بشر در اواخر قرن 19 كشف كرد كه تابش نور خورشيد به عنصر سلنيوم به توليد جريان الكتريسيته منجر مي‌شود. چند سال بعد يعني در سال 1883 اولين ايده‌هاي ساخت پنل خورشيدي با استفاده از همين عنصر شكل گرفت و نهايتا سال 1954 اولين سلول فتوولتاييك سيليكوني به عنوان نخستين سلول خورشيدي كه مي‌توانست برق كافي براي يك وسيله برقي توليد كند، ساخته شد. از آن سال به بعد، سلول‌هاي خورشيدي جاي خود را در بخش‌هاي مختلف باز كرده و حتي به فضا هم راه پيدا كردند و امروز استفاده از انرژي خورشيدي به عنوان يك گزينه پاك براي جايگزيني شيوه‌هاي آلاينده توليد برق مطرح است. آلمان يكي از كشورهاي پيشرو در استفاده از انرژي خورشيدي است و بررسي تجربه اين كشور در استفاده از پنل‌هاي خورشيدي مي‌تواند براي ما بسيار آموزنده باشد. اين كشور در اوايل دهه 2000 ميلادي يكي از كشورهاي پيشرفته در توليد برق خورشيدي بود. شركت‌هاي Q-Cells و SolarWorld از جمله شركت‌هايي بودند كه در اين كشور پنل خورشيدي توليد مي‌كردند. البته اين شركت‌ها در طول زمان توليد خود را به خارج از آلمان انتقال داده و پس از مدتي به دليل مشكلات مالي توسط شركت كره‌اي Hanwha خريداري شدند.
توقف توليد پنل‌هاي خورشيدي در آلمان
ورود چين به عرصه توليد پنل‌هاي خورشيدي و ناتواني آلمان در رقابت با اين كشور به دليل هزينه انرژي و دستمزد بالا، باعث شد اين كشور توليد پنل خورشيدي را به خارج منتقل كند. چين پس از مدتي بازار جهاني را با پنل‌هاي ارزان‌تر اشباع و توان رقابت را براي شركت‌هاي آلماني بسيار سخت كرد. اين وضعيت در كنار تغيير در سياست‌هاي حمايتي آلمان و كاهش سودآوري توليد پنل، تقريبا باعث توقف توليد در آلمان شد. انرژي‌بر بودن توليد پنل يكي از دلايل از دست رفتن توان رقابتي شركت‌هاي آلماني بود. به بيان دقيق‌تر توليد پنل‌هاي خورشيدي، به‌ويژه سلول‌هاي سيليكوني كريستالي، فرآيندي انرژي‌بر است كه شامل مرحله استخراج سيليكون خام، خالص‌سازي براي استفاده در پنل، برش نازك سيليكون خالص و توليد ويفر، پردازش و پوشش ويفرها با اتصالات الكتريكي و قرار دادن سلول‌هاي خورشيدي در پوشش شيشه‌اي و مواد محافظ مي‌شود. طي شدن تمام اين مراحل به انرژي بسيار زيادي نياز دارد. البته امروز با پيشرفت فناوري، مصرف انرژي در اين فرآيند كاهش يافته و زمان بازگشت انرژي، بسته به محل و مقياس توليد به يك تا چهار سال رسيده است.
12 درصد برق آلمان خورشيدي است
جدا از بحث توليد پنل‌هاي خورشيدي، امروز آلمان خود يكي از مصرف‌كنندگان بزرگ انرژي خورشيدي است. اين كشور در سال 2022 حدود 12 درصد از برق مصرفي سالانه خود را با انرژي خورشيدي تأمين كرد. با وجود اين ميزان توليد برق خورشيدي، اما اين كشور همچنان با چالش‌هايي مانند ادغام برق توليدي در شبكه و ذخيره‌سازي مازاد انرژي مواجه است.
همانطور كه اشاره شد آلمان در بخش انرژي تجديدپذير با چالش ذخيره‌سازي مواجه است. اين كشور از روش‌هاي مختلفي براي ذخيره‌سازي برق و متعادل‌سازي نوسانات توليد انرژي‌هاي تجديدپذير استفاده مي‌كند. يكي از اين روش‌ها، نيروگاه‌هاي تلمبه‌اي ذخيره‌اي است كه در آن آب به مخازن مرتفع پمپ شده و در زمان نياز براي توليد برق استفاده مي‌شود. اين روش يكي از موثرترين روش‌هاي ذخيره‌سازي محسوب مي‌شود. باتري‌هاي ذخيره‌سازي يكي ديگر از روش‌هاي مورد استفاده در آلمان است. در اين شيوه، سيستم‌هاي باتري بزرگ كه توسط شركت‌هايي مانند تسلا و برخي شركت‌هاي آلماني توسعه يافته‌اند؛ براي متعادل‌سازي نوسانات كوتاه‌مدت شبكه استفاده مي‌شوند. تبديل برق اضافي به هيدروژن يا متان كه بعدا مي‌توان از آن براي توليد انرژي استفاده كرد هم يكي ديگر از شيوه‌هاي ذخيره‌سازي در آلمان است. به اين روش تبديل برق به گاز (Power-to-Gas) گفته مي‌شود. ذخيره‌سازي گرمايي هم يكي از شيوه‌هاست كه در آن برق اضافي به گرما تبديل و بعدا از آن براي توليد برق يا در سيستم‌هاي گرمايش شهري استفاده مي‌كنند.
بدون توسعه ذخيره‌سازها، تكيه بر انرژي‌هاي تجديدپذير ممكن نيست
موضوع مهم درباره توسعه ذخيره‌سازها در آلمان اين است كه اگر اين روش‌هاي پيشرفته وجود نداشت؛ تكيه اين كشور به انرژي‌هاي تجديدپذير بسيار دشوار مي‌شد. چون همه اشكال انرژي‌هاي تجديدپذير با مساله زمان مصرف مواجه هستند. مثلا انرژي خورشيدي در شب كه زمان اوج مصرف است، متوقف مي‌شود. انرژي باد هم نوسان بسيار بالايي دارد و ناپايدار است. بنابراين پايداري در شبكه برق مبتني بر انرژي‌هاي تجديدپذير بدون ذخيره‌سازي مناسب يا ظرفيت‌هاي پشتيبان، غيرممكن و توسعه فناوري‌هاي ذخيره‌سازي و شبكه‌هاي هوشمند براي موفقيت انرژي‌هاي تجديدپذير ضروري است. به‌رغم همه اين چالش‌ها و مسائل، دولت آلمان در توسعه انرژي‌هاي تجديدپذير جدي است. در همين راستا حاميان استفاده از انرژي‌هاي تجديدپذير در آلمان، اين موضوع را يك ضرورت براي مقابله با تغييرات آب و هوايي مي‌دانند. حزب سبزها (Bündnis 90/Die Grünen) و حزب سوسيال دموكرات (SPD) از طرفداران انرژي‌هاي تجديدپذير در اين كشور هستند.
انرژي‌هاي تجديدپذير در آلمان منتقداني هم دارد. اين گروه هم نگران هزينه‌هاي بالا، چالش پايداري شبكه و وابستگي به واردات فناوري‌هاي انرژي تجديدپذير هستند. احزاب CDU/CSU و FDP از انتقال تدريجي‌تر به انرژي‌هاي تجديدپذير حمايت مي‌كنند و به نقش مهم گاز و هيدروژن در اين روند اشاره دارند. حزب AfD هم به عنوان مخالف جدي سياست‌هاي انرژي تجديدپذير مطرح است و خواستار بازگشت به انرژي‌هاي فسيلي و هسته‌اي است.
دغدغه جامعه علمي آلمان نسبت به برق تجديدپذير
بخش علمي و دانشگاهي آلمان هم درباره توسعه انرژي‌هاي تجديدپذير در آلمان دغدغه‌هايي دارد. منتقدان علمي و دانشگاهي معتقدند باتري‌ها و فناوري‌هاي ذخيره‌سازي گاز (Power-to-Gas) هنوز به مرحله‌اي نرسيده كه امكان جايگزيني كامل انرژي‌هاي تجديدپذير را فراهم كنند. اين كارشناسان همچنين مي‌گويند سرمايه‌گذاري در شبكه‌هاي برق و سيستم‌هاي ذخيره‌سازي، براي مصرف‌كنندگان و صنايع، هزينه‌هاي اضافي به دنبال دارد. آنها همچنين نسبت به وابستگي آلمان به واردات هم ابراز نگراني كرده و معتقدند آلمان در بسياري از حوزه‌هاي فناوري‌هاي تجديدپذير، وابسته به واردات از چين و ساير كشورها شده است.
نگراني‌هاي بخش صنعت
بخش صنعت هم نسبت به توسعه انرژي‌هاي تجديدپذير هنوز مطمئن نيست. بسياري از شركت‌هاي صنعتي نگران افزايش هزينه‌هاي انرژي و تأثير آن بر رقابت‌پذيري جهاني خود هستند. به عنوان نمونه صنعت فولاد و مواد شيميايي آلمان نيازمند برق زیاد و پايدار هستند و به همين دليل نمي‌توانند به انرژي‌هاي تجديدپذير خوشبين باشند. در بخش خودروسازي هم اگر چه شركت‌هايي مانند فولكس‌واگن و بي‌ام‌و در حال سرمايه‌گذاري در انرژي‌هاي تجديدپذير هستند، اما خواستار برنامه‌ريزي براي شبكه‌هاي برق قوي‌تر و پايدار هستند. در نهايت آلمان در توسعه انرژي‌هاي تجديدپذير به خصوص برق خورشيدي همچنان با چالش‌هاي مانند فناوري‌هاي ذخيره‌سازي مواجه است چون هنوز راهكارهاي اقتصادي و كارآمدي براي ذخيره‌سازي بلندمدت انرژي توسعه نيافته است. همچنين بسياري از باتري‌ها، پنل‌هاي خورشيدي و تجهيزات مرتبط با انرژي‌هاي تجديدپذير از چين وارد مي‌شوند. به همين دليل چالش وابستگي به چين به طور جدي مطرح است. مساله مالي هم يكي از چالش‌هاي مهم و اصلي انرژي‌هاي تجديدپذير است چون توليد برق خورشيدي يا بادي منابع مالي بسيار زيادي مي‌طلبد. در نهايت اينكه ساخت مزارع بادي و خورشيدي و خطوط انتقال آن ممكن است با مخالفت‌هاي عمومي هم مواجه شود.
چشم‌انداز 20 ساله براي تبديل آلمان به كشور «كربن خنثي»
با وجود همه اين مسائل، آلمان يك چشم‌انداز 20 ساله براي آينده انرژي‌هاي تجديدپذير ترسيم كرده است. اين كشور قصد دارد در مرحله اول تا سال 2030 حدود 80 درصد برق خود را از منابع تجديدپذير تأمين كند و همزمان با آن، زغال‌سنگ را از سبد انرژي خود خارج كند. پله بعدي در اين چشم‌انداز برق تقريبا بدون كربن است كه قرار است در سال 2035 محقق شود. در نهايت اين كشور درصدد است تا در سال 2045 به كشور «كربن خنثي» يا Net Zero تبديل شود. ميزان موفقيت اين اهداف به پيشرفت‌هاي فناوري، سياست‌هاي آينده و شرايط اقتصادي بستگي دارد.
درس‌هايي براي كشور ما
دولت با توجه به ناترازي كه در كشور به مرور زمان ايجاد شده است؛ تصميم گرفته تا با يك سرمايه‌گذاري 15 ميليارد دلاري در انرژي‌هاي تجديدپذير به خصوص برق خورشيدي، بخشي از اين ناترازي را جبران كند. با توجه به اهميت موضوع و حجم منابعي كه قرار است براي اين بخش صرف شود؛ توجه به تجربه كشوري چون آلمان و چالش‌هاي اين كشور مي‌تواند براي ما نيز سازنده باشد.
توليد يا واردات پنل؟
يكي از موضوعاتي كه در تجربه آلمان به آن اشاره شد بحث زمان بازگشت انرژي معادل براي ساخت پنل‌هاي خورشيدي بود. توليد پنل خورشيدي به انرژي بالايي نياز دارد. اگر اين انرژي به صورت گاز در نظر گرفته شود و معادل برق توليدي آن در توربين‌هاي گازي را لحاظ كنيم؛ هر پنل به چهار سال زمان براي جبران اين معادله نياز دارد. بنابراين ما بايد به صرفه بودن يا نبودن مصرف اين انرژي براي بازگشت چهار ساله را در نظر بگيريم. اينجاست كه موضوع واردات پنل‌هاي خورشيدي مطرح مي‌شود. در آلمان اين جايگزيني به دليل وابستگي به چين نگران‌كننده است اما ايران ممكن است با سطح كمتري از اين نگراني مواجه باشد. به خصوص اينكه مي‌توان از روش‌هاي تهاتر نفت و واردات پنل استفاده كرد.
به ذخيره‌سازي فكر كرده‌ايم؟
بحث ذخيره‌سازي هم يك چالش بسيار مهم است كه بايد به آن توجه شود. ديديم كه آلمان با اين سطح پيشرفت در ذخيره‌سازي برق حاصل از انرژي‌هاي تجديدپذير باز هم با چالش‌هاي جدي مواجه است. كشور ما در اين بخش توسعه خاصي نداشته و طرح توليد برق خورشيدي بدون لحاظ كردن اهميت ذخيره‌سازها، نوعي تقليل دادن و دست كم گرفتن مساله و نگران‌كننده است.
بدبيني صنايع بزرگ به برق خورشيدي
صنايع بزرگ مانند صنايع فولادي به دليل استفاده از كوره‌هاي القايي ذوب، به برق با شدت جريان بسيار بالا نياز دارند. توليد چنين برقي با تكيه بر انرژي باد و خورشيد با فناوري‌هاي كنوني تقريبا بعيد به نظر مي‌رسد. بنابراين صنايع بزرگ به اين موضوع رغبتي نشان نمي‌دهند.
نياز به احداث زيرساخت‌هاي جديد جمع‌آوري و انتقال
بحث مهم ديگر، زيرساخت‌هاي جمع‌آوري در محل توليد و انتقال برق حاصل از انرژي‌هاي تجديدپذير به محل مصرف است. زيرساخت‌هاي توليد برق خورشيدي و بادي به دليل ماهيت آن مطمئنا در مناطقي دور از جاهايي كه به آن نياز است، مستقر مي‌شود. بنابراين انتقال برق تجديدپذير به ايجاد زيرساخت‌هاي جديد نياز دارد. علاوه بر زيرساخت‌هاي انتقال به محل مصرف برق توليدي، به احداث پست تبديل و شبكه جمع‌آوري محلي هم نياز دارد. همه اين تجهيزات بايد به صورت مجزا در توسعه انرژي تجديدپذير لحاظ شود. همچنين شبكه جمع‌آوري و انتقال برق براي مقاومت كمتر بايد از جنس مس باشد. سيم‌كشي مسي و نگهداري از آن هم بسيار پرهزينه است. حال سوال اينجاست كه آيا ما به اين موضوعات فكر كرده‌ايم و براي آن آمادگي لازم را داريم يا خير؟
رييس انديشكده حكمراني هوشمند