ساخت سیستم‌های انرژی محلی: یک دیدگاه جهانی

چشم‌انداز جهانی انرژی در حال تحولی عمیق است. شبکه‌های برق متمرکز سنتی به طور فزاینده‌ای توسط سیستم‌های انرژی محلی (LES) تکمیل و گاهی به چالش کشیده می‌شوند. این سیستم‌ها که به عنوان پروژه‌های انرژی اجتماعی یا شبکه‌های منابع انرژی توزیع‌شده (DER) نیز شناخته می‌شوند، نشان‌دهنده یک تغییر اساسی به سمت راه‌حل‌های انرژی غیرمتمرکز، تاب‌آور و پایدارتر هستند. این مقاله به بررسی ظهور سیستم‌های انرژی محلی در سراسر جهان می‌پردازد و مزایا، چالش‌ها، فناوری‌های توانمندساز و آینده‌ای که وعده می‌دهند را مورد بررسی قرار می‌دهد.

سیستم‌های انرژی محلی چیستند؟

سیستم‌های انرژی محلی شامل رویکردهای متنوعی برای تولید، توزیع و مدیریت انرژی در یک منطقه جغرافیایی معین، مانند یک جامعه، یک منطقه شهری یا حتی یک مجتمع ساختمانی واحد هستند. برخلاف شبکه‌های برق متمرکز سنتی که به نیروگاه‌های بزرگ و خطوط انتقال طولانی متکی هستند، سیستم‌های انرژی محلی به منابع محلی و مشارکت جامعه اولویت می‌دهند.

ویژگی‌های کلیدی سیستم‌های انرژی محلی عبارتند از:

• تولید پراکنده: سیستم‌های انرژی محلی معمولاً منابع متعددی برای تولید انرژی مانند پنل‌های فتوولتائیک خورشیدی (PV)، توربین‌های بادی، نیروگاه‌های برق-آبی کوچک، ژنراتورهای زیست‌توده و سیستم‌های تولید همزمان گرما و برق (CHP) را در بر می‌گیرند.
• مصرف محلی: انرژی تولید شده در سیستم عمدتاً توسط کاربران محلی مصرف می‌شود که باعث کاهش تلفات انتقال و افزایش بهره‌وری انرژی می‌شود.
• مالکیت و کنترل اجتماعی: بسیاری از سیستم‌های انرژی محلی توسط جوامع محلی، کسب‌وکارها یا تعاونی‌ها اداره و مالکیت می‌شوند که این امر ساکنان را توانمند ساخته و حس مالکیت و مسئولیت را تقویت می‌کند.
• افزایش تاب‌آوری: سیستم‌های انرژی محلی می‌توانند در هنگام قطعی برق به طور مستقل از شبکه اصلی کار کنند و منبع انرژی قابل اعتمادتر و تاب‌آورتری را به ویژه در هنگام رویدادهای جوی شدید یا سایر اختلالات فراهم کنند.
• فناوری‌های شبکه هوشمند: فناوری‌های پیشرفته مانند کنتورهای هوشمند، حسگرها و سیستم‌های کنترل، نظارت و مدیریت بی‌درنگ جریان‌های انرژی در سیستم را امکان‌پذیر می‌سازند و عملکرد و بهره‌وری را بهینه می‌کنند.
• ذخیره‌سازی انرژی: ذخیره‌سازی باتری، ذخیره‌سازی حرارتی و سایر فناوری‌های ذخیره‌سازی انرژی نقش مهمی در متعادل کردن عرضه و تقاضا ایفا می‌کنند و تأمین انرژی پایدار و قابل اعتماد را حتی زمانی که منابع انرژی تجدیدپذیر متناوب هستند، تضمین می‌کنند.

مزایای سیستم‌های انرژی محلی

علاقه روزافزون به سیستم‌های انرژی محلی ناشی از مزایای متعددی است که در مقایسه با سیستم‌های انرژی متمرکز سنتی ارائه می‌دهند:

پایداری زیست‌محیطی

سیستم‌های انرژی محلی اغلب به شدت به منابع انرژی تجدیدپذیر مانند انرژی خورشیدی و بادی متکی هستند که به طور قابل توجهی انتشار گازهای گلخانه‌ای را کاهش داده و با تغییرات اقلیمی مبارزه می‌کنند. با به حداقل رساندن تلفات انتقال و ترویج بهره‌وری انرژی، سیستم‌های انرژی محلی ردپای زیست‌محیطی خود را بیشتر کاهش می‌دهند.

مثال: در سامسو، دانمارک، یک سیستم انرژی محلی با مالکیت اجتماعی که توسط توربین‌های بادی و زیست‌توده تأمین می‌شود، به استقلال کامل انرژی دست یافته و به طور قابل توجهی انتشار کربن جزیره را کاهش داده است. این سیستم الگویی برای سایر جوامعی است که به دنبال گذار به آینده انرژی پایدارتر هستند.

توسعه اقتصادی

سیستم‌های انرژی محلی می‌توانند با ایجاد شغل در بخش انرژی‌های تجدیدپذیر، جذب سرمایه‌گذاری و کاهش هزینه‌های انرژی برای ساکنان و کسب‌وکارها، رشد اقتصادی محلی را تحریک کنند. مالکیت اجتماعی سیستم‌های انرژی محلی تضمین می‌کند که سود در داخل جامعه باقی بماند و اقتصاد محلی را بیشتر تقویت کند.

مثال: شهر گوسینگ در اتریش، با توسعه یک سیستم انرژی محلی مبتنی بر زیست‌توده و سایر منابع تجدیدپذیر، از یک منطقه کشاورزی در حال رکود به یک جامعه انرژی پررونق تبدیل شد. این پروژه صدها شغل ایجاد کرد و سرمایه‌گذاری قابل توجهی را جذب کرد و اقتصاد محلی را احیا نمود.

امنیت و تاب‌آوری انرژی

سیستم‌های انرژی محلی با تنوع بخشیدن به منابع انرژی و کاهش وابستگی به سوخت‌های فسیلی وارداتی، امنیت انرژی را افزایش می‌دهند. توانایی آنها برای کار مستقل از شبکه اصلی، منبع انرژی تاب‌آورتری را در هنگام قطعی شبکه فراهم می‌کند که به دلیل رویدادهای جوی شدید و زیرساخت‌های فرسوده، به طور فزاینده‌ای رایج شده‌اند.

مثال: پس از اینکه طوفان ماریا در سال ۲۰۱۷ پورتوریکو را ویران کرد، شبکه برق متمرکز جزیره فروپاشید و میلیون‌ها نفر را برای ماه‌ها بدون برق گذاشت. این رویداد آسیب‌پذیری سیستم‌های متمرکز را برجسته کرد و علاقه به توسعه سیستم‌های انرژی محلی غیرمتمرکز را برای بهبود تاب‌آوری انرژی برانگیخت.

توانمندسازی جامعه

سیستم‌های انرژی محلی با دادن کنترل بیشتر بر تأمین انرژی به جوامع محلی، آنها را توانمند می‌سازند. مالکیت و مشارکت اجتماعی در سیستم‌های انرژی محلی، حس مالکیت، مسئولیت و افتخار را تقویت کرده و منجر به مشارکت و انسجام بیشتر جامعه می‌شود.

مثال: تعاونی‌های انرژی اجتماعی متعددی در آلمان، مانند EWS Schönau، با موفقیت سیستم‌های انرژی محلی را توسعه داده و اداره کرده‌اند و انرژی پاک و مقرون‌به‌صرفه را برای اعضای خود فراهم کرده و قدرت ابتکارات مبتنی بر جامعه را نشان داده‌اند.

کاهش هزینه‌های انرژی

با تولید انرژی به صورت محلی و کاهش تلفات انتقال، سیستم‌های انرژی محلی می‌توانند به کاهش هزینه‌های انرژی برای ساکنان و کسب‌وکارها کمک کنند. در برخی موارد، سیستم‌های انرژی محلی حتی می‌توانند با فروش انرژی اضافی به شبکه اصلی، درآمدزایی کنند.

مثال: در برخی مناطق استرالیا، خانوارهایی که دارای پنل‌های خورشیدی PV و ذخیره‌سازی باتری هستند، می‌توانند در نیروگاه‌های مجازی (VPPs) شرکت کنند و انرژی اضافی را به شبکه بفروشند و درآمد کسب کنند، در حالی که به پایداری شبکه نیز کمک می‌کنند.

چالش‌های ساخت سیستم‌های انرژی محلی

علیرغم مزایای متعدد، پذیرش گسترده سیستم‌های انرژی محلی با چندین چالش روبرو است:

هزینه‌های اولیه بالا

توسعه سیستم‌های انرژی محلی اغلب به سرمایه‌گذاری‌های اولیه قابل توجهی در فناوری‌های انرژی تجدیدپذیر، زیرساخت‌های شبکه هوشمند و سیستم‌های ذخیره‌سازی انرژی نیاز دارد. تأمین مالی برای این پروژه‌ها، به ویژه برای ابتکارات مبتنی بر جامعه، می‌تواند چالش‌برانگیز باشد.

موانع نظارتی

مقررات انرژی موجود اغلب برای شبکه‌های برق متمرکز طراحی شده‌اند و ممکن است برای سیستم‌های انرژی محلی مناسب نباشند. موانع نظارتی، مانند فرآیندهای پیچیده صدور مجوز و استانداردهای محدودکننده اتصال به شبکه، می‌تواند مانع توسعه سیستم‌های انرژی محلی شود.

پیچیدگی فنی

طراحی و بهره‌برداری از سیستم‌های انرژی محلی نیازمند تخصص فنی ویژه در زمینه‌هایی مانند یکپارچه‌سازی انرژی تجدیدپذیر، فناوری‌های شبکه هوشمند و سیستم‌های ذخیره‌سازی انرژی است. یافتن متخصصان واجد شرایط با مهارت‌های لازم می‌تواند یک چالش باشد.

تناوب منابع انرژی تجدیدپذیر

بسیاری از سیستم‌های انرژی محلی به منابع انرژی تجدیدپذیر متناوب مانند انرژی خورشیدی و بادی متکی هستند. مدیریت تغییرپذیری این منابع نیازمند تکنیک‌های پیش‌بینی پیشرفته، سیستم‌های ذخیره‌سازی انرژی و استراتژی‌های مدیریت شبکه انعطاف‌پذیر است.

عدم آگاهی عمومی

بسیاری از مردم از مزایای سیستم‌های انرژی محلی یا فرصت‌های مشارکت در پروژه‌های انرژی اجتماعی آگاه نیستند. افزایش آگاهی عمومی و آموزش ذینفعان در مورد سیستم‌های انرژی محلی برای ترویج پذیرش گسترده بسیار مهم است.

فناوری‌های توانمندساز برای سیستم‌های انرژی محلی

چندین فناوری کلیدی رشد و توسعه سیستم‌های انرژی محلی را امکان‌پذیر می‌سازند:

فناوری‌های انرژی تجدیدپذیر

فتوولتائیک خورشیدی، توربین‌های بادی، نیروگاه‌های برق-آبی کوچک و ژنراتورهای زیست‌توده منابع اصلی انرژی در بسیاری از سیستم‌های انرژی محلی هستند. پیشرفت در این فناوری‌ها هزینه‌ها را کاهش داده و عملکرد را بهبود می‌بخشد و آنها را به طور فزاینده‌ای با منابع انرژی سنتی رقابتی می‌کند.

فناوری‌های شبکه هوشمند

کنتورهای هوشمند، حسگرها و سیستم‌های کنترل، نظارت و مدیریت بی‌درنگ جریان‌های انرژی را در سیستم‌های انرژی محلی امکان‌پذیر می‌سازند. این فناوری‌ها عملکرد را بهینه کرده، پایداری شبکه را افزایش داده و یکپارچه‌سازی منابع انرژی تجدیدپذیر را تسهیل می‌کنند.

سیستم‌های ذخیره‌سازی انرژی

ذخیره‌سازی باتری، ذخیره‌سازی حرارتی و سایر فناوری‌های ذخیره‌سازی انرژی نقش مهمی در متعادل کردن عرضه و تقاضا در سیستم‌های انرژی محلی ایفا می‌کنند. سیستم‌های ذخیره‌سازی انرژی می‌توانند انرژی اضافی تولید شده در دوره‌های تولید بالا را ذخیره کرده و در دوره‌های تولید پایین آن را آزاد کنند و تأمین انرژی پایدار و قابل اعتمادی را تضمین کنند.

ریزشبکه‌ها

ریزشبکه‌ها شبکه‌های انرژی محلی هستند که می‌توانند به طور مستقل از شبکه اصلی کار کنند. آنها اغلب در ترکیب با سیستم‌های انرژی محلی برای تأمین انرژی تاب‌آورتر و قابل اعتمادتر برای زیرساخت‌های حیاتی مانند بیمارستان‌ها، خدمات اضطراری و مراکز داده استفاده می‌شوند.

نیروگاه‌های مجازی (VPPs)

نیروگاه‌های مجازی مجموعه‌ای از منابع انرژی توزیع‌شده (DER) مانند فتوولتائیک خورشیدی، ذخیره‌سازی باتری و وسایل نقلیه الکتریکی هستند که به عنوان یک نیروگاه واحد مدیریت می‌شوند. نیروگاه‌های مجازی می‌توانند خدمات شبکه مانند تنظیم فرکانس و پاسخ به تقاضا را ارائه دهند، پایداری شبکه را افزایش داده و وابستگی به نیروگاه‌های متمرکز را کاهش دهند.

فناوری بلاک‌چین

فناوری بلاک‌چین می‌تواند برای تسهیل تجارت انرژی همتا به همتا در سیستم‌های انرژی محلی استفاده شود. پلتفرم‌های مبتنی بر بلاک‌چین می‌توانند به مصرف‌کنندگان امکان خرید و فروش مستقیم انرژی از یکدیگر را بدهند، شرکت‌های برق سنتی را دور بزنند و بازار انرژی غیرمتمرکزتر و شفاف‌تری ایجاد کنند.

نمونه‌هایی از سیستم‌های انرژی محلی در سراسر جهان

سیستم‌های انرژی محلی در زمینه‌های بسیار متنوعی در سراسر جهان در حال توسعه و پیاده‌سازی هستند:

• سامسو، دانمارک: یک سیستم انرژی محلی با مالکیت اجتماعی که توسط توربین‌های بادی و زیست‌توده تأمین می‌شود و به استقلال کامل انرژی دست یافته است.
• گوسینگ، اتریش: شهری که با توسعه یک سیستم انرژی محلی مبتنی بر زیست‌توده و سایر منابع تجدیدپذیر، از یک منطقه کشاورزی در حال رکود به یک جامعه انرژی پررونق تبدیل شد.
• ریزشبکه بروکلین، نیویورک، ایالات متحده آمریکا: یک ریزشبکه مبتنی بر جامعه که به ساکنان اجازه می‌دهد انرژی خورشیدی را مستقیماً از یکدیگر بخرند و بفروشند.
• EWS Schönau، آلمان: یک تعاونی انرژی اجتماعی که با موفقیت سیستم‌های انرژی محلی را توسعه داده و اداره کرده است و انرژی پاک و مقرون‌به‌صرفه را برای اعضای خود فراهم می‌کند.
• Smart Power Kerala، هند: پروژه‌ای که با استفاده از فتوولتائیک خورشیدی و ذخیره‌سازی باتری، برق خارج از شبکه را برای جوامع روستایی فراهم می‌کند.
• چندین کشور جزیره‌ای اقیانوس آرام: پیاده‌سازی سیستم‌های انرژی محلی با انرژی خورشیدی و ذخیره‌سازی باتری برای کاهش وابستگی به سوخت‌های فسیلی وارداتی و بهبود امنیت انرژی.

آینده سیستم‌های انرژی محلی

سیستم‌های انرژی محلی آماده‌اند تا نقش مهمی را در گذار جهانی انرژی ایفا کنند. با مقرون‌به‌صرفه‌تر و در دسترس‌تر شدن فناوری‌های انرژی تجدیدپذیر و با پیشرفت مداوم فناوری‌های شبکه هوشمند، سیستم‌های انرژی محلی حتی مقرون‌به‌صرفه‌تر و قابل اعتمادتر خواهند شد.

روندهای کلیدی که انتظار می‌رود رشد سیستم‌های انرژی محلی را هدایت کنند عبارتند از:

• تمرکززدایی از تولید انرژی: در دسترس بودن فزاینده منابع انرژی توزیع‌شده، مانند فتوولتائیک خورشیدی و توربین‌های بادی، به سمت تولید انرژی غیرمتمرکزتر سوق می‌دهد.
• برقی‌سازی همه‌چیز: برقی‌سازی حمل‌ونقل، گرمایش و سایر بخش‌ها تقاضا برای برق را افزایش داده و فرصت‌های جدیدی برای سیستم‌های انرژی محلی ایجاد می‌کند.
• رشد ذخیره‌سازی انرژی: پیشرفت‌ها در فناوری باتری، سیستم‌های ذخیره‌سازی انرژی را مقرون‌به‌صرفه‌تر و کارآمدتر می‌کند و به سیستم‌های انرژی محلی امکان می‌دهد عرضه و تقاضا را به طور مؤثرتری متعادل کنند.
• نوآوری در شبکه هوشمند: توسعه مداوم فناوری‌های شبکه هوشمند، بهره‌برداری کارآمدتر و قابل اعتمادتر از سیستم‌های انرژی محلی را امکان‌پذیر می‌سازد.
• حمایت سیاستی: دولت‌ها در سراسر جهان به طور فزاینده‌ای از توسعه سیستم‌های انرژی محلی از طریق سیاست‌هایی مانند تعرفه‌های تشویقی، مشوق‌های مالیاتی و اصلاحات نظارتی حمایت می‌کنند.

با گسترش سیستم‌های انرژی محلی، آنها به آینده انرژی پایدارتر، تاب‌آورتر و عادلانه‌تر کمک خواهند کرد. با توانمندسازی جوامع محلی و تقویت حس مالکیت و مسئولیت، سیستم‌های انرژی محلی می‌توانند به تسریع گذار به یک سیستم انرژی پاک‌تر، غیرمتمرکزتر و دموکراتیک‌تر کمک کنند.

اقدامات عملی برای ساخت سیستم‌های انرژی محلی

چه یک عضو جامعه، یک سیاست‌گذار یا یک سرمایه‌گذار باشید، در اینجا چند بینش عملی برای ساخت سیستم‌های انرژی محلی آورده شده است:

برای اعضای جامعه:

• خود را در مورد مزایای سیستم‌های انرژی محلی آموزش دهید. در مورد فناوری‌ها و رویکردهای مختلف موجود بیاموزید و بفهمید که چگونه سیستم‌های انرژی محلی می‌توانند به جامعه شما سود برسانند.
• جلسات و کارگاه‌های اجتماعی برای بحث در مورد پتانسیل سیستم‌های انرژی محلی در منطقه خود برگزار کنید. همسایگان، کسب‌وکارهای محلی و رهبران جامعه خود را در گفتگو مشارکت دهید.
• یک تعاونی انرژی اجتماعی تشکیل دهید یا با یک سازمان موجود برای توسعه یک پروژه سیستم انرژی محلی شریک شوید. از تخصص و منابع جمعی جامعه خود برای دستیابی به اهدافتان استفاده کنید.
• از سیاست‌های حمایتی در سطح محلی و منطقه‌ای حمایت کنید. سیاست‌گذاران را تشویق کنید تا سیاست‌هایی را اجرا کنند که از توسعه سیستم‌های انرژی محلی حمایت می‌کند.
• نصب پنل‌های خورشیدی PV و ذخیره‌سازی باتری را در خانه یا کسب‌وکار خود در نظر بگیرید. انرژی پاک خود را تولید کنید و وابستگی خود را به شبکه کاهش دهید.

برای سیاست‌گذاران:

• سیاست‌های حمایتی برای سیستم‌های انرژی محلی تدوین کنید. سیاست‌هایی مانند تعرفه‌های تشویقی، مشوق‌های مالیاتی و اصلاحات نظارتی را برای تشویق توسعه سیستم‌های انرژی محلی اجرا کنید.
• فرآیندهای صدور مجوز برای پروژه‌های سیستم انرژی محلی را ساده کنید. بار اداری را برای توسعه‌دهندگان کاهش دهید و فرآیند تأیید را تسریع کنید.
• استانداردهای اتصال واضحی برای سیستم‌های انرژی محلی ایجاد کنید. اطمینان حاصل کنید که سیستم‌های انرژی محلی می‌توانند به راحتی به شبکه اصلی متصل شده و به پایداری شبکه کمک کنند.
• در تحقیق و توسعه فناوری‌های سیستم‌های انرژی محلی سرمایه‌گذاری کنید. از نوآوری و توسعه فناوری‌های جدیدی که می‌توانند عملکرد و مقرون‌به‌صرفه بودن سیستم‌های انرژی محلی را بهبود بخشند، حمایت کنید.
• بودجه و کمک فنی به پروژه‌های سیستم انرژی محلی به رهبری جامعه ارائه دهید. به جوامع کمک کنید تا بر چالش‌های مالی و فنی توسعه سیستم‌های انرژی محلی غلبه کنند.

برای سرمایه‌گذاران:

• در فناوری‌های انرژی تجدیدپذیر، زیرساخت‌های شبکه هوشمند و سیستم‌های ذخیره‌سازی انرژی سرمایه‌گذاری کنید. این فناوری‌ها برای توسعه سیستم‌های انرژی محلی ضروری هستند.
• از پروژه‌های سیستم انرژی محلی به رهبری جامعه حمایت کنید. این پروژه‌ها پتانسیل بازده مالی و اجتماعی را ارائه می‌دهند.
• سرمایه‌گذاری در نیروگاه‌های مجازی و پلتفرم‌های تجارت انرژی مبتنی بر بلاک‌چین را در نظر بگیرید. این فناوری‌ها مدل‌های تجاری و فرصت‌های جدیدی را در بخش سیستم‌های انرژی محلی امکان‌پذیر می‌سازند.
• قبل از سرمایه‌گذاری در پروژه‌های سیستم انرژی محلی، ارزیابی دقیقی انجام دهید. امکان‌سنجی فنی، قابلیت دوام مالی و محیط نظارتی پروژه را ارزیابی کنید.
• با توسعه‌دهندگان و اپراتورهای با تجربه سیستم‌های انرژی محلی شریک شوید. از تخصص آنها برای کاهش ریسک و به حداکثر رساندن بازده استفاده کنید.

نتیجه‌گیری

ساخت سیستم‌های انرژی محلی یک گام حیاتی به سوی آینده انرژی پایدارتر، تاب‌آورتر و عادلانه‌تر است. با پذیرش تولید انرژی غیرمتمرکز، فناوری‌های شبکه هوشمند و مالکیت اجتماعی، می‌توانیم جهانی را ایجاد کنیم که در آن همه به انرژی پاک، مقرون‌به‌صرفه و قابل اعتماد دسترسی داشته باشند. گذار به سیستم‌های انرژی محلی نیازمند همکاری و نوآوری از سوی همه ذینفعان - اعضای جامعه، سیاست‌گذاران و سرمایه‌گذاران - است، اما مزایای آن ارزش این تلاش را دارد. با پیشرفت فناوری و اجرای سیاست‌های حمایتی، سیستم‌های انرژی محلی به رشد خود ادامه داده و چشم‌انداز جهانی انرژی را متحول خواهند کرد.