کابوس ناترازی انرژی

به گزارش می‌متالز، یکی از چالش‌های عمده‌ای که سیستم‌های انرژی مدرن با آن روبرو هستند، ناترازی انرژی (Energy Imbalance) به‌ویژه در شرایط حاد فصل‌های تابستان و زمستان است. این امر زمانی اتفاق می‌افتد که تقاضا برای برق و یا گاز بیش از عرضه گردد که موجب ایجاد بی‌ثباتی در شبکه‌های عرضه آنها می‌شود. افزایش استفاده از تهویه مطبوع (انواع کولرها) در فصل تابستان و وسایل گرمایشی در زمستان عناصر کلیدی هستند که به ناترازی انرژی منجر می‌شوند. همچنین در زمستان، عرضه گاز طبیعی به‌دلیل شرایط آب‌و‌هوایی سخت مختل می‌شود و در طول تابستان نیز ممکن است پیدایش یک موج گرمای شدید منجر به اختلال در شبکه شود. بدیهی است که برای تضمین پایداری شبکه در طول سال، باید اقدامات همه‌جانبه‌ای برای پایداری شبکه توزیع انجام شود. راه‌کار‌های موجود برای حل این مشکلات شامل طیف گسترده‌ای از ابتکارات، از ارتقای نوآوری‌های تکنولوژیکی گرفته تا ایده‌های جدید مدیریتی است. این راه‌کار‌ها بر قابلیت اطمینان سیستم، استفاده بهینه از انرژی و در نهایت، آینده انرژی پایدارتر و انعطاف‌پذیرتر متمرکزند.

به‌طورکلی عوامل مختلفی می‌توانند در به وجود آمدن چالش ناترازی انرژی دخیل باشند. ازجمله اینکه، امروزه گاز طبیعی به منبع اصلی برای تولید برق در کشور‌های مختلف تبدیل شده است. به‌طور مثال، در آمریکا بیش از ۴۰ درصد از تأمین برق از نیروگاه‌های گاز طبیعی به دست می‌آید. این وابستگی آسیب‌پذیری‌هایی را به‌ویژه در مواقعی که رویداد‌های شدید آب‌و‌هوایی شبکه‌های تأمین گاز را مختل می‌کنند، ایجاد می‌کند. وابستگی متقابل سیستم‌های گاز و برق، قابلیت اطمینان را پیچیده‌تر می‌کند، زیرا اختلال در یکی می‌تواند دیگری را تحت تأثیر قرار دهد. همان‌طور که در شکل شماره ۱ دیده می‌شود، طبق گزارش‌های فصلی و سالیانه وزارت نیرو، گاز طبیعی سوخت اصلی نیروگاه‌های کشور ما را تشکیل می‌دهد.

همچنین انتقال برق در مسافت‌های طولانی به‌ویژه به دلیل گرمای تولیدشده در خطوط برق، باعث اتلاف انرژی می‌شود، این تلفات می‌تواند به‌خصوص در مناطقی که زیرساخت‌ها قدیمی یا سیستم‌های انتقال ناکارآمد است، قابل‌توجه باشد. در برخی کشورها، تلفات انتقال می‌تواند به ۵۰ درصد نیز برسد.

برای حل معضلات ذکرشده متخصصان راه‌ حل‌های مختلفی را مطرح می‌کنند. یکی از این راه‌ حل‌ها، ذخیره‌سازی انرژی است. استفاده از فناوری‌های پیشرفته ذخیره‌سازی انرژی، مانند باتری‌ها، می‌تواند به کاهش اثرات نوسانات انرژی کمک کند. این سیستم‌ها می‌توانند در زمان‌های اوج تولید، انرژی اضافی را ذخیره کنند و در زمان‌های کمبود تولید آن را آزاد کنند و بدین ترتیب نوسانات عرضه را هموارتر سازند.

از طرفی افزایش نفوذ انرژی‌های تجدیدپذیر مانند بادی و خورشیدی، باعث ایجاد تغییرات و عدم قطعیت در تولید برق می‌شود. این موضوع می‌تواند منجر به عدم تعادل‌های قابل‌توجه بین عرضه و تقاضا به‌ویژه در دوره‌های کمبود تولید به‌دلیل شرایط آب‌و‌هوایی شود. به‌عنوان مثال، تولید انرژی خورشیدی با ابری شدن آسمان به‌سرعت کاهش می‌یابد و مدیریت شبکه را پیچیده می‌کند.

اینجاست که ضرورت مدیریت هوشمند و هماهنگی بین منابع و فناوری‌های مختلف تولیدکننده انرژی برق، بیش‌ازپیش نمایان می‌شود؛ بنابراین، راه‌ حل دیگر در این زمینه، استفاده از فناوری‌های شبکه هوشمند است. توسعه زیرساخت شبکه هوشمند می‌تواند میزان پاسخ‌گویی سیستم توزیع برق را افزایش دهد. با ادغام تجزیه‌وتحلیل داده‌های بی‌درنگ و سیستم‌های کنترل خودکار، شرکت‌های توزیع برق می‌توانند عرضه و تقاضا را بهتر مدیریت و استفاده از منابع انرژی تجدیدپذیر و سنتی را بهینه کنند. در شکل شماره ۲ شماتیک یک شبکه برق هوشمند دیده می‌شود.

راه‌ حل پیشنهادی بعدی، بهبود هماهنگی بین سیستم‌های گاز و برق است. بهبود هماهنگی بین بخش‌های گاز طبیعی و برق می‌تواند قابلیت اطمینان کلی سیستم را افزایش دهد. این امر شامل برنامه‌ریزی بهتر و چارچوب‌های نظارتی است که وابستگی‌های متقابل این دو منبع انرژی را مدنظر خود قرار داده‌اند.

پیشنهاد بعدی، تمرکززدایی تولید انرژی است. حرکت به سوی تولید غیرمتمرکز انرژی (مانند نیروگاه‌های خورشیدی کوچک محلی و ریزشبکه‌ها) می‌تواند تلفات انتقال را کاهش داده و مقاومت را افزایش دهد. با تولید انرژی نزدیک‌تر به نقاط مصرف، سیستم‌های انتقال طولانی که اغلب با تلفات و ناکارآمدی همراه هستند، کنار گذاشته می‌شوند.

پیشنهاد آخر نیز برنامه‌های پاسخ‌گویی به تقاضاست. اجرای استراتژی‌های پاسخ‌گویی به تقاضا می‌تواند به تعادل عرضه و تقاضا به‌صورت بی‌درنگ کمک کند. این برنامه‌ها مصرف‌کنندگان را تشویق می‌کنند تا در دوره‌های اوج بار، مصرف برق خود را کاهش یا تغییر دهند و بدین ترتیب فشار بر شبکه را کاهش و پایداری را افزایش دهند. البته فولادسازان معروف دنیا نیز در برابر این مشکلات دست روی دست نگذاشته و اقداماتی جهت کمک به حذف ناترازی انرژی انجام داده‌اند. به‌طور مثال، تیسن‌کروپ آلمان سیستم‌های مدیریت انرژی IS ۵۰۰۰۱ را در محل کارخانه‌های خود پیاده‌سازی کرده است تا به‌طور سیستماتیک عملکرد انرژی را در تمامی عملیات‌های خود بهبود ببخشد. این کمپانی، در فناوری‌های بازیابی حرارت نیز سرمایه‌گذاری کرده است همچنین کمپانی آرسلورمیتال نیز برای تأمین انرژی عملیات خود، در زمینه منابع انرژی تجدیدپذیر مانند انرژی‌های بادی و خورشیدی سرمایه‌گذاری کرده است. مثال‌های مختلف دیگری نیز در این زمینه وجود دارد که نشان می‌دهند فولادسازان به‌طور فعال با به‌کارگیری فناوری‌های پیشرفته، ابتکارات بهینه‌سازی انرژی و ادغام منابع انرژی تجدیدپذیر به رفع ناترازی انرژی می‌پردازند. با اجرای این استراتژی‌ها، آنها نه‌تن‌ها رقابت‌پذیری خود را افزایش می‌دهند، بلکه به تلاش‌های جهانی برای پایداری نیز کمک می‌کنند. ناترازی انرژی برق مسئله‌ای پیچیده است که این روز‌ها کشور ما نیز با آن دست‌وپنجه نرم می‌کند. مقابله با چالش‌های ناترازی انرژی برق و گاز به یک رویکرد چندوجهی نیاز دارد که شامل پیشرفت‌های تکنولوژیک، نوسازی شبکه توزیع فعلی، بهبود هماهنگی بین بخش‌ها و راهبرد‌های نوآورانه مدیریت است. با استفاده از این راه‌ حل‌ها، سیستم‌های انرژی می‌توانند مقاوم‌تر و کارآمدتر شوند و در نهایت از آینده پایدار انرژی حمایت کنند.

منابع:

1. https://kleinmanenergy.upenn.edu/podcast/power-struggle-the-electric-grids-natural-gas-challenge/
2. https://www.igmc.ir/Portals/۰/bazare%۲۰bargh/fasl%۲۰nameh/autumn۱۴۰۲/mobile/index.html
3. https://www.fuergy.com/blog/۷-problems-and-challenges-of-a-power-grid
4. https://www.nrel.gov/docs/fy۱۳osti/۶۰۴۵۱.pdf
5. https://circuitdigest.com/article/smart-grid-the-electrical-grid-of-the-future
6. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S۲۵۴۲۴۳۵۱۲۱۰۰۱۵۱۳،
7. https://www.thyssenkrupp.com/en/company/sustainability/environment/environmental-and-energy-management
8. https://worldsteel.org/media/steel-stories/infrastructure/solar-energy-fuels-sustainable-production-of-rails/

منبع: فولاد مبارکه اصفهان