پنل‌های خورشیدی چه بلایی سر شبکه برق می‌آورند؟ +جوابیه

به گزارش خبرنگار انرژی تابناک، خورشیدی شدن شبکه برق در نگاه اول یک خبر خوب است؛ سوخت کمتری مصرف می‌شود، آلایندگی کاهش می‌یابد و بخشی از برق مورد نیاز بدون سوزاندن سوخت فسیلی تولید می‌شود اما ماجرا از جایی پیچیده می‌شود که سهم خورشید در تولید برق بالا می‌رود. در آن نقطه، دیگر فقط مقدار برق تولیدشده اهمیت ندارد؛ زمان، مکان و نحوه ورود این برق به شبکه هم تعیین‌کننده می‌شود.

بیشتر بخوانیم:

بزرگ‌ترین موج LNG تاریخ در راه است! 

نیروگاه خورشیدی تابع آفتاب است. ظهر که تابش در اوج است، تولید بالا می‌رود و همزمان ممکن است مصرف شبکه هنوز در سطح بالایی نباشد. چند ساعت بعد، خورشید در حال غروب است اما مصرف برق، به‌ویژه در روز‌های گرم همچنان ادامه دارد. در نتیجه شبکه باید در فاصله‌ای کوتاه، کاهش تولید خورشیدی را با افزایش تولید نیروگاه‌های دیگر جبران کند.

این همان پدیده معروف «Duck Curve» است؛ منحنی‌ای که نشان می‌دهد با افزایش نفوذ خورشیدی، بار خالص شبکه در میانه روز فرو می‌ریزد و در ساعات غروب با شیب تندی بالا می‌رود. بنابراین، نیروگاه خورشیدی هر چقدر بیشتر وارد شبکه شود، نیاز به نیروگاه‌ها و منابعی که قابلیت مانور سریع دارند نیز بیشتر احساس می‌شود.

اینورتر‌ها به جای ژنراتور‌های سنگین!

تغییر فقط به منحنی مصرف محدود نمی‌شود. با افزایش نیروگاه‌های فتوولتائیک، بخشی از تولید برق شبکه از ژنراتور‌های سنکرون نیروگاه‌های حرارتی به مبدل‌های الکترونیک قدرت منتقل می‌شود؛ تغییری که از منظر پایداری شبکه اهمیت زیادی دارد.

ژنراتور‌های بزرگ حرارتی به واسطه جرم دوار خود اینرسی طبیعی ایجاد می‌کنند. اینرسی در لحظه وقوع یک اختلال، مانند یک ضربه‌گیر عمل کرده و سرعت تغییر فرکانس را کاهش می‌دهد. اما نیروگاه خورشیدی ذاتاً چنین جرم دواری در مقیاس شبکه ندارد و اتصال آن به شبکه عمدتاً از طریق اینورتر انجام می‌شود.

بیشتر بخوانیم:

از بحران مدیریتی تا معماری حکمرانی انرژی!

در شبکه‌ای با نفوذ بالای منابع مبتنی بر اینورتر، خروج ناگهانی یک واحد تولیدی یا وقوع یک خطای شدید می‌تواند تغییرات فرکانس را سریع‌تر کند. البته اینجا نباید به یک برداشت ساده رسید که «خورشیدی یعنی شبکه ناپایدار». اینورتر‌های مدرن می‌توانند با قابلیت‌هایی مانند کنترل توان اکتیو و راکتیو، پشتیبانی ولتاژ، Fault Ride Through و پاسخ سریع فرکانسی، بخشی از خدماتی را که پیش‌تر از ژنراتور‌های سنکرون انتظار می‌رفت ارائه کنند؛ بنابراین چالش اصلی این است که آیا مقررات اتصال، تجهیزات کنترلی و معماری شبکه برای این تغییر آماده شده‌اند یا خیر.

شبکه توزیع و یک داستان پیچیده‌تر!

بخش دیگری از ماجرا در جایی رخ می‌دهد که معمولاً کمتر دیده می‌شود: شبکه توزیع. در ساختار سنتی، برق از پست‌های بالادست به سمت مصرف‌کننده حرکت می‌کند. اما وقتی تعداد زیادی پنل خورشیدی روی پشت‌بام خانه‌ها، ساختمان‌های تجاری یا زمین‌های کوچک نصب می‌شود، دیگر این مسیر یک‌طرفه نیست.

در یک روز آفتابی و کم‌بار، ممکن است یک فیدر توزیع بیش از میزان مصرف محلی برق تولید کند. در این شرایط، توان به سمت بالادست برمی‌گردد و همان شبکه‌ای که برای انتقال برق به مصرف‌کننده طراحی شده بود، به مسیر انتقال برق از مصرف‌کننده به شبکه تبدیل می‌شود.

بیشتر بخوانیم:

بزرگ‌ترین اشتباه سیاست انرژی در ایران!

این تغییر می‌تواند مسئله کنترل ولتاژ را جدی‌تر کند. افزایش ولتاژ در انتهای فیدر، تغییرات سریع ناشی از عبور ابر و نوسان تولید، همگی نیازمند کنترل دقیق‌تر هستند. اینجاست که تجهیزاتی مانند اینورتر‌های دارای قابلیت Volt/VAR Control، ترانسفورماتور‌های دارای تپ‌چنجر، تجهیزات جبران‌ساز و سامانه‌های پایش لحظه‌ای اهمیت پیدا می‌کنند. در واقع، توسعه خورشیدی فقط به نصب پنل ختم نمی‌شود؛ هر پنل جدید، بخشی از معماری شبکه را نیز تحت تأثیر قرار می‌دهد.

خورشید و یک مشکل عجیب برای شبکه!

خورشید یک مشکل عجیب برای شبکه ایجاد می‌کند: زمانی که بیشترین توان را تولید می‌کند، لزوماً همان زمانی نیست که شبکه بیشترین نیاز را دارد. راه‌حل روشن است؛ برق تولیدشده در میانه روز را برای ساعاتی که خورشید دیگر در دسترس نیست نگه داریم. اینجاست که ذخیره‌ساز‌ها وارد معادله می‌شوند.

باتری‌ها می‌توانند بخشی از تولید ظهر را ذخیره و در ساعات اوج مصرف یا هنگام افت ناگهانی تولید خورشیدی به شبکه بازگردانند. علاوه بر جابه‌جایی زمانی انرژی، ذخیره‌ساز‌ها می‌توانند در کنترل نرخ تغییرات توان، تنظیم فرکانس و ارائه خدمات جانبی نیز نقش داشته باشند.

باتری نسخه‌ رایگان مشکلات نیست

باتری نسخه‌ای رایگان برای حل مشکلات شبکه نیست. قیمت سرمایه‌گذاری، طول عمر، تعداد چرخه‌های شارژ و دشارژ، راندمان رفت‌وبرگشت و حتی نحوه پرداخت بابت خدماتی که باتری به شبکه ارائه می‌دهد، تعیین می‌کند که این فناوری در چه مقیاسی اقتصادی باشد. به همین دلیل، توسعه ذخیره‌ساز‌ها باید همزمان با طراحی بازار برق و مقررات خدمات جانبی پیش برود. باتری زمانی ارزش واقعی خود را نشان می‌دهد که شبکه بتواند برای «انعطاف‌پذیری» آن نیز مانند انرژی تولیدشده ارزش‌گذاری کند.

مسیر آینده صنعت برق

شبکه برق تا چه اندازه می‌تواند تولید متغیر برق را جذب و مدیریت کند؟ هر چه ظرفیت خورشیدی افزایش یابد، اهمیت پیش‌بینی تولید، توسعه خطوط انتقال و شبکه توزیع، ذخیره‌سازی انرژی، مدیریت بار و نیروگاه‌های انعطاف‌پذیر نیز بیشتر خواهد شد. در چنین شرایطی، نیروگاه‌های حرارتی هم از نقش سنتی خود فاصله می‌گیرند. آنها باید بتوانند سریع‌تر وارد مدار شوند، توان خود را تغییر دهند و در ساعات افت تولید خورشیدی، شکاف ایجادشده را پر کنند.

بیشتر بخوانیم:

جنگ، بازار جهانی انرژی را به‌هم گره زد

در طرف دیگر، مصرف‌کننده نیز دیگر فقط دریافت‌کننده برق نخواهد بود؛ کنتور‌های هوشمند و برنامه‌های پاسخگویی بار می‌توانند بخشی از مصرف را به ساعات تولید بالای خورشیدی منتقل کنند. بنابراین، توسعه انرژی خورشیدی بدون توسعه همزمان «انعطاف‌پذیری» می‌تواند بخشی از ظرفیت ایجاد شده را با محدودیت بهره‌برداری مواجه کند.

اگر شبکه، ذخیره‌ساز، تولید متعارف، مدیریت مصرف و زیرساخت‌های کنترلی همزمان توسعه پیدا کنند، افزایش سهم خورشید نه تهدیدی برای شبکه، بلکه فرصتی برای بازطراحی هوشمندانه آن خواهد بود. مسیر آینده صنعت برق ساخت شبکه‌ای است که بتواند با تغییرات بیشتر، سریع‌تر و هوشمندانه‌تر کنار بیاید.

سازمان انرژی‌های تجدیدپذیر و بهره‌وری انرژی برق (ساتبا) در جوابیه‌ای به گزارش تابناک واکنش نشان داد که متن جوابیه به این شرح است: ضروری است میان دو موضوع متفاوت تفکیک قائل شود: نخست، چالش‌های فنی ناشی از افزایش سهم منابع متغیر در شبکه برق که موضوعی شناخته‌شده و مورد توجه همه نظام‌های برق جهان است؛ و دوم، این برداشت که توسعه نیروگاه‌های خورشیدی ذاتاً موجب ناپایداری شبکه می‌شود.

اصل بسیاری از موضوعات فنی مطرح‌شده در این گزارش، از جمله تغییرات تولید خورشیدی، ضرورت مدیریت ولتاژ، کاهش اینرسی مکانیکی با افزایش منابع مبتنی بر اینورتر، نیاز به انعطاف‌پذیری بیشتر شبکه و اهمیت ذخیره‌ساز‌ها صحیح است؛ اما نتیجه این مسائل در کشور‌های پیشرو، توقف توسعه خورشیدی نبوده است. برعکس، همین کشور‌ها همزمان با توسعه سریع خورشیدی، شبکه برق، ذخیره‌سازها، مدیریت مصرف و سامانه‌های کنترلی خود را نیز توسعه داده‌اند.

نیروگاه‌های خورشیدی مسئله جدیدی برای جهان نیست

در پایان سال ۲۰۲۵ ظرفیت خورشیدی چین به حدود ۱۲۰۰ گیگاوات رسید و تنها طی همان سال حدود ۳۱۷ گیگاوات ظرفیت خورشیدی جدید به شبکه این کشور افزوده شد. در همان سال چین ۶۶.۴ گیگاوات معادل ۱۸۹.۵ گیگاوات‌ساعت ذخیره‌ساز جدید وارد مدار کرد. این تجربه یک پیام روشن دارد: افزایش سهم خورشیدی، شبکه را ملزم به تغییر می‌کند؛ اما به معنای غیرممکن‌بودن توسعه خورشیدی نیست.

اسپانیا نیز نمونه دیگری است. در پایان سال ۲۰۲۵ نزدیک به ۵۰ گیگاوات ظرفیت خورشیدی در این کشور وجود داشت و بیش از نیمی از برق آن از منابع تجدیدپذیر تأمین شد. در همان سال سامانه‌های ذخیره‌سازی شامل تلمبه‌ذخیره‌ای و باتری‌ها در یکپارچه‌سازی بیش از ۹.۲ میلیارد کیلووات‌ساعت انرژی نقش داشتند؛ بنابراین تجربه جهانی تاکید می‌کند" همزمان با خورشیدی، انعطاف‌پذیری شبکه را نیز بسازید" بنابراین، "منحنی اردکی یک هشدار برای برنامه‌ریزی است، نه دلیلی علیه خورشیدی"

با این مقدمه موارد ذیل نیز جهت تکمیل موضوع ضروی است:

افزایش سهم انرژی خورشیدی زمانی به‌صورت پایدار و مطمئن در شبکه برق کشور محقق می‌شود که چهار بخش به‌صورت هماهنگ و متناسب با مسئولیت دستگاه‌های ذی‌ربط توسعه پیدا کنند:

۱. توسعه نیروگاه‌های تجدیدپذیر

توسعه ظرفیت نیروگاه‌های خورشیدی و سایر منابع تجدیدپذیر با هدف تنوع‌بخشی به سبد تولید، کاهش مصرف سوخت‌های فسیلی، کاهش آلایندگی و پاسخ به رشد تقاضای برق باید با شتاب ادامه یابد. در این بخش، ساتبا مسئولیت توسعه و تسهیل احداث نیروگاه‌های تجدیدپذیر، طراحی ساز وکار‌های سرمایه‌گذاری و فراهم‌کردن زمینه مشارکت بخش خصوصی و مردم را دنبال می‌کند.

۲. توسعه و تقویت شبکه برق

همزمان با افزایش ظرفیت تولید تجدیدپذیر، شبکه برق کشور نیز باید متناسب با این رشد توسعه پیدا کند.

تقویت پست‌های انتقال و فوق‌توزیع، احداث و افزایش ظرفیت خطوط انتقال، توسعه شبکه توزیع، اصلاح و تقویت فیدرها، افزایش ظرفیت ترانسفورماتور‌ها و توسعه سامانه‌های حفاظتی و کنترلی، لازمه پذیرش مطمئن ظرفیت‌های جدید تولید است.

در واقع، احداث نیروگاه در نقطه‌ای که شبکه امکان انتقال برق آن را ندارد، نمی‌تواند به تنهایی پاسخگوی نیاز صنعت برق باشد. از این رو، توسعه تولید و توسعه شبکه باید در قالب یک برنامه یکپارچه دیده شوند.

۳. توسعه ذخیره‌ساز‌های انرژی

با افزایش سهم منابع متغیر مانند خورشید، نیاز شبکه به ذخیره‌سازی و سایر ابزار‌های انعطاف‌پذیری بیشتر می‌شود. براساس تقسیم کار و دستورالعمل‌های وزارت نیرو، توسعه ذخیره‌ساز‌های موردنیاز شبکه در حوزه مسئولیت شرکت توانیر قرار دارد. این ذخیره‌ساز‌ها می‌توانند برق تولیدشده در ساعات پرتابش را ذخیره و در ساعات موردنیاز شبکه تزریق کنند و همچنین در تنظیم فرکانس، کنترل نوسانات و افزایش تاب‌آوری شبکه نقش داشته باشند؛ بنابراین توسعه تجدیدپذیر‌ها و توسعه ذخیره‌ساز دو برنامه رقیب نیستند؛ دو بخش مکمل از تحول نظام برق کشورند که توسط بخش‌های مسئول باید به‌صورت هماهنگ پیش بروند.

۴. مدیریت و هوشمندسازی مصرف

چهارمین ستون، مدیریت سمت تقاضاست. کنتور‌های هوشمند، پاسخگویی بار، تعرفه‌های زمان‌مند، توسعه تجهیزات پربازده و انتقال بخشی از مصارف قابل مدیریت به ساعات تولید بالای خورشیدی می‌توانند نیاز به تولید پشتیبان و ذخیره‌سازی را کاهش دهند. به بیان دیگر، پایداری آینده شبکه فقط از سمت تولید تأمین نمی‌شود؛ مصرف‌کننده نیز باید به یک بازیگر فعال در نظام برق تبدیل شود.

جمع‌بندی

بنابراین راهبرد صحیح صنعت برق، توسعه یک بخش به قیمت عقب‌ماندن بخش دیگر نیست.

مسیر پایدار بر چهار ستون استوار است:

· توسعه نیروگاه‌های تجدیدپذیر توسط ساتبا و سرمایه‌گذاران

· توسعه شبکه انتقال و توزیع

· توسعه ذخیره‌ساز‌های شبکه با مسئولیت توانیر

· مدیریت و هوشمندسازی مصرف

این چهار بخش باید متناسب و همزمان رشد کنند.

از این منظر، افزایش ظرفیت خورشیدی نباید به‌عنوان تهدیدی برای شبکه معرفی شود؛ بلکه باید آن را یکی از محرک‌های نوسازی شبکه برق کشور دانست چرا که برای نیروگاه‌های بزرگ، توسعه پست‌ها و خطوط انتقال و فوق‌توزیع اهمیت بیشتری پیدا می‌کند. در نیروگاه‌های کوچک و پشت‌بامی نیز وضعیت فیدر‌های توزیع، ظرفیت ترانسفورماتورها، کنترل ولتاژ و امکان جریان دوطرفه برق باید مورد توجه قرار گیرد.

در واقع، توسعه تجدیدپذیر‌ها نه تنها ضرورت توسعه شبکه را بیشتر می‌کند، بلکه می‌تواند فرصتی برای نوسازی شبکه برق کشور باشد؛ شبکه‌ای که در آینده باید بتواند هزاران منبع تولید پراکنده، ذخیره‌ساز، خودرو برقی و مصرف‌کننده هوشمند را به‌صورت هم‌زمان مدیریت کند. از همین رو، مسئله اصلی انتخاب میان «نیروگاه خورشیدی» و «توسعه شبکه» نیست. این دو مکمل یکدیگرند؛ بنابراین پرسش صحیح این نیست که:

پنل‌های خورشیدی چه بلایی سر شبکه می‌آورند؟ بلکه باید پرسید: صنعت برق چگونه باید همزمان با رشد تجدیدپذیرها، شبکه، ذخیره‌ساز و مدیریت مصرف را توسعه دهد؟

برای پرسش، پاسخ روشن است:

تولید برق پاک بیشتر، شبکه قوی‌تر، ذخیره‌سازی متناسب و مصرف هوشمندتر.