با توجه به افزایش تلاش کشورهای جهان برای کاهش انتشار کربن تولیدی با هدف کاهش دمای ۱٫۵ درجه‌ای زمین، هند نیز به نوبه خود هند متعهد شده است تا سهمی از این اقدام داشته باشد و به نظر موفقیت این کشور در اجرای آن، بسیار در کاهش دمای زمین تاثیرگذار خواهد بود. بر همین اساس در سال ۲۰۲۳، هند مقام سومین تولیدکننده بزرگ دی‌اکسید کربن در جهان را به نام خود ثبت کرد.
به گزارش پایگاه خبری و تحلیلی «فلزات‌آنلاین» و به نقل از موسسه فناوری ماساچوست (MIT) ، هند متعهد شده است طبق طرح برایند انتشار کربن صفر داخلی خود، میزان کربن تولیدی صنایع داخلی و سایر بخش‌های مرتبط را تا سال ۲۰۷۰ به صفر برساند. برای تحقق بخشی بزرگی از این طرح، هند قصد دارد به طور جدی فرایند کربن‌زدایی را در شبکه برق سراسری خود اجرایی کند.
در همین رابطه، می‌توان بیان کرد حدود ۶۰ درصد از برق هند از نیروگاه‌های زغال‌سنگ تامین می‌شود که حجم کربن تولیدی بسیاری بالایی دارند. با توجه به ارزیابی‌های صورت گرفته، پیش‌بینی می‌شود که تقاضای برق در هند طی یک دهه آینده به دلیل رشد جمعیت و افزایش استفاده از سیستم‌های تهویه مطبوع، خودروهای الکتریکی و سایر بخش‌های صنعتی دیگر دو برابر افزایش پیدا کند.
با وجود تدوین یک طرح بلندپروازانه، دولت هند هنوز برنامه‌ای مدون برای رسیدن به اهداف تعیین شده تا مدت زمان تعیین شده در دستور کار خود قرار نداده است. کشور هند نیز همانند چین همچنان به ساخت نیروگاه‌های برق از زغال‌سنگ جدید، بازسازی نیروگاه‌های قدیمی و تمدید زمان فعالیت این نیروگاه‌ها ادامه می‌دهد. از سوی دیگر، سرعت نصب و ساخت سیستم‌های خورشیدی و نیروگاه‌های بادی در هند روند صعودی قابل توجهی به خود گرفته است.
بر همین اساس می‌توان سوالاتی را مطرح کرد که ممکن است ابهاماتی را در این اقدام دوگانه هند برای مخاطب ایجاد کرده باشد و آن اینکه چه فرصت‌های دیگری برای راه‌اندازی بیشتر سیستم‌های مبتنی بر انرژی‌های تجدیدپذیر پیش روی هند قرار دارد؟ آیا روش‌هایی برای مقاوم‌سازی یا تغییر کاربری نیروگاه‌های برق از زغال‌سنگ در این کشور وجود دارد که به کمک آن بتوان با هزینه کم، میزان انتشار گازهای گلخانه‌ای را کاهش داد؟
ییفو دینگ، کارشناس فوق دکتری در موسسه فناوری ماساچوست و تیم تحقیقاتی وی قصد دارند برای پاسخ به این سوالات، از روش یادگیری ماشین برای تعیین میزان بهره‌وری هر یک از ۸۰۶ نیروگاه زغال‌سنگ فعلی هند استفاده کنند. همچنین، این تیم تحقیقاتی قصد دارد تاثیرات به‌کارگیری رویکردهای مختلف فرایند کربن‌زدایی بر نیروگاه‌های برق سیکل ترکیبی و قیمت انرژی تا سال ۲۰۳۵ تحت محدودیت‌های سخت‌گیرانه و فزاینده بر میزان انتشار کربن تولیدی با استفاده از الگوریتم‌های یادگیری ماشین را پیش‌بینی و ارزیابی کند.
توسعه مجموعه داده‌های مورد نیاز برای ارزیابی میزان کربن تولیدی در نیروگاه‌های برق از زغال‌سنگ هند
یک چالش مهم در اجرای طرح کربن‌زدایی در نیروگاه‌های برق از زغال‌سنگ هند، فقدان مجموعه داده در دسترسی جامع برای ارزیابی میزان کربن تولیدی در این نیروگاه‌ها بوده است؛ اگرچه مطالعاتی در این زمینه در هند به صورت پراکنده پیش‌تر انجام شده اما گستردگی نیروگاه‌های زغال‌سنگ در مناطق مختلف این کشور در بررسی‌های انجام شده در نظر گرفته نشده است.
دینگ در همین رابطه بیان کرد: قدم اول، ایجاد یک مجموعه داده خواهد بود که تمام نیروگاه‌های برق از زغال‌سنگ فعال در هند را تحت پوشش قرار دهد.
به گفته وی، ایجاد یک طرح با صرفه اقتصادی مناسب برای افزایش ظرفیت تولید برق در یک نیروگاه برق، مستلزم آگاهی از میزان بهره‌وری تمام نیروگاه‌های فعال در شبکه برق هند خواهد بود.
دینگ اظهار داشت: تیم تحقیقاتی وی برای ارزیابی طرح خود، از میزان مصرف انرژی حرارتی به ازای تولید یک واحد انرژی الکتریکی در یک نیروگاه به عنوان یک استاندارد استفاده کرده است.
وی اضافه کرد: میزان مصرف انرژی حرارتی به ازای تولید یک واحد انرژی الکتریکی هر نیروگاه به منظور محاسبه مصرف سوخت و توان خروجی آن نیروگاه برای افزایش ظرفیت تولید انرژی مورد نیاز خواهد بود.
دینگ عنوان کرد: میزان بهره‌وری برخی از نیروگاه‌های برق از زغال‌سنگ هند قبل از سال ۲۰۲۲ به ثبت رسیده است و تیم تحقیقاتی از آن در طراحی الگوریتم‌های یادگیری ماشین با هدف پیش‌بینی میزان بهره‌روی تمام نیروگاه‌های زغال‌سنگ در این کشور که در حال حاضر در حال فعالیت هستند، استفاده کرده‌اند.
البته در سال ۲۰۲۴، این گروه تحقیقاتی اولین مجموعه داده‌های جامع و منبع باز را برای تمام ۸۰۶ نیروگاه برق از زغال‌سنگ واقع در ۳۰ منطقه مختلف هند توسعه داده و نسخه‌ای از آن را به صورت آنلاین منتشر کردند. این مجموعه داده شامل ظرفیت تولید برق، میزان بهره‌وری، طول عمر نیروگاه، ضریب بار و سایر موارد جزئی دیگر را شامل می‌شود.
در این مجموعه داده، هر نیروگاه برق از زغال‌سنگ هند براساس دیگ بخار آن دسته‌بندی شده است. در همین رابطه، نیروگاه‌های فوق بحرانی در دما و فشار نسبتا بالایی فعالیت می‌کنند که باعث افزایش بهره‌وری ترمودینامیکی آن شده؛است؛ بنابراین برای هر واحد گرما در سوخت مصرفی، حجم برق زیادی تولید می‌شود. از سوی دیگر، یک نیروگاه برق مادون بحرانی در دما و فشار پایین‌تری فعالیت کرده و در نتیجه از نظر ترمودینامیکی بهره‌وری پایین‌تری دارد. طبق بررسی‌های صورت گرفته، بیشتر نیروگاه‌های برق از زغال‌سنگ هند در دسته‌بندی نیروگاه‌های مادون بحرانی قرار دارند که با میزان بهره‌وری پایین‌تری فعالیت می‌کنند.
ارزیابی گزینه‌های فرایند کربن‌زدایی نیروگاه‌های برق از زغال‌سنگ هند
با توجه به اینکه تیم تحقیقاتی مذکور مجموعه داده جامع مربوط به تمام نیروگاه‌های برق از زغال‌سنگ در هند را تهیه کرده است، در حال حاضر قصد دارد گزینه‌های در دسترس به منظور کاهش محدودیت‌های تشدید کننده میزان انتشار کربن را مورد ارزیابی قرار دهد. برای ارزیابی گزینه‌ها، این تیم تحقیقاتی از مدل «GenX» در یادگیری ماشین استفاده کرده است.
دینگ از مدل «GenX» در سال ۲۰۲۰ برای ارزیابی شبکه برق هند که شامل جزئیات مربوط به هر نیروگاه و شبکه انتقال در ۳۰ منطقه از این کشور بود، استفاده کرد. وی همچنین از این مدل برای ارزیابی قیمت زغال‌سنگ، تعداد سیستم‌های انرژی بادی و خورشیدی مورد نیاز برای جایگزینی نیروگاه‌های برق از زغال‌سنگ در هر منطقه از هند استفاده کرد.
تیم تحقیقاتی مذکور در یک ارزیابی جداگانه، طرح‌هایی شامل به‌کارگیری سوخت‌های مختلف در نیروگاه‌های زغال‌سنگ فعلی هند و جایگزینی آن با نیروگاه‌های تجدیدپذیر احتمالی را که ممکن است تا سال ۲۰۳۵ در این کشور پیاده‌سازی شوند، مورد بررسی قرار دادند.
در سناریو نخست، مقدار انرژی مصرفی، تولید انرژی، میزان انتشار آلاینده‌ها در شرایط عادی و مرجع در نیروگاه‌های تجدیدپذیر به صورت محدود جایگزین نیروگاه‌های زغال‌سنگ هند ارزیابی شد. در سناریو دوم، ظرفیت تولید برق از انرژی‌های تجدیدپذیر از طریق نیروگاه‌های بادی و خورشیدی، جایگزین بدون هیچ محدودیتی ارزیابی شد. در سناریو سوم در نیروگاه‌های فوق بحرانی و مادون بحرانی هند به جای سوخت زغال‌سنگ از زیست توده استفاده می‌شود. به دلیل اینکه برخی از نیروگاه‌های برق هند از نوع سیکل ترکیبی هستند، امکان جایگزینی زیست توده با سوخت زغال‌سنگ در آن با هدف کاهش کربن تولیدی وجود دارد. در سناریو چهارم و پایانی، هم‌زمان استفاده از روش جذب و ذخیره کربن و جایگزینی زیست توده با سوخت زغال‌سنگ در نیروگاه‌های برق هند مورد ارزیابی قرار گرفت.
نتایج ارزیابی‌های انجام شده نشان می‌دهد با فرض پذیرش روش جذب و ذخیره کربن در نیروگاه‌های برق از زغال‌سنگ هند، هزینه تولید برق و میزان انتشار کربن در این نیروگاه کاهش را تجربه می‌کند. حتی اگر روش جذب و ذخیره کربن نیز در نیروگاه‌های زغال‌سنگ هند استفاده نشود، ظرفیت‌های جدید تولید برق در این کشور بیشتر از طریق نیروگاه‌های بادی و خورشیدی که صرفه اقتصادی بالاتری نیز دارند، افزایش خواهد یافت.
از سوی دیگر، افزایش تقاضای برق در هند شرایطی را به وجود آورده که در آن، در حال حاضر چاره‌ای جز ساخت برخی نیروگاه‌های زغال‌سنگ جدید در این کشور وجود ندارد. ارزیابی‌های انجام شده از سوی تیم تحقیقاتی مذکور نشان می‌دهد ظرفیت تولید برق از نیروگاه‌های برق از زغال‌سنگ هند تا سال ۲۰۳۵ در مقایسه با سال ۲۰۲۰، حدود ۱۰ تا ۲۰ درصد افزایش را تجربه خواهد کرد.
طبق سناریو نخست، نیروگاه‌های خورشیدی و بادی تا حد ممکن و به صورت محدود جایگزین نیروگاه برق از زغال‌سنگ فرسوده در هند خواهد شد که از لحاظ اقتصادی، مقرون‌به‌صرفه‌تر از دیگر گزینه‌ها در کوتاه‌مدت خواهد بود. هم‌زمان با تشدید سخت‌گیری‌ها در انتشار گازهای گلخانه‌ای در هند، سرمایه‌گذاری در ساخت نیروگاه‌های مبتنی بر گاز طبیعی و همچنین استفاده از سیستم ذخیره انرژی باتری برای افزایش ظرفیت تولید و دسترسی متناوب به برق تولیدی از نیروگاه‌های خورشیدی و بادی، روندی صعودی به خود خواهد گرفت. در همین رابطه، می‌توان بیان کرد زمانی که سقف انتشار ۵۰۰ میلیون تن برای کربن تولیدی در هند اجرایی شود، هزینه تولید برق در این کشور دو برابر افزایش پیدا می‌کند.
در سناریو دوم با افزایش ظرفیت تولید برق از انرژی‌های تجدیدپذیر در مقیاس گسترده، توسعه ظرفیت انرژی از نیروگاه‌های زغال‌سنگ جدید کاهش یافته و هزینه تولید برق در مقایسه با سه سناریوی دیگر افت بیشتری را تجربه خواهد کرد. در صورتی که سقف انتشار کربن ۵۰۰ میلیون تنی در هند اجرایی شود، توسعه نیروگاه‌های بادی در این کشور نقش بسزایی در کاهش هزینه تولید برق خواهد داشت.
دینگ بر این باور است که اجرای چنین محدودیت‌هایی در میزان انتشار کربن در هند بسیار هزینه‌بر خواهد بود. از سوی دیگر، بعضی از نیروگاه‌های برق از زغال‌سنگ که تنها چند ساعت در سال فعالیت دارند، براساس اجرای این محدودیت‌ها در این نیروگاه‌ها به هیچ وجه صرفه اقتصادی نخواهند داشت.
با این حال، وجود نیروگاه‌های زغال‌سنگ در هند با توجه به شرایط فعلی به عنوان منبع تولید برق اضطراری و پشتیبان در زمانی که برق تولیدی نیروگاه‌های خورشیدی و بادی در دسترس نیست، بسیار اهمیت دارد. سایر گزینه‌های برق پشتیبان مانند سیستم‌های ذخیره انرژی باتری نیز هزینه بسیار بیشتری در مقایسه با نیروگاه‌های زغال‌سنگ دارند.
دینگ عنوان کرد: در سناریو سوم یعنی استفاده از زیست توده در نیروگاه‌های فوق بحرانی و مادون بحرانی هند به جای سوخت زغال‌سنگ، نتایجی تقریبا مشابهی با سناریو نخست خواهد داشت؛ به این دلیل که زیست توده تنها جایگزین ۲۰ درصد از زغال‌سنگ به عنوان ماده اولیه سوخت نیروگاه‌های برق هند خواهد شد که البته سناریو مذکور، تطابق بیشتری با شرایط فعلی شبکه برق هند دارد.
وی بیان کرد: اجرای سناریو مذکور موجب کاهش هزینه تولید برق در هند نمی‌شود و تاثیر چندانی نیز بر کاهش انتشار کربن نیروگاه‌های برق از زغال‌سنگ این کشور در فرایند کربن‌زدایی نخواهد داشت؛ البته اجرای سناریو چهارم یعنی استفاده هم‌زمان از روش جذب و ذخیره کربن و جایگزینی زیست توده با سوخت زغال‌سنگ نتیجه متفاوتی به همراه خواهد داشت اما از سوی دیگر، موجب محدودیت در توسعه نیروگاه‌های برق از انرژی‌های تجدیدپذیر در هند می‌شود که البته تاثیر مطلوبی در کاهش هزینه تولید برق دارد.
ارزیابی‌های انجام شده نشان می‌دهد در صورتی که طرح سقف انتشار ۵۰۰ میلیون تن برای کربن تولیدی در هند اجرایی شود، استفاده هم‌زمان از روش جذب و ذخیره کربن و جایگزینی زیست توده با سوخت زغال‌سنگ، باعث کاهش ۲۲ درصدی هزینه تولید برق در مقایسه با سناریوی نخست خواهد شد. در صورتی که محدودیت‌ها برای سقف انتشار کربن در هند تشدید شود، ساخت نیروگاه‌های گاز طبیعی کاهش یافته و به طور قابل توجهی استفاده از نیروگاه‌های برق از زغال‌سنگ در این کشور افزایش خواهد یافت.
هنوز برخی نگرانی‌ها پیرامون نیروگاه‌های برق از زغال‌سنگ هند وجود دارد
در دو سناریو از چهار سناریو مطرح شده، نگرانی‌هایی در خصوص تاثیر بسیار کم آن در کاهش هزینه تولید برق وجود دارد. از دیدگاه دینگ، سناریو دوم که در آن ظرفیت تولید برق از انرژی‌های تجدیدپذیر از طریق نیروگاه‌های بادی و خورشیدی جایگزین بدون هیچ محدودیتی افزایش پیدا خواهد کرد، بیشترین تاثیر مثبت را در کاهش کربن تولیدی در هند خواهد داشت؛ البته تجزیه و تحلیل‌های انجام شده نشان می‌دهد مهم‌تر از آن، اجرای این سناریو باعث ایجاد سرمایه‌گذاری نابرابر در توسعه انرژی‌های تجدیدپذیر در سراسر ۳۰ منطقه هند خواهد شد.
در حال حاضر، مزارع بادی فراساحلی و خورشیدی عمدتا در چند منطقه در غرب و جنوب هند متمرکز شده‌اند. از همین رو، بیشترین توسعه انجام شده در بخش انرژی‌های تجدیدپذیر در همین مناطق انجام می‌شود. همچنین، مناطق قشر ضعیف و با درآمد پایین در هند که بیشترین نیروگاه‌های زغال‌سنگ در آن‌ها قرار دارد، کمترین حجم سرمایه‌گذاری را در بخش انرژی‌های تجدیدپذیر دریافت می‌کنند.
با این تفاسیر، اگرچه اجرای این سناریو در هند بیشترین تاثیر مثبت را در کاهش انتشار کربن تولیدی در هند خواهد داشت اما از لحاظ شاخص رفاه اجتماعی در این کشور بیشتر به نفع قشر ثروتمندتر خواهد بود؛ البته اجرای هدف‌گذاری تولید برق از انرژی‌های تجدیدپذیر در سطح ایالتی می‌تواند توزیع یکنواخت‌تری را در سیستم‌های تجدیدپذیر در هند ایجاد کند. به علاوه با هماهنگی میان شرکت‌های تولید برق و سرمایه‌گذاران در توسعه انرژی‌های تجدیدپذیر در مناطق مختلف این کشور، می‌توان بهره‌وری در این بخش را افزایش داد.
دینگ اظهار داشت: سناریو استفاده هم‌زمان از روش جذب و ذخیره کربن و جایگزینی زیست توده با سوخت زغال‌سنگ به عنوان گزینه چهارم، نه تنها در کاهش هزینه تولید برق تاثیرگذار است بلکه مشکل توزیع‌پذیری انرژی‌های تجدیدپذیر جایگزین را در هند نیز تا حدودی برطرف می‌کند.
از آنجایی که هنوز روش جذب و ذخیره کربن در هند مورد استفاده قرار نگرفته است، بنابراین نمی‌توان در خصوص میزان تاثیرگذاری آن در کاهش هزینه تولید برق در این کشور سخن گفت؛ البته تیم تحقیقاتی مذکور برآورد هزینه تولید را براساس هزینه روش جذب و ذخیره کربن در چین و سپس سرمایه‌گذاری مورد نیاز برای توسعه آن را انجام دادند. براساس برآوردهای انجام شده توسط این تیم تحقیقاتی، زمانی که سقف مجاز انتشار کربن برای تولید برق در هند به کمتر از یک میلیون تن تا سال ۲۰۳۵ برسد، روش جذب و ذخیره کربن در نیروگاه‌های برق از زغال‌سنگ در این کشور مورد استفاده قرار خواهد گرفت.
اگرچه بحث‌هایی در مورد استفاده از روش جذب و ذخیره کربن در صنایع سنگین هند مطرح شده است، با این وجود دولت این کشور هنوز هیچ برنامه‌ای برای اجرای این فناوری در نیروگاه‌های برق از زغال‌سنگ داخلی را اعلام نکرده است. برخی از محققان بر این باورند که به دلیل هزینه بالای روش جذب و ذخیره کربن، به احتمال زیاد این روش در نیروگاه‌های زغال‌سنگ هند و سایر بخش‌های صنعتی هند مورد استفاده قرار نخواهد گرفت. بنابراین نمی‌توان اظهارنظر دقیقی در خصوص احتمال استفاده از این روش در بخش مذکور هند طی ۱۰ سال آینده ارائه داد.
دینگ در پایان یادآور شد: نتایج یافته‌های تیم تحقیقاتی خود را در اختیار سایر کشورهای خاورمیانه و آسیا که به دنبال اجرای فرایند کربن‌زدایی در بخش انرژی و تولید برق به ویژه از طریق نیروگاه‌های تجدیدپذیر هستند، قرار خواهیم داد. براساس یافته‌های این تیم تحقیقاتی برای بخش نیروگاه‌های برق از زغال‌سنگ هند، درک وضعیت دقیق جغرافیایی کشورهایی که به دنبال اجرای فرایند کربن‌زدایی به منظور تدوین طرح‌های متناسب و ارائه سیاست‌گذاری‌های لازم که هم واقع‌بینانه بوده و هم صرفه اقتصادی داشته باشد، اهمیت خواهد داشت.
انتهای پیام//
