تولید سیلیکون در دنیا بیش از ۵۰ سال سابقه دارد و ایران به‌رغم بهره‌مندی از معادن کوارتز و مهندسان خبره، هنوز به این تکنولوژی دست نیافته است. از آنجا که این تکنولوژی کاربرد کاملا صلح‌آمیزی دارد، هیچ محدودیتی برای دستیابی ایران وجود ندارد و برای کشور هزینه‌های سیاسی نیز به همراه نخواهد داشت. با توجه به روند برقی شدن وسایل نقلیه و تهویه ساختمان‌ها، افزایش نیاز کشور به برق حتما شتاب بیشتری هم خواهد گرفت که اهمیت چاره‌اندیشی را بیشتر می‌کند. نویسندگان این مقاله معتقدند دستیابی به تکنولوژی چرخه کامل سیلیکون برای کشور ایران بسیار استراتژیک است و نداشتن آن به بهای سوزاندن بی‌ثمر منابع فسیلی تمام می‌شود. این نوشتار به بررسی و مقایسه این دو روش – تولید برق از منابع فسیلی در مقابل چرخه سیلیکون - می‌پردازد. هرچند نیروگاه‌های تجدیدپذیر از منظر زیست‌محیطی و کاهش گازهای گلخانه‌ای بر نیروگاه‌های حرارتی برتری دارند، دراین بررسی صرفا معیارهای مستقیم اقتصادی مدنظر قرار گرفته‌اند و هزینه‌های تحمیلی به جامعه ایران و جهان ناشی از مصرف سوخت‌های فسیلی در نظر گرفته نشده است.

۱- سوزاندن ۶۹هزار میلیارد مترمکعب گاز در سال برای تولید برق در نیروگاه‌های کشور: با توجه به ترکیب نیروگاه‌های کشور، برای تولید هر کیلووات ساعت برق تولیدی در ایران ۲۱۵۷ کیلوکالری معادل با ۵/ ۲ کیلووات ساعت انرژی سوزانده می‌شود. سوخت عمده مصرفی نیروگاه‌های حرارتی کشور را گاز طبیعی تشکیل می‌دهد (۸۴درصد) و گازوئیل و نفت کوره درصد کمتری از سهم سوخت مصرفی را شامل می‌شوند. در این مقاله، گاز طبیعی به‌عنوان سوخت اصلی مورد بررسی و مقایسه در سناریوهای مختلف قرار گرفته است. در سال ۱۳۹۶، میزان تولید خالص برق در نیروگاه‌های کشور، برابر با ۳۰۳ میلیارد کیلووات ساعت بود. برای تولید این میزان انرژی الکتریکی، در سال ۱۳۹۶، ترکیبی از سوخت‌های فسیلی در مجموع با ارزش حرارتی ۶۵۴هزار میلیارد کیلوکالری، معادل با ۴۴۷ میلیون بشکه نفت‌خام، سوزانده شده است.

۲- سناریوی خورشیدی در مقابل سوزاندن سوخت در نیروگاه‌های حرارتی: هرچند ترکیب فعلی نیروگاه‌های کشور را عمدتا نیروگاه‌های حرارتی تشکیل می‌دهند، توسعه ظرفیت نیروگاهی فعلی می‌تواند به طرق مختلفی محقق شود. در این مقاله سناریوی استفاده از انرژی خورشیدی در مقابل سوزاندن سوخت در نیروگاه‌های حرارتی مورد مقایسه قرار گرفته است. فرض شده است که به منظور تامین نیاز روزافزون کشور به انرژی الکتریکی، لازم است ۲۵هزار مگاوات به ظرفیت تولید برق کشور اضافه شود. این فرض، با برنامه‌های بالادستی کشور نیز مطابقت دارد. اگر این میزان برق کاملا با روش‌های حرارتی و نیروگاه‌های سوخت فسیلی تامین شود، سالانه ۱۰۶ میلیون مگاوات ساعت انرژی الکتریکی تولید می‌شود. (براساس نسبت میزان تولید ویژه برق در نیروگاه‌های حرارتی کشور به قدرت نامی این نیروگاه‌ها در سال ۱۳۹۶). اگر بخواهیم بررسی کنیم که چه سهمی از این نیاز برق، قابل تولید توسط انرژی‌های تجدیدپذیر است، نیازمند بررسی دقیق علمی و مدل‌سازی دقیق شبکه برق ایران هستیم که پرداختن به آن در این مقاله نمی‌گنجد؛ بنابراین به منظور بررسی یک سناریوی مشخص، در این نوشتار فرض شده است که نیمی از این افزایش برق مورد نیاز از طریق نیروگاه‌های حرارتی (سیکل ترکیبی کردن نیروگاه‌های گازی موجود) و نیمی دیگر توسط نیروگاه‌های خورشیدی تامین شود (یعنی ۵۳ میلیون مگاوات ساعت در سال). در این صورت با توجه به ضریب ظرفیت نیروگاه‌های خورشیدی و ساعت‌های تابش آفتاب، به احداث ۳۰ گیگاوات نیروگاه خورشیدی فتوولتاییک در کشور نیاز خواهیم داشت. (سناریوی دو) به این ترتیب در مقایسه، دو سناریوی مختلف خواهیم داشت: در سناریوی اول ۵۳ میلیون مگاوات ساعت انرژی الکتریکی مورد نیاز از طریق نیروگاه‌های حرارتی (شامل نیروگاه‌های گازی، بخاری، دیزلی و سیکل ترکیبی) تامین می‌شود. در سناریوی دوم، همین میزان انرژی الکتریکی از طریق نیروگاه‌های خورشیدی تامین می‌شود. با توجه به ضریب ظرفیت متفاوت نیروگاه‌های خورشیدی در مقایسه با نیروگاه‌های حرارتی، به منظور تامین برق مورد نیاز از نیروگاه خورشیدی در سناریوی دوم لازم است ظرفیت نامی نصب شده نیروگاه خورشیدی بیشتر از نیروگاه‌های حرارتی باشد (۳۰ گیگاوات نیروگاه خورشیدی). لازم به ذکر است حتی در سناریوی دوم، کل برق خورشیدی حدود ۱۰ درصد از تولید برق کشور را به خود اختصاص خواهد داد. در ادامه، این دو سناریو از منظر اقتصادی مورد مقایسه قرار گرفته‌اند.

عوامل مورد نیاز برای تولید شامل مواد، انرژی و نیروی کار است. برای مقایسه فقط نفت و گاز مصرفی برای تامین سوخت مورد بررسی قرار گرفته و سایر مواد، انرژی و نیروی کاری برای ساخت و راهبری زنجیره سیلیکون و برق حرارتی، یکسان فرض شده است. با توجه به تفاوت ابعادی مواد و انرژی و سوخت مصرفی، همچنین مشابهت دو زنجیره از لحاظ شدت انرژی، دقت این فرضیه تغییری در نتایج تحلیل به وجود نخواهد آورد.

 بنابراین فقط میزان ارز مورد نیاز برای توسعه زیرساخت‌های تامین سوخت و میزان سوخت مصرفی، در دو روش مورد مقایسه قرار گرفته و فرض شده که ارز مورد نیاز از فروش نفت تامین شده است.  در سناریوی یک، ورودی‌های سیستم مورد بررسی شامل موارد ۱ (ارز جهت زیرساخت‌ تولید گاز)، ۲ (ارز جهت زیرساخت تولید برق) و ۳ (نفت و گاز جهت تامین سوخت تولید برق) هستند. در سناریوی دو، ورودی شماره ۴ (انرژی خورشیدی) هم به سیستم اضافه می‌شود و مقادیر آیتم‌های ۱، ۲ و ۳ به تناسب تغییر می‌کنند. در ادامه، تغییرات این پارامترها مورد بررسی قرار گرفته است.

سناریوی یک، بر مبنای ورود نفت و گاز تقریبا رایگان به نیروگاه‌های حرارتی و سوختن مداوم این سوخت‌ها در نیروگاه‌هاست. در سناریوی پیشنهادی دوم، مقدار بسیار کمتری نفت و گاز به منظور توسعه زیرساخت نیروگاه‌های خورشیدی و خط تولید پنل‌های خورشیدی از کوارتز استفاده می‌شود و پس از آن به مدت ۲۰ سال آتی بدون نیاز به سوزاندن سوخت‌های فسیلی، برق تولید می‌شود.

۳- تطابق تولید نیروگاه خورشیدی با تقاضای شبکه برق ایران: نکته قابل توجه این است که گرچه انرژی خورشیدی در تمامی ساعت‌های روز در دسترس نیست، اما خوشبختانه کشور ما از این نظر وضعیت کاملا مطلوبی دارد و پیک مصرف برق شبکه با ساعت‌های تولید برق نیروگاه‌های خورشیدی مطابقت کامل دارد. با توجه به الگوی مصرف برق، همچنین ساعت‌های آفتابی در کشور، اولا تولید روزانه نیروگاه‌های خورشیدی به نحوی است که با پیک ظهر شبکه تطابق کامل دارد؛ در ثانی ضریب بار ماهانه (انرژی الکتریکی قابل تولید در هر ماه نسبت به کل ساعت‌های ماه) برای نیروگاه‌های خورشیدی در ایران در نیمه اول سال که پیک ماهیانه مصرف برق بالاتر است، بیشترین مقدار را دارد؛ بنابراین در ایران نیروگاه‌های خورشیدی به نحو بسیار مناسبی با الگوی مصرف تطبیق دارند.

۴- ایجاد چرخه کامل نیروگاه خورشیدی؛ پاسخی به چالش انرژی کشور: در سناریوی دوم، فرآیند کامل ایجاد نیروگاه‌های خورشیدی از کوارتز به‌عنوان جایگزینی برای توسعه ظرفیت تولید برق کشور پیشنهاد می‌شود. دستیابی به تکنولوژی فرآیند کامل نیروگاه‌های خورشیدی می‌تواند کلید توسعه بخش انرژی کشور باشد که متاسفانه با وجود پیشرفت روزافزون این تکنولوژی در دنیا، هنوز در داخل کشور دانش آن ایجاد نشده است. به منظور افزایش اشتغال و کاهش میزان ارزبری تجهیزات خورشیدی، باید به دانش و تکنولوژی مربوط به ساخت پنل‌های خورشیدی و کلیه تجهیزات جانبی مورد نیاز آن دست یافت و با سرمایه‌گذاری برای احداث کارخانه‌ها، ظرفیت کافی برای احداث سالانه ۲ گیگاوات نیروگاه خورشیدی را فراهم کرد. بررسی کیفیت منابع کوارتز و مواد جانبی مورد نیاز برای تهیه سیلیکون متالورژی و پله‌های بعدی این زنجیره، نیاز به مطالعات امکان‌سنجی توسط متخصصان این حوزه خواهد داشت.

آنچه درحال‌حاضر در کشور به‌عنوان تولید صنعتی پنل‌های خورشیدی انجام می‌شود، تنها شامل دو مرحله آخر است، یعنی تولید پنل خورشیدی از سلول‌های خورشیدی و سپس احداث نیروگاه‌های خورشیدی. به عبارت دیگر، تنها بخش پایین‌دستی این صنعت در داخل کشور فعال است. در این روش پیشنهادی، سلول خورشیدی به‌عنوان کالای اصلی این چرخه در مقابل صادرات نفت وارد کشور می‌شود. تخمین زده می‌شود که برای احداث مجموعه کامل ساخت پنل‌های خورشیدی از کوارتز تا پنل‌های خورشیدی به ظرفیت سالانه ۲ گیگاوات، همچنین کارخانه‌های تولید اینورترهای خورشیدی و سایر ملزومات نیروگاه‌های خورشیدی، حدود ۴/ ۲میلیارد دلار سرمایه‌گذاری اولیه مورد نیاز است. اگر قیمت هر بشکه نفت‌خام را به‌طور متوسط ۶۰ دلار فرض کنیم، این میزان سرمایه‌گذاری معادل ۴۰ میلیون بشکه نفت‌خام خواهد بود.

انرژی مصرفی برای تولید پنل‌های مورد نیاز برای ۳۰گیگاوات نیروگاه خورشیدی هم باید در محاسبات لحاظ شود. در چرخه تولید پنل خورشیدی، بخش مربوط به تولید سیلیکون متالورژی و به‌خصوص پلی سیلیکون (قسمت‌های اول و دوم از فرآیند تولید پنل)، بیشترین میزان مصرف انرژی را دارند. اگر کل انرژی مصرفی مورد نیاز برای تولید ۳۰ گیگاوات پنل خورشیدی را حساب کنیم، میزان آن برابر با ۳۲ میلیون مگاوات ساعت الکتریسیته است که برای تولید آن ۴/ ۷ میلیارد متر مکعب گاز در نیروگاه‌های کشور سوزانده می‌شود. میزان سوخت فسیلی که برای تولید همین میزان برق (یعنی ۵۳ میلیون مگاوات ساعت) از طریق نیروگاه‌های حرارتی کشور طی ۲۰ سال باید سوزانده شود، برابر با ۲۴۲ میلیارد متر مکعب گاز است، یعنی ۳۲ برابر بیشتر از آنچه برای تولید نیروگاه‌های پاک خورشیدی برای همین میزان تولید برق مورد نیاز است!

طبیعی است که این عدد فقط مربوط به سوخت مصرفی نیروگاه‌های حرارتی است و برای بررسی دقیق‌تر با توجه به مرزهای تعریف‌شده سیستم مورد بررسی، باید میزان ارزبری لازم برای احداث نیروگاه‌های حرارتی و همچنین ایجاد زیرساخت استخراج گاز را هم در محاسبات در نظر گرفت. هزینه سرمایه‌گذاری لازم برای احداث نیروگاه سیکل ترکیبی به‌طور متوسط برابر ۵۰۰ دلار بر کیلووات در نظر گرفته می‌شود. با توجه به توسعه دانش احداث و توسعه نیروگاه‌های حرارتی در داخل کشور، اگر فرض کنیم ۸۰ درصد تجهیزات این نیروگاه‌ها ساخت داخل است، حدود ۱۰۰ دلار به ازای هر کیلووات ارزبری نیروگاه‌های حرارتی خواهد بود.

کل مصرف گاز نیروگاه‌های کشور در سال ۶۹هزار میلیون مترمکعب (معادل روزانه حدود ۲۰۰ میلیون مترمکعب) است. در پارس‌جنوبی، ۹۱ میلیارد دلار سرمایه‌گذاری برای اجرا و توسعه زیرساخت استخراج گاز انجام شده است و تولید گاز پارس‌جنوبی، روزانه حدود ۵۰۰ میلیون مترمکعب است. بنابراین با تقریب خوبی می‌توان در نظر گرفت که ۴۰ درصد از سرمایه‌گذاری انجام شده در پارس‌جنوبی برای استخراج گاز، برای تولید گازی بوده است که در نیروگاه‌ها سوزانده می‌شود، یعنی حدود ۳۶ میلیارد دلار برای کل نیروگاه‌های کشور (۶۵ گیگاوات ظرفیت نامی نیروگاه‌های حرارتی کشور). مقایسه بین دو این سناریو از نظر میزان مصرف منابع کشور، شامل ارز (یا معادل آن بشکه نفت‌خام) و گاز طبیعی مصرفی، نمایانگر هدررفت بسیار زیاد منابع کشور در روش فعلی تامین انرژی در کشور است. امید است که با به‌کارگیری تدبیر و اتخاذ روش‌های مناسب، برای دستیابی کشور به دانش و تکنولوژی روز این فناوری پاک، برنامه‌ریزی و از منابع نفت و گاز کشور برای ایجاد زیرساخت تولید برق پایدار و پاک بهره‌برداری شود.