نيروگاههای خورشيدي شناور راه حل برد-برد برای کاهش تبخیر آب و تولید انرژی پاک

برق نیوز-محمد ابراهيم رئيسي: آب به سبب خصوصیت فیزیکی منحصر به فرد خود نمیتواند در یک مکان برای مدت طولانی باقی بماند. تبخیر یکی از روش هایی است که سبب فرار آب از محل های جمع آوری آب می شود که در معرض تابش خورشید قراردارند. اگر چه آب تبخیر شده در نهایت دوباره به عنوان باران یا برف به زمین برخواهد گشت، اما از دسترس مناطق اطراف مخازن آب خارج شده و نمي توان در خصوص آن برنامه ریزی کرد.

اگر چه متوسط میزان تبخیر از دریاچه های پشت سدها در کشور در حدود 5 درصد از کل آب تنظیمی این سدها را شامل میشود اما میزان این تبخیر در مناطق خشک و پرتابش کشور نظیر استان بوشهر، هرمزگان، سیستان و بلوچستان،کرمان و فارس بیشتر از این میزان می باشد.
 بی شک تامین و برنامه ریزی منابع آب مناطق یاد شده جهت امنیت آبی این مناطق و استفاده از آن در مصارف مختلف ضروری است. در این راستا تاکنون سدهایی در این مناطق ساخته شده و در آینده نیز احداث خواهد شد.اما در این مناطق همواره مسئله تبخیر آب از مسائل مهم بوده که ناشی از تابش شدید خورشیدبر سطح این مخازن است. تغییرات اقلیمی و افزایش دمای زمین عامل دیگری است که سبب تشدید این امردر سالهای آتی خواهد شد.
 اما چگونه می توان ضمن برنامه ریزی جهت استفاده بهینه از مخازن موجود و آتی، از تبخیر آب و از ازدست دادن آن جلوگیری کرد؟ آیا می توان منافع جدیدی را از این مخازن متصور بود؟ این امر در شرایطی ممکن خواهد بودكه به نحوی پوششی بر روی سطح این مخازن ایجاد نمود تا از تابش خورشید بر آن جلوگیری کرده و در عین حال اگر این سطح بتواند انرژی دریافتی از خورشید را به برق تبدیل كند می تواند منافع جدید مورد نظر را ایجاد نماید. صفحه های خورشیدی  شناور هردو این اهداف را همزمان برآورده می سازند.

صفحه های خورشیدی شناور همان پنلهای فتو ولتاییک خورشیدی  هستند که در سطح زمین نصب میشوند با این تفاوت که این صفحات با یک سازه  شناور در آب ثابت شده است. با همین  انتقال از زمین به سطح آب، پانل های خورشیدی  اینک با حفظ مزیت تولید انرژی، می توانند سبب کاهش"ازدست رفتن آب" به سبب تبخیر، تولید انرژی با بازده بالاتر(به طور متوسط 15 درصد) و همچنین کاهش رشد جلبکها در آب شود. این صفحات سبب می شود تا 90 درصد از میزان تبخیر آب در سطح زیر پوشش آنها کاهش یابد. البته در کشورهائی که زمین کافی برای تولید انرژی خورشیدی وجود ندارد، عدم استفاده از اراضی را می توان به این مزایا افزود که در ایران مزیت آخر داراي اهميت چنداني نيست.

نگاهی کلی به وضعیت موجود نیروگاه های خورشیدی شناور:
  اولین نیروگاه خورشیدی شناور در سال 2007 در  ایالت کالیفرنیا در آمریکا مورد بهره برداری قرار گرفت. در حال حاضر 70 نیروگاه خورشیدی شناور درجهان با ظرفیتی معادل 93 مگاوات در حال بهره برداری هستند. بزرگترین این نیروگاه ها 20 مگاوات و کوچکترین آنها 5کیلووات ظرفیت دارد. بیش از 50 درصد از این نیروگاه ها ظرفیتی کمتر از 1 مگاوات دارند. اما این بدان معنی نیست که امکان احداث نیروگاه های خورشیدی بزرگ مقیاس(درابعاد مگاوات) فراهم نیست.  30درصد از این گروه ظرفیتی معادل  1تا 2 مگاولت داشته و 17 درصد از آنها ظرفیتی بیش از  2مگاوات دارند. جدول زیر این 12 نیروگاه را معرفی می کند.

 جدول 1 -نیروگاه های بزرگ مقیاس خورشیدی شناور درحال بهره برداری در جهان (بزرگتر از 2 مگاوات)

 

 

 

 در جدول نیروگاه های در حال بهره برداری نام 13 کشور چین، ژاپن، کره جنوبی، انگلستان، فرانسه، ایتالیا، هند، اندونزی، اسرائیل، تایلند، هلند، سنگاپور و آمریکا به چشم می خورد، كه ژاپن و انگلستان دو کشور پیشرو در زمینه توسعه این نوع نیروگاه ها به حساب مي آيند. ژاپن داراي 45 و انگلستان داراي 6 نیروگاه از این دست مي‌باشند.  

بررسی دقیق تر نیروگاه های خورشیدی شناور درجهان:
توجه به ویژگی های متمایز و سودمند صفحه های خورشیدی شناور و پیشرفت های فن آوری مربوطه که سبب کاهش هزینه سرمایه گذاری اولیه آنها شده است،  در نظر گرفتن تنش روبه رشد مسائل مربوط به آب و سعی در استفاده هر چه كاراتر از این منبع نایاب، سبب شده است که جایگاه این سیستم در جهان به سرعت بهبود یافته و کشورهای جهان هریک براساس ضرورت های خود از مزایای سودمند آن بهره برداری کنند.

ژاپن پیشرو ترین کشور در زمینه احداث نیروگاه های خورشیدی شناور بوده است. کمبود زمین در ژاپن و نیاز به تولید انرژی تجدیدپذیر و جلوگیری از تبخیر آب ازمهمترین دلائل این کشور برای توسعه این تکنولوژی تولید انرژی بوده است . تا سال 2015 در ژاپن 5.2 مگاوات نیروگاه خورشیدی شناور وجود داشته است. در حال حاضر این کشور کار احداث یکی ازبزرگترین نیروگاه خورشیدی شناور را در جهان با ظرفیت  13.7 مگاوات آغاز کرده است که تا سال 2018 به پایان می رسد. این نیروگاه بر روی  مخزن سد Yamakura در جنوب شرق توکیو در ژاپن در حال ساخت است. این نیروگاه از 51000 پانل خورشیدی تشکیل شده که سطحی در حدود 18 هکتار را پوشش می دهد.

اما کشوری که با سرعت زیادی در حال توسعه نیروگاه خورشیدی شناور است، چین است. چین در حال حاضر بزرگترین نیروگاه خورشیدی شناور در جهان به ظرفیت 20 مگاوات را در اختیار دارد. این کشور برنامه های گسترده ای را برای توسعه این نیروگاه ها در کشور خود در پیش گرفته است. تنها در کشور چین در چهار ماهه اول سال 2016،1400 مگاوات نیروگاه خورشیدی شناور در حال طراحی و یا ساخت بوده است. این درحالی است که مقدار آن در سال 2015 تنها 100 مگاوت بوده است. برآوردهای اولیه در چین نشان میدهد که در مخازن شمال چین میزان تبخیر سالانه برابر با 20 میلیارد متر مکعب است که چیزی در حدود یک سوم آورد رودخانه زرد است. پوشش مخازن و جلوگیری از تابش مستقیم خورشید به سطح مخازن میتواند از تبخیر آب کاسته و مانع از دست دادن آب با ارزش جمع آوری شده و قابل برنامه ریزی شود. این سبب میشود در پایین دست این مخازن، منافع بیشتری قابل حصول گردد. اصلاحاتی در این قوانین با منظور نمودن نوع شناور نیروگاههای خورشیدی،به علاوه این، برنامه های تولید انرژی پاک در این کشور و تعهدات آن در کاهش گازهای گلخانه ای از دیگر دلائل مهم کشور چین برای توسعه نیروگاه های خورشیدی شناور در سطح وسیع می باشد.

 برزیل نیز در گروه کشورهائی است که برنامه ریزی خود را برای استفاده از نیروگاه های خورشیدی شناور آغاز کرده است. در سال 2015، یکی دیگر از پروژه هاي بزرگ مقیاس نیروگاه خورشیدی شناور با ظرفیت بزرگتر از 10 مگاوات در برزیل آغاز شد. اين طرح بخشی از طرح بزرگ احداث 350 مگاوات نیروگاه خورشیدی شناور در برزیل است. این نیروگاه بر روی مخزن سد  Balbina شناور است. مخزن سد Balbina، روی یکی ازشاخه های رودخانه Uatumã در جنگل آمازون، احداث شده است. انباشت و تجزیه درختان، گیاهان، خاک و هر گونه مواد آلی در پی جاری شدن سیل در مخازن سدها  با تابش نور خورشيد مواد مغذی خوبی را برای جلبکها فراهم می آورد.  این جلبکها با پوششی که در سطح مخزن به وجود می آورند سبب ایجاد واکنشهایی می گردند که تولید متان را در مخزن این سد سبب می شوند تا این مخزن، مانند بسیاری از مخازن واقع در آب و هوای گرمسیری، یکی از بزرگترین تولید کنندگان متان در طبيعت باشد. احداث نیروگاه خورشیدی شناور سبب می شود تا با کاهش تابش آفتاب در سطح تحت پوشش صفحات خورشیدی، میزان تولید جلبک و در نتیجه میزان انتشار گازهای گلخانه ای کاهش یابد.

انگلستان نیز با بهره برداری از نیروگاه خورشیدی شناور به میزان 9.3 مگاوات در سال 2016 در زمره کشورهائی قرار گرفت که برای این روش تولید انرژی برنامه ریزی کرده است. انگلستان در این سال از نیروگاه خورشیدی  6.3 مگاواتی ملکه الیزابت دوم در لندن و 3 مگاواتی در شهر گادلی بهره برداری کرد. طرح دیگری نیز با ظرفیت معادل نصف ظرفیت نیروگاه ملکه الیزابت دوم در مخزنی نزدیک منچستر در حال برنامه ریزی است.   

هندوستان با یک چشم انداز توسعه 1.2 گیگاوات انرژی خورشیدی شناور فعالیتهای خود را برای استفاده از این سیستم آغاز کرده است. این کشور قصد دارد از این تکنولوژی برای پوشش کانالهای انتقال آب کشاورزی و مخازن سدهای برقابی خود استفاده کند. این کشور از اولین نیروگاه خود از این نوع در سال 2015 به ظرفیت 10 کیلووات بهره برداری کرد و در حال حاضر با حمایت بانک KfW آلمان درحال مذاکره برای احداث 40 مگاوات نیروگاه است. 600 مگاوات از 1.2 گیگاوات برای  مخازن نیروگاههای برقابی نظیر Kyona در نظر گرفته شده است. سد و نیروگاه برقابی Kyona با ظرفیتی معادل 1920 مگاوات بزرگترین نیرگاه برقابی هندوستان است.

استرالیا، آمریکا و مراکش نیز برای استفاده از نیروگاه های خورشیدی مقیاس بزرگ(در حد مگاوات ) تلاشهایی را آغاز کرده اند. در استرالیا و آمریکا این تلاش جدا از مخازن برای استفاده از این تکنولوژی برروی حوضچه های تصفیه فاضلاب انجام شده است. مراکش مناقصه ای را برای احداث 400 مگاوات نیروگاه خورشیدی شناور درحال برگزاری دارد.
    
رشد سریع توسعه:
تا قبل از سال 2014 تنها سه نیروگاه خورشیدی شناور در جهان وجود داشت و این بدان معنی است که 67 نیروگاه خورشیدی شناور تنها در عرض 2 سال در 13 کشور جهان ساخته شده است. این شاید به معنی آغاز عصر نیروگاه های خورشیدی شناور باشد. ژاپن که کشور پیشرو در این زمینه است همچنان به توسعه این نیروگاه ها باسرعت ادامه میدهد. اولین نیروگاه خورشیدی شناور 3 سال پیش در سال 2013 نصب شد. تنها در سال 2016 ، 29 نیروگاه احداث شده است. در سال 2016 حداقل 29 نیروگاه خورشیدی شناور راه اندازی شده است. تخمین زده میشود در سال 2017، 70 مگاوات نیروگاه خورشیدی شناور در ژاپن به بهره برداری برسد. یکی از بزرگترین توسعه دهندگان نیروگاه خورشیدی شناور درجهان معتقد است سال 2017، سال نیروگاه های خورشید شناور است.

 نمودار1- رشد احداث نیروگاه های خورشیدی شناور

 

 

جمع بندی و پيشنهاد:
درسالهای اخیر استفاده از پنل های خورشیدی شناور در جهان در حال گسترش بوده است. پنل های خورشیدی شناور می تواند روش مناسبی برای جلوگیری از تبخیر آب در مخازن سدها درمناطقی که شدت تبخیر در آنها زیاد است باشد. در عین حال این روش می تواند با تولید انرژی پاک، منافع مضاعفی را در راستای توسعه این نوع انرژی ایجاد نماید. اگرچه متوسط میزان تبخیر از مخازن سدهای کشور تنها در حدود 5 درصد بوده و رقم قابل توجهی نمی باشد، اما لازم است در مناطقی نظیر بوشهر، هرمزگان، سیستان و بلوچستان و گلستان که  مخازن برخی سدها میزان تبخیر بالایی به نسبت میانگین کشور دارند به طریقی از تبخیر آب تنظیمی باارزش در این مخازن جلوگیری شود. در عين حال درخصوص طرحهاي توسعه سد هاي مخزني نيزباید تدابیری در این خصوص اندیشیده شود. لذا بررسی استفاده از پنلهای خورشیدی شناور می تواند به عنوان طرح مکمل دردستور کار وزارت نیرو قرار گیرد. اما در این میان توجه به نکاتی در این راستا توجه به نكات زير ضروري است.

الف) اگرچه استفاده از این پنلهای خورشیدی منافع متعددی را در پی دارد، استفاده از آنها بدون مطالعه دقیق شرایط فنی و توجیه اقتصادی آنها از دیدگاه ملی، می تواند منجر به عدم موفقیت در اجرای این طرحها گردد.

ب) همانطور که در متن مقاله به آن اشاره شد بزرگترین نیروگاه خورشدی شناور در حال بهره برداری در جهان 20 مگاوات ظرفیت داشته و پیشنهاد می شود در طرحهای اولیه در کشور این فن آوری در ظرفیت های پایین مورد استفاده قرار گیرد. تا پس از شناسايي كامل مسائل فني اين نوع نيروگاه ها، ،سرمايه گذاري برروي ظرفيتهاي بالاتر اين نوع نيروگاه ها صورت گيرد.

ج) با توجه به تعرفه های مناسب خرید تضمینی برق از نیروگاه های خورشیدی زیر 10 مگاوات  احداث این نیروگاه ها می تواند برای سرمایه گذاران بخش خصوصی جذاب باشد. در عین حال برای تشویق این سرمایه گذاران می توان منافع ناشی از عدم تبخیر آب را نیز متناسب با حجم آب استحصالی از این روش به آنها اختصاص داد.

د) از آنجا که قوانین مریوط به نیروگاه های خورشیدی متمرکز بر نوع زمینی این نیروگاه هاست، لذا   اصلاحاتی در این قوانین با منظور نمودن نوع شناور نیروگاههای خورشیدی، ضروری می باشد.