نگاه بنیادی به سرمایه‌گذاری در تولید هم‌زمان و پراکنده برق

اوایل هزاره سوم صنعت برق در جهان دستخوش تغییرات عمیقی شد. نحوه تولید برق، تولید‌کنندگان، سرمایه‌گذاری‌ها، روش انتقال و قیمت‌گذاری همگی، پا‌به‌پای پیشرفت فن‌آوری، دگرگون شدند. پیشرفت‌های تکنولوژیک این امکان را فراهم کرد تا تولید برق در کارخانجاتی با مقیاسی کوچکتر با هزینه‌ای برابر یا حتا کمتر از برق تولید‌شده در نیروگاه‌های معظم مدیریت‌متمرکز که در نیمه دوم سده بیستم مرسوم بود، صورت پذیرد. سویه دیگر این پیشرفت‌ها «تولید هم‌زمان» بود؛ از مزایای ویژه تولید هم‌زمانِ حرارت مفید و برق از یک منبع سوخت این بود که امکان افزایش راندمان مصرف سوخت از 30 به نزدیک 90 درصد فراهم آمد. در کنار این امر، کاهش آسیب به محیط زیست با وجود افزایش بازده اقتصادی از طریق استفاده بهینه از منابع، حاصل می‌شد.

سیستم‌های تولید توامان، به‌خصوص آنهایی که از واحدهای سیکل ترکیبی گازی استفاده می‌کنند، ابتدا در کشورهای صنعتی پاسخ بسیار موفقیت‌آمیزی به نیازها دادند تا بدان‌پایه که برخی محاسبات صنعتی پیش‌بینی می‌کردند در دهه بعد کارخانجات تولید برق متمرکز منسوخ خواهند شد.

به بیان ساده، حرارت حاصل از انرژی ارزان‌قیمت گاز، دیگ‌های آب را به جوش آورده و از انرژی حاصل از بخار، توربین‌های بخار به حرکت درمی‌آیند؛ به این ترتیب راندمان نیروگاه نسبت به نیروگاه‌های بخار بیشتر می‌شوند.

راندمان بالاتر تولید هم‌زمان

نیروگاه‌های سیکل ترکیبی که شامل توربین گاز و توربین بخار برای تولید برق اند به‌خاطر راندمان بالا در مصرف سوخت نسبت به نیروگاه‌های حرارتی ساده (کانونشنال) از آنها پیشی گرفته‌اند. در نیروگاه‌های کانونشنال راندمان یا نرخ تبدیل سوخت به انرژی الکتریکی 33 درصد بوده است بدان معنا که 3/2 سوخت مصرفی به‌صورت حرارت در اتمسفر رها شده و علاوه بر اتلاف منابع انرژی، موجبات آلودگی محیط زیست و گرم‌شدن زمین را فراهم می‌آورد.

نیروگاه سیکل ترکیبی متشکل از دو نوع توربین است به‌گونه‌ای که ژنراتور متصل به توربین گاز مولد برق است و به‌طور هم‌زمان انرژی حرارتی تلف‌شده، بخار مورد نیاز توربین بخار را تولید می‌کند؛ به این ترتیب برق مازاد تولید می‌شود.

با این توضیح می‌توان دریافت که نیروگاه‌های سیکل ترکیبی می‌توانند راندمانی بین 50 تا 60 درصد و در برخی شرایط بیش از آن را تجربه نمایند. بنابراین این نیروگاه‌ها با مصرف سوختی در حدود نصف نیروگاه‌های کانونشنال برقی برابر با همان نیروگاه‌ها را تولید می‌نمایند. و نهایتا، درصورتی‌که حرارت اتلافی نهایی نیز برای مصارف صنعتی همچون پروسه تولید صنایع غذایی، پخت سیمان، پتروشیمی و به‌ویژه آب‌شیرین‌کن‌ها مورد استفاده قرار گیرد راندمان نهایی این سیستم‌ها می‌تواند مرز 90% را نیز تجربه کند.

هزینه‌های پایین سرمایه‌گذاری

برای راه‌اندازی یک نیروگاه هزار‌مگاواتی سیکل ترکیبی در حدود 800 میلیون دلار سرمایه لازم است که با تامین زمین مورد نیاز برای احداث چنین نیروگاهی (در حدود 50 هکتار) این سرمایه‌گذاری سر به یک میلیارد دلار خواهد گذاشت؛ یعنی هزار دلار برای هر کیلووات.

برای نمونه شرکت دایلیم کره جنوبی قصد دارد به‌منظور تامین برق صنایع معدنی و ریلی منطقه بافق، یک نیروگاه سیکل ترکیبی با ظرفیت 500 مگاوات با سرمایه‌گذاری 500 میلیون دلاری در این شهرستان ایجاد کند. این در حالی است که میزان سرمایه‌گذاری مورد نیاز جهت راه اندازی یک واحد سیکل ترکیبی به‌طور میانگین در حدود 66% سرمایه‌گذاری لازم برای ساخت یک واحد نیروگاه کانونشنال (نیروگاه معمولی حرارتی) است که این نسبت‌ها بسته به مدل و سایز نیروگاه تا حدودی نوسان خواهد داشت با‌این‌حال فاصله قیمتی قابل توجه است.

هزینه راه‌اندازی نیروگاه سیکل ترکیبی کم‌تر از نیروگاه‌های حرارتی است.

علاوه بر این، بر اساس نتایج عملی، دوره بازگشت سرمایه نیز در نیروگاه‌های سیکل ترکیبی به‌طور محسوسی کوتاه‌تر از نیروگاه‌های کانونشنال است؛ عموما برای بازگشت سرمایه در خصوص یک نیروگاه سیکل ترکیبی زمانی بین 7 تا 11 سال فرض گرفته می‌شود درصورتی‌که همین دوره برای یک نیروگاه کانونشنال به حدود 12 تا 23 سال بالغ می‌شود؛ چیزی در حدود 2 برابر.

دسترسی تجاری

دسترسی تجاری به معنای فراهم بودن امکان تامین و تجارت برق به روش ساخت و تولید نیروگاه سیکل ترکیبی در هر نقطه از جهان است. جدا از نیروگاه‌های سیکل ترکیبی بزرگی که اغلب برای بهینه‌سازی نیروگاه‌های بخار قدیمی طراحی و اجرا می‌شوند، نیروگاه‌های تولید پراکنده و تولید هم‌زمان برق و حرارت سایزهای کوچکی دارند. برای مثال در کشور یک واحد تولید برق و آب توامان (آب‎شیرین‌کن) در قشم راه‌اندازی شده است که از توربین گازی 25 مگاوات سود می‌برد و نمونه‌های دیگری از این دست در برنامه طراحی، نصب و راه‌اندازی است.

این نوع از نیروگاه‌ها به سهولت ساخته، حمل و متصل به شبکه انتقال موجود می‌شوند. این نیروگاه می‌تواند مختص یک شهرک یا حتا یک واحد صنعتی، کارخانه، ساختمان تجاری یا محوطه دانشگاهی باشد. وجود شبکه گسترده توزیع برق در کشور که پوششی در حدود صددرصدی دارد، امکان فروش مازاد برق تولیدی را نیز فراهم می‌کند. در کشورهای در حال توسعه، امکان‌پذیری تجاری نیروگاه‌های سیکل ترکیبی این ظرفیت را ایجاد می‌کند که توسعه و ارتقا سیستم تولید و توزیع برق به‌سرعت و بدون مساعدت‌های مالی دولت یا گارانتی صورت پذیرد.

استانداردهای بالای عملکرد

در لایحه برنامه پنج‌ساله ششم توسعه کشور ساخت 26 هزار مگاوات نیروگاه جدید برنامه‌ریزی شده است که 16هزار مگاوات آن با تبدیل نیروگاه‌های گازی موجود به سیکل ترکیبی، سه هزار مگاوات آن با ساخت نیروگاه‌های تولید پراکنده (DG) و تولید هم‌زمان برق و حرارت (CHP) و پنج هزار مگاوات دیگر آن با ساخت نیروگاه‌های تجدیدپذیر بادی و فوتوولتائیک (خورشیدی) تامین خواهد شد.

این برنامه زمینه مساعدی را برای ورود سرمایه خارجی و بخش خصوصی به‌ویژه برای سرمایه‌گذاری در رنج‌های پایین سیکل ترکیبی از جمله تولید پراکنده و هم‌زمان ایجاد کرده است. خرید تضمینی برق توسط دولت نیز انگیزه‌های لازم برای این سرمایه‌گذاری را ارتقا می‌بخشد.

بخش خصوصی که اقدام به سرمایه‌گذاری در صنعت برق می‌کند استاندارد‌های بالاتری را نسبت به دولت در ارتباط با عملکرد تولید برق طلب می‌کند. تا امروز 980 مگاوات ظرفیت اسمی تولید برق در واحدهای تولید پراکنده DG و CHP به بهره‌برداری رسیده که این ظرفیت، 1.27 ظرفیت اسمی تولید برق کشور را شامل می شود. با‌این‌حال، در سال 1396 برای مجموعه وزارت نیرو مشخص نیست که در خرید تضمینی برق از سرمایه‌گذاران تولید پراکنده، نرخ گاز باید به چه ترتیب محاسبه شود؛ این بلاتکلیفی موجب توقف صدور مجوز برای واحدهای تولید پراکنده تا تعیین تکلیف نرخ سوخت این واحدها شده است.

فراوانی حامل‌های انرژی

توربین‌هایی که در نیروگاه‌های سیکل ترکیبی مورد استفاده قرار می‌گیرند به‌طور معمول از منابع گاز طبیعی استفاده می‌کنند که ذخایر آن در تمام قاره‌های جهان به فراوانی وجود دارد و ایران دومین دارنده ذخایر گازی جهان است. گاز طبیعی به سوخت انتخابی سرمایه‌گذاران و مصرف‌کنندگان بخش خصوصی بدل شده است چراکه نسبت به ذغال سنگ و نفت فراگیری بیشتری داشته، می‌تواند در 90% مصارف انرژی مورد استفاده قرار گیرد.

به این ترتیب، با وجود پروژه‌های گوناگون تولید برق از منابع تجدیدپذیر، برق حرارتی در بازه 2015 تا 2025 کماکان مهمترین منبع تولید برق خواهد بود. طبق گزارش BMI تولید برق حرارتی از 91.7% کل در سال 2015 (241.1 تراوات‌ساعت) به 92% در سال 2016 (250.6 تراوات ساعت) و 92.9% در سال 2025 (342 تراوات ساعت) خواهد رسید. رشد تولید برق از گاز طبیعی در سال 2025 به 277.1 تراوات می‌رسد که نشان‌دهنده افزایش 4 درصدی استفاده از گاز است.

برق تولیدی در نیروگاه‌های گازی ایران نیز حدود 75% برق حرارتی کشور را تشکیل می‌دهد. دولت به منظور افزایش راندمان و میزان تولید در حال تبدیل نیروگاه‌های گازی قدیمی به نیروگاه‌های سیکل ترکیبی است.

کاهش آلایندگی و مصرف سوخت

نیروگاه‌های سیکل ترکیبی با توجه به اینکه در هر کیلو‌وات‌ساعت میزان کمتری سوخت نسبت به نیروگاه‌های حرارتی معمولی مصرف می‌کنند، میزان تولید مواد آلاینده از جمله دود را کاهش می‌دهند. در همین راستا میزان خساراتی که در اثر تولید برق به محیط‌زیست وارد می‌شود به مقدار قابل توجهی کاهش می‌یابد. از همین رو، شرکت زیمنس آلمان به عنوان یکی از بزرگترین صاحبان تکنولوژی نیروگاهی در جهان، در تبلیغات نیروگاه‌های سیکل ترکیبی خود این نوع از نیروگاه‌ها را به عنوان فن‌آوری سازگار با محیط‌زیست یا نیروگاه‌های سبز معرفی می‌کند، و استفاده از این نوع از نیروگاه‌ها را «به جهت عملکرد و راندمان بسیار بالا راهکاری ایدآل برای حل مشکلات محیط‌زیست» عنوان می‌کند.

ناگفته پیداست که استفاده از نیروگاه‌های سیکل ترکیبی نسبت به نیروگاه‌های حرارتی که سوخت ذغال سنگ مصرف می‌کنند برای محیط زیست بسیار پاکیزه‌تر است. ذغال سنگ عمده‌ترین سوخت مورد استفاده برای تولید برق در آفریقا است که عمده دلیل آن وجود معادن بزرگ ذغال سنگ در جنوب این قاره است. با‌این‌حال کشورهای این منطقه، به‎ناچار، بر روی برق آبی به عنوان جایگزینی مناسب به دلیل در‌دسترس‌بودن و ارزان‌قیمت‌بودن نیروی آب، سرمایه‌گذاری‌ کرده‌اند. پیش‌بینی می‌شود که مصرف ذغال سنگ در این منطقه کاهش یافته و از 53.3% درسال 2016 به 49.7% در سال 2025 برسد.

کاهش نیاز به انتقال برق در فواصل طولانی

نیروگاه‌های سیکل ترکیبی در رنج‌های کوچک این امکان را ایجاد می‌کنند تا یک واحد نیروگاهی مورد نیاز در نزدیکی صنایع و یا مراکز مورد نظر راه‌اندازی شود؛ در نتیجه عدم نیاز به انتقال الکتریسیته در مسافت‌های طولانی و به تبع آن کاهش هزینه کل برق مصرفی از محاسن این نسل از نیروگاه‌ها است.

این را هم باید علاوه کرد که با وجود شبکه گسترده انتقال برق در کشور که پوششی حداکثری دارد، فرسودگی این شبکه موجب اتلاف انرژی و هزینه‌های تبعی آن می‌شود. مضافا اینکه اجرای پروژه‌های ساخت نیروگاه حرارتی در فضایی گسترده برای تامین برق مناطق، که باعث از بین رفتن طبیعت و محیط‌زیست شده و آلایندگی را تشدید می‌کند، مورد نیاز نخواهد بود. به‌جای انتقال طولانی برق از طریق کابل، انتقال گاز از طریق لوله‌ها به محل نیروگاه بسیار به‌صرفه‌تر است زیرا همان‌طور که گفته شد، از اتلاف انرژی برق در خطوط شبکه، که بین 30 تا 70 درصد برآورد می‌شود، جلوگیری می‌شود.

تامین زغال‌سنگ با قطار هزینه تولید برق حرارتی را بالا می‌برد.

مهمترین دلیل سهم بالای تولید برق حرارتی در نیروگاه‌های گازی شبکه گازرسانی گسترده در ایران است. انتقال گاز متان از طریق لوله به لحاظ فرایندی آسان‌تر از نفت بوده و نسبت به ذغال سنگ که با قطار جابه‌جا می‌شود نیز از صرفه اقتصادی برخوردار خواهد بود.

تامین غیر‌متمرکز و انعطاف‌پذیر برق

متوسط سایز نیروگاه‌های سیکل ترکیبی در جهان در حال کاهش‌یافتن است، این موضوع هماهنگ با روند تمرکززدایی رخ می‌دهد. این تمرکززدایی از نیروگاه‌ها و تولید پراکنده برق در گستره کشورها پابه‌پای ایده‌های شهرسازی غیرمتمرکز و باغشهری با استفاده از پیشرفت‌های فن‌آوری امکان وقوع یافته است.

این نیروگاه‌ها نسل قابل انعطافی از نیروگاه‌ها پس از دهه‌ها ساخت کارخانجات بسیار متمرکز تولید برق اند. موج نخست ساخت نیروگاه‌های سیکل ترکیبی در میانه دهه 80، در رنج 600 مگاوات، بعدها و در پایان دهه 90 به رنج 100 مگاوات رسیده است. در ارتباط با افزایش راندمان مصرف سوخت، برخی شرکت‌های خصوصی سایز بهینه را 50 مگاوات اعلام کرده‌ و نسبت به ساخت آنها در هزاره جدید اقدام کرده‌اند؛ نیروگاه‌هایی که از توربین‌های کوچک با راندمان بالا و استهلاک پایین‌تر سود می‌برند که آلایندگی به مراتب پایین‌تری داشته و سرعت ساخت، حمل و نصب و راه‌ندازی را به میزان قابل توجهی افزایش می‌دهند.

برخلاف نیروگاه‌های برق کانونشنال، برق تولید‌شده توسط نیروگاه‌های سیکل ترکیبی بسیار مناسب کار در پیک یا نیاز متناوب است، چراکه آنها به سرعت امکان قطع از شبکه و وصل و ورود دوباره به شبکه را، در صورت نیاز، به‌دست می‌دهند.

تمایل و ظرفیت استفاده در کشورهای در حال توسعه

پتانسیل موجود جهت کاهش آسیب‌های طبیعی و محیط زیست و امکان سریع توسعه و بهبود سیستم‌های تولید برق، که در نسل نیروگاه‌های سیکل ترکیبی حاصل آمده، امکانات گسترده‌ای را جهت کشورهای همچون چین و هند فراهم آورده است. در این کشورها مصرف برق به‌طور جدی متکی بر سوخت ذغال سنگ بوده، برق، بخار و حرارت در حال حاضر با راندمان بسیار پایین تولید می‌شوند و میلیون‌ها تن از مردم در مناطق روستایی از مواهب استفاده از برق محروم‌اند.

بنابراین همان‌طور که در ابتدا نیز عنوان شد کشور ما با در اختیار داشتن منابع وسیع گازی و امکانات تکنوژیک کافی جهت ساخت این نسل از نیروگاه‌ها، هم‌تراز با نیروگا‌های بخار کانوشنال، بستری مناسبی جهت سرمایه‌گذاری‌های داخلی و خارجی برای ساخت کارخانجات تولید برق و تجارت برق است.

نیروگاه‌های سیکل ترکیبی آلاینده‌های زیست‌محیطی کم‌تری دارند.

در زمینه میزان ذخایر منابع گازی کشور نیاز به هیچ‌گونه توضیحی نیست اما در مورد امکانات فنی راه‌اندازی نیروگاه‌های سیکل ترکیبی رنج‌های مختلف نیرو در کشور، کافی است به ظرفیت‌های گروه مپنا به عنوان یکی از 10 شرکت برتر تولید‌کننده نیرو در جهان به گزارش Gas Turbine World اشاره کرد؛ شرکتی که پس از راه‌اندازی 24 واحد نیروگاه سیکل ترکیبی در داخل و خارج از کشور، 42 واحد نیروگاه جدید را در دست احداث دارد.

در نهایت…

جدا از پتانسیل‌های داخلی طراحی، ساخت و راه‌اندازی نیروگاه‌های سیکل ترکیبی و تولید پراکنده در کشور، در فضای بعد از برجام، قراردادهای بسیاری با طرف‌های خارجی برای سرمایه‌گذاری در صنعت برق منعقد شده است. برای نمونه می‌توان به موافقت‌نامه 7 واحد سیکل ترکیبی با شرکتی ترکیه‌ای اشاره کرد که یکی از مهمترین پروژه‌های توسعه‌ای در این زمینه است؛ قرارداد با شرکت یونایتد اینترنشنال ترکیه در ژوئن 2016 اعلام عمومی شد که شامل سرمایه‌گذاری جهت ساخت 7 نیروگاه سیکل ترکیبی برای افزایش ظرفیتی بالغ بر 6 هزار مگاوات است.

محل این 7 نیروگاه که در مناطق مختلف ایران مکان‌یابی خواهد شد در قالب قراردادی بالغ بر 4 میلیارد دلار سرمایه‌گذاری خارجی نطفه می‌بندد. قراردادهای دیگری نیز با طرفیت روسیه، کره جنوبی، آلمان و ژاپن برای سرمایه‌گذاری در زمینه تولید برق از انرژی‌های تجدید‌پذیر و همین‌طور انرژی هسته‌ای در شرف انعقاد یا اجرا است.

علاوه بر سرمایه‌گذاری برای ایجاد واحدهای جدید تولید برق، همان‌طور که پیشتر عنوان شد، دولت در حال تبدیل نیروگاه‌های گازی قدیمی به نیروگاه‌‌های سیکل ترکیبی به منظور افزایش راندمان و میزان تولید است تا آنجا که به گفته وزیر نیرو، ایران قصد دارد با افزایش راندمان تولید برق (بین 32% تا 47%) از طریق تبدیل 8000 مگاوات نیروگاه گازی قدیمی به سیکل ترکیبی، ظرفیت تولید برق کشور را افزایش دهد.