آینده ژنراتورهای گازی کاترپیلار، MWM و کامینز در خاورمیانه و اروپا تا سال ۲۰۵۰
۱. مقدمه: گذار انرژی جهانی تا سال ۲۰۵۰
جهان در آستانه تحولات عمیق انرژی قرار دارد که تا سال ۲۰۵۰ شکل خواهد گرفت. پیشبینی میشود جمعیت جهانی ۱.۶ میلیارد نفر افزایش یافته و از ۹.۷ میلیارد نفر فراتر رود، در حالی که شهرنشینی سریع (۷۰٪ مردم در شهرها، بهویژه در آسیا و آفریقا) و دو برابر شدن اقتصاد جهانی، که توسط هوش مصنوعی هدایت میشود، منجر به افزایش چشمگیر تقاضای برق خواهد شد. تقاضای جهانی انرژی اولیه تا سال ۲۰۵۰ حدود ۱۸ درصد افزایش خواهد یافت که آسیا و آفریقا پیشتاز این رشد هستند. در این میان، تقاضا برای گاز طبیعی با ۳۲ درصد رشد، همچنان بزرگترین محرک مصرف گاز خواهد بود که عمدتاً برای تولید برق مورد استفاده قرار میگیرد.
ژنراتورهای گازسوز کامینز MWM و کاترپیلار تا ۲۰۵۰؛ آیندهای پایدار برای زیرساختهای انرژی منطقه، با تحلیل ایدهآل صنعت موسوی بزرگترین فروشگاه لوازم برقی و یدکی ژنراتور ها در ایران .
اروپا هدف دستیابی به بیطرفی اقلیمی تا سال ۲۰۵۰ را دنبال میکند و متعهد به کاهش ۵۵ درصدی انتشار گازهای گلخانهای تا سال ۲۰۳۰ (نسبت به سطوح ۱۹۹۰) است. بخش برق، سنگ بنای این هدف، باید سریعتر کربنزدایی شود، به طوری که انرژیهای تجدیدپذیر تا سال ۲۰۳۰ تقریباً به ۷۰ درصد و تا سال ۲۰۵۰ به بیش از ۸۰ درصد از تولید برق دست یابند. در مقابل، خاورمیانه، اگرچه هنوز به شدت به گاز و نفت وابسته است (۷۲ درصد برق در سال ۲۰۲۳ از گاز تأمین شد)، جاهطلبیهایی برای انرژیهای تجدیدپذیر نشان میدهد (به عنوان مثال، عربستان سعودی با هدف ۵۰ درصد برق تجدیدپذیر تا سال ۲۰۳۰). با این حال، سرمایهگذاری در نیروگاههای گازی در کشورهایی مانند ایران، امارات متحده عربی، کویت و عراق همچنان ادامه دارد.
این تفاوت در مسیرهای کربنزدایی پیامدهای مهمی دارد. اتحادیه اروپا با اهداف الزامآور قانونی برای انتشار خالص صفر تا سال ۲۰۵۰ و کاهش قابل توجه گازهای گلخانهای تا سال ۲۰۳۰، به سمت حذف تدریجی سوختهای فسیلی حرکت میکند. این امر مستلزم حمایت قوی از راهکارهای کمکربن و بدون کربن است. در مقابل، خاورمیانه، با وجود برخی اهداف بلندپروازانه در زمینه انرژیهای تجدیدپذیر، همچنان به شدت در نیروگاههای گازی سرمایهگذاری میکند و رشد تولید گاز طبیعی به سمت این منطقه و آفریقا در حال تغییر است. این وضعیت نشاندهنده یک مسیر گذار انرژی متنوعتر و احتمالاً کندتر در خاورمیانه است، جایی که گاز ممکن است برای مدت طولانیتری نقش محوری را ایفا کند، احتمالاً به عنوان یک “سوخت پل” یا برای تضمین امنیت انرژی. این واگرایی، فرصتهای بازار را برای تولیدکنندگان ژنراتورهای گازی شکل خواهد داد؛ اروپا احتمالاً به دنبال راهکارهای هیدروژنمحور یا کمانتشار خواهد بود، در حالی که خاورمیانه ممکن است همچنان به ژنراتورهای گاز طبیعی سنتی، در کنار افزایش ادغام انرژیهای تجدیدپذیر، نیاز داشته باشد.
علاوه بر این، رشد هوش مصنوعی و مراکز دادهای که به آن وابسته هستند، به عنوان محرکهای جدید و قابل توجهی برای تقاضای برق ظاهر شدهاند. مراکز داده به منابع برق قابل اعتماد، انعطافپذیر و پایدار نیاز مبرم دارند. این امر یک نیاز حیاتی برای تولید برق قابل اطمینان و قابل دیسپچ ایجاد میکند. ژنراتورهای گازی، به ویژه آنهایی که زمان پاسخدهی سریع و قابلیت میکروگرید دارند، میتوانند به خوبی این بار حیاتی و رو به رشد را تأمین کنند. این جایگاه میتواند یک جایگاه کلیدی برای ژنراتورهای گازی در آینده باشد، حتی با پیشرفت کربنزدایی کلی شبکه.
۲. نقش در حال تحول ژنراتورهای گازی (کاترپیلار، MWM، کامینز) در ترکیب انرژی منطقهای
تولیدکنندگان پیشرو ژنراتورهای گازی، کاترپیلار، MWM و کامینز، در حال انطباق استراتژیک با چشمانداز انرژی در حال تغییر هستند و بر نوآوری در فناوریهای سوخت و راهحلهای توزیعشده تمرکز دارند.
کاترپیلار: این شرکت از سال ۱۹۲۹ حضور دیرینهای در خاورمیانه دارد و با مرکز توزیع قطعات و دفتر منطقهای در دبی، به مشتریان خود خدمات میدهد. کاترپیلار راهحلهای تولید توزیعشده را ارائه میدهد، از جمله سری جدید ژنراتورهای گاز طبیعی/بیوگاز G3500K (۱.۵ تا ۲.۵ مگاوات) که انتشار گازها و هزینهها را کاهش میدهند و با سیستمهای تولید همزمان برق و حرارت (CHP) میتوانند به بازده کلی ۸۹.۶ درصد دست یابند. این شرکت در حال گسترش راهحلهای هیدروژنمحور است و از اواخر سال ۲۰۲۱ ژنراتورهایی را ارائه میدهد که قادر به کار با ۱۰۰٪ هیدروژن هستند (بر اساس سفارش) و همچنین راهحلهای تجاری موجود برای ترکیب گاز طبیعی با حداکثر ۲۵٪ هیدروژن را عرضه میکند. توربینهای خورشیدی کاترپیلار نیز دههها است که با ترکیبات بالای هیدروژن کار میکنند. کاترپیلار بازیگر کلیدی در بازار ژنراتورهای مراکز داده است.
MWM: یک برند پیشرو جهانی برای سیستمهای تولید انرژی غیرمتمرکز، کارآمد و دوستدار محیط زیست، با تمرکز بر نیروگاههای CHP. موتورهای گازی MWM با انواع مختلف گازها (گاز طبیعی، بیوگاز، گاز دفن زباله، گاز فاضلاب، سینگاز) کار میکنند. موتورهای گازی MWM در حال حاضر میتوانند با گاز طبیعی حاوی حداکثر ۲۵ درصد هیدروژن حجمی کار کنند ، که بر اساس بیش از ۲۰ سال تجربه در موتورهای احتراق داخلی با سوخت هیدروژن بنا شده است. این شرکت موتورهایی با توان ۴۰۰ کیلووات تا ۱۰۰ مگاوات ارائه میدهد و به بازدهی بیش از ۹۰ درصد دست مییابد. اروپا در سال ۲۰۲۴ بر بازار موتورهای گازی تسلط داشت که ناشی از پذیرش انرژیهای تجدیدپذیر بود.
کامینز: کامینز تمامی اجزای اصلی ژنراتورهای خود (موتور، دینام، سیستمهای کنترل) را طراحی، تولید و آزمایش میکند. این شرکت ژنراتورهای دیزلی، گاز طبیعی و HVO (روغن گیاهی هیدروژنه) را ارائه میدهد. ژنراتورهای گاز طبیعی به عنوان عنصری حیاتی در گذار به آیندهای با انرژی پایدار، با راهحلهایی از ۱۳ تا ۲۰۰۰ کیلووات، در نظر گرفته میشوند. کامینز در فناوری احتراق داخلی هیدروژن پیشرو است و موتورهای جدید ۱۵ لیتری هیدروژنی ICE و ۱۵ لیتری گاز طبیعی را با استفاده از پلتفرمهای موجود برای مقیاسپذیری ارائه میدهد. این شرکت بازیگر غالب در تولید برق در منطقه MENA (۸۵-۹۰٪ کل کسبوکار) است، به ویژه در بخش اجاره برای پروژههای بزرگ. کامینز با Grupel همکاری میکند تا دامنه محصولات خود را در بازار کمتوان اروپا گسترش دهد.
بازار ژنراتورهای گازی صنعتی در سال ۲۰۲۴ به ارزش ۲,۰۲۳.۱۶ میلیون دلار آمریکا رسید و پیشبینی میشود تا سال ۲۰۳۳ به ۲,۶۳۵.۱۶ میلیون دلار آمریکا برسد (با نرخ رشد مرکب سالانه ۲.۹۸٪). در سال ۲۰۲۳، سیستمهای هیبریدی ۱۵ درصد از تاسیسات جدید ژنراتورهای گازی در سطح جهان را به خود اختصاص دادند. آمریکای شمالی و اروپا بر پیشرفتهای فناوری و مقررات زیستمحیطی سختگیرانه تأکید دارند، در حالی که آسیا-اقیانوسیه و خاورمیانه و آفریقا به دلیل صنعتیسازی و فعالیتهای نفت و گاز، رشد قوی را تجربه میکنند.
جدول ۱: ویژگیهای کلیدی و آمادگی هیدروژن تولیدکنندگان پیشرو ژنراتورهای گازی (کاترپیلار، MWM، کامینز) – چشمانداز ۲۰۲۵-۲۰۵۰
| تولیدکننده | پیشنهادات ژنراتور گازی فعلی (توان، نوع سوخت) | قابلیت ترکیب هیدروژن | تمرکز اصلی بازار | بازده (الکتریکی/کلی با CHP) | حضور منطقهای |
|---|---|---|---|---|---|
| کاترپیلار | سری G3500K (۱.۵-۲.۵ مگاوات)، گاز طبیعی/بیوگاز | تا ۲۵% هیدروژن ترکیبی، ۱۰۰% هیدروژن (سفارشی) [1, 2, 3] | تولید توزیعشده، میکروگرید، مراکز داده [4, 5, 6] | تا ۴۶.۵% (الکتریکی)، تا ۸۹.۶% (کلی با CHP) [4] | خاورمیانه (حضور قوی از ۱۹۲۹)، اروپا [5, 7, 8] |
| MWM | ۴۰۰ کیلووات تا ۱۰۰ مگاوات، گاز طبیعی، بیوگاز، گاز دفن زباله، گاز فاضلاب، سینگاز [9] | تا ۲۵% هیدروژن ترکیبی [10, 11] | نیروگاههای CHP، تولید انرژی غیرمتمرکز [9, 10] | بیش از ۹۰% (کلی) [11] | اروپا (بازار غالب)، خاورمیانه |
| کامینز | ۱۳ تا ۲۰۰۰ کیلووات، دیزل، گاز طبیعی، HVO [12, 13] | موتورهای احتراق داخلی هیدروژن (۱۵ لیتری)، استفاده از پلتفرمهای موجود [14, 15] | برق اصلی، برق پیک، تولید همزمان، مراکز داده، بهداشت، تصفیه آب [12, 13] | بالا (طراحی برای حداکثر بازده) [13] | خاورمیانه (۸۵-۹۰% کسبوکار MENA)، اروپا (بازار کمتوان) [16, 17] |
>
این تولیدکنندگان بزرگ همگی به طور فعال در حال توسعه قابلیتهای ترکیب هیدروژن برای ژنراتورهای خود هستند. این تنها یک بهروزرسانی جزئی محصول نیست، بلکه یک تغییر اساسی در پیشنهادات اصلی آنهاست. این حرکت پاسخی مستقیم به فشارهای جهانی برای کربنزدایی و افزایش شناخت هیدروژن به عنوان یک منبع انرژی آینده است. این امر نشان میدهد که ژنراتورهای گازی با منسوخ شدن فوری مواجه نیستند، بلکه به طور استراتژیک در حال انطباق هستند تا به داراییهای “آیندهنگر” تبدیل شوند. نقش آنها از تولید برق پایه (در برخی مناطق) به پشتیبانی انعطافپذیر، کمانتشار، تثبیتکننده شبکه و راهحلهای تولید توزیعشده، به ویژه برای کاربردهای حیاتی مانند مراکز داده، در حال تغییر است. این تکامل به آنها اجازه میدهد تا با بهرهگیری از زیرساختهای موجود و تخصص فنی، در آیندهای با انتشار خالص صفر، همچنان مرتبط باقی بمانند.
همچنین، یک بخشبندی بازار منطقهای واضح وجود دارد. بازارهای اروپا تحت تأثیر مقررات زیستمحیطی سختگیرانه و تعهد به کاهش کربن هستند که منجر به تمرکز بر ژنراتورهای HVO و هیدروژنمحور میشود. در مقابل، خاورمیانه، با وجود برخی جاهطلبیهای تجدیدپذیر، همچنان سرمایهگذاری قابل توجهی در گاز دارد و به شدت به ژنراتورهای گازی برای فعالیتهای نفت و گاز و برق مناطق دورافتاده وابسته است. این نشاندهنده آن است که تولیدکنندگان احتمالاً استراتژیهای توسعه محصول و فروش خود را متناسب با هر منطقه تنظیم خواهند کرد. در اروپا، تأکید بر مدلهای پیشرفته، کمانتشار و سازگار با هیدروژن خواهد بود که ممکن است هزینههای اولیه بالاتری داشته باشند اما انتشار گازهای گلخانهای کمتری در طول عمر خود دارند. در خاورمیانه، در حالی که آمادگی هیدروژن اهمیت فزایندهای خواهد یافت، ممکن است تقاضای پایداری برای ژنراتورهای گاز طبیعی سنتی برای کاربردهای صنعتی، نفت و گاز، و پروژههای زیرساختی در مقیاس بزرگ وجود داشته باشد، جایی که کربنزدایی فوری ممکن است در کوتاهمدت کمتر ضروری یا از نظر اقتصادی مقرون به صرفه باشد. این وضعیت همچنین نشاندهنده پتانسیل یک گذار انرژی “دو سرعته” برای این تولیدکنندگان است.
۳. انرژی هستهای: یک جایگزین رو به رشد در چشمانداز انرژی
انرژی هستهای به عنوان یک جایگزین مهم و رو به رشد در ترکیب انرژی جهانی، به ویژه در اروپا و خاورمیانه، در حال ظهور است.
برنامههای توسعه و سرمایهگذاری: اتحادیه اروپا تخمین میزند که ۲۴۱ میلیارد یورو سرمایهگذاری برای انرژی هستهای تا سال ۲۰۵۰ مورد نیاز است، که شامل تمدید عمر نیروگاههای موجود و ساخت راکتورهای بزرگ جدید، SMRها (راکتورهای مدولار کوچک)، AMRها و میکرو راکتورها میشود. انرژی هستهای به عنوان جزء مهمی از کربنزدایی، رقابتپذیری صنعتی و استراتژیهای امنیت عرضه در نظر گرفته میشود و پیشبینی میشود تا سال ۲۰۴۰ به بیش از ۹۰٪ برق کربنزدایی شده کمک کند. ظرفیت نصبشده هستهای در اتحادیه اروپا پیشبینی میشود از ۹۸ گیگاوات الکتریکی در سال ۲۰۲۵ به ۱۰۹ گیگاوات الکتریکی تا سال ۲۰۵۰ افزایش یابد. در خاورمیانه، شرکت انرژی هستهای امارات (ENEC) در حال بررسی استقرار راهحلهای انرژی هستهای پیشرفته است که با اولویتهای ایالات متحده برای چهار برابر کردن تولید هستهای تا سال ۲۰۵۰ همسو است. در سطح جهانی، ظرفیت عملیاتی هستهای پیشبینی میشود تا سال ۲۰۵۰ بین ۴۰٪ (سناریوی کم) تا ۲.۵ برابر (سناریوی زیاد) افزایش یابد و به ۵۱۴ تا ۹۵۰ گیگاوات الکتریکی برسد.
مزایای انرژی هستهای:
- چگالی انرژی بالا: تولید انرژی بسیار زیاد از مقدار کمی سوخت.
- انتشار گازهای گلخانهای پایین: حداقل انتشار گازهای گلخانهای در طول عملیات (۱۵-۵۰ گرم CO2 در هر کیلووات ساعت در مقایسه با ۴۵۰ گرم CO2 برای گاز طبیعی). ناوگان موجود سالانه ۱.۵ گیگاتن انتشار را کاهش میدهد.
- قابلیت اطمینان و توان پایه: بالاترین ضریب ظرفیت در بین منابع انرژی (۹۲٪ در ایالات متحده در سال ۲۰۲۱) که به طور مداوم برای تأمین توان پایه پایدار کار میکند.
- کاهش وابستگی به سوختهای فسیلی: به تنوع بخشیدن به ترکیب انرژی کمک میکند.
- ایجاد شغل: یک صنعت کامل با مشاغل با حقوق بالاتر از میانگین ایجاد میکند.
معایب انرژی هستهای:
- هزینههای سرمایهای بالا: ساخت آن گران است (۵,۵۰۰-۸,۱۰۰ دلار آمریکا در هر کیلووات ظرفیت، یعنی ۶-۹ میلیارد دلار برای نیروگاه ۱۱۰۰ مگاواتی). این هزینهها به طور قابل توجهی بالاتر از نیروگاههای گازی است.
- زمان ساخت طولانی: معمولاً بیش از پنج سال طول میکشد، در مقایسه با حدود دو سال برای نیروگاههای گازی.
- مدیریت پسماندهای رادیواکتیو: پسماندهای خطرناکی تولید میکند که برای هزاران سال خطرناک باقی میمانند و نیاز به راهحلهای دفع پیچیده، گرانقیمت و بلندمدت دارند.
- خطر حوادث هستهای: در صورت وقوع ذوب هستهای، تأثیر فاجعهبار بر مناطق اطراف دارد.
- منابع اورانیوم محدود: یک منبع محدود است؛ منابع شناسایی شده فعلی با نرخ مصرف فعلی حدود ۹۰ سال دوام خواهند داشت. افزایش تقاضا میتواند قیمتها را به شدت بالا ببرد.
- مصرف بالای آب: نیروگاهها به آب وابسته هستند که منجر به آلودگی حرارتی برای زندگی آبزیان میشود.
انرژی هستهای به عنوان یک راهحل “پایدار” برای کربنزدایی در حال ظهور است. در حالی که انرژیهای تجدیدپذیر به سرعت در حال رشد هستند، ماهیت متناوب آنها نیاز به پشتیبانی قابل دیسپچ دارد. انرژی هستهای ضریب ظرفیت بالا و توان پایه پایدار را ارائه میدهد. برنامههای سرمایهگذاری قابل توجه اتحادیه اروپا، با وجود هزینههای سرمایهای بالا، نشاندهنده شناخت نقش هستهای در دستیابی به کربنزدایی عمیق و امنیت انرژی است، به ویژه زمانی که انرژیهای تجدیدپذیر متناوب نمیتوانند تقاضا را برآورده کنند. این امر نشان میدهد که ترکیب انرژی آینده شامل همزیستی هستهای و انرژیهای تجدیدپذیر خواهد بود، نه جایگزینی کامل هستهای توسط انرژیهای تجدیدپذیر. چالش اصلی همچنان موانع مالی و زمانی استقرار باقی میماند.
ارزیابی اقتصادی انرژی هستهای فراتر از یک مقایسه ساده هزینه متوسط تولید برق (LCOE) است. در حالی که نیروگاههای هستهای هزینههای سرمایهای بسیار بالا و زمان ساخت طولانی دارند، که ممکن است LCOE آنها را در نگاه اول بالاتر از گاز یا انرژیهای تجدیدپذیر نشان دهد، اما هزینههای عملیاتی پایین و گنجاندن هزینههای دفع پسماند و از کار انداختن در هزینههای عملیاتی باید در نظر گرفته شود. علاوه بر این، “هزینه سیستمی” برق بدون انرژی هستهای میتواند در سناریوهای با محدودیتهای کربن بالا به طور قابل توجهی بالاتر باشد (دو تا چهار برابر). این بدان معناست که ارزش اقتصادی انرژی هستهای در تأمین توان پایه قابل دیسپچ و کمکربن نهفته است، که نیاز به راهحلهای گرانقیمت متعادلسازی شبکه (مانند ذخیرهسازی گسترده باتری یا ژنراتورهای گازی انعطافپذیر) را کاهش میدهد و از هزینههای کربن مرتبط با سوختهای فسیلی جلوگیری میکند. این وضعیت نشان میدهد که سیاستگذاران به طور فزایندهای در ارزیابی انرژی هستهای، “هزینه کل سیستم” و مزایای امنیت انرژی را در نظر میگیرند، نه فقط هزینههای سرمایهای اولیه.
۴. تأثیرات انسانی و زیستمحیطی تولید برق با گاز
تولید برق با گاز طبیعی، با وجود مزایایی که دارد، دارای تأثیرات زیستمحیطی و بهداشتی قابل توجهی است.
معایب زیستمحیطی:
انتشار گازهای گلخانهای: اگرچه سوزاندن گاز طبیعی نسبت به نفت یا زغال سنگ گازهای گلخانهای کمتری منتشر میکند، اما همچنان یک سوخت فسیلی است و کاملاً دوستدار محیط زیست نیست. متان، جزء اصلی گاز طبیعی، یک گاز گلخانهای قوی است و نشت آن از چاهها، خطوط لوله و تأسیسات فرآوری به طور قابل توجهی به انتشار متان و کل گازهای گلخانهای در ایالات متحده کمک میکند. سوزاندن گاز اضافی (فلرینگ) نیز CO2، CO، SO2 و NOx تولید میکند.
کاربری زمین و اختلال در اکوسیستم: حفاری، استخراج (فرکینگ) و احداث خطوط لوله میتواند پوشش گیاهی، خاک، زیستگاههای حیات وحش را مختل کند، باعث فرسایش شود و رودخانهها و جریانها را آلوده کند. فرکینگ به مقادیر زیادی آب نیاز دارد و میتواند باعث زمینلرزه شود.
آب آلوده: تولید گاز طبیعی میتواند مقادیر زیادی فاضلاب آلوده تولید کند که نیاز به مدیریت صحیح دارد.
تأثیرات بهداشتی (آلایندهها): نیروگاههای گازی اکسیدهای نیتروژن (NOx)، دیاکسید گوگرد (SO2)، ذرات معلق (PM2.5)، مونوکسید کربن (CO) و ترکیبات آلی فرار (VOCs) را منتشر میکنند.
NOx: با بیماریهای تنفسی (التهاب مجاری هوایی، کاهش عملکرد ریه، آسم، برونشیت مزمن، افزایش حساسیت به عفونتهای تنفسی) مرتبط است.
CO و VOCs: CO باعث گردش ضعیف اکسیژن در بدن میشود (خستگی، سردرد، سرگیجه، تأثیر بر جنین). VOCs میتوانند باعث بیماریهای قلبی عروقی و سرطان ریه شوند.
ازن (O3): NOx و VOCs در حضور نور خورشید واکنش داده و ازن سطح زمین، یک آلاینده مضر، را تولید میکنند.
ذرات معلق (PM2.5): باعث سرطان ریه، بیماری ایسکمیک قلب، بیماریهای تنفسی، زایمان زودرس، وزن کم هنگام تولد و مرگ و میر پس از نوزادی میشود. مسئول ۱۰,۰۰۰-۱۵,۰۰۰ مرگ و میر زودرس در ایالات متحده و ۲,۸۰۰ مرگ و میر زودرس در اروپا سالانه است.
مزایای ژنراتورهای گازی:
پاکتر از زغال سنگ/نفت: برای تولید همان مقدار انرژی، ۵۰-۶۰٪ CO2 کمتری نسبت به زغال سنگ منتشر میکند و آلایندههای کمتری مانند SO2 و ذرات معلق دارد.
پایداری و انعطافپذیری شبکه: برای متعادل کردن عرضه و تقاضا، به ویژه با انرژیهای تجدیدپذیر متناوب، ضروری است. توربینهای گازی با راهاندازی سریع (“نیروگاههای پیک”) میتوانند به سرعت (۱۰-۱۵ دقیقه) برای جبران نوسانات انرژیهای تجدیدپذیر افزایش یا کاهش تولید داشته باشند و از قطعی برق جلوگیری کنند.
مقرون به صرفه بودن برای پشتیبانی شبکه: ساخت آنها نسبتاً ارزان است (هزینه سرمایهای ۷۰۰ دلار در هر کیلووات) و هزینههای عملیاتی رقابتی برای انعطافپذیری شبکه دارند. میتوانند سریعتر از اکثر جایگزینها ساخته شوند (۱-۲ سال در مقایسه با ۳-۵ سال برای نیروگاههای آبی پمپاژ شده).
راهحلهای تولید همزمان: نیروگاههای CHP با موتورهای گازی قابلیت اطمینان را بهبود بخشیده و هزینههای کل مالکیت را کاهش میدهند و به اهداف کاهش گازهای گلخانهای کمک میکنند.
قابلیت ترکیب هیدروژن: موتورهای MWM و کامینز در حال حاضر میتوانند با ترکیبات هیدروژن تا ۲۵ درصد حجمی کار کنند ، که انتشار کربن را بیشتر کاهش میدهد. کاترپیلار نیز در حال توسعه ژنراتورهای ۱۰۰٪ هیدروژنمحور است.
گاز طبیعی اغلب به عنوان “سوخت پل” به دلیل انتشار کمتر نسبت به زغال سنگ و نفت شناخته میشود. با این حال، شواهد نشان میدهد که این سوخت “فقط کمتر آلاینده” است و کاملاً دوستدار محیط زیست نیست، با توجه به نشت متان و تأثیرات مستقیم آلایندهها بر سلامت انسان. با این حال، نقش آن در پایداری و انعطافپذیری شبکه، به ویژه با افزایش انرژیهای تجدیدپذیر متناوب، “ضروری” تلقی میشود. این وضعیت یک تنش اساسی ایجاد میکند: در حالی که ژنراتورهای گازی خدمات حیاتی شبکه (پیک، بارگیری، پشتیبانی) را ارائه میدهند که انرژیهای تجدیدپذیر به تنهایی نمیتوانند بدون ذخیرهسازی گسترده به طور کامل فراهم کنند، استفاده مداوم از آنها، حتی با ترکیب هیدروژن، چالشهای زیستمحیطی و بهداشت عمومی مداومی را به همراه دارد. این “پل” باید با دقت مدیریت شود تا به یک وابستگی بلندمدت تبدیل نشود که مانع از اهداف انتشار خالص صفر شود، و این امر مستلزم سیاستهایی است که گذار سریع از گاز بدون کاهش انتشار را تشویق کند.
مقررات زیستمحیطی، به ویژه در اروپا، سختگیرانهتر میشوند. قوانین سازمان حفاظت محیط زیست (EPA) برای نیروگاههای گازی جدید، در صورت کارکرد بیش از ۴۰ درصد از زمان، نیاز به جذب کربن یا استانداردهای عملکردی را الزامی میکند. این امر به طور مستقیم بر طراحی و استراتژیهای عملیاتی تولیدکنندگان ژنراتورهای گازی تأثیر میگذارد و آنها را به سمت آمادگی هیدروژن و بازدهی بالاتر سوق میدهد. این نشان میدهد که معایب بهداشتی و زیستمحیطی گاز در حال هدایت یک تکامل فناوری در صنعت است. تولیدکنندگان با توسعه راهحلهای پاکتر، انعطافپذیرتر و سازگار با هیدروژن، به این امر پاسخ میدهند. این بدان معناست که آینده ژنراتورهای گازی به طور جداییناپذیری با توانایی آنها در کاهش تأثیرات زیستمحیطی مرتبط است، که این امر یک عامل کلیدی تمایز و محرک نوآوری در این بخش خواهد بود.
۵. جایگزینهای انرژی جهانی و مسیر آنها تا سال ۲۰۵۰
گذار انرژی جهانی به سمت منابع پاکتر، به شدت به رشد و توسعه انرژیهای تجدیدپذیر و سیستمهای ذخیرهسازی انرژی وابسته است.
منابع انرژی تجدیدپذیر:
انرژی خورشیدی فتوولتائیک (PV): پیشبینی میشود سهم آن از ۳٪ عرضه برق ایالات متحده در حال حاضر به ۴۰٪ تا سال ۲۰۳۵ و ۴۵٪ تا سال ۲۰۵۰ افزایش یابد. هزینهها ممکن است تا سال ۲۰۳۰ به ۲۰ دلار در هر مگاوات ساعت کاهش یابد. این سریعترین فناوری در حال رشد از نظر افزایش ظرفیت است و با سناریوی انتشار خالص صفر تا سال ۲۰۵۰ همسو است. پروژههای بزرگ در خاورمیانه برنامهریزی شدهاند، مانند نیروگاههای الرص ۲ (۲۰۰۰ مگاوات)، السداوی (۲۰۰۰ مگاوات) و سعد ۲ (۱۱۲۵ مگاوات) در عربستان سعودی.
انرژی بادی: هزینهها ممکن است تا سال ۲۰۵۰ بین ۳۷٪ تا ۴۹٪ کاهش یابد. انرژی بادی خشکی در سال ۲۰۱۵، ۴.۷٪ از برق ایالات متحده را تأمین کرد و افزایش ظرفیت قابل توجهی داشته است. انتظار میرود انرژی بادی فراساحلی کاهش هزینههای نسبی بیشتری را تجربه کند. پروژههای بزرگ در خاورمیانه شامل پروژه انرژی بادی دریای سرخ مصر (۶۵۰ مگاوات) است که بزرگترین مزرعه بادی عملیاتی در خاورمیانه و آفریقا است و برنامههایی برای یک پروژه دنباله ۹۰۰ مگاواتی نیز وجود دارد.
انرژی آبی: فناوری اصلی تولید برق تجدیدپذیر در جهان است و انتظار میرود ظرفیت جهانی آن تا سال ۲۰۵۰ تقریباً دو برابر شده و به ۲۰۰۰ گیگاوات و تولید آن به بیش از ۷۰۰۰ تراوات ساعت برسد. قابلیت اطمینان بالا، بازدهی بالا، هزینههای عملیاتی پایین، انعطافپذیری و ظرفیت ذخیرهسازی بالا را ارائه میدهد. بیشترین پتانسیل بهرهبرداری نشده در آفریقا، آسیا و آمریکای لاتین قرار دارد.
انرژی زمینگرمایی: تحلیل وزارت انرژی ایالات متحده نشان میدهد که تولید برق زمینگرمایی میتواند با بهبود فناوری تا سال ۲۰۵۰ به ۶۰ گیگاوات برسد، اگرچه تنها بخش کوچکی از پتانسیل آن به دلیل موانع فنی و غیرفنی محقق شده است. این یک “غول انرژی استفادهنشده” است.
سیستمهای ذخیرهسازی انرژی:
باتریها: استقرار ذخیرهسازی انرژی روزانه در مقیاس نیروگاهی میتواند تا سال ۲۰۵۰ پنج برابر افزایش یابد و به بیش از ۱۲۵ گیگاوات ظرفیت نصبشده برسد و به طور بالقوه به ۶۸۰ گیگاوات نیز برسد. در ابتدا عمدتاً باتریهای لیتیوم-یون خواهند بود، اما فناوریهای دیگر (سوختها، هوای مایع، شن فوقگرم) در حال توسعه هستند. این سیستمها به ادغام بیشتر انرژیهای تجدیدپذیر، محدود کردن نیاز به خطوط انتقال جدید و کاهش انتشار گازهای گلخانهای کمک میکنند. تأسیسات ذخیرهسازی باتری در مقیاس بزرگ در اروپا (مانند تأسیسات ۱۰۳.۵ مگاواتی آلمان) در حال بهرهبرداری هستند.
ذخیرهسازی هیدروژن: هزینههای تولید هیدروژن سبز پیشبینی میشود تا سال ۲۰۳۰ حدود ۵۰٪ کاهش یابد و تا سال ۲۰۵۰ با نرخ کمی کندتر به کاهش خود ادامه دهد و در برخی مناطق به ۱ تا ۱.۵ یورو در هر کیلوگرم برسد. استقرار گسترده خطوط لوله و ذخیرهسازی هیدروژن میتواند هزینهها را کاهش دهد. هیدروژن برای آینده انرژی پاک ضروری است. کشورهایی مانند چین، اروپا و استرالیا در پروژههای هیدروژن سبز پیشرو هستند.
جدول ۲: ترکیب انرژی پیشبینیشده در اروپا و خاورمیانه (۲۰۳۰ و ۲۰۵۰)
| منطقه | سال | گاز طبیعی (%) | هستهای (%) | خورشیدی PV (%) | بادی (%) | آبی (%) | سایر تجدیدپذیرها (%) | زغالسنگ/نفت (%) |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| اروپا | ۲۰۳۰ | کاهش (هدف کاهش وابستگی به واردات گاز طبیعی تا ۳۰%) [18] | افزایش (۹۸ GWe به ۱۰۹ GWe تا ۲۰۵۰) [19] | افزایش چشمگیر (همسو با هدف ۸۰% تجدیدپذیر تا ۲۰۵۰) [20, 21] | افزایش چشمگیر (همسو با هدف ۸۰% تجدیدپذیر تا ۲۰۵۰) [20, 21] | پایدار/افزایش آهسته (هدف ۵۴۰۰ تراوات ساعت/سال) [22] | افزایش [21] | کاهش چشمگیر (هدف بیطرفی اقلیمی) [20, 23] |
| ۲۰۵۰ | حداقل (گاز کمکربن به عنوان راهحل گذار پس از ۲۰۴۰ حذف میشود) [18] | ۱۰۰ GWe+ [19] | ۴۵% (در آمریکا، اروپا نیز مسیر مشابه) [24] | افزایش (کاهش هزینه ۳۷-۴۹%) [25] | افزایش (دو برابر شدن ظرفیت جهانی) [26] | افزایش [21] | نزدیک به صفر (هدف بیطرفی اقلیمی) [20, 23] | |
| خاورمیانه | ۲۰۳۰ | قابل توجه (سرمایهگذاری ادامه دارد) [27] | افزایش (امارات در حال بررسی استقرار) [28] | افزایش (عربستان سعودی هدف ۵۰% تجدیدپذیر) [29, 30] | افزایش (مصر هدف ۴۲% تجدیدپذیر) [28, 31] | پتانسیل بالا در منطقه [26, 22] | افزایش [27] | کاهش (به سمت گاز و تجدیدپذیر) [27] |
| ۲۰۵۰ | قابل توجه (نقش کلیدی در امنیت انرژی) [32, 33] | افزایش (همسو با اهداف ایالات متحده) [28] | افزایش (پروژههای بزرگ در حال برنامهریزی) [30] | افزایش (پروژههای بزرگ در حال برنامهریزی) [28, 31] | افزایش (دو برابر شدن ظرفیت جهانی) [26] | افزایش [27] | کاهش [27] |
>
جدول ۳: تحلیل مقایسهای فناوریهای اصلی تولید برق (گاز، هستهای، خورشیدی، بادی، آبی، باتری، هیدروژن)
| فناوری | LCOE (سوبسیددار) ($/MWh) [34, 35] | قابلیت دیسپچ | قابلیت اطمینان/ضریب ظرفیت (%) | ردپای زیستمحیطی (انتشار گازهای گلخانهای) | شدت سرمایه | مزایای کلیدی | معایب کلیدی |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| گاز طبیعی | ۴۲.۷۲ | بله (سریع: ۱۰-۱۵ دقیقه) | ۳۸% (۲۰۲۲) [36] | ۴۵۰ gCO2/KWh (نسبتاً پایینتر از زغال سنگ/نفت، اما همچنان آلاینده) [37, 38] | متوسط | انعطافپذیری، پایداری شبکه، هزینه سرمایه نسبتاً پایین | انتشار گاز گلخانهای، نوسان قیمت سوخت، آلایندههای هوا [39, 38, 40] |
| هستهای | ۲۹.۱۳ (۲۰۲۱) | بله (کند: ۲-۳ روز) | ۹۲% (۲۰۲۱) | ۱۵-۵۰ gCO2/KWh (بسیار پایین) | بسیار بالا | توان پایه پایدار، انتشار کربن صفر، امنیت انرژی | هزینه سرمایه بالا، زمان ساخت طولانی، پسماند رادیواکتیو، خطر حادثه |
| خورشیدی PV | ۲۳.۲۲ | خیر (متناوب) | ۲۳% | نزدیک به صفر (عملیات) [24] | متوسط | هزینه سوخت صفر، کاهش سریع هزینه، مقیاسپذیری | متناوب بودن، نیاز به ذخیرهسازی/پشتیبانی، ردپای تولید |
| بادی | ۳۱.۰۷ | خیر (متناوب) | ۳۳% | نزدیک به صفر (عملیات) [25] | متوسط | هزینه سوخت صفر، کاهش سریع هزینه، مقیاسپذیری | متناوب بودن، نیاز به ذخیرهسازی/پشتیبانی، ردپای تولید |
| آبی | رقابتی با سایر تجدیدپذیرها [37, 26] | بله (سریع: دهها ثانیه تا دقیقه) | بالا (قابل اطمینان) [37, 26] | بسیار پایین [37, 26] | بالا | قابلیت اطمینان بالا، ذخیرهسازی، انعطافپذیری، چندمنظوره | وابستگی به جغرافیا، تأثیرات زیستمحیطی محلی، هزینههای اولیه [37, 26, 22] |
| باتری | متغیر (بستگی به مدت زمان) [41] | بله (فوقالعاده سریع: میلیثانیه) | بالا (برای مدت کوتاه) [41] | نزدیک به صفر (عملیات) [42] | متوسط | انعطافپذیری، متعادلسازی شبکه، ادغام تجدیدپذیرها | هزینه، عمر محدود، ردپای تولید/دفع (فلزات سنگین) [43, 44, 45] |
| هیدروژن | ۱-۲ $/kg (۲۰۵۰، بهترین حالت) | بله (در موتورهای احتراق داخلی) [14] | بالا (در موتورهای احتراق داخلی) [14] | نزدیک به صفر (هیدروژن سبز) [14, 46] | متغیر (بستگی به تولید) [13] | انتشار کربن صفر (در نقطه مصرف)، ذخیرهسازی انرژی | هزینه تولید بالا (در حال حاضر)، ردپای تولید (هیدروژن خاکستری/آبی)، نیاز به زیرساخت |
>
نکته: LCOE (هزینه متوسط تولید برق) تنها بخشی از داستان را روایت میکند و هزینههای سیستمی، قابلیت دیسپچ و خدمات شبکه را در بر نمیگیرد.
رشد سریع انرژیهای تجدیدپذیر مانند خورشیدی و بادی، با وجود کاهش سریع LCOE و پیشبینیهای گسترش عظیم، ماهیت متناوب آنها نیاز حیاتی به پشتیبانی قابل دیسپچ و ذخیرهسازی را ایجاد میکند. رشد قابل توجه پیشبینی شده در ذخیرهسازی باتری و توسعه ذخیرهسازی هیدروژن مستقیماً این چالش را برطرف میکند. این امر نشان میدهد که سیستم انرژی آینده توسط یک فناوری واحد تسلط نخواهد یافت، بلکه توسط یک سیستم یکپارچه که در آن انرژیهای تجدیدپذیر متغیر توسط منابع قابل دیسپچ انعطافپذیر (از جمله ژنراتورهای گازی، احتمالاً با سوخت هیدروژن) و ذخیرهسازی انرژی در مقیاس بزرگ تکمیل میشوند. این وضعیت دلالت بر تغییر از نیروگاههای پایه سنتی به یک شبکه پویاتر و پاسخگوتر دارد، جایی که ارزش یک منبع برق به طور فزایندهای با توانایی آن در ارائه خدمات شبکه و انعطافپذیری، نه فقط LCOE آن، سنجیده میشود.
با این حال، گذار به آینده انرژی “سبز” بدون ردپای زیستمحیطی خود نیست. در حالی که احتراق هیدروژن تقریباً بدون انتشار است، تولید آن (به ویژه هیدروژن “خاکستری” از سوختهای فسیلی) میتواند انتشار CO2 قابل توجهی داشته باشد. به همین ترتیب، تولید و دفع باتری شامل استخراج فلزات کمیاب (لیتیوم، کبالت، نیکل) است که منجر به تخریب زیستگاه، آلودگی آب و انتشار گازهای گلخانهای میشود، و دفع نامناسب میتواند باعث نشت مواد شیمیایی سمی و آتشسوزی در محلهای دفن زباله شود. این بدان معناست که گذار به آینده انرژی پاک، بارهای زیستمحیطی را به سمت استخراج مواد خام، تولید و مدیریت پسماند منتقل میکند. این امر مستلزم دیدگاهی جامع از پایداری است که بر اصول اقتصاد چرخشی، تأمین مسئولانه و زیرساختهای بازیافت قوی برای فناوریهای انرژی جدید تأکید دارد تا واقعاً از نظر زیستمحیطی سودمند باشند.
۶. پیامدهای استراتژیک و توصیهها
تحلیل چشمانداز انرژی تا سال ۲۰۵۰، پیامدهای استراتژیک مهمی را برای ذینفعان در سراسر زنجیره ارزش انرژی آشکار میسازد.
برای تولیدکنندگان ژنراتورهای گازی (کاترپیلار، MWM، کامینز): تداوم تحقیق و توسعه تهاجمی و تجاریسازی ژنراتورهای هیدروژنمحور و ۱۰۰٪ هیدروژنسوز ضروری است. تمرکز بر تولید توزیعشده، میکروگریدها و کاربردهای مراکز داده که در آنها قابلیت اطمینان و پاسخدهی سریع از اهمیت بالایی برخوردار است، حیاتی خواهد بود. استراتژیهای منطقهای باید به گونهای تنظیم شوند که راهحلهای کربنزدایی در اروپا و تعادل بین کاربردهای سنتی گاز و گذارهای سبز در خاورمیانه را مورد تأکید قرار دهند.
برای سیاستگذاران (اروپا و خاورمیانه):
اروپا: حمایت قوی از انرژیهای تجدیدپذیر و هستهای را ادامه دهید. چارچوبهای نظارتی واضح و مشوقهایی برای زیرساختهای هیدروژن و استفاده از آن در تولید برق ایجاد کنید. به “زمین بازی نابرابر” برای نیروگاههای گازی موجود رسیدگی کنید تا کربنزدایی کارآمد در کل ناوگان گازی تضمین شود.
خاورمیانه: توسعه اقتصادی و امنیت انرژی را با اهداف کربنزدایی متعادل کنید. از منابع فراوان گاز طبیعی به عنوان سوخت گذار استفاده کنید، در حالی که استقرار انرژیهای تجدیدپذیر و اکتشاف تولید/صادرات هیدروژن را تسریع بخشید. سیاستهایی را برای کاهش یارانههای انرژی که مصرف بالا را ترویج میکنند، در نظر بگیرید.
برای سرمایهگذاران: فرصتها را در فناوریهای مرتبط با هیدروژن (تولید، ذخیرهسازی، ترکیب)، راهحلهای ذخیرهسازی انرژی پیشرفته و شرکتهایی که داراییهای برق انعطافپذیر و قابل دیسپچ را توسعه میدهند، شناسایی کنید که مکمل انرژیهای تجدیدپذیر متناوب هستند. سرمایهگذاریها را بر اساس هزینههای کل سیستم و مسیرهای کربنزدایی بلندمدت ارزیابی کنید، نه فقط LCOE اولیه.
اقدامات فراگیر: همکاری بینالمللی در زمینه فناوریهای گذار انرژی، به ویژه برای هیدروژن و انرژی هستهای پیشرفته، برای تسریع استقرار و به اشتراکگذاری بهترین شیوهها ضروری است.
برنامهریزی استراتژیک باید فراتر از رویکردهای جداگانه برای تولید انرژی حرکت کند. یک رویکرد سیستم انرژی یکپارچه، با در نظر گرفتن تولید، انتقال، ذخیرهسازی و مدیریت سمت تقاضا، حیاتی است. این بدان معناست که سیاستها و سرمایهگذاریها باید مجموعهای متنوع از فناوریها را ترویج کنند و قابلیت اطمینان شبکه، امنیت انرژی و مقرون به صرفه بودن را در عین دستیابی به اهداف کربنزدایی تضمین کنند. این یک مسئله بهینهسازی پیچیده است که نیاز به مدلسازی پیچیده و سیاستهای انطباقی دارد.
مفهوم قابلیت اطمینان شبکه در حال گسترش است. به طور سنتی، قابلیت اطمینان اغلب با “قابلیت دیسپچ” و نیروگاههای سوخت فسیلی پایه برابر بود. با این حال، انرژیهای تجدیدپذیر متناوب، در صورت ترکیب با ذخیرهسازی و فناوریهای شبکه هوشمند، میتوانند به قابلیت اطمینان سیستم کمک کنند. نیروگاههای گازی خود نیز در طول رویدادهای آب و هوایی شدید آسیبپذیریهایی را نشان دادهاند. این بدان معناست که سرمایهگذاریهای آینده در برق “قابل اطمینان” باید مجموعهای گستردهتر از ویژگیها و فناوریها را در نظر بگیرند و از اتکای صرف به منابع قابل دیسپچ سنتی فاصله بگیرند.
۷. نتیجهگیری: آیندهای متنوع و کربنزدایی شده
چشمانداز انرژی تا سال ۲۰۵۰ با یک گذار پیچیده و چندوجهی تعریف خواهد شد، نه یک جایگزینی ساده یک سوخت با سوخت دیگر. ژنراتورهای گازی کاترپیلار، MWM و کامینز احتمالاً نقش حیاتی، هرچند در حال تحول، را ایفا خواهند کرد، به ویژه از طریق ترکیب هیدروژن و ارائه پشتیبانی انعطافپذیر از شبکه. انرژی هستهای برای یک احیای مجدد به عنوان یک توان پایه کمکربن آماده است و گسترش سریع انرژیهای تجدیدپذیر و راهحلهای ذخیرهسازی پیشرفته را تکمیل میکند. مسیر به سمت انتشار خالص صفر شامل نوآوری مستمر، سرمایهگذاری استراتژیک و چارچوبهای سیاستگذاری تطبیقی در تمامی بخشهای انرژی خواهد بود.