فناوری‌های نوین؛ کلید کاهش مصرف انرژی
آرسام ضیائی
اقتصاد ایرانی: ایران، با وجود برخورداری از ذخایر عظیم نفت و گاز، از سال ۲۰۲۴ با چالش‌های فزاینده‌ای در حوزه انرژی دست‌وپنجه نرم می‌کند. کشور در زمستان سال گذشته، شدیدترین بحران انرژی در دهه‌های اخیر را تجربه کرد که به قطعی‌های مکرر برق و اختلال در تامین گاز منجر شد. این ناترازی، به‌ویژه در بخش گاز، رو به وخامت است؛ کسری روزانه گاز که در سال ۲۰۲۳ حدود ۲۵۰میلیون مترمکعب بود، در سال ۲۰۲۴ به ۳۰۰میلیون مترمکعب افزایش یافت.
یادداشت را در ادامه بخوانید:
بخش صنعت در ایران سهم قابل‌توجهی در مصرف نهایی انرژی کشور دارد. بر اساس گزارش آژانس بین‌المللی انرژی (IEA)، در سال ۲۰۲۲، این بخش ۲۹ درصد از کل مصرف انرژی ایران را به خود اختصاص داده است. گاز طبیعی با سهمی معادل ۷۷ درصد، بزرگ‌ترین منبع انرژی مصرفی در صنعت است، همچنین ۳۹ درصد از برق کشور به صنایع اختصاص یافته که نشان‌دهنده بزرگ‌ترین سهم مصرف برق در ایران توسط این بخش است. این ارقام، وابستگی شدید صنایع به شبکه انرژی و آسیب‌پذیری آنها در برابر ناترازی‌ها را آشکار می‌سازد. صنایع انرژی‌بر ایران، مانند فولاد، سیمان و پتروشیمی، به دلیل ماهیت فرآیندهای تولیدی خود، مصرف انرژی بسیار بالایی دارند. برای مثال، صنعت فولاد ایران با وجود چالش‌های ناترازی انرژی (کمبود برق در تابستان و گاز در زمستان)، همچنان جایگاه خود را در میان ده فولادساز برتر جهان حفظ کرده است. با این حال، هرگونه اختلال در تامین انرژی، تولید این صنایع را به شدت تحت‌تاثیر قرار می‌دهد. در اردیبهشت و خرداد ۱۴۰۴، سیاستگذاران مجبور شدند برای کنترل مصرف برق، دستور توقف تولید در کارخانه‌های سیمان و فولاد را صادر کند.
این ناترازی‌ها حتی به کاهش ۴میلیون تنی تولید سیمان در سال ۱۴۰۳ نسبت به سال ۱۴۰۲ منجر شده است. پیش‌بینی می‌شود مصرف انرژی ایران تا سال ۲۰۲۸ رشد سالانه ۱.۵ درصدی داشته باشد. این رشد، فشار بر منابع انرژی کشور را تشدید می‌کند و ضرورت بهینه‌سازی مصرف را دوچندان می‌سازد. کمبودها، صنایع را به سمت استفاده از سوخت‌های آلاینده مانند مازوت سوق می‌دهد که مشکلات زیست‌محیطی را تشدید می‌کند و به آلودگی هوا می‌انجامد. این وضعیت یک چرخه معیوب ایجاد می‌کند که در آن کمبود انرژی، کاهش تولید و افزایش آلایندگی، به یکدیگر دامن می‌زنند. بهینه‌سازی مصرف انرژی نه تنها برای کاهش هزینه‌های عملیاتی صنایع حیاتی است، بلکه برای پایداری شبکه انرژی کشور و کاهش آلایندگی‌های زیست‌محیطی نیز ضروری است.
اینترنت اشیاء صنعتی (IIoT) و پایش هوشمند
چشم‌انداز جدید بهره‌وری اینترنت اشیاء صنعتی به شبکه‌ای از حسگرها، دستگاه‌ها و ماشین‌آلات متصل در محیط‌های صنعتی اطلاق می‌شود که قادر به جمع‌آوری و تبادل داده در زمان واقعی هستند. در سال ۲۰۲۴، این تکنولوژی نقش محوری در افزایش بهره‌وری و کاهش اثرات زیست‌محیطی در صنایع ایفا می‌کند. این فناوری نه تنها ابزاری برای جمع‌آوری داده است، بلکه با فعال کردن «شفافیت انرژی» در فرآیندهای صنعتی، امکان شناسایی و رفع «ضایعات پنهان» انرژی را فراهم می‌کند که پیش از این قابل مشاهده نبودند. این حسگرها می‌توانند داده‌های مربوط به مصرف انرژی، دما، فشار و سایر پارامترهای عملیاتی را به صورت لحظه‌ای جمع‌آوری کنند. این پایش مداوم، امکان شناسایی الگوهای مصرف ناکارآمد و تشخیص ناهنجاری‌ها، مانند نشتی هوا یا کارکرد غیرضروری تجهیزات، را فراهم می‌آورد. با تحلیل داده‌های جمع‌آوری‌شده، می‌توان فرآیندهای تولید را بهینه‌سازی کرد. علاوه بر این، این تکنولوژی با جمع‌آوری داده‌های عملکردی تجهیزات، امکان پیش‌بینی زمان خرابی‌ها را فراهم می‌کند که به نگهداری پیش‌بینانه معروف است. این رویکرد از توقفات ناگهانی و مصرف انرژی اضافی ناشی از کارکرد نامناسب جلوگیری می‌کند. همچنین، به مدیریت بهینه منابع از جمله انرژی، مواد اولیه و موجودی کمک می‌کند. در صنعت فولاد، حسگرهای IoT می‌توانند داده‌های مصرف انرژی را جمع‌آوری کرده و نقاط ناکارآمدی را شناسایی کنند تا اقدامات اصلاحی صورت گیرد. این قابلیت‌ها، صنایع را قادر می‌سازد تا از منابع خود به شکل هوشمندانه‌تری استفاده کنند.
هوش مصنوعی (AI) برای بهینه‌سازی فرآیندها
از پیش‌بینی تا کنترل هوشمند هوش مصنوعی با استفاده از الگوریتم‌های پیشرفته و یادگیری ماشین، حجم عظیمی از داده‌ها را در زمان واقعی پردازش می‌کند تا الگوهای پنهان را کشف کرده و تصمیمات پیش‌بینانه برای بهینه‌سازی مصرف انرژی بگیرد. این فناوری، مدیریت انرژی را از حالت «واکنشی» به «پیش‌بینانه و تطبیقی» تغییر می‌دهد و انعطاف‌پذیری سیستم‌های صنعتی را در برابر نوسانات انرژی افزایش می‌دهد. یکی از کاربردهای مهم، نگهداری پیش‌بینانه است. الگوریتم‌های هوش مصنوعی با تحلیل داده‌های حسگرها، خرابی‌های احتمالی تجهیزات را پیش‌بینی می‌کنند. این امر از توقفات ناگهانی جلوگیری کرده و تضمین می‌کند که تجهیزات با حداکثر راندمان کار کنند. در یک کارخانه فولاد، پیاده‌سازی نگهداری پیش‌بینانه منجر به کاهش قابل‌توجه ۱۰ درصدی مصرف انرژی کوره‌ها در طول یک سال شد. همچنین در مثالی دیگر، یک کارخانه شیمیایی (پتروشیمی) با شناسایی کارکرد غیرضروری برخی تجهیزات در شیفت شب، ۸ درصد از مصرف انرژی خود را کاهش داد. هوش مصنوعی همچنین می‌تواند پارامترهای تولیدی مانند دما، فشار و نرخ جریان را به صورت پویا تنظیم کند تا مصرف انرژی را بدون کاهش کیفیت محصول بهینه سازد.
سیستم‌های بازیافت حرارت (HRS)تبدیل ضایعات به ثروت
سیستم‌های بازیافت حرارت فناوری‌هایی هستند که حرارت تلف‌شده از فرآیندهای صنعتی را جمع‌آوری کرده و آن را برای تولید برق، بخار یا پیش‌گرمایش در سایر بخش‌ها مورد استفاده مجدد قرار می‌دهند. این سیستم‌ها با افزایش راندمان کلی انرژی و کاهش انتشار کربن، به پایداری و سودآوری صنایع کمک می‌کنند. این فناوری نه تنها یک راهکار فنی برای صرفه‌جویی در انرژی است، بلکه با تبدیل «ضایعات» به «منبع درآمد»، مدل کسب‌وکار صنایع انرژی‌بر را متحول کرده و آنها را از مصرف‌کننده صرف به «تولیدکننده جزئی انرژی» تبدیل می‌کند. صنایع سنگین مانند فولاد، سیمان و پتروشیمی مقادیر زیادی حرارت را به عنوان ضایعات تولید می‌کنند. بازیافت این حرارت می‌تواند منجر به صرفه‌جویی قابل‌توجهی در مصرف انرژی شود. در صنعت سیمان، که فرآیندی بسیار انرژی‌بر است و حرارت زیادی را در کوره و آسیاب‌ها تولید می‌کند، بازار جهانی سیستم‌های بازیافت حرارت در سال ۲۰۲۴ حدود ۱۵.۸میلیارد دلار ارزش‌گذاری شده و پیش‌بینی می‌شود تا سال ۲۰۳۴ به ۳۲.۶میلیارد دلار برسد. این رشد نشان‌دهنده اهمیت روزافزون این فناوری است. سیستم‌های نسل جدید می‌توانند راندمان بازیافت انرژی را تا ۳۰ درصد بهبود بخشند. در صنعت فولاد، بازیافت حرارت از کوره‌ها و گازهای خروجی می‌تواند به تولید برق و بخار کمک کند.
نسل جدید درایوهای فرکانس متغیر (VFD) کنترل دقیق، صرفه‌جویی چشم‌گیر
درایوهای فرکانس متغیر دستگاه‌هایی هستند که با تنظیم دقیق فرکانس و ولتاژ ورودی به موتورهای الکتریکی، سرعت و گشتاور آنها را متناسب با نیاز بار تنظیم کنند. موتورهای صنعتی سهم زیادی از مصرف انرژی جهانی را به خود اختصاص می‌دهند؛ در کاربردهای صنعتی، این رقم می‌تواند از ۸۰ درصد نیز فراتر رود. این سیستم‌ها نه تنها با بهینه‌سازی مصرف موتورها، صرفه‌جویی مستقیم انرژی را به ارمغان می‌آورند، بلکه با افزایش «کنترل‌پذیری» و «انعطاف‌پذیری» سیستم‌های صنعتی، به آنها اجازه می‌دهند تا به شکلی هوشمندانه‌تر و پاسخ‌گوتر به نوسانات بار و قیمت انرژی واکنش نشان دهند. برخلاف سیستم‌های سنتی که موتورها با حداکثر توان کار کرده و جریان را با شیرهای گلوگاه کنترل می‌کنند (که منجر به اتلاف انرژی می‌شود)، این تکنولوژی با تنظیم سرعت موتور، نیاز به این شیرها را از بین می‌برد و مصرف انرژی را به شدت کاهش می‌دهد. مطالعات نشان داده‌اند که استفاده از این سیستم می‌تواند راندمان یک سیستم موتوری را از حدود ۳۱ درصد به ۷۲ درصد افزایش دهد. این قابلیت‌ها، به ویژه در صنایعی مانند فولاد و سیمان که فرآیندهای متغیر دارند، حیاتی است
چالش‌های بومی پیاده‌سازی
موانع پیش‌روی پیاده‌سازی فناوری‌های نوین در صنایع انرژی‌بر ایران با چالش‌های بومی متعددی مواجه است که نیازمند راهکارهای جامع و پایدار است:
۱- تحریم‌های بین‌المللی: تحریم‌های بین‌المللی، دسترسی ایران به فناوری‌های پیشرفته، سرمایه‌گذاری خارجی و قطعات یدکی را به شدت محدود کرده است. این تحریم‌ها نه تنها مانع واردات مستقیم فناوری‌های نوین می‌شوند، بلکه با افزایش هزینه‌های تراکنش، توانایی ایران برای مدرن‌سازی زیرساخت‌های انرژی خود را تضعیف می‌کنند. این وضعیت، با ایجاد «عدم قطعیت اقتصادی» و «افزایش ریسک»، سرمایه‌گذاری داخلی و خارجی در پروژه‌های بلندمدت بهینه‌سازی انرژی را نیز به شدت کاهش می‌دهد. این امر یک چرخه معیوب ایجاد می‌کند که در آن عدم سرمایه‌گذاری در فناوری‌های کارآمد، منجر به افزایش مصرف انرژی و تشدید بحران‌های داخلی می‌شود، که به نوبه خود، جذابیت سرمایه‌گذاری را باز هم کاهش می‌دهد.
۲- نبود زیرساخت‌های لازم: پیاده‌سازی فناوری‌هایی مانند «اینترنت اشیا صنعتی» و «هوش مصنوعی» نیازمند زیرساخت‌های دیجیتال قوی، شبکه‌های ارتباطی پایدار و پهنای باند کافی است. در ایران، زیرساخت‌های فرسوده و ناکافی در شبکه‌های انتقال و توزیع برق، منجر به اتلاف ۱۳ درصدی برق می‌شود. این ضعف زیرساختی، مانعی جدی برای استقرار سیستم‌های هوشمند است. شکاف در زیرساخت‌های دیجیتال و ارتباطی در ایران، نه تنها مانع «جمع‌آوری داده» می‌شود، بلکه «یکپارچه‌سازی» و «تحلیل لحظه‌ای» داده‌ها را نیز مختل می‌کند. این امر پتانسیل کامل اینترنت اشیا و هوش مصنوعی را برای بهینه‌سازی انرژی خنثی می‌سازد و حتی اگر فناوری‌ها به طور محدود وارد شوند، عدم وجود بستر مناسب، از مقیاس‌پذیری و تاثیرگذاری آنها در سطح ملی جلوگیری می‌کند.
۳- چالش‌های سرمایه‌گذاری و تامین مالی: سرمایه‌گذاری در فناوری‌های نوین انرژی‌بر، نیازمند بودجه‌های کلان و بلندمدت است. در سال 1404، عدم قطعیت اقتصادی، چالش‌های بزرگی برای سرمایه‌گذاران خطرپذیر در ایران ایجاد کرده است. یارانه‌های سنگین سوخت‌های فسیلی در ایران، انگیزه صنایع برای سرمایه‌گذاری در راهکارهای بهینه‌سازی انرژی را کاهش می‌دهد، زیرا هزینه انرژی برای آنها به صورت مصنوعی پایین نگه داشته شده است. این یارانه‌ها، با ایجاد «قیمت‌های غیرواقعی» برای سوخت، «انگیزه سرمایه‌گذاری» در فناوری‌های بهینه‌سازی انرژی را از بین می‌برند و به جای حل مشکل، «مصرف ناکارآمد» را تشویق می‌کنند. این وضعیت منجر به «اتلاف گسترده انرژی» در سطح ملی می‌شود که خود به نوبه خود، فشار بر شبکه انرژی و نیاز به یارانه‌های بیشتر را افزایش می‌دهد و یک چرخه باطل را شکل می‌دهد.
۴- کمبود نیروی کار متخصص و شکاف مهارتی: پیاده‌سازی و مدیریت فناوری‌های پیشرفته نیازمند نیروی کار متخصص با مهارت‌های جدید در زمینه داده‌کاوی، یادگیری ماشین و اتوماسیون صنعتی است. ایران با چالش کمبود نیروی کار ماهر در بخش انرژی و فناوری مواجه است. این کمبود، سرعت جذب و به‌کارگیری فناوری‌های نوین را کند می‌کند. کمبود نیروی کار متخصص، نه تنها سرعت «پیاده‌سازی» فناوری‌های نوین را کاهش می‌دهد، بلکه «توانایی بهره‌برداری کامل» از پتانسیل آنها را نیز محدود می‌سازد و می‌تواند منجر به «سرمایه‌گذاری‌های ناکارآمد» شود. در نتیجه، سرمایه‌گذاری‌ها ممکن است به بازدهی مطلوب نرسند و صنایع نتوانند به طور کامل از پتانسیل کاهش مصرف انرژی بهره‌مند شوند.
نتیجه‌گیری و توصیه‌های سیاستی: راهی به سوی آینده‌ای پایدار
صنایع انرژی‌بر ایران با چالش‌های جدی در زمینه مصرف انرژی مواجه هستند که منجر به ناترازی، کاهش تولید و آلایندگی می‌شود. فناوری‌های نوین مانند اینترنت اشیاء صنعتی، هوش مصنوعی، سیستم‌های بازیافت حرارت و درایوهای فرکانس متغیر، پتانسیل عظیمی برای کاهش چشم‌گیر مصرف انرژی و افزایش راندمان در این صنایع دارند. این فناوری‌ها می‌توانند مصرف برق را تا ۵۶ درصد، هزینه‌های انرژی را تا ۱۲ درصد و انتشار کربن را تا ۴۰ درصد کاهش دهند. نمونه‌های موفق داخلی در فولاد خوزستان و پتروشیمی بندر امام، اثبات‌کننده قابلیت‌های بومی برای پیاده‌سازی این فناوری‌ها و دستیابی به نتایج ملموس هستند.
برای بهره‌برداری کامل از این پتانسیل و غلبه بر چالش‌های موجود، اتخاذ توصیه‌های سیاستی زیر ضروری است:
۱- سرمایه‌گذاری هدفمند و پایدار: دولت باید با وجود چالش‌های اقتصادی، سرمایه‌گذاری در فناوری‌های بهینه‌سازی انرژی را در اولویت قرار دهد. تخصیص منابع از درآمدهای نفتی و گازی به «حساب بهینه‌سازی مصرف انرژی» گام مثبتی است که باید تقویت و تضمین شود. با توجه به اینکه یارانه‌های انرژی خود یک «بار سنگین مالی» بر دوش دولت هستند، سرمایه‌گذاری در بهینه‌سازی انرژی نه تنها یک هزینه، بلکه یک «سرمایه‌گذاری استراتژیک» است که در بلندمدت می‌تواند با کاهش نیاز به یارانه‌ها و افزایش بهره‌وری، به «تسکین فشار مالی» بر دولت منجر شود. این امر به دولت اجازه می‌دهد تا منابع آزاد شده را به دیگر بخش‌های حیاتی اختصاص دهد.
۲- اصلاح ساختار یارانه‌های انرژی: بازنگری در سیاست‌های یارانه‌ای سوخت‌های فسیلی ضروری است تا انگیزه کافی برای صنایع جهت سرمایه‌گذاری در راهکارهای بهینه‌سازی انرژی ایجاد شود. این اصلاحات باید با دقت و با در نظر گرفتن اثرات اجتماعی و اقتصادی انجام شود تا از شوک‌های ناگهانی به اقتصاد و جامعه جلوگیری شود.
۳- توسعه زیرساخت‌های دیجیتال و ارتباطی: سرمایه‌گذاری در توسعه شبکه‌های ارتباطی پایدار، پهنای باند و زیرساخت‌های ابری برای پشتیبانی از اینترنت اشیا و هوش مصنوعی در صنایع، یک ضرورت است. این زیرساخت‌ها، ستون فقرات هرگونه تحول دیجیتال و هوشمندسازی در بخش صنعت محسوب می‌شوند و بدون آنها، پتانسیل فناوری‌های نوین به طور کامل محقق نخواهد شد.
۴- تقویت نیروی انسانی متخصص: طراحی و اجرای برنامه‌های آموزشی و توسعه مهارت‌ها در زمینه‌های دیجیتال، هوش مصنوعی و مدیریت انرژی صنعتی برای تربیت نیروی کار متخصص، حیاتی است. همچنین، همکاری با دانشگاه‌ها و مراکز پژوهشی برای پر کردن شکاف مهارتی و بومی‌سازی دانش فنی باید در دستور کار قرار گیرد. این اقدامات تضمین می‌کند که صنایع قادر به پیاده‌سازی، نگهداری و بهره‌برداری بهینه از فناوری‌های جدید باشند.
۵- تشویق همکاری‌های بین‌المللی: با وجود تحریم‌ها، باید راه‌هایی برای تسهیل دسترسی به دانش فنی و تجربیات بین‌المللی در زمینه بهینه‌سازی انرژی و فناوری‌های نوین یافت. این می‌تواند شامل همکاری‌های پژوهشی، تبادل متخصصین و استفاده از پتانسیل شرکت‌های دانش‌بنیان داخلی برای بومی‌سازی فناوری‌ها باشد.
۶- تدوین و اجرای سیاست‌های حمایتی: ایجاد مشوق‌های مالی و غیرمالی برای صنایع پیشرو در بهینه‌سازی انرژی، مانند معافیت‌های مالیاتی، تسهیلات بانکی کم‌بهره و جوایز ملی، می‌تواند به سرعت بخشیدن به روند جذب فناوری کمک کند. همچنین، تدوین استانداردهای اجباری راندمان انرژی برای تجهیزات صنعتی جدید و موجود، می‌تواند سطح کلی بهره‌وری را در صنایع ارتقا دهد. در شرایط تحریم و محدودیت‌های خارجی، «هم‌افزایی داخلی» بین دولت، صنعت، دانشگاه و بخش خصوصی و تمرکز بر «نوآوری بومی» و «تطبیق فناوری‌های موجود» می‌تواند به عنوان یک استراتژی کلیدی برای غلبه بر چالش‌ها و پیشبرد بهینه‌سازی انرژی عمل کند. این رویکرد، نه تنها به حل مشکل انرژی کمک می‌کند، بلکه «تاب‌آوری اقتصادی» کشور را در برابر شوک‌های خارجی افزایش داده و به «خودکفایی فناورانه» در بلندمدت منجر می‌شود.
