افزایش مصرف انرژی و فاصله میان تولید و تقاضا، مدیریت بهینه منابع انرژی را به یکی از مهم‌ترین چالش‌های امروز تبدیل کرده است؛ چالشی که پاسخ به آن تنها با افزایش ظرفیت تولید امکان‌پذیر نیست و به فناوری‌های جدید برای کاهش مصرف، مدیریت تقاضا و افزایش بهره‌وری نیاز دارد.
به گزارش سیناپرس، در این میان، پژوهشگران و فناوران ایرانی نیز در حوزه‌هایی مانند کنتورهای هوشمند، تجهیزات کم‌مصرف، انرژی خورشیدی، شبکه‌های مخابراتی و فناوری‌های ذخیره‌سازی، راهکارهایی را توسعه داده‌اند که می‌تواند بخشی از این مسئله را هدف قرار دهد.
کنتورهای هوشمند؛ وقتی اندازه‌گیری به مدیریت مصرف تبدیل می‌شود
یکی از مستقیم‌ترین کاربردهای فناوری در کاهش مصرف انرژی، استفاده از کنتورهای هوشمند برای مدیریت مصرف برق است. این تجهیزات با فراهم کردن امکان مشاهده و تحلیل الگوی مصرف، به شبکه برق اجازه می‌دهند به جای اعمال محدودیت‌های گسترده، مصرف را به شکل هدفمند مدیریت کنند؛ طبق اعلام توانیر، استفاده از کنتورهای هوشمند در تابستان ۱۴۰۴ به کاهش حدود ۲ هزار مگاوات از اوج بار برق کمک کرده است.
کنتور هوشمند تنها یک ابزار اندازه‌گیری نیست، بلکه می‌تواند به عنوان یکی از اجزای اصلی شبکه هوشمند انرژی، اطلاعات مربوط به مصرف را در اختیار شبکه قرار دهد و امکان مدیریت بار، اعمال تعرفه‌های هوشمند و شناسایی مشترکان پرمصرف را فراهم کند.
توان داخلی نیز تنها به مونتاژ این تجهیزات محدود نمانده و بخش‌هایی مانند طراحی بدنه و قالب، برد الکترونیکی، نرم‌افزار و میان‌افزار، مونتاژ برد، کالیبراسیون و تجهیزات آزمون را دربرمی‌گیرد.
تجهیزات کم‌مصرف؛ کاهش مصرف بدون تغییر رفتار مردم
بخش دیگری از ظرفیت فناوری برای کاهش مصرف انرژی به تولید تجهیزات و فناوری‌هایی مربوط می‌شود که می‌توانند بدون نیاز به تغییر اساسی در رفتار مصرف‌کننده، میزان انرژی مورد نیاز را کاهش دهند.
موتورهای کم‌مصرف، عایق‌های حرارتی پیشرفته و تجهیزات با بهره‌وری بالاتر از جمله فناوری‌هایی هستند که در این مسیر مورد توجه قرار گرفته‌اند. در این رویکرد، هدف آن است که فناوری مستقیما به کاهش اتلاف انرژی و افزایش بهره‌وری منجر شود.
بر اساس برآوردهای مطرح‌شده در این طرح، در صورت سرمایه‌گذاری بر فناوری‌های صرفه‌جویی انرژی، امکان صرفه‌جویی حدود ۱.۵ تا ۲ میلیارد مترمکعب گاز و نزدیک به ۳ میلیارد کیلووات‌ساعت برق وجود دارد.
این نگاه، فناوری را از یک ابزار تولید محصول به ابزاری برای افزایش بهره‌وری تبدیل می‌کند؛ به این معنا که بخشی از مسئله انرژی می‌تواند از مسیر ارتقای فناوری تجهیزات و کاهش اتلاف دنبال شود.
نیروگاه‌های خورشیدی پشت‌بامی؛ تولید انرژی نزدیک به محل مصرف
تولید پراکنده انرژی خورشیدی نیز یکی دیگر از فناوری‌هایی است که می‌تواند به مدیریت مصرف و کاهش فشار بر شبکه کمک کند. در سامانه‌های خورشیدی هیبریدی پشت‌بامی، تولید برق خورشیدی، ذخیره‌سازی و اتصال به شبکه در کنار یکدیگر قرار می‌گیرند تا بخشی از نیاز یک ساختمان در همان محل تامین شود.
این مدل علاوه بر تامین بخشی از برق مصرفی ساختمان، امکان استفاده از ذخیره‌ساز در زمان محدودیت شبکه را فراهم می‌کند و می‌تواند در دوره‌های اوج مصرف، فشار واردشده بر شبکه را کاهش دهد.
حرکت به سمت تولید پراکنده، معماری تولید برق را از تمرکز کامل در نیروگاه‌های بزرگ به سمت ترکیبی از واحدهای کوچک‌تر سوق می‌دهد و می‌تواند در مدیریت پیک مصرف و افزایش انعطاف‌پذیری شبکه نقش داشته باشد.
در مرحله نخست اجرای این طرح، ظرفیت خورشیدی ۴ مگاواتی در ۲۲ وزارتخانه در تهران به بهره‌برداری رسیده و در ادامه نیز بیش از ۱۰۰ سایت در مراکز استان‌ها و شهرستان‌ها مورد توجه قرار گرفته است.
شبکه‌های مخابراتی هوشمند؛ کاهش مصرف انرژی در ارتباطات
مصرف انرژی تنها به شبکه برق و تجهیزات خانگی و صنعتی محدود نمی‌شود. زیرساخت‌های ارتباطی نیز با افزایش تعداد کاربران، تجهیزات متصل و حجم تبادل داده، به انرژی بیشتری نیاز پیدا می‌کنند به همین دلیل، کاهش مصرف انرژی در شبکه‌های مخابراتی نیز به یکی از موضوعات پژوهشی تبدیل شده است.
در یک پژوهش دانشگاهی، راهکاری برای مدیریت انرژی در شبکه‌های سلولی فوق‌متراکم ارائه شده است. در این روش، سلول‌های کوچک در زمان کاهش ترافیک می‌توانند وارد وضعیت خواب شوند و کاربران به سلول‌های فعال مجاور منتقل شوند. همزمان توان انتقال و منابع شبکه نیز به شکل بهینه تخصیص پیدا می‌کند.
نتایج شبیه‌سازی این پژوهش نشان داده است که با غیرفعال کردن تعداد بیشتری از سلول‌های کم‌بار، بهره‌وری انرژی شبکه افزایش پیدا می‌کند؛ این بهبود به‌ویژه در شرایط مشخصی از بار شبکه بیشتر مشاهده شده است.
الکترودهای دومنظوره؛ یک فناوری برای تبدیل و ذخیره انرژی
ذخیره‌سازی انرژی یکی دیگر از بخش‌های مهم زنجیره بهره‌وری انرژی است؛ به‌ویژه در شرایطی که منابعی مانند خورشید و باد به صورت متناوب انرژی تولید می‌کنند. در همین زمینه، پژوهشگران ایرانی روی توسعه الکترودهایی کار کرده‌اند که بتوانند در دو کاربرد، یعنی پیل‌های سوختی میکروبی و ابرخازن‌ها، مورد استفاده قرار گیرند.
در این فناوری، الکترودهای متخلخل با سطح ویژه بالا به گونه‌ای طراحی می‌شوند که هم در واکنش کاهش اکسیژن در پیل سوختی و هم در ذخیره‌سازی انرژی در ابرخازن کاربرد داشته باشند.
استفاده از یک الکترود برای چند کارکرد می‌تواند پیچیدگی و هزینه سیستم را کاهش دهد و در عین حال انعطاف‌پذیری و دوام آن را افزایش دهد. این موضوع به‌ویژه در مسیر توسعه سامانه‌های ذخیره‌سازی انرژی اهمیت دارد.
تبخیر خورشیدی؛ استفاده از انرژی خورشید برای نمک‌زدایی
یکی دیگر از نمونه‌های فناوری ایرانی، استفاده از انرژی خورشیدی برای تبخیر سطحی و نمک‌زدایی آب است. در یک پژوهش دانشگاهی، سامانه‌ای برای تبخیر سطحی خورشیدی با الهام از ساختارهای موجود در طبیعت طراحی شده است.
در این سامانه، یک عنصر استوانه‌ای توخالی با دیواره‌های آب‌دوست برای جذب نور خورشید و کاهش تلفات حرارتی طراحی شده است. در آزمایش‌های انجام‌شده، بازده تولید بخار از آب شیرین ۱۱۱.۲۱ درصد محاسبه شده و افزایش سرعت باد تا یک متر بر ثانیه، تولید بخار را حدود ۱۱۸ درصد افزایش داده است.
همچنین استفاده از هندسه‌هایی الهام‌گرفته از بادگیر و بدن ماهی و کنترل ویژگی‌های سطحی، موجب افزایش نرخ تبخیر شده است. در یکی از طراحی‌ها، آرایه‌های مثلثی به نرخ تبخیر حدود ۴.۸۸ کیلوگرم بر مترمربع در ساعت دست یافته‌اند.
در بخش دیگری از این پژوهش نیز ساختار «ژانوس» با دیواره داخلی آب‌گریز و دیواره خارجی آب‌دوست برای جلوگیری از تشکیل بلورهای نمک طراحی شده و نرخ متوسط تولید بخار حدود ۴.۶۹ کیلوگرم بر مترمربع در ساعت گزارش شده است.
این نمونه نشان می‌دهد که استفاده مستقیم از انرژی خورشیدی و طراحی سامانه‌های کم‌هزینه می‌تواند در فناوری‌هایی مانند نمک‌زدایی، جایگزینی برای روش‌های پرمصرف‌تر ایجاد کند؛ هرچند این فناوری بیشتر در حوزه تامین پایدار آب و استفاده از انرژی تجدیدپذیر _تا کاهش مستقیم مصرف برق کشور_ کاربرد دارد.
گزارش: فرزانه صدقی