آرشیو دوشنبه ۲۵ دی ۱۴۰۲، شماره ۵۹۲۵
بنگاه های صنعتی و معدنی
۲۹

«دنیای اقتصاد» از ضرورت جایگزینی برق با گاز گزارش می دهد: نیروگاه ‏‏ ها بهینه‏‏ تر از خانه‏‏ ها

سید حسین میرافضلی

مصرف گاز هر خانوار در ایران در زمستان حدود 20 متر مکعب در شبانه روز است. با این مقدار گاز می توان حداقل 70 کیلو وات ساعت در شبانه روز برق تولید کرد. این در حالی است که سرانه مصرف برق خانگی در کشورهای سرد جهان که خط لوله گاز خانگی ندارند حدود نیم کیلو وات در ساعت و 12 کیلو وات در شبانه‏‏ روز است، حتی چنانچه مصرف برق خانگی در ایران را دو برابر کشورهای سرد جهان لحاظ کنیم، باز می توان روی حجم بالایی برای صادرات این انرژی برنامه ریزی کرد. از سوی دیگر آلودگی هوای متان بسیار بالاتر از حتی مصرف بنزین و گازوئیل است که استفاده از برق به جای آن می تواند در این زمینه بسیار کمک کننده باشد.

ظرفیت تولید نیروگاه های گازی در زمستان حدود 75 هزار مگاوات است که به دلیل کمبود گاز در حال حاضر حدود 35 مگاوات آن مورد استفاده قرار می گیرد. با هر مترمکعب گاز در نیروگاه های حرارتی موجود می توان 3.5 تا 4.5کیلو وات ساعت برق تولید کرد. مصرف گاز هر خانوار در ایران در زمستان حدود 20 مترمکعب در شبانه روز است. با 20 مترمکعب گاز می توان حداقل 70 کیلو وات ساعت در شبانه روز برق تولید کرد. برای نجات مردم از آلودگی هوا که گاز طبیعی عامل اصلی آن است و برای جلوگیری از مرگ های خاموش و انواع بیماری ها از جمله آلزایمر که کمبود اکسیژن از عوامل ایجاد و تشدید آن است پیشنهاد می شود فیش انرژی جایگزین فیش گاز و برق شود و در محاسبات فیش برق و گاز مجموع مصرف محاسبه شود و چنانچه خانواده ای مصرف گاز خود را به کمترین حد ممکن مثلا 3تا 5مترمکعب در حد پخت و پز در شبانه روز رساند و مصرف برق آن خانواده 60 کیلووات در شبانه روز افزایش پیدا کرد هیچ هزینه اضافه بابت مصرف برق در فیش انرژی اعمال نشود، چرا که سبد مصرف انرژی این خانواده افزایش نیافته و در مقابل با تغییر الگوی مصرف انرژی از گاز به برق خدمت بزرگی به شهر و جامعه کرده است.

بر اساس داده های موجود، سرانه مصرف برق خانگی در کشورهای سرد جهان که خط لوله گاز خانگی ندارند حدود نیم کیلو وات در ساعت است. حتی چنانچه مصرف برق خانگی در ایران را دو برابر کشورهای سرد جهان لحاظ کنیم، می توانیم مانند مردم آن کشورها با این میزان برق گرمای موردنیاز خانه های خود را تامین کنیم. چنانچه مصرف برق هر خانواده چهارنفره ایرانی را 2 کیلووات ساعت در نظر بگیریم برای تامین برق کل خانه ها باید حدود 50 هزار مگاوات در ساعت برق برای بخش خانگی تولید کنیم.

بر اساس اطلاعات جدول ارائه شده در این گزارش بالاترین سرانه مصرف برق حدود 1.2کیلو وات ساعت است که از این میزان حدود 50 درصد آن متعلق به بخش خانگی و عمومی و مابقی مربوط به واحدهای تولید و صنعتی و کارگاهی است. کشورهایی که بالاترین سرانه مصرف برق را دارند از سیستم لوله کشی گاز شهری برخوردار نیستند. به این ترتیب حتی اگر مصرف سرانه بخش خانگی ایران در حد کشورهای پیشرفته و سرد باشد سرانه مصرف هر نفر 0.6 کیلو وات ساعت است به این ترتیب نیاز کشور در بخش خانگی حدود 50 هزار مگاوات خواهد بود. تولید برق ایران طی سه سال آینده از صدهزار مگاوات فراتر خواهد رفت که حدود 40درصد آن موردنیاز بخش های غیر خانگی است بنابراین در صورت جایگزینی برق به جای گاز امکان تامین برق موردنیاز کل خانه های کشور وجود خواهد داشت. هر چند ایران کشوری است که در سردترین روزهای زمستانی در بخش شمالی دارای هوای معتدل است.

در حال حاضر در کنار مصارف برق، میزان مصرف گاز هر خانوار در زمستان حدود 20 مترمکعب در شبانه روز است که معادل 80 کیلو وات ساعت است در حالی که چنانچه برق معادل کشورهای سرد و توسعه یافته به خانه ها اختصاص داده شود نیاز هر خانواده چهار نفره در شبانه روز حدود 50 کیلو وات ساعت است. در حال حاضر مصرف هر خانواده چهار نفره در ایران بین 15 تا 20 کیلووات ساعت است. به این ترتیب با اجرای این طرح مصرف انرژی در بخش خانگی ایران به حدود نصف کاهش می یابد، مفهوم دیگر آن این است که مصرف گاز در بخش خانگی از حدود 600 میلیون مترمکعب در روز های سرد پاییز و زمستان به حدود 300 میلیون مترمکعب در روز و 45میلیارد مترمکعب در 5 ماه خواهد رسید که ارزش آن بر اساس قیمت گاز صادراتی سالانه حدود 15 میلیارد دلار است. علاوه بر اینکه مجبور به قطع گاز واحدهای صنعتی و پتروشیمی ها و فولادها در روزهای سرد سال نمی شویم تا به این وسیله سالانه چند میلیارد دلار به اقتصاد کشور خسارت وارد شود.

اتلاف حرارتی شبکه توزیع گاز بیشتر از برق است

بعضا این بحث مطرح می شود که در خطوط انتقال برق زیادی تلف می شود. واقعیت این است که در خطوط فشار قوی 400کیلووات تا 1000 کیلو وات اتلاف برق در هر هزار کیلو متر بین 1.5تا2 درصد است و عمده اتلاف در شبکه توزیع درون شهری واقع می شود که بخشی از آن با اصلاح خطوط و ترانس ها و سایر اقدامات قابل حل است. با رفع مشکلات اتلاف در شبکه توزیع به 8 تا 10 درصد خواهد رسید. در نظر داشته باشیم در شبکه توزیع گاز نیز جمعا بین 10 تا 15 درصد هدر رفت داریم که ارزش حرارتی بسیار بیشتر از برقی است که در شبکه درون شهری تلف می شود. در خصوص راندمان نیروگاه ها نیز با طرح های در حال اجرای تبدیل نیروگاه های گازی به سیکل ترکیبی راندمان نیروگاه ها به حدود 50 درصد خواهد رسید. راهکارهای دیگری نیز جهت کاهش اتلاف در بخش نیروگاهی وجود دارد که از جمله آن استفاده از نیروگاه های CCHP و تولید همزمان برق و حرارت و آب شیرین از طریق نیروگاه هاست. در برخی کشورهای همسایه نیروگاه های بسیار بزرگ با راندمان 85درصد احداث کرده اند که ضمن تولید برق سالانه، صدها میلیون مترمکعب آب دریا را شیرین و در اختیار شهرها و صنایع قرار می دهد.

این طرح به معنای گران کردن قیمت انرژی نیست بلکه هدف هدایت مردم به استفاده از انرژی برق به جای گاز در حد کشورهای مترقی جهان است.

نقش گاز در آلودگی هوا

سوختن گاز در بخاری یا موتورخانه ها یا هر محل دیگری به مفهوم واکنش بین گاز طبیعی CH4 و اکسیژن است که فرمول آن عبارت است از: CH4 +O2 می دهد CO2 به علاوه آب (CH4+O2→H2O+CO2). در استوکیومتری با مول سر و کار داریم و می خواهیم بدانیم یک مول CH4 با چند مول اکسیژن واکنش می دهد تا چند مولCO2 و چند مول آب تولید کند. 1CH4 + 2O² →1CO² +2H²Oبه این ترتیب مشخص است که یک مول متان با دو مول اکسیژن واکنش می دهد و یک مول CO2 و دو مول آب حاصل خواهد شد. حال می خواهیم بررسی کنیم که وزن اتمی این موازنه چگونه است یعنی وقتی مثلا هزار مترمکعب گاز (حدود 72کیلوگرم) را بسوزانیم چقدر اکسیژن نیاز است و چقدر CO2 تولید می شود.

وزن یک مول متان حدود 16گرم است و وزن دو مول اکسیژن حدود 64گرم و وزن یک مول CO2 حدود 46گرم است بنابراین بر اساس این معادله 1CH4 + 2O² →1CO² +2H²O با سوزاندن یک مول متان (16گرم) دو مول اکسیژن (64گرم) نیاز است و پس از واکنش سوختن یک مول CO2 اسیدکربنیک به وزن 46 گرم تولید می شود.

به این ترتیب با یک محاسبه ساده مشخص می شود که برای سوخت هزار مترمکعب گاز متان (720کیلوگرم) در بخاری به 2880کیلوگرم معادل 2.8تن اکسیژن نیاز است. مفهوم آن این است که وقتی برنامه ریزی می کنیم کل شهر تهران را گاز رسانی کنیم و نتیجه آن، این است که زمستان ها روزانه 120 میلیون مترمکعب گاز در تهران سوزانده شود بنا بر این روزانه 345 هزار تن اکسیژن موجود در هوای تهران سوزانده و نابود می شود (حدود 20 تا 21درصد از هوا اکسیژن است). حال بر اساس همین موازنه ساده بررسی می کنیم با مصرف روزانه 120 میلیون مترمکعب گاز طبیعی در شهر تهران چه میزان CO2 تولید می شود. سوخت یک مول 16 گرم متان 46 گرم CO2 می دهد پس با مصرف 120 میلیون مترمکعب متان روزانه 248هزار تن گاز کربنیکCO2 در هوای شهر تهران منتشر می شود.

در موازنه فوق برای سوختن یک گرم متان 4گرم اکسیژن نیاز بود و 2.75 گاز کربنیکCO2 تولید می شود.

حال لازم است این موضوع را با مصرف اکسیژن کل خودرو های بنزین سوز شهر تهران مقایسه کنیم. فرمول شیمیایی بنزین C8H12 است. موازنه واکنش شیمیایی بنزین با اکسیژن عبارت است از: 2C8H18 + 25O2 =16CO2 + 18H2O بر اساس این موازنه برای سوختن یک گرم بنزین، 3.5 گرم اکسیژن مصرف می شود. از طرف دیگر برای سوختن یک گرم گاز متان 4 گرم اکسیژن مصرف می شود. با سوختن یک گرم گاز طبیعی (متان) 2.75 گرم گاز CO2 تولید می شود اما با سوختن یک گرم بنزین حدود 3 گرم CO2 تولید می شود. به این ترتیب مصرف گاز متان حجم زیادتری از اکسیژن موجود در هوا را نابود می کند اما میزان تولید CO2 ناشی از بنزین کمی بیشتر از گاز متان است. با تحلیل فوق می توان ارزیابی کرد که در مجموع گاز متان عوارض بیشتری نسبت به بنزین برای ساکنان شهر تهران و با لحاظ موقعیت جغرافیایی این شهر واقع بین کوه ها دارد. مصرف گاز متان در روزهای سرد سال 120 میلیون مترمکعب معادل حدود 90هزار تن و جمع مصرف بنزین و گازوئیل حدود 30 هزار تن در روز است.

گاز رسانی به کلان شهرها خصوصا تهران اشتباه بزرگی بود. ادامه این اشتباه می تواند خسارت های جبران ناپذیری به دنبال داشته باشد. ضرورت دارد طی حداکثر پنج سال انرژی برق جایگزین گاز شود و از گاز صرفا برای پخت و پز استفاده شود هر چند با اجاق های برقی نیز می توان پخت و پز انجام داد. افزایش CO2 در هوا نقش بسیار مهمی در افزایش گرمایش کره زمین و کشور ما دارد. کاهش CO2 هوا در افزایش بارندگی نیز نقش دارد. چنانچه CO2 در هوا نبود کره زمین بیش از 10درجه خنک تر بود. یخ های قطب شمال آب نمی شدند و بشر زندگی امیدبخش تر و شادتری داشت. منشا بسیاری از بیماری های سخت و زجر آور و لاعلاج، آلودگی هوای ناشی از انتشار CO2 و کاهش اکسیژن هوا به دلیل واکنش های سوختن اکسیژن با گاز و بنزین و گازوئیل است. ما چاره ای جز تلاش جهت کاهش انتشار CO2 در هوا نداریم.

در شرایط فرضی چنانچه در یک روز سرد زمستان حتی چند ساعت سطح هوای فشرده در تهران پایین بیاید و جابه جایی هوا صورت نگیرد و مصرف گاز و بنزین شهر به همین منوال باشد احتمالا سطح اکسیژن هوا به زیر 18 درصد می رسد و تعداد بسیار زیادی از مردم خفه خواهند شد. اگر اکسیژن به زیر 18 درصد برسد مرگ به سراغ انسان خواهد آمد. علاج واقعه قبل از وقوع باید کرد.

روش های تامین برق در طرح جایگزینی برق با گاز

بر همین اساس می توان به چند روش تامین برق اشاره کرد: *نیروگاه های سیکل ترکیبی با سوخت گاز در سواحل خوزستان و بوشهر پیشنهاد می شود نیروگاه های سیکل ترکیبی با خوراک گاز در استان های خوزستان و بوشهر راه اندازی شوند. از بخار مازاد این نیروگاه ها می توان صدها میلیون مترمکعب آب شیرین تولید کرد. راندمان این نیروگاه ها در حالت تولید همزمان برق و بخار و آب شیرین حدود 85درصد است. از CO2 و نیتروژن داغ خروجی دودکش نیروگاه ها می توان برای تزریق به میادین نفت و گاز جهت ازدیاد برداشت استفاده کرد. برق تولیدی این نیروگاه ها با خطوط برق فشار قوی بالای 400 کیلو وات به خط سراسری گاز کشور متصل شود. در خطوط فشار قوی ذکر شده اتلاف برق در هر هزار کیلومتر کمتر از 2 درصد است.

با تزریق ترکیب CO2 و نیتروژن داغ دودکش نیروگاه های سیکل ترکیبی به میادین نفتی جنوب کشور می توان ضریب بازیافت نفت را 5درصد افزایش داد. کل نفت درجای ایران حدود 160 میلیارد بشکه است. به ازای هر یک درصد بازیافت نفت درجا 1.6میلیارد بشکه به تولید نفت اضافه خواهد شد که با لحاظ نفت حتی با قیمت 50 دلار ارزش آن برابر 80 میلیارد دلار در سال است.

*نیروگاه های خورشیدی

ایران به دلیل روزهای آفتابی زیاد و موقعیت جغرافیایی مناسب مزیت خوبی جهت تولید برق از انرژی خورشیدی دارد. می توان برای تولید بیش از 10هزار مگاوات برق خورشیدی در ایران برنامه ریزی کرد. برق تولیدی نیروگاه های خورشیدی همچنین می تواند برای احداث 10 هزار مگاوات نیروگاه تلمبه ای ذخیره ای در استان های مختلف مورد استفاده قرار گیرد تا برق پمپ های نیروگاه های تلمبه ای ذخیره ای را در طول روز تامین کند تا از غروب تا شب و اوج مصرف نیروگاه های تلمبه ای ذخیره ای کمبودهای شبکه را جبران کنند.

*نیروگاه های تلمبه ای ذخیره ای

ایران حداقل به 10 هزار مگاوات نیروگاه تلمبه ای ذخیره ای نیاز دارد. این نیروگاه ها که پیک سا هستند دو سد کوچک حدود 5میلیون مترمکعبی در پایین و بالای کوه دارند و در ساعت هایی که در شبکه برق مازاد وجود دارد آب از سد پایین به سد بالادست پمپ می شود و در مقابل در ساعات پیک مصرف مثلا از ساعت 5 تا 10 شب می توان از آب پشت سد بالا برای تولید برق استفاده کرد.

*نیروگاه های آبی و بادی

با احداث نیروگاه های آبی کوچک و متوسط در کشور می توان چند هزار مگاوات برق آبی تولید کرد.

نیروگاه های بادی از اقتصاد نسبتا مناسبی برخوردار هستند. ایران ظرفیت احداث حداقل 5هزار مگاوات برق را دارد.

*نیروگاه های زمین گرمایی

بیش از 10درصد برق موردنیاز ترکیه یعنی بیش از 6هزار مگاوات از طریق نیروگاه های زمین گرمایی تولید می شود و ایران نیز در برخی مناطق ظرفیت های نسبتا مناسبی به این منظور دارد.

*نیروگاه های هسته ای با سوخت توریم

ذخایر توریم در جهان چند برابر ذخایر اورانیوم است. شاید مهم ترین برتری استفاده از توریوم نسبت به اورانیوم و پلوتونیوم در زمینه ایمنی، آن است که تبدیل سوخت هسته ای توریوم به یک بمب اتمی در مقایسه با اورانیوم و پلوتونیوم اقدام بسیار دشواری است. نحوه استفاده از توریوم در رآکتورهای هسته ای به این صورت است که پس از گذاشتن توریوم (232 th) در رآکتور توسط نوترون بمباران می شود و در نتیجه آن ایزوتوپ (232 th) به ایزوتوپ (233 th) توریوم تبدیل می شود که از آن برای تولید برق می توان استفاده کرد. رآکتورهایی که در آن از سوخت توریوم استفاده می شود پسماندهای هسته ای کمتری نسبت به رآکتورهای کنونی تولید می کند.

جایگاه هیدروژن در آینده صنعت و انرژی جهان

هیدروژن سوختی پاک با میزان انرژی دو برابر بنزین است. با تجزیه 800هزار تن آب می توان صدهزار تن هیدروژن و 700هزار تن اکسیژن تولید کرد. با صدهزار تن هیدروژن می توان حدود 350هزار تن آمونیاک NH3 تولید و از اکسیژن نیز می توان به جای هوا در واکنش های سوختن استفاده کرد. حدود 78درصد هوا نیتروژن است و 21درصد آن اکسیژن است. عامل سوختن گاز در کوره ها یا بنزین و گازوئیل در خودروها اکسیژن است. بدون اکسیژن هیچ سوختی نمی سوزد بنابراین با تزریق اکسیژن در هوای احتراق می توان میزان سوخت بیشتری دریافت و انرژی گرمایشی بیشتر را در حجم ثابتی تولید کرد.

هیدروژن به عنوان سوخت جایگاه مهمی در جهان کسب خواهد کرد. با استفاده از نیروگاه های خورشیدی جهت تجزیه آب می توان بدون برق نیروگاه های فسیلی میلیون ها تن هیدروژن و اکسیژن از آب دریا تولید کرد و این واقعیتی است که حادث خواهد شد.