چالش نیروگاههای زغالسنگ در مسیر گذار جهانی به انرژی خورشیدی؛ تحلیلی بر ناکارآمدی جایگزینی
گذار جهانی انرژی از سوختهای فسیلی به انرژی فتوولتائیک خورشیدی (PV) پتانسیل قابل توجهی برای بهبود آبوهوا و کیفیت هوا دارد، اما میزان واقعی جایگزینی سوختهای فسیلی و تأثیر آئروسلها بر راندمان PV، مسیر دستیابی به اهداف انتشار صفر خالص را پیچیده کرده است.
به گزارش معدننیوز، گذار جهانی انرژی از سوختهای فسیلی به انرژی فتوولتائیک خورشیدی (PV) پتانسیل قابل توجهی برای بهبود آبوهوا و کیفیت هوا دارد، اما میزان واقعی جایگزینی سوختهای فسیلی و تأثیر آئروسلها بر راندمان PV، مسیر دستیابی به اهداف انتشار صفر خالص را پیچیده کرده است.
گذار جهانی انرژی، که با هدف کاهش اثرات تغییرات آبوهوایی و بهبود کیفیت هوا، بر جایگزینی سوختهای فسیلی با انرژی فتوولتائیک خورشیدی (PV) متمرکز است، با چالشهای قابل توجهی مواجه است. برای محدود کردن گرمایش جهانی به ۱.۵ درجه سانتیگراد، کاهش ۴۵ درصدی انتشار گازهای گلخانهای تا سال ۲۰۳۰ و دستیابی به انتشار خالص صفر تا سال ۲۰۵۰ ضروری است که این امر مستلزم گذار سریع از سوختهای فسیلی به انرژیهای تجدیدپذیر است.
رشد و پتانسیل انرژیهای تجدیدپذیر
انرژیهای تجدیدپذیر از سال ۲۰۱۱ با نرخ متوسط سالانه ۶.۱ درصد رشد کرده و در سال ۲۰۲۳، ۲۹.۱ درصد (۸۴۴۰ تراوات ساعت) از برق جهانی را تأمین کردهاند. در میان فناوریهای مختلف، انرژی خورشیدی و بادی به دلیل مقیاسپذیری بیشتر و موانع کمتر، پیشتاز این گذار هستند. فناوری PV بهویژه با پیشرفت در مواد سلولی، تولید خودکار، استقرار در مقیاس بزرگ و کاهش چشمگیر هزینهها، مقرونبهصرفهترین منبع برق محسوب میشود.
مزایای پیشبینیشده و واقعیت عملی
در سال ۲۰۲۳، PV ۷۵ درصد از افزایش ۵۱۰ گیگاواتی ظرفیت تجدیدپذیر جهانی را به خود اختصاص داد. انتظار میرود این رشد سریع، در صورت جایگزینی تولید زغالسنگ، مزایای قابل توجهی برای آبوهوا و کیفیت هوا به همراه داشته باشد. با این حال، میزان واقعی جایگزینی سوختهای فسیلی با انرژیهای تجدیدپذیر هنوز مشخص نیست. انرژی خورشیدی PV، با انتشار گازهای گلخانهای بسیار کمتر در چرخه عمر خود نسبت به نیروگاههای زغالسنگ مجهز به جذب کربن، از سال ۲۰۰۹ تا ۲۰۱۹ از انتشار حدود ۱.۳ گیگاتن CO۲ جلوگیری کرده است. پیشبینی میشود تأمین ۴۰ درصد تقاضای برق از طریق خورشیدی تا سال ۲۰۶۰، انتشار آلایندهها را تا ۲۰۵ گیگاتن کاهش دهد و دمای جهانی را تا سال ۲۰۵۰ تا ۰.۰۵ تا ۰.۱۳ درجه سانتیگراد خنک کند.
چالش ناکارآمدی جایگزینی و وابستگی به سوخت فسیلی
هرچند جایگزینی کامل سوختهای فسیلی بیشترین تأثیر را دارد، حتی مکملسازی (استفاده از انرژی پاک در کنار فسیلی) نیز مفید است. اما در عمل، فرآیند جایگزینی بسیار ناکارآمد است؛ شواهد نشان میدهد در سطح جهانی، برای جایگزینی یک واحد انرژی فسیلی، بیش از ۶ واحد انرژی تجدیدپذیر لازم است. این ناکارآمدی ناشی از افزایش کلی تقاضای انرژی و وابستگی سیستمی به زیرساختهای سوخت فسیلی است. مشوقهای سیاستی مداوم برای سوختهای فسیلی، بهویژه حمایت از زغالسنگ که در برخی کشورها افزایش یافته، این وابستگی را تقویت میکند.
تأثیر مخرب آئروسلها بر عملکرد خورشیدی
افزایش مصرف زغالسنگ نه تنها انتشار گازهای گلخانهای را افزایش میدهد، بلکه با کاهش کیفیت هوا، مستقیماً عملکرد خورشیدی را مختل میکند. انتشار آلایندهها از نیروگاههای زغالسنگ، تابش سطحی را کاهش داده و در دورههای کمنوری خورشیدی، آلودگی را تشدید کرده و دورههای تاریکی را طولانیتر میکند. این کاهش بازده انرژی PV میتواند در مناطق بسیار آلوده مانند شرق چین و شمال هند، سالانه بیش از ۲۰ درصد باشد. آئروسلها با تغییر میکروفیزیک، بازتابپذیری و پوشش ابر، تأثیرات غیرمستقیمی بر کاهش تابش سطحی دارند. این امر خطر اختلال در یک حلقه بازخورد مثبت را ایجاد میکند که در آن استقرار انرژی خورشیدی باید وابستگی به سوخت فسیلی را کاهش داده و کیفیت هوا را بهبود بخشد، اما با اختلال آئروسلها، این چرخه معکوس میشود.
چالش تشخیص سیگنال جایگزینی
تشخیص اینکه آیا گسترش PV منجر به جایگزینی سوخت فسیلی میشود یا صرفاً در کنار آن گسترش مییابد، همچنان چالشبرانگیز است. بسیاری از تحقیقات، الگوهای تابش را بدون در نظر گرفتن تغییرات مکانی و زمانی در استقرار PV تحلیل میکنند. این رویکردها کافی نیستند زیرا مکانیابی PV تحت تأثیر مشوقهای سیاستی، زیرساختها و محدودیتهای کاربری زمین نیز قرار دارد. بنابراین، ثبت سیگنال جابجایی فسیلی نیازمند تحلیل مکانی دقیق در سطح تأسیسات است که شرایط جوی را به روندهای واقعی تولید و تلفات انرژی PV مرتبط کند.
آمار تلفات انرژی PV ناشی از آئروسل
آئروسلها در سال ۲۰۲۳، تولید جهانی انرژی PV را ۵.۸ درصد (۱۱۱ تراوات ساعت) کاهش دادند. از سال ۲۰۱۷ تا ۲۰۲۳، تلفات سالانه انرژی PV ناشی از آئروسلها معادل یک سوم انرژی اضافه شده توسط تأسیسات جدید PV بوده است. در چین، این تلفات در سال ۲۰۲۳ به ۷.۷ درصد رسید، با نسبت تلفات به رشد سالانه متوسط ۳۸ درصد. علیرغم گسترش زغالسنگ، تلفات انرژی PV در چین از سال ۲۰۱۷ به دلیل کنترلهای انتشار، ۱.۴ درصد در سال کاهش یافته است.
این نتایج نشاندهنده محدودیت عملکرد انرژی خورشیدی است. عدم توجه به این عامل میتواند منجر به تخمین بیش از حد سهم این گذار در دستیابی به اهداف اقلیمی و کیفی هوا شود، بهویژه با توجه به سرعت پایین حذف تدریجی زغالسنگ در جهان.