بررسی سیستم CHP در شرایط ایران و توجیه فنی و اقتصادی آن با توجه به وضعیت موجود

پیشگفتار

استفاده مناسب از منابع انرژی و کاهش هزینه از موارد قابل توجهي است كه با گذشت زمان نه تنها از اهمیت آن کاسته نشده بلکه با توجه به بحران انرژی و افزايش قيمت حامل­ های سوخت، اهمیت فزاینده­ای يافته است. در دهه‌های اخیر همواره موضوع استفاده از واحد­های تولید همزمان CHP به دلیل مزایای فنی که دارند به عنوان یک راه حل و راه کار برای افزایش بازدهی و غلبه بر مشکلات صنعت برق مطرح بوده است.

تعریف تولید همزمان

در روش معمول نیاز الکتریکی واحد­های صنعتی، ساختمان­ های تجاری، اداری و مسکونی از شبکه و نیاز حرارتی آن­ ها در همان محل به روش­ های مرسوم از جمله استفاده از دیگ­ های حرارتی تامین می­ گردد، اما با استفاده از سیستم تولید همزمان می ­توان هر دو شکل انرژی را با استفاده از یک سیستم واحد با بازده بسیار بالا، تامین کرد. سیستم تولید همزمان از یک محرک اولیه (موتور گازسوز یا دیزلی، توربین گاز، میکرو توربین و غیره) و یک ژنراتور جهت تولید برق بهره می­برد و با استفاده از مبدل­ های حرارتی و سایر تجهیزات، گرمای اتلافی را به شکل حرارت با دمای بالا (حرارت قابل استفاده) بازیافت می­ کند.

سیستم­ های CHP از سه جز اصلی محرک­ اولیه (موتور گاز سوز، توربین گاز و یا وسایل مشابه)، ژنراتور (شامل تجهیزات الکتریکی) و دستگاه­ های بازیابی حرارتی تشکیل شده که ضمن تولید برق انرژی حرارتی نیز فرآهم می­ کنند. همان­طور که در شکل زیر دیده می­ شود با مصرف سوخت در یک محرک اولیه ضمن تولید برق، انرژی حرارتی قابل توجه ای که در بعضی از شرایط به بیش از دوبرابر انرژی الکتریکی می­ رسد نیز تولید می­ شود، این انرژی حرارتی را می ­توان به صورت مستقیم مصرف کرده و یا از آن برای تولید سرمایش بهره برد.

شکل 1. شماتیک سیستم CHP و نحوه تولید همزمان برق و حرارت

انواع مولدهای تولید

مولدهای رایج مورد استفاده در سیستم­ های تولید همزمان برق و حرارت عبارتند از: موتورهای گازسوز و دیزلی، توربین­ های بخار و گازی، میکرو توربین ها، پیل سوختی و موتورهای استرلینگ. متداول­ترین مولد مورد استفاده در سیستم تولید همزمان، موتورهای گازسوز می­ باشند که برخی از مهم­ترین مزایای آن عبارتند از:

  • راندمان الکتریکی بالاتر و در نتیجه سوخت کم­تر
  • طیف وسیع توان الکتریکی تولیدی
  • هزینه سرمایه­ گذاری نسبتا کم
  • راه ­اندازی سریع
  • امکان انتقال موتور و سایر اجزای سیستم
  • قابلیت بازیافت انرژی حرارتی با راندمان بالا
  • قابلیت کارکرد در بار جزئی با راندمان بالا
  • پایین بودن آلاینده­ های زیست محیطی
  • عمر بالا
  • و……..

امروزه در بسیاری از کشورهای جهان کاربرد طرح­ های تولید پراکنده هم برای تولید برق و هم تولید هم زمان برق و گرما در بخش­ های مختلف مورد استقبال قرار گرفته اند. برخی از موارد استفاده عبارتند از:

  • مراکز تجاری شامل مراکز خرید و فروشگاه­ ها، پارک­ های تجاری، مجتمع ­های ورزشی و تفریحی و غیره
  • مجتمع ­های اداری و مسکونی
  • مراکز درمانی و بیمارستان ها
  • صنایعی مانند فولاد، پتروشیمی، سیمان، تولید مواد غذایی، خودروسازی، داروسازی، لاستیک ­سازی، لبنیاتی و…
  • کارگاه­ های تولیدی، گلخانه­ ها و غیره

مزایای سیستم­ های CHP باعث گسترش این سیستم­ ها در سراسر دنیا و مخصوصا کشورهای پیشرفته شده است. در جدول زیر ظرفیت نصب شده در برخی از کشورهای جهان تا سال 2009 ارائه شده است، برای مقایسه بهتر بد نیست بدانیم که در همین تاریخ ظرفیت اسمی تولید برق کشور ما، 49,805 مگاوات بوده است.

جدول 1. ظرفیت CHP نصب شده در برخی از کشورهای جهان تا سال 2009

همان­طور که می­ بینید در در سال 2009 در کشوری مانند آمریکا ظرفیت نصب شده سیستم CHP بیش از کل ظرفیت تولید برق کشور ما بوده است و یا در برخی کشورهای دیگر مانند روسیه، آلمان و چین ظرفیت تولید CHP با کل ظرفیت تولید برق کشور ما قابل مقایسه بوده است. تمام این مسائل نشان می‌دهند که سیستم CHP در کشورهای صنعتی معتبر توجیح مناسبی داشته و در صورت فرآهم بودن شرایط و تعرفه‌های جهانی حامل‌های انرژی می‌توانند مزایای مناسبی ارائه داده و برای بسیاری از استفاده‌ها مناسب باشند. تفاوت‌هایی در ایران وجود دارد که می‌توانند باعث ایجاد شرایط متفاوتی گردند؛ برای روشن شدن تفاوت‌ها در ادامه به بررسی جنبه‌های مختلف استفاده از این سیستم در شرایط ایران پرداخته می‌شود.

در ایران با توجه به هزینه پائین‌تر حامل‌های انرژی نسبت به مقادیر جهانی، وجود تعرفه‌های گمرکی، عدم وجود تولیدات داخلی، نوسانات بازار، تغییرات شدید نرخ ارز، عدم وجود اطمینان برای سرمایه‌گذاران و … این سیستم توجیه نداشته و نمی‌تواند بازار مناسبی داشته باشد، اما با توجه به مشکلات موجود در جهت تامین برق در کشور، دولت با توجه به شرایط موجود و در جهت کاهش مشکلات خود، اقدام به وضع قوانین حمایتی و انجام تبلیغات مناسب در این زمینه کرده تا بتواند با بهبود شرایط سرمایه‌گذاران را تشویق به سرمایه‌گذاری کند. در واقع از یک طرف پیشی گرفتن نرخ رشد تقاضای برق از نرخ رشد عرضه آن باعث ایجاد کمبود در تامین برق مخصوصا در شرایط پیک بار شده و از طرف دیگر هم با توجه به کمبود همیشگی نقدینگی و عدم سود دهی تاسیس نیروگاه‌های جدید امکانات لازم برای تاسیس نیروگاه‌های تازه برای دولت برقرار نمی‌باشد، لذا یک راه‌کار مناسب می‌تواند جذب سرمایه‌گذار در زمینه نیروگاه‌های مقیاس کوچک باشد. در نمودارهای زیر ضریب ذخیره تابستانی و کمبود ضریب ذخیره تولید نشان داده شده است تا موضوع تامین برق به درستی روشن شود. برای داشتن یک شبکه پایدار و مطمئن باید به ضریب ذخیره 26% رسید.

شکل 2. نمودار مصرف برق و ضریب ذخیره

بنابراین با در نظر داشتن موارد بالا  به طور خلاصه در ایران می ­توان مزایای زیر را برای سیستم CHP برشمرد.

  • کاهش پرباری شبکه (در جهت منافع ملی): با توجه به تلفات بالا و مشکلات ناشی از پرباری در صورت احداث نیروگاه مقیاس کوچک و افزایش ظرفیت شبکه می‌توان به کاهش پرباری شبکه کمک کرد.
  • توسعه پدافند غیرعامل و افزایش قابلیت اطمینان: با توجه به وضعیت موجود در کشور و احتمال اقدام تروریستی استفاده از نیروگاه‌های مقیاس کوچک می‌توان قابلیت اطمینان شبکه را افزایش دهد. به همین جهت دولت عموما اجازه استفاده از سیستم به صورت جدا از شبکه را نداده (جز در موارد خاص) و تمام برق تولیدی باید ابتدا به شبکه سراسری تزریق شده و سپس از شبکه دوباره توسط مصرف‌کننده وارد گردد تا در صورت ایجاد شرایط بحرانی دولت بتواند از ظرفیت آن استفاده کند.
  • کاهش آلودگی ­ها و امکان فروش حق انتشار آلاینده­ ها (Emission Right) طبق پیمان کیوتو: البته امکان استفاده از حق فروش آلاینده‌ها در ایران وجود ندارد اما اگر طراحی مناسب و مهندسی بوده و از تمام ظرفیت‌های سیستم CHP استفاده شود می‌توان در مقیاس کلی به کاهش آلاینده‌ها کمک کرد. البته باید در نظر داشت که در مقایسه کوچک و محلی باعث تمرکز آلاینده‌های می‌شود به همین جهت دولت تنها تا ظرفیت‌های مشخصی اجازه استفاده از این سیستم را در محدوده شهری صادر خواهد کرد.
  • حذف تلفات 15درصدی شبکه انتقال و توزیع: با توجه به نزدیکی سیستم CHP به محل تولید تلفات مربوط به شبکه انتقال تا حدی زیادی کاهش خواهد یافت.
  • حذف هزینه­ های ایجاد پست برق: البته در این زمینه باید توجه داشت که تجهیزاتی به مجموعه برای اتصال سیستم به شبکه برق اضافه می‌گردد. در ضمن با توجه به مصرف بالای گاز برای ظرفیت‌های بالا نیاز به ایجاد ایستگاه گاز می‌باشد که هم هزینه در بر داشته و هم نیاز به اختصاص فضا دارد.
  • افزایش بازدهی استفاده از سوخت: با توجه به استفاده از برق و گرمای اتلافی در صورت طراحی درست در مجموع بازدهی کل سیستم افزایش خواهد یافت.
  • ارائه سوخت رایگان تا 5 سال: یک مزیت بسیار عالی برای سیستم CHP همین مورد است اما کمی غیرواقعی بیان شده است. در ابتدا باید گفت این موضوع تنها برای سیستم‌هایی واقعیت می‌یابد که تمام برق خود را به شبکه و با نرخ 996 ریال به ازای هر کیلووات بفروشند یعنی حتی اگر خود تولید کننده هم نیاز به مصرف برق داشته باشد باید ابتدا با قیمت های تعیین شده تمام برق را به شبکه فروخته و با توجه به تعرفه‌های موجود برق خود را مطابق عرف خریداری نماید در غیر این صورت هزینه سوخت (گاز طبیعی) باید مطابق تعرفه‌ها پرداخت گردد. در ضمن سوخت واقعا رایگان نمی‌باشد و با توجه به قوانین وزارت نیرو به ازای هر کیلووات 0.2 مترمکعب گاز به صورت مجانی تعلق می‌گیرد. این مقدار برای بازدهی الکتریکی حدود 55% می‌باشد حال آن که در هیج کجای دنیا بازدهی سیستم CHP به این مقدار نمی‌رسد و بازدهی الکتریکی برای ظرفیت های بالا (بیش از 400 کیلووات) بین 38 تا 44 درصد می‌باشد. این یعنی در صورتی هم که تمام برق به شبکه فروخته شود تنها 70 تا80درصد از سوخت مصرفی به صورت رایگان در اختیار تولید کننده قرار می‌گیرد(برای صحت موضوع می‌توان به نامه زیر رجوع کرد).
  • خرید تضمینی برق تا 5 سال: تا 5 سال پس از احداث برق تولیدی توسط سیستم مقیاس کوچک به صورت تضمینی و با نرخ‌های اعلام شده خریداری می‌شود و این موضوع می‌تواند نکته مثبتی برای افزایش اطمینان سرمایه‌گذاران باشد. بعد از زمان اعلام شده، خرید برق با توجه به نیاز کشور و شرایط توافقی خواهد بود. در این شرایط با توجه به این که سرمایه‌گذار هزینه اولیه را برای سیستم پرداخت کرده است حتی اگر هزینه‌ها کاهش یابد هم به نوعی مجبور به تولید خواهد بود. جدیدا در این زمینه محدودیت‌های خاصی ایجاد شده است. اگر سیستم CHP دست دوم باشد قرارداد تضمینی برای خرید برق منعقد نخواهد شد، بعد از 5 سال در زمان های عدم نیاز برق مجموعه خریداری نخواهد شد. این موضوع از این جهت نگران کننده است که سیستم ‌های CHP عموما با تغییر بار دچار اندکی تغییر بازدهی شده و در طیف خاصی قابلیت تغییر بار دارند، لذا با این شرایط خاموش و روشن شدن سیستم و در نتیجه استهلاک آن افزایش خواهد یاقت.
  • امکان فروش برق به مشترکی خصوصی: این موضوع می‌تواند سود دهی استفاده از نیروگاه مقیاس کوچک را با توجه به تعرفه‌های خرید برق توسط دولت و مشترکین خصوصی افزایش دهد. اما باید در نظر داشت که در این صورت سوخت با توجه به شرایط با تعرفه صنعتی محاسبه خواهد شد.
  • در اختیار قرار دادن زمین برای احداث نیروگاه: جهت حمایت بیش‌تر دولت در شهرک‌های صنعتی و محل‌های خاص مد نظر خود تا حداکثر 2،000 متر زمین بلاعوض جهت احداث نیروگاه در اختیار سرمایه‌گذاران قرار خواهد داد.

با در نظر گرفتن تمام موارد بالا می‌توان درک کلی از وضعیت سیستم CHP به صورت کیفی در ایران داشت. استفاده از این سیستم در شرایطی که از طراحی مهندسی مناسب بهره برده شود، به طوری که تمام گرمای اتلافی بازیافت شده مورد استفاده قرار گیرد و از ظرفیت‌های بالایی استفاده گردد، می‌تواند توجیح اقتصادی داشته باشد. در صورتی که قابلیت استفاده از تمام ظرفیت گرمایی سیستم ممکن نباشد و یا از دستگاه‌های با ظرفیت پائین‌تر استفاده شود توجیح اقتصادی مناسبی برای استفاده از این سیستم وجود ندارد و سرمایه‌گذاران مشتاق به سرمایه‌گذاری در این زمینه نیستند. بنابراین با توجه به عدم توانایی دولت در تامین برق کافی در سال‌های اخیر از طریق احداث نیروگاه‌های جدید و عدم توفیق در جذب سرمایه‌گذاری مناسب، دولت محدودیت‌های ظرفیتی خاصی را برای پروژه‌های بزرگ ایجاد کرده تا آن‌ها را به نوعی مجبور به استفاده از سیستم  CHP گرداند. بنابراین به طور کلی تنها در صورتی که در پروژه‌ای با عدم واگذاری برق کافی به پروژه روبه رو بوده و یا عدم دسترسی به شبکه برق مناسب باشد استفاده از این سیستم می‌توان به عنوان یک راه‌کار کاملا مناسب مطرح باشد.

البته علاوه بر موارد بالا باید به مشکلات استفاده از سیستم CHP تغییر زیاد نرخ ارز را نیز اضافه کرد.

مشکلات استفاده از سیستم CHP

  • در قدم اول از مشکلات سیستم CHP می‌توان به تغییرات نرخ ارز و کاهش ارزش ریال در برابر دلار اشاره کرد. چون سیستم‌های CHP، تمام متعلقات، قطعات یدکی و مصرفی آن و تا حدی حتی خدمات آن در زمان تعمیرات کلی وارداتی می‌باشد لذا هزینه‌های آن‌ها بر حسب ارز محاسبه می‌شود ولی درآمدهای این سیستم بر حسب ریال می‌باشد.
  • عدم وجود قانون مشخص و قطعی: شاید اقدامات اخیر باعث ایجاد عدم اطمینان به قطعیت قوانین در سرمایه‌گذاران شده است. در این زمینه به بیان تیتر چند خبر که در چند ماه اخیر منتشر شده‌اند اکتفا کرده و نتیجه‌گیری را به عهده مخاطب قرار می‌هیم.