مسیر جهانی
تولید برق در جهان چه سمت و سویی دارد؟
به‌طوری که سهم انرژی‌های تجدیدپذیر، انرژی هسته‌ای و گاز طبیعی در حال افزایش بوده است. پیش‌بینی‌ها حاکی از این بوده که در سال ۲۰۲۰، حدود ۲۶ تریلیون کیلووات‌ساعت برق در جهان تولید شود. طبق پیش‌بینی‌ها این عدد در سال ۲۰۲۵ حدود ۲۸ تریلیون کیلووات‌ساعت، در سال ۲۰۳۰ حدود ۳۱ تریلیون کیلووات‌ساعت، در سال ۲۰۳۵ حدود ۳۴ تریلیون کیلووات‌ساعت و در سال ۲۰۴۰ حدود ۳۶ تریلیون کیلووات‌ساعت است. به‌طوری که طبق پیش‌بینی‌ها در سال ۲۰۴۰، منبع تولید نزدیک به ۱۱ تریلیون کیلووات‌ساعت برق، انرژی‌های تجدیدپذیر، منبع تولید نزدیک به ۱۰ تریلیون کیلووات‌ساعت برق، زغال‌سنگ، منبع تولید نزدیک به ۱۰ تریلیون کیلووات‌ساعت برق، گاز طبیعی، منبع تولید نزدیک به پنج تریلیون کیلووات‌ساعت برق، انرژی هسته‌ای و منبع تولید نزدیک به یک تریلیون کیلووات‌ساعت برق، نفت خواهد بود.
تغییر در سهم زیرمنبع‌ها
حالا بگذارید ببینیم در هر منبع تولید، سهم هر زیرمنبع تاکنون چه بوده و قرار است چه تغییراتی داشته باشد. در سال ۲۰۱۲، سهم منابع تجدیدپذیر از تولید برق در جهان حدود پنج تریلیون کیلووات‌ساعت بود. آب، باد و انرژی خورشیدی، مهم‌ترین زیرمنبع‌ها در این بخش هستند. به‌طوری که در سال ۲۰۱۲ سهم آب در تولید برق حدود چهار تریلیون کیلووات‌ساعت بود. همچنین سهم باد در تولید برق حدود نیم تریلیون کیلووات‌ساعت بود. سهم انرژی خورشیدی نیز بسیار ناچیز بود. اما رفته‌رفته، سهم آب در حال کاهش (دقت کنید که سهم آب در حال کاهش است، نه تولید برقی که منبع آن آب است) و سهم باد و انرژی خورشیدی به‌طور قابل توجهی در حال افزایش است. در سال ۲۰۲۰، سهم انرژی‌های تجدیدپذیر از تولید برق جهان، حدود هفت تریلیون کیلووات‌ساعت خواهد بود. این عدد در سال ۲۰۲۵ به نزدیک هشت تریلیون کیلووات‌ساعت خواهد رسید. پیش‌بینی می‌شود که در سال ۲۰۴۰، سهم انرژی‌های تجدیدپذیر از تولید برق، حدود ۵/ ۱۰ تریلیون کیلووات‌ساعت خواهد بود. در تولید برق از انرژی‌های تجدیدپذیر، گرمای زمین نیز یکی دیگر از منابع تولید برق است که تا سال ۲۰۴۰، پیش‌بینی می‌شود که سالانه حدود ۲۵۰ میلیارد کیلووات‌ساعت برق از گرمای زمین تولید شود.
تغییراتی که چین خواهد کرد
چین یکی از بزرگ‌ترین تولیدکنندگان برق در جهان است. ترکیب منابع تولید برق در این کشور در سال ۲۰۱۲ به این صورت بود (دقت کنید که اعدادی که در این بخش گفته می‌شود تقریبی بوده و تا چند درصد خطا دارد و ممکن است جمع آنها از صد درصد بیشتر یا کمتر شود): سهم گاز طبیعی از تولید برق در این کشور حدود دو درصد، سهم زغال‌سنگ از تولید برق حدود ۷۵ درصد، سهم آب از تولید برق حدود ۲۰ درصد و سهم انرژی هسته‌ای در این کشور در تولید برق حدود سه درصد بود. در حالی که در سال ۲۰۴۰ این ترکیب تغییر قابل توجهی خواهد کرد. در سال ۲۰۴۰ ترکیب منابع تولید برق در چین به این صورت خواهد بود: سهم گاز طبیعی از تولید برق در این کشور در سال ۲۰۴۰، حدود ۱۲ درصد، سهم زغال‌سنگ از تولید برق حدود ۴۵ درصد، سهم آب حدود ۱۵ درصد و سهم انرژی هسته‌ای حدود ۱۳ درصد خواهد بود. سهم دیگر انرژی‌های تجدیدپذیر نیز از حدود یک درصد در سال ۲۰۱۲ به حدود ۱۵ درصد در سال ۲۰۴۰ خواهد رسید که تغییر قابل توجهی است. نکته بسیار قابل توجه در مورد تولید برق در چین این است که سهم زغال‌سنگ در تولید برق در این کشور به شدت کاهش خواهد یافت. دقت کنید که این کاهش سهم به این معنا نیست که به‌طور خالص، میزان برقی که در چین با استفاده از زغال‌سنگ تولید می‌شود به این صورت و به‌طور قابل توجه کاهش خواهد یافت.
رو به رشد
سیستم‌های برق، رو به نمو هستند و از نیروگاه‌های کوچک به نیروگاه‌های بسیار بزرگ که در بازارهای بین‌المللی فعالیت می‌کنند تبدیل شده‌اند. رشد اقتصادی یکی از عوامل مهم در رشد تقاضای برق است. اگرچه رشد تولید ناخالص داخلی در جهان در سال ۲۰۱۶ که گزارش تهیه شد، سرعت پایینی در مقایسه با رشد اقتصادی جهان در دو دهه قبل از ۲۰۱۶ داشت، اما تقاضای برق همچنان رو به افزایش است و این افزایش به ویژه در اقتصادهای نوظهوری که عضو OECD نیستند (کشورهایی همچون هند و چین و ویتنام) کاملاً مشهود است. در سال ۲۰۱۲، تولید برق در کشورهایی که عضو OECD نیستند، به بیش از نصف تقاضای برق در جهان پاسخ می‌داد. اگر روند رشد اقتصادی در این کشورها ادامه یابد، سهم آنها در پاسخ‌دهی به تقاضای برق جهان تا سال ۲۰۴۰ به ۶۱ درصد افزایش می‌یابد. (پیش‌بینی می‌شود تولید برق کشورهایی که عضو OECD نیستند تقریباً دو برابر شود و از ۳/ ۱۱ تریلیون کیلووات ساعت در سال ۲۰۱۲ به ۳/ ۲۲ تریلیون کیلووات ساعت در سال ۲۰۴۰ برسد.)
به‌طور کلی، پیش‌بینی می‌شود رشد تقاضای برق در کشورهای عضو OECD که در آنجا بازار برق به خوبی عمل می‌کند و الگوهای مصرف برق نیز به نسبت سایر نقاط جهان کارایی بیشتری دارند، در مقایسه با رشد تقاضای برق در کشورهایی که عضو OECD نیستند، کمتر باشد. پیش‌بینی می‌شود که تولید ناخالص داخلی OECD به اندازه دو درصد در سال افزایش یابد که بسیار کمتر از پیش‌بینی رشد ۲/ ۴درصدی تولید ناخالص داخلی کشورهایی است که عضو OECD نیستند. طبق پیش‌بینی گزارش منتشرشده از سوی چشم‌انداز بین‌المللی انرژی در سال ۲۰۱۶، تولید برق OECD از سال ۲۰۱۲ تا ۲۰۴۰ معادل ۳۸ درصد افزایش خواهد داشت و از ۲/ ۱۰ تریلیون کیلووات ساعت در سال ۲۰۱۲ به ۲/ ۱۴ تریلیون کیلووات ساعت در سال ۲۰۴۰ خواهد رسید.
رشد تقاضای برق
پیش‌بینی‌های ۲۰۱۶IEO بازتاب‌دهنده این است که فعالیت‌های اقتصادی در سراسر جهان به شیوه‌ای پیش خواهد رفت که تقاضای برق را افزایش دهد. اگرچه نرخ رشد مصرف برق در مقایسه با نرخ رشد در GDP کمتر خواهد شد. از سال ۲۰۰۵ تا ۲۰۱۲، GDP جهان ۷/ ۳ درصد در سال افزایش یافت در حالی که تولید برق جهان ۲/ ۳ درصد در سال زیاد شد. در بسیاری از بخش‌های جهان، خط‌مشی‌هایی که با هدف بهبود کارایی در تولید، توزیع و مصرف برق اتخاذ شده‌اند، باعث خواهد شد که در آینده، شکاف میان رشد تقاضای برق و رشد GDP افزایش یابد. پیش‌بینی ۲۰۱۶IEO نشان می‌دهد که از سال ۲۰۱۲ تا ۲۰۴۰، تولید ناخالص داخلی جهان معادل ۳/ ۳ درصد در سال و تولید برق جهان معادل ۹/ ۱ درصد در سال افزایش یابد.
بسیاری از کشورها به ویژه کشورهایی که عضو OECD هستند، به دنبال اتخاذ سیاست‌ها و ایجاد مقرراتی هستند که فشار روی تولیدکنندگان برق را به منظور کاهش تولید گازهای گلخانه‌ای افزایش دهند و در نظر دارند این کار را از طریق کاهش استفاده از سوخت‌های فسیلی انجام دهند. در نتیجه نقش زغال‌سنگ به عنوان سوخت غالب در نیروگاه‌های تولید برق در حال کاهش است. اصلاحات معناداری در خط‌مشی‌های بین‌المللی به منظور کاهش تولید گازهای گلخانه‌ای انجام شده است که از جمله آنها می‌توان به موارد زیر اشاره کرد: اینکه میزان تولید برق چین از منابع تجدیدپذیر به ۱۵ درصد برسد. همچنین اهداف «چارچوب انرژی اتحادیه اروپا در سال ۲۰۳۰» و تعهد هند به تولید برق از منابع تجدیدپذیر به‌طوری که مقدار آن از واحد مگاوات به گیگاوات برسد از جمله این برنامه‌هاست.
بزرگ‌ترین‌های برق
در رده‌بندی تولید برق در جهان بعد از چین، آمریکا قرار دارد. اما آمریکا با همه بزرگی‌اش و همه قدرتش در اقتصاد، حدوداً ۳۰ درصد کمتر از چین برق تولید می‌کند. در ایالات متحده آمریکا سالانه بیش از چهار هزار میلیارد کیلووات ساعت برق تولید می‌شود. اینکه آمریکا از چین تا این اندازه کمتر برق تولید می‌کند در حالی که تولید ناخالص داخلی‌اش بیشتر از چین است (تولید ناخالص داخلی آمریکا در سال ۲۰۱۸ بیش از ۱۸ تریلیون دلار بود در حالی که تولید ناخالص داخلی چین ۱۱ تریلیون دلار بود و این یعنی یک اختلاف هفت تریلیون‌دلاری) دلایل بسیاری دارد که به چند مورد از آنها اشاره می‌کنیم. اولین دلیل این است که جمعیت چین یک میلیارد و ۳۰۰ میلیون نفر است در حالی که ایالات متحده تنها ۳۰۰ میلیون نفر جمعیت دارد. همین اختلاف یک میلیاردی یعنی چین نیاز دارد نسبت به آمریکا برای یک میلیارد نفر دیگر هم برق تولید کند در حالی که آمریکا مجبور به این کار نیست. البته جالب است بدانید که سرانه مصرف برق در سال در آمریکا تقریباً سه برابر چین است. سرانه مصرف برق در آمریکا ۱۲ هزار کیلووات ساعت در سال است. این عدد برای چین چهار هزار و ۵۰۰ کیلووات ساعت در سال است. یکی از دلایل دیگری که برق بیشتری در چین نسبت به آمریکا تولید می‌شود، تبدیل شدن چین به مرکز کارخانه‌های جهان است. نیروی کار ارزان چین باعث شده که شرکت‌های بسیاری از جمله شرکت‌های آمریکایی تولیدات کارخانه‌ای خود را در چین انجام دهند و تقریباً به جز مدیریت کارها، بقیه چیزها را به چینی‌ها بسپارند.
بعد از چین و آمریکا، هند با تولید ۱۲۰۰ میلیارد کیلووات ساعت برق در سال در رده سوم قرار دارد. روسیه با تولید هزار میلیارد کیلووات ساعت جایگاه چهارم را از آن خود کرده است. بعد از روسیه نوبت به ژاپن می‌رسد. ژاپن با تولید بیش از ۹۰۰ میلیارد کیلووات ساعت برق در سال پنجمین کشور بزرگ تولیدکننده برق در جهان است. همسایه شمالی ایالات متحده آمریکا، با تولید نزدیک به ۶۵۰ میلیارد کیلووات ساعت برق در سال بعد از ژاپن، ششمین تولیدکننده بزرگ برق در جهان است. کانادا که در جایگاه ششم است، تقریباً یک‌دهم چین برق تولید می‌کند. آلمان، با تولید ۵۸۰ میلیارد کیلووات ساعت برق در سال، هفتمین کشور بزرگ تولیدکننده برق در دنیاست. بعد از آلمان، برزیلی‌ها قرار دارند. برزیل با تولید سالانه بیش از ۵۵۰ میلیارد کیلووات ساعت برق در سال، در جایگاه هشتم قرار دارد. کشور نهم، فرانسه است که سالانه بیش از ۵۳۰ میلیارد کیلووات ساعت برق در سال تولید می‌کند. شاید بتوانید دهمین کشور بزرگ تولیدکننده برق در جهان را حدس بزنید. شاید به بریتانیا فکر کرده باشید. اما بریتانیا در جایگاه دوازدهم قرار دارد. استرالیا هم می‌تواند گزینه خوبی باشد اما این کشور با تولید ۲۳۷ میلیارد کیلووات ساعت برق در سال در جایگاه نوزدهم است. عربستان سعودی هم جواب درست نیست. این کشور با تولید حدود ۳۲۰ میلیارد کیلووات ساعت برق در سال در جایگاه یازدهم است. ایران نیز با تولید حدود ۲۶۵ میلیارد کیلووات ساعت برق در جهان در جایگاه شانزدهم است. شاید درست حدس زده باشید. دهمین کشور بزرگ تولیدکننده برق در جهان کره جنوبی است. کره جنوبی سالانه بیش از ۵۲۰ میلیارد کیلووات ساعت برق در جهان تولید می‌کند.
راه‌های نوین تولید برق
زمین با مشکل روبه‌رو است و به نظر می‌رسد که در این نقطه از زمان، روش‌های مرسوم تولید برق ناپایدار هستند و کفاف مصرف را هم نمی‌دهند. البته پیش از این از انرژی خورشیدی، توربین‌های بادی و موج دریاها و اقیانوس‌ها برای تولید برق استفاده شده است. با این حال روش‌های جدیدتری نیز برای تولید برق وجود دارند. تولید برق از گرمای بدن (harvesting body heat) یکی از راه‌های نوین تولید برق در جهان است. تعدادی از شهرهای بزرگ جهان اقدام به تولید برق از گرمایی که در سیستم مترو حبس می‌شود کرده‌اند. رفت و آمد مسافران در خطوط مترو منجر به ایجاد تفاوت دمای فاحشی با فضای خارج از سیستم مترو می‌شود که می‌توان از آن برای تولید برق استفاده کرد. شهرهای بزرگ همچون لندن از گرمای حبس‌شده در سیستم مترو برای تامین برق آپارتمان‌ها، شرکت‌ها و... استفاده می‌کنند.
همچنین یکی از بزرگ‌ترین فروشگاه‌های ایالات متحده به نام مال آمریکا (Mall of America) که ۵/ ۲ میلیون فوت مربع مساحت دارد، از گرمایی که در نتیجه رفت و آمد مشتریانش در این مال تولید می‌شود برای تولید برق استفاده می‌کند. رآکتورهای توریومی (Thorium Reactors) یکی دیگر از راه‌های تولید برق است. برق رآکتورهای هسته‌ای مینیاتوری می‌تواند با استفاده از توریوم رادیواکتیو تامین شود. یک «مدل الکترونی با کاربردهای بسیار» (EMMA) تولید برق با رآکتورهای توریومی که به عنوان یک نمونه اولیه ساخته شده است برق زیادی را تولید می‌کند. بادهای خورشیدی (Solar Wind) در تولید برق مورد استفاده قرار می‌گیرند. بادهای خورشیدی شامل تعداد بی‌شماری ذرات باردار است که با سرعت بسیار بالا از سطح خورشید ساطع می‌شوند. با استفاده از یک بادبان خورشیدی (Solar Sail) بسیار بزرگ و یک سیم باردار می‌توان از این ذرات برای تولید برق استفاده کرد. طبق تحقیقات انجام‌شده از سوی دانشگاه واشنگتن میزان برقی که می‌توان از بادهای خورشیدی تولید کرد نامحدود است و بستگی به اندازه بادبان خورشیدی مورد استفاده دارد.
سازمان تحقیقات فضایی ژاپن موفق شد که در سال ۲۰۱۰ از بادهای خورشیدی برق تولید کند. یک سیم مسی ۳۰۰ متری که به یک رسیور دو متری و یک بادبان ۱۰ متری وصل است می‌تواند برق مورد نیاز هزار خانوار را تامین کند. یک ماهواره با هزار متر کابل و یک بادبان به طول ۸۴۰۰ کیلومتر می‌تواند «یک میلیارد میلیارد» گیگاوات برق تولید کند. انرژی خورشیدی در فضا (Solar Power in Space) نیز برای تولید برق می‌تواند مورد استفاده قرار گیرد. محققان می‌گویند می‌توان با استفاده از پلت‌فورم‌های شناور در فضا و انرژی خورشید، برق تولید کرد و آن را به صورت بی‌سیم به زمین منتقل کرد. از جمله مزیت‌های این روش این است که دیگر به دلیل تغییرات آب و هوایی تولید برق با استفاده از انرژی خورشید مختل نمی‌شود. محققان می‌گویند همان‌طور که انرژی هسته‌ای حاصل پنج دهه تحقیق و میلیاردها دلار هزینه است چرا نباید برای تولید برق در فضا و انتقال بی‌سیم آن به زمین وقت گذاشت و هزینه کرد؟ در عمل یک پروژه تولید برق با استفاده از انرژی خورشیدی در فضا می‌تواند چیزی شبیه به این باشد: ۱- تعدادی ماهواره فضایی که در یک نقطه ثابت هستند انرژی خورشید را می‌گیرند و آن را در یک نقطه متمرکز می‌کنند. ۲- سلول‌های خاصی این نور را به الکتریسیته بدل می‌کنند. ۳- از این الکتریسیته برای تامین انرژی یک لیزر الکترومغناطیسی ریزموج استفاده می‌شود و این لیزر انرژی الکترومغناطیسی را به ایستگاهی در زمین منتقل می‌کند.
۴- آنتن‌های مخصوصی این انرژی الکترومغناطیسی را دریافت و آن را به الکتریسیته تبدیل می‌کنند.
