دلار به ازای هر کیلووات و هزینه سطحسازی شده ذخیرهسازی در محدوده ۰٫۰۳ تا ۰٫۰۵ دلار به ازای هر کیلوواتساعت، آن را حتی با باتریهای سال ۲۰۳۰ رقابتی میسازد. عمر مفید ۶۰ تا ۸۰ ساله، استفاده از مواد اولیه داخلی و وابستگی ارزی ناچیز از مزایای کلیدی است. مطالعاتسازمان انرژیهای تجدیدپذیر بیش از ۱۰۰ سایت بالقوه با ظرفیت کل بیش از ۵۰ گیگاوات را شناسایی کرده که بسیاری نزدیک به مناطق کویری با پتانسیل بالای خورشیدی هستند. چالش اصلی، کمبود منابع آبی و تبخیر در اقلیم خشک ایران است. راهحل پیشنهادی، توسعه نیروگاههای پمپاژ آبی ساحلی با استفاده از دریا به عنوان مخزن پایین در مناطقی مانند سواحل مکران است.
بر اساس بررسی ها انجام شده، تحلیل مقایسهای برای جغرافیای ایران نشان میدهد که باید نیازهای شبکه را به سه دسته تقسیم کرد: ذخیرهسازی کوتاهمدت (کمتر از ۴ ساعت) برای تنظیم فرکانس، ذخیرهسازی روزانه (۴ تا ۱۲ ساعت) برای انتقال انرژی خورشیدی روز به شب، و ذخیرهسازی بلندمدت و فصلی. برای ذخیرهسازی کوتاهمدت، باتریها (ترجیحاً سدیم-یون با قابلیت بومیسازی) بهترین گزینه هستند. هدفگذاری برای ظرفیت ۵۰۰۰ مگاواتساعت باتری تا سال ۲۰۳۵ قابلدستیابی است. برای ذخیرهسازی روزانه، ترکیبی از باتریهای جریانی وانادیوم و نیروگاههای پمپاژ آبی ساحلی (مثلاً در سواحل مکران) توصیه میشود. برای ذخیرهسازی بلندمدت و فصلی، هیدروژن سبز تنها گزینه عملی است و ایران باید استراتژی بلندمدتی برای تبدیل شدن به صادرکننده این انرژی تدوین کند. از منظر اقتصادی، پمپاژ آبی کمترین هزینه سطحسازی شده را ارائه میدهد و از نظر استقلال فناوری نیز اولویت دارد.
تحقق این چشمانداز نیازمند سیاستگذاری هوشمندانه است. اصلاح ساختار تعرفه برق به سمت تعرفههای زمانمحور، ایجاد بازار رقابتی خدمات جانبی شبکه، حمایتهای مالی هدفمند از طریق صندوق سرمایهگذاری انرژی پاک، و ارائه تضمین خرید برق به پروژههای تجدیدپذیر همراه با ذخیرهسازی، انگیزه لازم را برای سرمایهگذاری خصوصی فراهم میکند. توسعه منابع انسانی، جهتدهی تحقیقات دانشگاهی و حمایت از استارتاپهای این حوزه نیز ضروری است.
نتیجهگیری قاطع این است که ذخیرهسازی انرژی میتواند کلید تحول نظام انرژی ایران باشد. هیچ فناوری واحدی پاسخگوی تمام نیازها نیست، اما در شرایط کنونی، ذخیرهسازی پمپاژ آبی به دلیل مزیتهای توپوگرافیک، اقتصادی و فنی، برتری مطلق دارد و باید اولویت سرمایهگذاری ملی قرار گیرد. احداث تنها ۱۰ گیگاوات ظرفیت پمپاژ تا سال ۱۴۱۰ شمسی، امکان نصب بیش از ۵۰ گیگاوات نیروگاه تجدیدپذیر را فراهم میکند. در کنار آن، توسعه باتریهای سدیم-یون و وانادیوم با تکیه بر منابع داخلی، و سرمایهگذاری بلندمدت در زیرساخت هیدروژن سبز برای ذخیرهسازی فصلی و صادرات، ترکیب بهینهای را تشکیل میدهد. این مسیر نهتنها پایداری شبکه را تضمین و هزینه نهایی برق پاک را کاهش میدهد، بلکه با توجه به محدودیتهای ارزی و نیاز به استقلال فناورانه، استراتژیکترین انتخاب برای آینده انرژی ایران محسوب میشود.
