ناترازی انرژی؛ چالشی جهانی با پیامد‌های اقتصادی، زیست‌محیطی و اجتماعی

خبرگزاری مجله راپیدی؛ ناترازی انرژی به اختلاف بین میزان تقاضای انرژی و میزان تولید یا عرضه آن اشاره دارد. عوامل متعددی در ایجاد ناترازی انرژی نقش دارند ازجمله رشد جمعیت، توسعه اقتصادی، تغییرات در الگوی مصرف انرژی، محدودیت‌های منابع انرژی، نوسانات قیمت انرژی و سیاست‌های انرژی. مدیریت مؤثر ناترازی انرژی مستلزم برنامه‌ریزی دقیق، توسعه منابع انرژی پایدار، افزایش بهره‌وری انرژی، و تطبیق تقاضا با عرضه است.

این موضوع چالشی جهانی با پیامد‌های اقتصادی، زیست‌محیطی و اجتماعی مهم است. در همین راستا با سیدمسعود داودی استادیار و رئیس دانشگاه آزاد اسلامی لنجان گفت‌وگو کرده‌ایم که در ادامه می‌خوانیم:

مجله راپیدی: ناترازی انرژی دقیقاً بر چه مبنای علمی تعریف می‌شود و چه پارامتر‌ها و شاخص‌هایی در این ناترازی دخالت دارند، به عبارت بهتر تعریف واحد و جهان‌شمولی از ناترازی انرژی در علوم مختلف وجود دارد یا تعاریف متفاوتی بسته به زمینه کاربرد ارائه شده است؟

داودی: ناترازی انرژی به وضعیتی اطلاق می‌شود که در آن تقاضای انرژی از عرضه انرژی بیشتر بوده یا بالعکس یا اینکه توزیع انرژی در زمان و مکان به‌طور نابرابر انجام می‌شود. این مفهوم ممکن است بسته به زمینه و کاربرد خاص متفاوت باشد؛ اما به‌طور کلی در همه زمینه‌ها به نبود توازن میان تولید، مصرف و توزیع انرژی اشاره دارد.

در علم فیزیک و مهندسی انرژی، ناترازی انرژی معمولاً بر اساس موازنه انرژی یا قانون بقای انرژی تعریف می‌شود. در این مبنا، ناترازی به معنای تفاوت بین انرژی ورودی (تولید انرژی) و انرژی خروجی (مصرف انرژی) است که می‌تواند در مقیاس‌های مختلف مانند سیستم‌های نیروگاهی، شبکه‌های توزیع انرژی یا در مقیاس جهانی مورد بررسی قرار گیرد.

میزان تولید انرژی در مقایسه با مصرف آن از مهم‌ترین شاخص‌های ناترازی است و این تفاوت می‌تواند به دلایل مختلفی مانند تغییرات فصلی، اقتصادی یا اختلالات در تولید به وجود آید. تفاوت در توزیع انرژی بین مناطق جغرافیایی مختلف نیز می‌تواند باعث ناترازی انرژی شود. به‌عنوان نمونه در برخی مناطق، انرژی تولید شده کافی بوده؛ اما به علت مشکلات زیرساختی نمی‌توان آن را به‌درستی توزیع کرد.

کارایی انرژی در فرآیند‌های تولید، انتقال و مصرف نیز بر ناترازی انرژی تأثیر دارد. استفاده بهینه از انرژی در هر یک از این مراحل می‌تواند از ناترازی‌ها بکاهد. همچنین وابستگی به منابع انرژی تجدیدپذیر یا غیرتجدیدپذیر می‌تواند بر ناترازی تأثیرگذار باشد. منابع تجدیدپذیر مانند انرژی خورشیدی و بادی ممکن است نوسانات بیشتری در تولید داشته باشند و نیز سیاست‌های دولتی، قوانین و تعرفه‌ها نیز می‌توانند بر ناترازی انرژی اثرگذار باشند به‌عنوان نمونه در شرایطی که سیاست‌ها باعث تغییرات در قیمت‌ها یا کاهش دسترسی به منابع انرژی می‌شود.

مجله راپیدی: آیا تعاریف متفاوتی از ناترازی انرژی وجود دارد؟

داودی: بله، تعاریف ناترازی انرژی بسته به زمینه و کاربرد می‌توانند متفاوت باشند. ناترازی انرژی می‌تواند در علوم مختلف همانند اقتصاد، مهندسی انرژی، علوم محیطی و حتی سیاست‌گذاری، معانی متفاوتی داشته باشد. در اقتصاد انرژی، ناترازی انرژی معمولاً به تفاوت بین تقاضا و عرضه انرژی در یک بازار اشاره دارد.

 در مهندسی انرژی، ناترازی ممکن است به معنی تفاوت بین تولید و مصرف انرژی در مقیاس‌های مختلف باشد. در سیاست انرژی، ناترازی می‌تواند به مشکلات زیرساختی، توزیع ناعادلانه و وابستگی به منابع خاص اشاره داشته باشد. در نتیجه، اگرچه مفهوم کلی ناترازی انرژی مشترک بوده؛ اما به دلیل کاربرد‌های مختلف، ممکن است در هر حوزه علمی تعاریف خاص خود را داشته باشد.

مجله راپیدی: تغییرات اقلیمی در کشورمان چه تأثیر علمی و مستقیم بر تشدید ناترازی انرژی داشته و مکانیزم‌های این تأثیرگذاری چیست و آیا مدل‌های علمی موجود قادر به پیش‌بینی دقیق‌تر تأثیرات متقابل ناترازی انرژی و تغییرات اقلیمی هستند؟

داودی: تغییرات اقلیمی و ناترازی انرژی به‌طور مستقیم و غیرمستقیم در بسیاری از مناطق جهان به‌ویژه در ایران تأثیرگذار بوده و منجر به تشدید مشکلات در تأمین و توزیع انرژی می‌شود. برای بررسی این تأثیرات، ابتدا باید به دو جنبه اصلی یعنی تغییرات اقلیمی و نحوه تعامل آن با ناترازی انرژی  پرداخته شود. تغییرات اقلیمی باعث بروز شرایط آب و هوایی غیرقابل‌پیش‌بینی و تغییرات در الگو‌های بارش و دما می‌شود که در نتیجه آن تولید و مصرف انرژی تحت تأثیر قرار می‌گیرند.

کاهش منابع آبی نیز یکی از تأثیرات عمده تغییرات اقلیمی، کاهش بارش‌ها و بحران‌های آبی بوده این موضوع تأثیر مستقیم بر تولید انرژی در نیروگاه‌های آبی می‌گذارد. در بسیاری از مناطق ایران، کاهش حجم آب‌های ذخیره‌شده در سد‌ها و افت سطح آب زیرزمینی منجر به کاهش تولید برق در نیروگاه‌های آبی می‌شود که خود عاملی برای ایجاد ناترازی انرژی است.

افزایش دما به‌طور مستقیم هم مصرف انرژی را افزایش می‌دهد، به‌ویژه در فصول تابستان که استفاده از سیستم‌های سرمایشی مانند کولر‌ها و تهویه‌ها افزایش می‌یابد. در این حالت، نیاز به تولید بیشتر برق در ساعات اوج مصرف وجود دارد؛ اما به‌طور هم‌زمان ممکن است تولید انرژی (به‌ویژه از منابع تجدیدپذیر مانند انرژی خورشیدی) تحت تأثیر دمای بالاتر و تغییرات شرایط جوی قرار گیرد.

انرژی‌های تجدیدپذیر مانند انرژی خورشیدی و بادی تحت تأثیر تغییرات اقلیمی و شرایط جوی قرار دارند. نوسانات در تولید انرژی بادی و خورشیدی ممکن است باعث بروز شکاف‌های بزرگی در عرضه انرژی شده که موجب تشدید ناترازی انرژی می‌شود. به‌ویژه در مناطقی که وابستگی زیادی به این منابع دارند، تغییرات اقلیمی می‌تواند به یک چالش عمده تبدیل شود.

مجله راپیدی: مکانیزم‌های تأثیرگذاری تغییرات اقلیمی بر ناترازی انرژی چیست؟

داودی: تغییرات اقلیمی از طریق مکانیزم‌های مختلفی ازجمله تغییر در منابع انرژی، افزایش تقاضا و محدودیت در انتقال انرژی باعث تشدید ناترازی انرژی می‌شود. مدل‌های علمی مختلفی برای پیش‌بینی تأثیرات متقابل ناترازی انرژی و تغییرات اقلیمی وجود دارند. این مدل‌ها معمولاً شامل بخش‌های مختلفی ازجمله پیش‌بینی وضعیت آب و هوایی، تقاضای انرژی، تولید انرژی و تحلیل رفتار سیستم‌های انرژی هستند؛ اما هنوز چالش‌هایی ازجمله مدل‌های اقلیمی و انرژی و مدل‌های ترکیبی در زمینه دقت پیش‌بینی و مدل‌سازی دقیق وجود دارد؛ بنابراین از آنجا که تغییرات اقلیمی و ناترازی انرژی تحت تأثیر متغیر‌های بسیاری قرار دارند (مانند تغییرات سیاست‌ها، فناوری‌های نوین و رفتار مصرف‌کنندگان)، دقت مدل‌ها در پیش‌بینی ناترازی انرژی در شرایط اقلیمی تغییر یافته هنوز با چالش‌هایی مواجه است.

به طور کلی تغییرات اقلیمی به‌طور مستقیم بر ناترازی انرژی تأثیر می‌گذارد به‌ویژه در مناطقی که به منابع طبیعی حساس هستند. این تأثیرات از طریق کاهش منابع انرژی، افزایش تقاضا و نوسانات در تولید انرژی تجدیدپذیر رخ می‌دهند. مدل‌های علمی موجود، توانایی پیش‌بینی تأثیرات ناترازی انرژی و تغییرات اقلیمی را دارند؛ اما همچنان در دقت و جامعیت این پیش‌بینی‌ها محدودیت‌هایی وجود دارد. برای کاهش اثرات ناترازی انرژی، توجه به راهکار‌های سازگار با تغییرات اقلیمی مانند توسعه انرژی‌های پاک و بهینه‌سازی مصرف انرژی ضروری است.

مجله راپیدی: تغییرات آب و هوایی و اقلیمی و تأثیر آن در افزایش یا کاهش تقاضا و عرضه قابل مدل‌سازی است؟

داودی: بله، تغییرات آب و هوایی و اقلیمی می‌تواند تأثیرات قابل توجهی بر تقاضا و عرضه داشته باشند و این تأثیرات قابل مدل‌سازی هستند. مدل‌سازی این تأثیرات معمولاً از ترکیب داده‌های اقتصادی، اقلیمی و محیطی استفاده می‌کند. به‌طور خاص در مدل‌سازی تقاضا و عرضه در شرایط تغییرات آب و هوایی، عواملی همانند تأثیر تغییرات دما و شرایط جوی بر کشاورزی، تأثیر بر منابع آب، تأثیرات بلندمدت بر رفتار مصرف‌کننده وجود دارد.

برای مدل‌سازی این تغییرات، می‌توان از روش‌هایی مانند مدل‌های شبیه‌سازی اقتصادی یا مدل‌های پیش‌بینی سیستم‌های پیچیده استفاده کرد که به کمک داده‌های تاریخی و پیش‌بینی‌های اقلیمی، روابط میان تغییرات آب و هوایی و رفتار‌های اقتصادی را شبیه‌سازی کنند. این مدل‌ها معمولاً نیازمند داده‌های زیادی ازجمله پیش‌بینی‌های آب و هوایی، داده‌های اقتصادی و الگو‌های مصرف هستند تا بتوانند نتایج دقیقی ارائه دهند.

مجله راپیدی: در زمینه گاز چطور، آیا با توجه به تمامی ظرفیت‌های موجود امکان ذخیره‌سازی گاز با مقیاس بالا وجود دارد؟

داودی: در زمینه ذخیره‌سازی گاز، بله با توجه به ظرفیت‌های موجود، امکان ذخیره‌سازی گاز به مقیاس بالا وجود دارد؛ اما این ذخیره‌سازی به چندین عامل ازجمله فناوری‌های مورد استفاده، ظرفیت‌های زیرساختی، موقعیت جغرافیایی و سیاست‌های دولتی بستگی دارد.

یکی از روش‌های مرسوم ذخیره‌سازی گاز طبیعی، ذخیره‌سازی در زیر زمین است. این روش شامل ذخیره‌سازی گاز در سازه‌های طبیعی مانند مخازن نفتی و گازی خالی، آبخوان‌های زیرزمینی و غار‌های نمکی می‌شود. از آنجا که گاز به راحتی می‌تواند تحت‌فشار در این ذخیره‌گاه‌ها نگهداری شود این روش به‌عنوان یکی از مؤثرترین روش‌ها برای ذخیره‌سازی گاز در مقیاس بالا شناخته می‌شود.

مخازن نفتی و گازی نیز به طور طبیعی در زیر زمین موجود هستند و به راحتی می‌توان گاز را در آنها ذخیره کرد. این روش در بسیاری از مناطق جهان به‌ویژه در مناطق تولید نفت و گاز، استفاده می‌شود. به طور کلی با وجود ظرفیت‌های قابل توجه برای ذخیره‌سازی گاز به مقیاس بالا این ذخیره‌سازی بستگی به تکنولوژی‌های موجود، هزینه‌ها، سیاست‌های دولتی و ویژگی‌های زمین‌شناسی دارد. ذخیره‌سازی زیرزمینی و LNG از رایج‌ترین روش‌ها هستند؛ اما چالش‌های اقتصادی، فنی و زیست‌محیطی باید در نظر گرفته شوند.

 مجله راپیدی: راهکار‌های علمی شما برای کاهش تلفات انرژی در شبکه‌های انتقال و توزیع برق چیست و فناوری‌های نوین مانند شبکه‌های هوشمند چه نقشی در بهبود پایداری شبکه و کاهش ناترازی انرژی دارند؟

داودی: برای کاهش تلفات انرژی در شبکه‌های انتقال و توزیع برق و بهبود پایداری شبکه، چندین راهکار علمی و فناوری‌های نوین وجود دارد. این روش‌ها می‌توانند به بهینه‌سازی استفاده از انرژی و افزایش کارایی شبکه کمک کنند. بهینه‌سازی طراحی و ساخت شبکه‌های انتقال و توزیع، افزایش ولتاژ در شبکه انتقال و بهینه‌سازی مسیر‌های انتقال برخی از راهکار‌ها و نقش شبکه‌های هوشمند در بهبود پایداری و کاهش ناترازی انرژی هستند.‌ طراحی مسیر‌های بهینه برای خطوط انتقال برق به‌ویژه در مناطق با جمعیت پایین یا دورافتاده، می‌تواند از تلفات انرژی جلوگیری کند.

استفاده از باتری‌ها و سایر سیستم‌های ذخیره‌سازی ازجمله ذخیره‌سازی انرژی در ساعات کم‌مصرف و سیستم‌های ذخیره‌سازی مقیاس بزرگ می‌تواند نقش مهمی در بهبود پایداری شبکه و کاهش ناترازی انرژی ایفا کند. باتری‌ها و سیستم‌های ذخیره‌سازی انرژی در مقیاس بزرگ نیز می‌توانند به‌عنوان ذخیره‌کننده‌های انرژی در شبکه‌های هوشمند عمل کرده و به‌طور مؤثر در زمان‌هایی که تولید انرژی از منابع تجدیدپذیر پایین است به تأمین انرژی کمک کنند.

به طور کلی با استفاده از فناوری‌های نوین مانند شبکه‌های هوشمند، ذخیره‌سازی انرژی و بهینه‌سازی طراحی شبکه‌ها، می‌توان تلفات انرژی را کاهش داده و پایداری شبکه برق را بهبود بخشید. شبکه‌های هوشمند با امکان مدیریت هوشمند و تحلیل داده‌های آنی، می‌توانند به کاهش ناترازی انرژی و پاسخگویی به چالش‌های مرتبط با انرژی‌های تجدیدپذیر کمک کنند. این تکنولوژی‌ها در نهایت باعث افزایش کارایی شبکه و کاهش هزینه‌های اقتصادی و زیست‌محیطی خواهند شد.

مجله راپیدی: در مدل‌های اقتصادی ناترازی انرژی چه مؤلفه‌ها و معیار‌هایی مدنظر قرار می‌گیرد و این مدل‌ها چه نقشی در تولید و سیاست انرژی ایفا می‌کند؟

داودی: مدل‌های اقتصادی ناترازی انرژی با تمرکز بر تقاضا و عرضه انرژی، مؤلفه‌هایی مانند قیمت انرژی، بهره‌وری انرژی، فناوری‌های انرژی، سیاست‌های حمایتی و مالیات‌ها را بررسی می‌کنند. معیار‌های کلیدی شامل شاخص‌های ناترازی انرژی (مانند شکاف عرضه و تقاضا)، امنیت انرژی و هزینه‌های اقتصادی ناشی از کمبود یا مازاد انرژی هستند.

این مدل‌ها در تدوین سیاست‌های انرژی، برنامه‌ریزی تولید، سرمایه‌گذاری در بخش انرژی و ارزیابی اثرات اقتصادی سیاست‌های مختلف نقش کلیدی ایفا خواهند کرد.

مجله راپیدی: بر اساس روند‌های علمی موجود، چه سناریو‌های احتمالی برای آینده ناترازی انرژی ایران وجود دارد و با استفاده از رویکرد‌های آینده‌پژوهی چگونه می‌توان برای چالش‌های احتمالی آماده شد و از ناترازی انرژی جلوگیری کرد؟

داودی: تحلیل سناریو‌های احتمالی آینده ناترازی انرژی ایران و استفاده از رویکرد‌های آینده‌پژوهی به‌منظور پیش‌بینی و آماده‌سازی برای چالش‌ها، می‌توان به شکل‌دهی به سناریو‌های آینده توجه کرد. در آینده‌پژوهی، ابتدا سناریو‌های مختلف بر اساس متغیر‌های کلیدی، روند‌های فعلی و احتمالی طراحی می‌شوند. برای ایران، چند سناریو اصلی ازجمله سناریوی تثبیت یا کاهش ناترازی انرژی، سناریوی تشدید ناترازی انرژی، سناریوی بحران انرژی شدید وجود دارد.

به طور کلی برای مقابله با چالش‌های ناترازی انرژی در ایران، آینده‌پژوهی نقش کلیدی در شناسایی سناریو‌های مختلف و ارزیابی راهکار‌های ممکن ایفا می‌کند. با استفاده از رویکرد‌های سیستماتیک و آینده‌پژوهی، کشور ایران می‌تواند استراتژی‌های لازم را برای جلوگیری از بحران‌های انرژی و بهبود پایداری سیستم انرژی خود طراحی و پیاده‌سازی کند.

مجله راپیدی: تکنیک‌هایی را می‌توان برای تحلیل سری‌های زمانی ناترازی انرژی استفاده و دقت پیش‌بینی‌ها ارزیابی کرد، به عبارت دیگر تأثیر متغیر‌های اقتصادی بر ناترازی انرژی با تحلیل رگرسیون امکان‌پذیر است؟

داودی:: مدل‌ها روابط بین مشاهدات گذشته سری زمانی را برای پیش‌بینی مقادیر آینده به کار می‌برند. با توجه به ماهیت نوسانی داده‌های انرژی این مدل‌ها می‌توانند مناسب باشند. این مدل‌ها برای تحلیل و پیش‌بینی داده‌های با واریانس ناهمگن مناسب هستند که در سری‌های زمانی ناترازی انرژی معمولاً مشاهده می‌شود. همچنین این مدل‌ها برای پیش‌بینی و طبقه‌بندی داده‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرند و توانایی بالایی در یافتن الگو‌های پیچیده در داده‌های با ابعاد بالا را دارند.

به طور خلاصه به‌کارگیری تکنیک‌های پیشرفته تحلیل سری‌های زمانی به همراه ارزیابی دقیق دقت پیش‌بینی‌ها، درک بهتر از ناترازی انرژی و تأثیر متغیر‌های اقتصادی را فراهم کرده و به تصمیم‌گیری‌های بهتر در زمینه برنامه‌ریزی انرژی کمک می‌کند. تأثیر متغیر‌های اقتصادی بر ناترازی انرژی با رگرسیون (خطی، غیرخطی، یا با متغیر‌های ابزار) قابل بررسی است. تحلیل اکتشافی داده‌ها (EDA) نیز در انتخاب متغیر‌های مناسب کمک‌کننده است. انتخاب بهترین مدل به داده‌ها و پیچیدگی روابط بستگی دارد.

گفت‌وگو: عصمت شریفی