آشنایی با دفتر انرژی خورشیدی سازمان انرژی های نو ایران (سانا)

از بین انرژی های نو و تجدیدپذیر، هیچ انرژی به اندازه انرژی خورشیدی گستردگی و فراگیری ندارد، از این بهره گیری از این نوع انرژی در دستور کار وزارت نیرو به ویژه سازمان انرژی های نو ایران قرار دارد، به همین انگیزه با مهندس کنعان مدیر دفتر انرژی خورشیدی سازمان یادشده گفت و گویی ترتیب داده ایم که ماحصل آن از نظر می گذرد:
این دفتر با چه هدفی و از چه زمانی تاسیس شد؟
دفتر انرژی خورشیدی با تشکیل سازمان انرژی های نو تشکیل شد. هدف دفتر انرژی خورشیدی این است که با تکیه بر نیروهای متخصص و توانمندی های داخل، کاربرد این نوع انرژی را در کشور بومی کرده و در راستای گسترش و توسعه این فناوری حرکت کند.
برنامه های تحقیقاتی، اجرایی و بلند مدتی را که بیشتر بر اساس آنها در راستای اهداف سازمانی و وزارتخانه که به طور عمده تولید انرژی الکتریکی است، از طریق انرژی خورشیدی ارایه دهد.

این دفتر از چه بخش هایی تشکیل شده است؟
دفتر انرژی های خورشیدی دارای چند گروه تخصصی است.
الف) گروه کاربردهای نیروگاهی خورشیدی که به طور عمده به بحث تولید برق در سایز نیروگاهی می پردازد.
ب) گروه کاربردهای غیرنیروگاهی خورشیدی که سایر موارد انرژی خورشید مثل آبگرمکنهای خورشیدی، خشک کن محصولات کشاورزی خورشیدی، تولید سرمایش و گرمایش و آب شیرین کن های خورشیدی.
ج) گروهی که برق مستقیم خورشیدی تحت عنوان فتوولتائیک را بررسی می کند.
د) و یک گروه دیگر که مطالعات و ارزیابی فناوری خورشیدی را انجام می دهد.

تاکنون چه طرحهایی اجرا کرده اید و برنامه های آینده این دفتر چیست؟
پروژه های ما در بخش نیروگاهی شامل:
- پروژه پایلوت نیروگاه خورشیدی شیراز .
- پروژه پایلوت در سایت طالقان در کاربردهای غیر نیروگاهی خورشیدی که یک نوع پایلوت تزریق به شبکه است. سایت طالقان از نوع تزریق به شبکه سراسری است.
- پروژه های فتوولتائیک که در سایت طالقان در طرح برقدار کردن خانوارهای روستایی انجام شده است که خانوارهای روستایی که دور از شبکه هستند، از طریق فتوولتائیک دارای برق شدند و برای هر خانواده ایی برق خورشیدی تأمین شد.

این دفتر بیشتر با کدام نهادها و سازمان ها همکاری دارد؟
از آنجا که مقوله انرژی یکی از نیازهای همه مردم است و دستیابی به آن مدنظر همگان است، ما مراجعه کنندگان زیادی داریم. از جمله دانشگاه ها و مراکز علمی – تحقیقاتی برای اینکه بتوانند با پروژه های ملموس کار کنند از پروژه های ما استفاده می کنند و بهره علمی می برند. وزارتخانه های زیادی به جهت نیازهایی کاری که دارند، به ما مراجعه می کنند. مثل وزارت جهاد کشاورزی، سازمان جنگل ها و مراتع کشور. در همین خصوص با چند دانشگاه برای مبادله اطلاعات تفاهم نامه هایی داریم، مثل دانشگاه شیراز که در پروژه های این دفتر در شیراز کار می کند. مرکز علوم و تحصیلات تکمیلی و علوم پایه زنجان، انستیتو الکترونیک دانشگاه تهران، سازمان پژوهش های علمی صنعتی کشور و نیز پژوهشگاه مواد و انرژی که هر دو وابسته به وزارت علوم هستند.
در سطح بین المللی نیز، مذاکراتی صورت گرفته است، البته خوب بود روابط قویتر و طولانیتری در قالب تفاهم نامه و تدوین شده ایجاد می شد که ما می توانستیم از آن خیلی بهره ببریم.
به عنوان مثال، در چند سال پیش با مرکز تحقیقات DLR کشور آلمان، رفت و آمدهایی انجام شد زیرا آنان پیشرو در فنآوری انرژی خورشیدی هستند که اگر این همکاری پایدارتر بود، بهره بیشتری می بردیم.
تاکنون با توجه به توان داخلی گامهای خوبی برداشته شده ولی اگر با مراکز معتبر همکاری می کردیم بهتر بود و به سطح قابل قبول تری می رسیدیم.

آقای مهندس کنعانی چند نوع نیروگاه خورشیدی وجود دارد؟
نیروگاه های خورشیدی در دو نوع عمده هستند:
الف) نیروگاه های خورشیدی فتوولتائیک
ب) نیروگاه های حرارتی خورشیدی که خود دو نوع است: یکی Paravolic Traf که نیروگاه حرارتی شیراز این گونه طراحی شده و دیگری CRS (Central Receiver System)، که در واقع یک برج صدمتری در وسط میدان قرار می گیرد و دور برج آیینه هایی هستند که نور خورشید را تعقیب کرده و تصویر انعکاس نور خورشید را بالای برج می اندازند.
نیروگاه های خورشیدی فتوولتائیک از نظر فنی و اقتصادی ماکزیمم توان آنها تا 10 مگاوات است.
در کشور چین در سطح وسیعی از این نوع نیروگاه استفاده می کنند که لوکال(محلی و پروژه 2-3 یا 5 مگاواتی) است.
نیروگاه های حرارتی خورشیدی که بزرگترین آن در آمریکاست و حدود 350 مگاوات برق تولید می کنند. این گونه نیروگاه ها از 40 مگاوات به بالا بهره اقتصادی آنها شروع می شود.
فرق نیروگاه فتوولتائیک یا برق خورشیدی مستقیم با نیروگاه های حرارتی خورشیدی این است که در نیروگاه فتوولتائیک یک سلول فتوولتائیک (نوری) که به شکل پانل بزرگی است، نور خورشید به طور مستقیم به آن پانل ها می تابد و بر اثر برخورد با این سلول ها مستقیم برق تولید می شود. به عبارتی، تبدیل انرژی از نور خورشید به برق به طور مستقیم.
در نیروگاه حرارتی خورشیدی این فرآیند کاملا متفاوت است. در آنجا گرمای خورشیدی را در جایی جمعآوری می کنیم و به وسیله آن یک سیال را گرم می کنیم. این سیال می تواند آب، روغن یا نمک های مذاب باشد و تا 500 درجه سانتیراد در نوع سهموی خطی و تا 1000 درجه در نوع CRS گرم می شود و در یک مبدل حرارتی در مجاورت آب قرار می دهیم که حرارت را به آب داده و آب را بخار و تولید بخار داغ (super heat) می کند. این بخار داغ موجب حرکت توربین و ژنراتور و تولید برق است.
در سیکل سنتی نیروگاه های حرارتی، بویلری که از گاز، نفت یا سوخت فسیلی استفاده می کند و تولید بخار می کند را برمی داریم و به جای آن المان خورشیدی قرار می دهیم. یعنی از سوخت فسیلی خارج و از انرژی خورشیدی تولید بخار داغ می کنیم.
در نیروگاه های فتوولتائیک، ساختار داخلی سلول های فتوولتائیک به گونه ای است که در اثر تابش انرژی خورشید کریستالیزه شده و با توجه به آن کشت کریستالی، از این صفحه یک الکترون که در ساختار مولکولی این صفحات آزاد است از مدار خارج و به حرکت در می آید و ما به آن الکترون جهت حرکت می دهیم که در واقع همان تولید نیروی برق است.

آیا انرژی خورشیدی در مقایسه با دیگر انرژی های نو توجیه اقتصادی دارد یا خیر؟ اگر دارد موارد آن را ذکر کنید ؟
در واقع یکی از موارد یا شاخص های استراتژیک حیات بشری و آینده انرژی جهان همان انرژی خورشیدی است. کسی که بتواند در بحث منابع انرژی، فن آوری تبدیل و استفاده از آن و یا در بحث انتقال آن حرفی برای گفتن داشته باشد و صاحب نظر باشد، در واقع از موقعیت استراتژیک خوبی برخوردار است. چون لازمه اولیه تمام حرکات بشر اعم از زندگی روزانه او انرژی است و به همین جهت کشورها به بحث انرژی و منابع انرژی بسیار حساسیت دارند.
لایزال ترین منبع خورشید است، نامیر بوده هر روز تجدیدپذیر است. در دنیا منطقه ای وجود دارد که ماکزیمم تابش انرژی های خورشیدی در آنجا است. خوشبختانه ما در این کمربند قرار داریم. در بیش از 3/2 کشور ما به طور متوسط بیش از 3 روز آفتاب داریم. میزان تابش به طور متوسط روزانه 5/5-5/4 کیلووات ساعت بر مترمربع در کشور است. پس این پتانسیل در منطقه بالاست. لذا ما اولا از تمام کاربردهای انرژی خورشیدی می توانیم استفاده کنیم. یعنی نیروگاه های حرارتی خورشیدی که جاهای خوش پتانسیل را می خواهد، بهترین جواب را می دهد که قیمت تمام شده پروژه در مقایسه با جاهای دیگر پایین تر خواهد بود.
در حال حاضر قیمت تمام شده نیروگاه های حرارتی خورشیدی بالاست و نمی تواند رقابت اقتصادی با نیروگاه های فسیلی داشته باشد، ولی در ظرف 15 سال آینده قابل رقابت خواهد بود.
در واقع ما باید در بومی سازی این فناوری، طراحی مهندسی، ساخت اجزا به شرایط رقابتی پایدار برسیم. یعنی نیروی متخصص ما باید ویژه باشند. پیمانکاران و سازندگان تجهیزات ویژه داشته باشیم و به حالت رقابتی پایدار برسیم و پیشرو باشیم.
ما بخشی از مسیر را طی کرده ایم. طراحی و اجرای پروژه نیروگاه حرارتی خورشیدی شیراز که در وزارت نیرو انجام شد، طراحی و مهندسی این پروژه را دانشکده مهندسی دانشگاه شیراز انجام داد و از حدود سالهای 73 و 74 کار مطالعات و طراحی آن انجام و از سال 79 کار اجرایی نیروگاه آغاز شد.
مکانیسم نیروگاه حرارتی خورشیدی شیراز چگونه است؟
نیروگاه حرارتی خورشیدی شیراز برای اولین بار در کشور و خاور میانه توسط متخصصان ایرانی طراحی شد و بر اساس این طراحی توسط پیمانکاران و سازندگان ایرانی اجزای آن ساخته و نصب شد. در واقع ما با این فرآیند در زمره کشورهای صاحب فن آوری طراحی مهندسی و ساخت اجزای نیروگاه های حرارتی خورشیدی قرار گرفتیم.
در این نیروگاه یکسری سازه هایی با ابعاد 25 متر و در حدود 4 متر به شکل سهموی و ناودانی داریم که روی آن ها آیینه های سهموی شکل (خم شده) نصب و نور خورشید توسط این آینه ها منعکس می شود و چون کانون سهموی شکل دارند، نور در آن، متمرکز می شود و یک کانون خطی ایجاد می کند که توسط یک لوله سیاه به نام لوله گیرنده که داخل آن روغن بوده و همان سیال انرژی است، حرارت را منتقل می کند. این کلکتورها از طلوع خورشید همواره در امتداد حرکت خورشید حرکت می کنند (کنترل هوشمند و عمود بر خورشید). لذا روغن داخل لوله معمولا تا 500 درجه گرم می شود که در شیراز تا 300 درجه گرم و روغن گرم شده داخل لوله عبور کرده وارد مبدل شده و حرارت خود را به آب می دهد و بخار داغ super heat)) را تولید و سپس وارد توربین می کند.
یکی از اجزای مهم این پروژه ها سازه آن یا همان آینه است که توسط پیمانکاران ایرانی ساخته شد. مثلا باید شیشه صاف را در کوره خم کنند که خودش را به فرمول ریاضی سهموی تبدیل و یک منحنی ریاضی شکل پیدا کند. این کار توسط متخصصین سانا، پیمانکاران و مشاوران انجام شد که این آیینه های سهموی شکل در داخل کشور انجام شد که یکی از المان های کلیدی این نیروگاه است.
نحوه کنترل، ردیابی و حرکت هوشمند این کلکتورهای خورشیدی نیز در کشور خودمان ساخته شده است.
در حال حاضر در مزرعه خورشیدی نیروگاه خورشیدی شیراز طراحی و ساخت سازه ها، لوله گیرنده و سیکل روغن برای تولید بخار با موقعیت انجام و مراحل تست اولیه خود را برای تولید بخار در ناسیتال 85 با موقعیت گذرانده است و عمده قسمت های نیروگاه حرارتی خورشیدی شیراز توسط متخصصان ایرانی انجام شده است. ادامه کار یک قسمت به صورت سنتی و بخشی نیز توربین و ژنراتور است ولی بخش های خورشیدی آن به اتمام رسیده است.
این دانش فنی در ایران ایجاد شده و راه کار بعدی ما توسعه و گسترش آن است که به نوعی پایه ریزی کنیم که حداقل به موازات کشورهایی دیگر حرکت کنیم. چرا که اگر عقب بمانیم در 15 سال آینده یعنی وقتی این فناروی به بلوغ خود در جهان رسید، به جهت اینکه یک سری رقبا (کشورهای اروپایی) وارد عرصه شده اند، ما دیگر نمی توانیم به آن عرصه وارد شویم (قفل شوندگی ورود به عرصه بازار).
اگر همین حالا با تعریف پروژه های منطقی با یک رویکرد جامعه نگر در راه توسعه فنآوری خورشیدی حرکت کنیم، به طور قطع در این مقوله صاحب سبک خواهیم بود و نه تنها نیازهای انرژی داخل را می تواند تامین کنیم، بلکه می توانیم در ارایه خدمت فنی- مهندسی و کارهای مشارکتی به کشورهای متقاضی، به عنوان صادرکننده فن آوری مطرح باشیم.
پروژه شیراز 250 کیلووات برق خواهد داد که تا کنون به اهداف خود رسیده و از نظر طراحی، مهندسی و ساخت، این پروژه به حد پایلوت خود رسیده است.

آقای مهندس کنعان چه طرح هایی در دست مطالعه یا اجرا دارید؟
یکی از برنامه های مهم ما در آینده ارایه طرح و پیشنهاد توسعه و گسترش استفاده از انرژی خورشیدی است و دیگر برنامه کارکردن روی شاخص ها و اجزای کلیدی به کار برده شده و فن آوری نیروگاه های خورشیدی با هدف کاهش قیمت و هزینه هاست.
در این زمینه در شهر یزد پروژه ای در حال انجام بوده که متولی آن سازمان توسعه برق ایران است.
ما هم مطالعهای را تکمیل می کنیم که بر اساس آن گزارش و راه و روشی که توسط آن از قافله صاحبان فناوری خورشیدی عقب نباشیم را ارایه میدهیم.
در بحث توسعه باید خود فناوری را بهبود دهیم و روی اجزا، آیینه ها، لوله گیرنده و سیستم های کنترلی بیشتر کار کنیم. در بحث گسترش آن باید در بازار موجود هم یک شرایط جاذب ایجاد کنیم که با تعریف پروژه های مگاواتی نه کیلوواتی (با ظرفیت های20 و30 مگاواتی) حرکت کنیم.

بهره گیری از انرژی های نو از چه زمانی با جدیت پیگیری شده یا خواهد شد؟
در واقع دنیا در پی این است که انرژی های نو کجاست، مسیر عبور آن از کجاست و اینکه چه طور باید توسعه پیدا کند.
کشورهای جهان بعد از دهه 1970 و به دنبال شوک نفت و افزایش قیمت آن، بر آن شدند که وابستگی خود را تا آنجایی که می توانند به منابع فسیلی کم کنند و جانشین هایی برای آن داشته باشند و به انواع انرژی تنوع دهند. بشر از اعصار گذشته از انرژی های تجدیدپذیر (خورشید و باد) استفاده می کرده است. ولی استفاده به طور جدی از آنها از این دهه شروع شده و سرمایهگذاری های زیادی در بحث انرژی های تجدیدپذیر مثل زیست توده، باد، خورشید و زمین گرمایی چه در فاز اجرا و چه در فاز تحقیقات انجام گرفته است.
مراکز معتبر جهانی نشان می دهند که از سال 2020 به بعد، انرژی های تجدیدپذیر از نظر اقتصادی بسیار به مرز رقابت نزدیک و حتی پایین تر از قیمت انرژی فسیلی می شوند، چون سوخت فسیلی رو به کاهش است.
افزایش قیمت سوخت های فسیلی، بحث های زیست محیطی و قوانین آن در جهان که بر آلوده کنندگان محیط زیست فشار می آورد و به طور بسیار جدی پیگیری می شود نیز از دیگر عوامل رویکرد جدید به سوی انرژی های تجدید پذیر است.
از سوی دیگر، توسعه و گسترش فن آوری های انرژی های تجدیدپذیر باعث کاهش قیمت می شود و انرژی های تجدید پذیر و به ویژه خورشیدی در صحنه رقابت وارد می شوند.
انرژی خورشیدی و جایگاه آن به عنوان یک انرژی تجدیدپذیر چگونه است؟
انرژی خورشیدی از این مقوله جدا نیست. جهان از سال 2020 به بعد به سمت اقتصادی شدن پیش می رود. کشورها تمام سعی و تلاش خود را بر آن گذاشته اند که در راستای توسعه و هدف کاهش قیمت و رسیدن به اهداف پیش بینی شده خود حرکت کنند. از سوی دیگر در برخی موارد، استفاده از انرژی خورشیدی حتی در حال حاضر ارزان تر از انرژی مرسوم خواهد بود.
نیروگاه های حرارتی خورشیدی در آمریکا برای اولین بار به طور جدی با ظرفیت 354 مگاوات در صحرای آریزونا احداث شد و در سال 1984 شروع به تولید برق کرد. کشور آمریکا این نیروگاه را با کمک پیمانکاران، دانشگاه های خود و صهیونیست ها ایجاد کرد. بعد کنسرسیومی از کشورهای اروپا مثل آلمان و اسپانیا نیروگاه های مطرحی را در جنوب اسپانیا ایجاد کردند که اینها دومین گروه صاحب این فن آوری بودند و به تبع آن یکسری پیمانکاران، شرکت های مشاور و محققین را تربیت کردند که در بخش نیروگاه های حرارتی خورشیدی پیشرو هستند.
در کشورهایی مثل هندوستان، مکزیک، مراکش و مصر نیروگاه های حرارتی خورشیدی در ابعاد کوچک احداث شد، ولی عمده فن آوری را همان دو گروه اول طراحی کردند که در حال حاضر نیز تصمیم به ایجاد نیروگاه حرارتی خورشیدی در شمال افریقا دارند که بتوانند برق حاصل از آن را از جنوب اسپانیا وارد شبکه اروپا کنند.

آیا با بهره گیری از انرژی خورشیدی علاوه بر ایجاد نیروگاه می توان از این انرژی در وسایل خانگی همچون آبگرم کن و یخچال، استفاده کرد؟
دربحث کاربردی های غیر نیروگاهی ما آبگرمکن های خورشیدی را داریم. در جاهایی که گاز رسانی نشده است، آبگرمکن خورشیدی در اختیار خانواده ها قرار می دهیم. برای یک خانوار، در مجتمع آپارتمانی به صورت تجمعی، در مراکز سازمانی و دولتی، ساختمانهای تجاری. ضمن اینکه با یک فرایند دیگر تکنیکی می توان برای گرمایش محیط از آن استفاده کرد. این چیزی است که در دنیا استفاده می شود ولی در ایران هنوز اجرا نشده است ولی می توان از آبگرمکن های خورشیدی برای تأمین آب گرم استفاده کرد.
ما در نظر داریم برای تولید گرمای یک ساختمان از انرژی خورشیدی استفاده کنیم. برای سرما نیز با راه اندازی سیستم های سرمایش می شود استفاده کرد.
در معماری ساختمان ها از سیستم غیرفعال خورشیدی(passive) می توان استفاده کرد. در کشاورزی برای خشک کردن محصولات استفاده می شود.
در اجاق های خورشیدی برای پخت و پز خوراک در آب شیرین کن های خورشیدی نیز از انرژی خورشیدی استفاده می شود.

چه نقاطی در ایران مستعد بهره گیری از انرژی خورشیدی است؟
از نظر کاربردهای عمومی خورشیدی، بیشتر نقاط کشور این قابلیت را دارند ولی نیروگاه های حرارتی خورشیدی در سایز مگاواتی در واقع مناطق مرکزی مثل استان فارس، کرمان و یزد جزو مناطق خوش پتانسل هستند.
لازم به توضیح است که کمینه و مینیمم تابش انرژی خورشیدی در ایران در شمال کشور قرار دارد که ازماکزیمم تابش در کشور آلمان بیشتر است. ولی کشور آلمان جزو کشورهای پیشرو در صنعت انرژی خورشیدی و حتی استفاده از آن به شمار می آید.

به شرط استفاده کامل از انرژی خورشیدی در سطح کشور، چقدر پتانسیل نیروگاه خورشیدی خواهیم داشت ؟
بر اساس یک مطالعه که توسط مرکز تحقیقات DLR آلمان برای کشور ایران انجام شده، برآورد شده است که در 2000 کیلومتر مربع از عرصه ایران قابلیت نصب حدود 60 هزار مگاوات نیروگاه حرارتی خورشیدی وجود دارد. جالب توجه این که با افزایش شدت تابش در منطقه، کاهش چشمگیری در هزینه های برق خورشیدی خواهد شد و بهتر است که در احداث نیروگاه حرارتی خورشیدی از بهترین نقاط استفاده شود.