به گزارش خبرنگار مهر؛ با شتاب‌گیری گذار جهانی به سمت منابع انرژی تجدیدپذیر، به‌ویژه در پی توافقات بین‌المللی مقابله با تغییرات اقلیمی، فشارهای روزافزون برای کاهش انتشار دی‌اکسیدکربن و مقابله با آلودگی هوا، انرژی خورشیدی به یکی از ارکان اصلی راهبردهای ملی و فراملی تبدیل شده است. این منبع پاک نه‌تنها ظرفیت بالقوه‌ای برای کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای دارد، بلکه می‌تواند ساختار سبد انرژی کشورها را متنوع ساخته و وابستگی به سوخت‌های فسیلی را به‌شدت کاهش دهد.

با این وجود، ادغام گسترده انرژی خورشیدی در شبکه برق، به‌ویژه در مقیاس‌های بزرگ، با چالش‌های فنی، مدیریتی و امنیتی همراه است. ماهیت متناوب و وابسته به شرایط جوی تولید انرژی مبتنی بر خورشید باعث می‌شود که خروجی آن در طول روز و فصول سال به‌شدت نوسان داشته باشد، موضوعی که می‌تواند موجب تغییرات فرکانس و ولتاژ شبکه شود. همچنین در صورت فقدان زیرساخت‌های ذخیره‌سازی، سامانه‌های پیش‌بینی پیشرفته و چارچوب‌های تنظیم‌گری مؤثر، این نوسانات مستقیماً قابلیت اطمینان و کیفیت توان شبکه را تحت تأثیر قرار می‌دهد.

اهمیت این چالش در کشورهایی مانند ایران که با ناترازی مزمن عرضه و تقاضا، محدودیت ظرفیت تولید و وابستگی به نیروگاه‌های متمرکز روبه‌رو هستند، دوچندان می‌شود؛ به‌طوری که مدیریت ادغام منابع خورشیدی با شبکه به یکی از محورهای کلیدی امنیت انرژی بدل می‌گردد.

تأثیر انرژی خورشیدی بر پایداری شبکه

تولید انرژی خورشیدی ذاتاً متغیر و وابسته به پارامترهایی مانند ساعات روز، زاویه تابش، پوشش ابری، دما و شرایط آب‌وهوایی است. این وابستگی موجب تغییرات لحظه‌ای و گاه شدید در خروجی نیروگاه‌های خورشیدی می‌شود که در صورت همزمانی با افت یا افزایش ناگهانی بار شبکه، می‌تواند منجر به انحراف فرکانس از محدوده مجاز، نوسانات ولتاژ و حتی ایجاد پدیده‌های گذرای الکتریکی گردد. این وضعیت علاوه بر افزایش احتمال خاموشی‌های جزیی یا گسترده، می‌تواند به آسیب تجهیزات حساس، کاهش کیفیت توان و افزایش نرخ فرسودگی زیرساخت‌های شبکه منجر شود.

بررسی تجربه کشورهایی با سهم بالای انرژی خورشیدی در سبد تولید نشان می‌دهد که در صورت فقدان سامانه‌های ذخیره‌سازی، پیش‌بینی دقیق و مدیریت بلادرنگ، امنیت عملکرد شبکه به‌شدت تضعیف خواهد شد. در این کشورها، راهکارهایی همچون استفاده از اینورترهای پیشرفته با قابلیت کنترل دینامیک توان، ایجاد ظرفیت ذخیره‌سازی متمرکز و غیرمتمرکز و پیاده‌سازی شبکه‌های هوشمند، نقش کلیدی در مهار این اثرات ایفا کرده است.
از همین روی، در گام نخست باید به این مسئله توجه داشت که استقرار گسترده نیروگاه‌های خورشیدی در کشور، مستلزم اتخاذ تدابیر فناورانه، زیرساختی و حکمرانی دقیق است.

فناوریهای ذخیره انرژی خورشید در ساعات اوج تابش

متخصصان حوزه انرژی در پاسخ به چالش‌های ذکر شده در خصوص به‌کارگیری انرژی خورشیدی در شبکه برق سراسری، برخی نوآوری‌های فناورانه و زیرساختی را پیشنهاد می‌دهند. به‌منظور کنترل اثرات منفی تولید انرژی خورشیدی بر شبکه، مجموعه‌ای از فناوری‌های پیشرفته و رویکردهای مهندسی توسعه یافته است که ترکیبی از ذخیره‌سازی، مدیریت توان و پیش‌بینی دقیق را شامل می‌شود. سامانه‌های ذخیره‌سازی انرژی، از جمله باتری‌های لیتیوم-یون با چگالی بالا و سامانه‌های هیدروپمپی با ظرفیت چندصد مگاواتی، قادرند مازاد تولید را در ساعات اوج تابش ذخیره و در زمان کاهش یا قطع تولید، انرژی را به شبکه بازگردانند.

این فرآیند، ضمن تثبیت فرکانس و ولتاژ، امکان پاسخ‌گویی سریع به نوسانات لحظه‌ای را فراهم می‌آورد و در کاهش فشار بر نیروگاه‌های پایه نقش‌آفرینی می‌کند. همچنین، اینورترهای هوشمند نسل جدید با قابلیت کنترل دینامیک توان راکتیو و اکتیو و هماهنگی با سامانه‌های مدیریت پیشرفته، امکان تنظیم لحظه‌ای و خودکار خروجی نیروگاه را متناسب با نیاز شبکه فراهم می‌سازند و می‌توانند در سناریوهای اضطراری نیز از شبکه پشتیبانی کنند.

افزون بر این، سامانه‌های پیش‌بینی مبتنی بر هوش مصنوعی و یادگیری ماشین، با تحلیل داده‌های بلادرنگ هواشناسی، تاریخچه تولید و حتی داده‌های ماهواره‌ای، دقت پیش‌بینی تغییرات تولید انرژی خورشیدی را به سطحی می‌رسانند که برنامه‌ریزی بهینه تولید و ذخیره‌سازی و همچنین مدیریت بار در شبکه به‌صورت پیش‌دستانه امکان‌پذیر می‌شود.

از سوی دیگر، علاوه بر اقدامات فناورانه، چارچوب‌های سیاستی و مقرراتی نقش حیاتی در تضمین ادغام پایدار و ایمن انرژی خورشیدی با شبکه برق ایفا می‌کنند. این چارچوب‌ها باید به‌گونه‌ای طراحی شوند که الزامات فنی، اقتصادی و امنیتی را به‌طور همزمان پوشش دهند. تدوین مقررات الزام‌آور که تولیدکنندگان انرژی تجدیدپذیر را موظف به ارائه خدمات پشتیبان شبکه مانند پشتیبانی ولتاژ، تنظیم فرکانس، ذخیره‌سازی اضطراری و مشارکت در مدیریت بار کند، می‌تواند تاب‌آوری و انعطاف‌پذیری سیستم را به صورت چشمگیری ارتقا دهد.

از سوی دیگر، ایجاد سازوکارهای تعرفه‌ای و بازارهای جانبی برای جبران هزینه‌های این خدمات، انگیزه اقتصادی لازم را برای مشارکت فعال بخش خصوصی فراهم می‌کند. همچنین، سیاست‌های تشویقی هدفمند برای توسعه تولید پراکنده، از جمله نصب پنل‌های خورشیدی پشت‌بامی و سامانه‌های خودتأمین، با توزیع جغرافیایی منابع تولید، فشار بر نیروگاه‌های متمرکز را کاهش داده، ریسک اختلالات سراسری را کم می‌کند و سهم تاب‌آوری محلی را افزایش می‌دهد.

هم‌زمان، همچنین لازم است چارچوب‌های نظارتی و پایش مداوم عملکرد این منابع تدوین گردد تا اطمینان حاصل شود که ادغام انرژی خورشیدی نه‌تنها از نظر زیست‌محیطی پایدار، بلکه از نظر فنی و امنیتی نیز سازگار با نیازهای شبکه ملی است.

میانگین ساعات آفتابی در بسیاری از نقاط ایران بیش از 300 روز در سال است

جمهوری اسلامی ایران به‌دلیل موقعیت جغرافیایی ممتاز، پهنه وسیع و میانگین بالای تابش خورشیدی در اغلب مناطق کشور، ظرفیت بالقوه قابل‌توجهی برای توسعه انرژی خورشیدی دارد. بر اساس داده‌های سازمان انرژی‌های تجدیدپذیر و بهره‌وری برق، میانگین ساعات آفتابی در بسیاری از نقاط ایران بیش از 300 روز در سال است که مزیتی استراتژیک محسوب می‌شود.

با این حال، ناترازی ساختاری شبکه برق، محدودیت ظرفیت انتقال و توزیع و ضعف در ذخیره‌سازی انرژی، ضرورت توجه به جنبه‌های امنیتی و فنی ادغام انرژی خورشیدی در شبکه برق سراسری را دوچندان می‌کند. وابستگی شبکه به تولید متمرکز حرارتی، فقدان سامانه‌های ذخیره‌سازی در مقیاس بزرگ و کمبود زیرساخت‌های مدیریت هوشمند و پاسخ‌گویی بار، از جمله موانع بنیادین هستند که می‌توانند کارایی و اثرگذاری سرمایه‌گذاری‌های صورت گرفته در زمینه انرژی خورشیدی را محدود کنند.

از سوی دیگر، بهره‌گیری هدفمند از انرژی خورشیدی می‌تواند به کاهش فشار بر شبکه در ساعات اوج مصرف، به‌ویژه در فصل تابستان و در مناطق با مصرف بالای سرمایشی، کمک کرده و سهم انرژی پاک در سبد تولید را به‌شکل محسوسی افزایش دهد. از همین روی، اجرای پروژه‌های ترکیبی انرژی خورشیدی و توسعه زیرساخت ذخیره‌سازی، ارتقای شبکه‌های انتقال و توزیع، توسعه شبکه هوشمند و بازنگری و ارتقای مقررات پشتیبان و تعرفه‌های تشویقی، برای ایران ضرورتی راهبردی و بخشی جدایی‌ناپذیر از سیاست‌گذاری کلان امنیت انرژی محسوب می‌شود.

انرژی خورشیدی می‌تواند همزمان یک فرصت بزرگ و یک چالش جدی برای پایداری شبکه برق باشد. بهره‌گیری بهینه از این منبع، مستلزم رویکردی جامع و چندبعدی است که در آن نوآوری فناورانه، سیاست‌گذاری هوشمند، سرمایه‌گذاری هدفمند زیرساختی و ایجاد ظرفیت نهادی به‌صورت هم‌افزا عمل کنند. در ایران، توجه همزمان به توسعه ظرفیت تولید انرژی خورشیدی در مقیاس نیروگاه‌های متمرکز و سامانه‌های پراکنده، همراه با تقویت زیرساخت‌های ذخیره‌سازی مقیاس بزرگ، مدیریت هوشمند بار، ارتقای ظرفیت شبکه انتقال و توزیع و پیاده‌سازی سامانه‌های پیش‌بینی پیشرفته، می‌تواند راهگشای عبور از بحران ناترازی و ارتقای امنیت انرژی باشد.

در نهایت، می‌توان نتیجه گرفت که این مسیر نیازمند همکاری ساختاریافته و پایدار میان دولت، بخش خصوصی، مراکز پژوهشی و نهادهای تنظیم‌گر است تا انرژی خورشیدی نه‌تنها به‌عنوان یک منبع پاک و کم‌کربن، بلکه به‌عنوان اهرمی برای افزایش تاب‌آوری، انعطاف‌پذیری و پایداری شبکه ملی انرژی ایفای نقش کند و جایگاه کشور را در گذار جهانی به انرژی‌های تجدیدپذیر ارتقا بخشد.