راهنمای جامع غلبه بر چالش های انرژی های تجدیدپذیر
فناوری انرژی های تجدیدپذیر هر ساله بهتر، ارزان تر و دسترسی به آن آسان تر می شود. با این حال، منابع انرژی تجدیدپذیر تنها تأمین کننده 20 درصد از مصرف انرژی جهانی ما هستند و چالش هایی برای ورود انرژی های تجدیدپذیر به سبد استفاده روزانه ما وجود دارد. خوشبختانه ما می توانیم این چالش ها را شناسایی کنیم. این اولین قدم به سوی نوآوری است که برای تبدیل انرژی تجدیدپذیر از یک موضوع شگفت انگیز به یک امر عادی در هر کشور، شهر و خانه لازم است.
از آنجایی که تقاضا برای انرژی پاک در سطح جهان به رشد خود ادامه می دهد، درک و رسیدگی به چالش هایی که مانع پذیرش گسترده منابع انرژی تجدیدپذیر می شود، بسیار مهم است. در این مقاله، موانع عمدهای را که در بخش انرژیهای نو و پاک با آن مواجه است بررسی خواهیم کرد و راهحلهای بالقوه برای غلبه بر این موانع را بررسی میکنیم.
آنچه در این مقاله میخوانید:
Toggleمروری بر منابع اصلی تأمین انرژی تجدیدپذیر
هدف کلان 7 توسعه پایدار (SDG 7) خواستار «انرژی مقرون به صرفه، قابل اعتماد، پایدار و مدرن برای همه» تا سال 2030 است. سه زیرهدف اصلی SDG 7 پایه و اساس کار جامعه جهانی هستند:
- اطمینان از دسترسی همگانی به خدمات انرژی مقرون به صرفه، قابل اعتماد و مدرن
- افزایش قابل توجه سهم انرژی های تجدیدپذیر در ترکیب انرژی جهانی
- دو برابر کردن نرخ جهانی بهبود بهره وری انرژی
برای درک بهتر چالش انرژیهای تجدیدپذیر، شناخت منابع اصلی آن ضروری است.
انرژی خورشیدی، فراوان و در دسترس است. ما میتوانیم انرژی خورشید را از طریق پنل های فتوولتائیک مهار کرده و آن را به برق تبدیل کنیم.
یک مسئله در متناوب بودن انرژی خورشیدی نهفته است، زیرا به در دسترس بودن نور روز و شرایط آب و هوایی متکی است. پیشرفت در سیستمهای ذخیرهسازی انرژی برای کاهش این مشکل بسیار مهم است.
نیروی باد از توربین های بادی برای تولید برق استفاده می کند. این یک فناوری پیشرفته با پتانسیل قابل توجه است. با این حال، متناوب بودن الگوهای باد و نیاز به مناطق وسیع برای مزارع بادی چالش هایی را ایجاد می کند. متعادل کردن نیروی باد با سایر منابع انرژی و افزایش انعطاف پذیری شبکه برای تأمین انرژی قابل اعتماد حیاتی است.
انرژی برقابی از انرژی جنبشی آب جاری برای تولید برق استفاده می کند. در حالی که این نوع از انرژی، منبعی پاک و قابل اعتماد است، امکان سنجی آن به ویژگی های جغرافیایی و اثرات بالقوه محیط زیستی بستگی دارد. یافتن تعادل بین تولید انرژی و حفظ اکوسیستم در این حالت امری کلیدی است.
انرژی زمین گرمایی گرمای زمین را از اعماق هسته آن جذب می کند. این دسته، منبع ثابتی از انرژی است اما از نظر جغرافیایی محدود به مناطقی است که منابع زمین گرمایی قابل توجهی دارند و گسترش تلاشهای اکتشافی و توسعه فناوریهای حفاری پیشرفته برای رشد آن ضروری است.
انرژی زیست توده از مواد آلی مانند ضایعات کشاورزی، تکه های چوب یا محصولات کشاورزی به دست می آید. اگرچه زیست توده یک منبع انرژی همه کاره است، اما با مشکلاتی مثل در دسترس بودن مواد اولیه، تضادهای کاربری زمین (بین تولید غذا و انرژی) و مدیریت انتشار گازهای گلخانه ای مواجه است.
چالش های انرژی تجدیدپذیر
ذخیره سازی انرژی
اولین موردی که باید در نظر گرفته شود، موضوع ذخیره سازی انرژی کارآمد، مقرون به صرفه و قابل اعتماد است. از نظر تاریخی، یکی از مشکلات عمده تولید انرژی تجدیدپذیر این است که منابع آن بسیار متغیرتر از سایر روش های تولید انرژی است. نوسانات در سطح نور خورشید و باد به این معنی است که این دسته نسبت به انرژی ای که از نیروگاه های سوخت فسیلی به دست می آیند سازگاری کمتری دارند. بنابراین، مصرف کنندگان به باتری نیاز دارند تا انرژی را ذخیره کنند و نوسانات تامین انرژی در روزها یا ماه های آینده را برطرف کنند.
جهان در سال های اخیر پیشرفت های شگفت انگیزی در این عرصه داشته است. پیشرفت در فناوری باتری قیمت ها را به میزان قابل توجهی کاهش داده و با بهبود باتری ها و پایین آمدن قیمت باتری، ذخیره انرژی ساده تر شده است. با این حال همچنان چالش هایی وجود دارند و سؤالاتی در مورد هزینههای محیط زیستی فناوری، استخراج فلزات گرانبها و مواد معدنی خاکی کمیاب که فناوریهای باتری نیاز دارند، همچنان پابرجاست.
اقتصادی و مالی
یکی از بزرگترین چالشهایی که بخش انرژیهای تجدیدپذیر با آن مواجه است، اقتصاد و به طور خاص، مسائل مالی مربوط به جا انداختن فناوری های تجدیدپذیر و انرژی های تجدیدپذیر در میان عموم مردم است. بنگاه های تجاری جدید به طور چشمگیری سرمایه گذاری در پروژه های انرژی های تجدیدپذیر را افزایش داده اند. با این حال، گذار از صنعت کربن و سوخت های فسیلی یک تغییر عظیم است و مانند هر تغییر بزرگی، بار مالی زیادی را به همراه دارد.
در چند سال گذشته، سرمایه گذاری در انرژی های تجدیدپذیر منجر به موجی از نوآوری ها و فناوری های نوظهور شده است. با این حال، فشارهای اقتصادی همچنان نوآوری را سرکوب می کند. فقدان پشتوانه مالی از سوی سازمانها و دولتهای بزرگ که تمایلی به تغییر سریع یا ایجاد مشوقهایی برای کاهش هزینههای انرژی تجدیدپذیر ندارند، اغلب باعث می شود پیشرفتی را که انتظار داریم، نبینیم. این سازمان ها و نهادها گاهی اوقات به دنبال جایگزینهایی میگردند، مانند مشارکت جمعی و عمومی، که به موجب آن استارتآپها و حتی شرکتهای بزرگ تر به سرمایهگذاران کوچکتری روی میآورند تا اجرای پروژهها را آغاز کنند.
مشکلات سیاسی
چالش های سیاسی در مسیر انتقال به انرژی های تجدیدپذیر به طور جدایی ناپذیری با نگرانی های اقتصادی مرتبط است. موضع گیری های سیاسی، انزواگرایی، مردم گرایی و شعارهای ضد علم، این بخش را تهدید می کند. همزمان که مقامات در برخی کشورها به گام های بلند در جهت درست ادامه می دهند، برخی نیز در این زمینه عقب تر مانده اند.
درک عمومی از انرژی های تجدیدپذیر به طور فزاینده ای مثبت است و اکثر مردم از نیاز به یک واکنش فوری به شرایط اضطراری آب و هوایی آگاه هستند و از آن حمایت می کنند. اما منافع شخصی، عدم اطمینان در مورد هزینهها و منافع و سایر نگرانیها در زندگی روزمره گاهی اوقات میتواند این نوع انرژیها را بیشتر در مسیر سیاسی کاری قرار دهد.
مشکلات زیرساختی
عموماً استفاده گسترده از انرژی های تجدیدپذیر برای تأمین نیاز انرژی ضروری است. با این حال، به دلیل فقدان شبکه های انرژی در مقیاس بزرگ قابل اعتماد، دستیابی به این انتقال حتی در چندین کشور توسعه یافته دشوار خواهد بود. در دنیای غرب، شکاف زیرساختی عظیم و نگران کننده ای وجود دارد.
مانند سایر زیرساخت ها، زیرساخت های انرژی در بسیاری از مناطق به طرز عجیبی با کمبود بودجه، نگهداری ضعیف و انعطاف پذیری کم مواجه است. از آنجایی که نیاز به انرژی های تجدیدپذیر به رشد خود ادامه می دهد (به دلیل افزایش استفاده خانگی، گسترش وسایل نقلیه الکتریکی و انتقال به صنعت) ناکافی بودن بسیاری از سیستم های شبکه برق سراسری به یک مانع آشکارتر برای رونق انرژی های تجدیدپذیر تبدیل می شود.
کاربری زمین
یکی از چالشهای انرژیهای تجدیدپذیر، متعادل کردن تقاضا برای انرژی با سایر نیازهای کاربری زمین است. استفاده از زمین اغلب در دنیایی که منابع طبیعی به طور فزایندهای تحت فشار قرار میگیرند، یک نقطه اختلاف قابل توجه است. از کدام زمین برای مزارع پر از پنل های خورشیدی و توربین های بادی استفاده کنیم؟ چگونه می توانیم این نیاز را با نیاز به زمین برای مسکن، تولید غذا، زیرساخت و غیره متعادل کنیم؟
استفاده از زمین های کشاورزی برای تولید برق بادی مطمئنا خالی از بحث نیست. با این حال، اغلب با ارزش ترین زمین، برای تولید انرژی بهترین گزینه است. در سال های آینده به طور فزاینده ای، بخش انرژی های تجدیدپذیر باید راه هایی را بیابد تا بین نیاز به نیرو و نیاز به استفاده بهینه از زمین تعادل برقرار کند. تاسیسات بادی دریایی برای رفع این مشکل گامهایی برداشته اما هزینه آن بیشتر از نوع زمینی است. به طور مشابه، انرژی خورشیدی نیز هم در فرآیند ساخت تجهیزات آثار محیط زیستی دارد و در هم در دوران بهره برداری به زمین زیادی احتیاج دارد. این مسئله یک چالش بزرگ در صنعت بوده و هست.
پذیرش عمومی و حمایت در سطح سیاست گذاری
پروژههای انرژی تجدیدپذیر اغلب با مخالفتهایی مواجه میشوند که به دلیل نگرانی در مورد زیبایی بصری، سر و صدا یا پیامدهای بالقوه محیط زیستی، با عنوان NIMBY شناخته میشود (هرجا باشه، در حیات خلوت من نباشه! مرگ خوبه ولی برای همسایه). علاوه بر این، سیاستهای ناسازگار دولت ها و عدم نظارت میتواند مانع رشد انرژیهای تجدیدپذیر شود. اطمینان از پذیرش عمومی و ارائه چارچوب های سیاستی پایدار برای غلبه بر این چالش ها ضروری است.
مشکلات فنی
مشکل در کربن زدایی صنعت این است که مسیرهای انتقال انرژی هنوز به وضوح تعریف نشده اند. همه چیز به سرعت در حال تغییر است. آلودگی هوا و آلودگی محیط زیست به اشکال مختلف همچنان اکوسیستم های ما را تخریب می کند. ما زمین و منابع خود را بیش از پیش تحت فشار قرار می دهیم. بخش صنعت یک نیروگاه اقتصادی در مقیاس جهانی است و در عین حال یکی از عوامل اصلی انتشار گازهای گلخانه ای است. کربن زدایی بخش صنعت برای دستیابی به اهداف توافقنامه اقلیمی پاریس و محدود کردن گرمایش زمین به بیش از 2 درجه سانتیگراد، بالاتر از دمای پیش از صنعتی شدن، حیاتی است.
تولیدکنندگان، ماژولهای فتوولتائیک خورشیدی و سایر فناوریهای انرژی تجدیدپذیر را توسعه دادهاند و در نتیجه هزینههای آنها را در سالهای اخیر کاهش یافته است. در مقایسه با این فناوری ها، صنعت بسیار عقب بوده و نوآوری و کاهش هزینه کمتری در این عرصه اتفاق افتاده است و اکثریت هنوز به سوختهای فسیلی و گاز طبیعی متکی هستند، بنابراین مسیر رو به جلو به مراتب تاریک تر است.
با این حال، این تنها چالش ما در کربن زدایی صنایع نیست. دلایل فنی نیز کاهش انتشار CO2 در این عرصه را دشوارتر می کند. ما نمیتوانیم 45 درصد از انتشار مواد اولیه را که با تغییر در سوخت حاصل می شود، فقط با تغییر در فرآیندها انجام دهیم. مثلاً استفاده از سوخت های جایگزین برای تولید دماهای بالای مورد نیاز برای فرآیندها دشوار بوده به تغییرات قابل توجهی در طراحی کوره نیاز دارد.
فرآیندهای صنعتی به شدت یکپارچه هستند، بنابراین هر تغییری در بخشی از فرآیند تأثیر منفی خواهد داشت و نیاز به تغییرات بیشتری دارد. از آنجایی که تاسیسات تولید یک محصول برای طول عمر بالایی طراحی شده اند، تغییر فرآیندها مستلزم بازسازی یا مقاوم سازی گسترده (و پرهزینه) است.
تحقیقات مک کینزی تخمین می زند که کربن زدایی صنایع به حدود 25 تا 55 EJ در سال برق کم هزینه و کربن صفر نیاز دارد (هر EJ تقریبا 278 TWh است). در دنیای کسب و کار معمول، صنعت تنها به EJ 6 انرژی در سال نیاز دارد. واضح است که کربن زدایی منجر به افزایش قابل توجه نیاز به الکتریسیته در بلندمدت خواهد شد.
رویکرد مشارکتی بخش دولتی و خصوصی چیزی است که منجر به صرفهجویی در مقیاس، پیشرفت، کاهش هزینه و افزایش مقیاس در توسعه انرژیهای تجدیدپذیر شده است. ما اکنون برای کربن زدایی صنعتی به همین مورد نیاز داریم. انتقال انرژی و کربن زدایی صنعت باید دست به دست هم دهند. همچنین واضح است که این امر یکی از چالشهای اصلی پیش روی بخش انرژیهای تجدیدپذیر خواهد بود.
چه راه حل های فناورانه و نوآورانه ای وجود دارد؟
پیشرفتها در ذخیرهسازی انرژی
فناوریهای ذخیرهسازی انرژی نقش مهمی در حل مشکل تولید انرژی تجدیدپذیر متناوب دارند. باتری ها و سیستم های ذخیره سازی در مقیاس شبکه امکان استفاده کارآمد از انرژی اضافی را در طول دوره هایی که تولید زیاد است فراهم می کنند. علاوه بر این، استفاده از هیدروژن به عنوان یک حامل انرژی، نویدبخش ذخیره سازی طولانی مدت و کاربرد انرژی های متنوع است.
شبکههای هوشمند و دیجیتالیسازی
پیادهسازی شبکههای هوشمند، مدیریت کارآمد تقاضا، تسهیل تعادل بار و کاهش اتلاف انرژی را ممکن میسازد. دیجیتالیشدن نیز بهینهسازی شبکه، نظارت و کنترل برخط را بهبود میبخشد و یکپارچگی منابع انرژی تجدیدپذیر را افزایش میدهد و استفاده از آنها را به حداکثر میرساند. شبکههای هوشمند همچنین امکان ادغام یکپارچه وسایل نقلیه الکتریکی را فراهم میکنند و پذیرش انرژی پاک را بیشتر ترویج میکنند.
تحقیق و توسعه
سرمایه گذاری مستمر در تحقیق و توسعه برای غلبه بر چالش های انرژی تجدیدپذیر حیاتی است. بهبود کارایی و عملکرد فناوریهای تجدیدپذیر، توسعه مواد و فنآوریهای جدید و بررسی رویکردهای نوآورانه باعث پیشرفت در این زمینه خواهد شد. همکاری بین صنعت، دانشگاه و دولت ها کلیدی برای تقویت نوآوری است.
انعطافپذیری شبکه و نیروگاههای مجازی
انعطافپذیری شبکه به توانایی متعادل کردن نوسانات عرضه و تقاضا در لحظه اشاره دارد. نیروگاه های مجازی (VPPs) چندین منبع انرژی تجدیدپذیر، سیستم های ذخیره انرژی و مکانیسم های پاسخگویی به تقاضا را یکپارچه می کنند. با تجمیع این منابع، VPPها می توانند تولید و مصرف انرژی را بهینه کنند، پایداری شبکه را افزایش دهند و خدمات جانبی را برای پشتیبانی از عملیات کلی شبکه ارائه دهند.
فناوری بلاک چین
فناوری بلاک چین راه حل های بالقوه ای را برای چالش های بخش انرژی ارائه می دهد، از جمله افزایش قابلیت ردیابی و شفافیت در معاملات انرژی های تجدیدپذیر، بهینه سازی تجارت متناظر انرژی و امکان مدیریت کارآمدتر شبکه. قراردادهای هوشمند و پلتفرمهای غیرمتمرکز میتوانند تراکنشهای ایمن و خودکار انرژی را تسهیل کرده و مصرفکنندگان را برای مشارکت در بازار انرژی ترغیب کنند.
نظارت پیشرفته و آنالیز و پیش بینی
استقرار سیستمهای نظارتی پیشرفته و آنالیز پیشبینیکننده در تأسیسات انرژیهای تجدیدپذیر میتواند عملکرد را بهینه کند، خطاها را شناسایی کند و تعمیر و نگهداری پیشبینی را تسهیل کند. نظارت برخط داراییهای انرژی تجدیدپذیر، امکان تشخیص زودهنگام مسائل را فراهم میکند و اقدام سریع برای جلوگیری از خرابی سیستم و به حداکثر رساندن تولید انرژی را ممکن میسازد.
هوش مصنوعی و یادگیری ماشین
الگوریتمهای هوش مصنوعی (AI) و یادگیری ماشین (ML) میتوانند تولید و مصرف انرژی تجدیدپذیر را با تجزیه و تحلیل حجم وسیعی از دادهها بهینه کنند. AI و ML این قابلیت را دارند تا آب و هوا را برای تولید انرژی تجدیدپذیر، بهینهسازی توزیع و ذخیره انرژی به طور دقیق پیش بینی کرده و تخمین بار، مدیریت و کارایی شبکه را تدقیق کنند.
رویکرد اقتصاد چرخشی
اتخاذ رویکرد اقتصاد چرخشی در بخش انرژی های تجدیدپذیر می تواند کارایی منابع را به حداکثر برساند و ضایعات را به حداقل برساند. تاکید بر بازیافت و استفاده مجدد از اجزای تولید انرژی تجدیدپذیر، مانند پنل های خورشیدی و پره های توربین بادی، اثرات محیط زیستی را کاهش می دهد و فرصت های جدیدی را برای صنعت ایجاد می کند.
جمع بندی
انرژی های تجدیدپذیر مسیری امیدوارکننده به سوی آینده ای پایدار ارائه می دهد اما این مسیر بدون چالش نیست. غلبه بر مسائلی چون جریان متناوب، هزینه، زیرساخت و پذیرش عمومی نیازمند تلاش های مشترک، نوآوری های تکنولوژیکی و سیاست های حمایتی است. با سرمایهگذاری در تحقیق و توسعه، بهبود راهحلهای ذخیرهسازی انرژی، پیشرفت فناوریهای یکپارچهسازی شبکه و تقویت آگاهی عمومی، میتوانیم چالشها را پشت سر بگذاریم و پتانسیل کامل انرژیهای تجدیدپذیر را استخراج کنیم. مسیر رسیدن به آینده ای پایدار در تعهد جمعی ما برای پرداختن به این چالش ها و پذیرش قدرت دگرگون کننده انرژی های تجدیدپذیر نهفته است.
این مقاله چقدر برای شما مفید بود؟
از 1 تا 5 امتیاز بدهید.
میانگین امتیاز: / 5. تعداد رأیها:
اولین نفری باشید که رأی میدهد!
ما متأسفیم که این مقاله اصلاً برای شما مفید نبود!
لطفاّ به ما در بهبود آن کمک کنید.
به ما در اصلاح آن کمک میکنید؟
تیم نویسندگان
آموزش، چراغی است که گامهای روشن و آگاهانه را در جهت خوشبختی بشر و تعادل با محیط زیست به ما نشان میدهد.
دیدگاهتان را بنویسید