انرژی تجدیدپذیر برای صنعت معدن – مطالعات موردی، روندها و توسعه‌ها و مدل‌های تجاری

 

نویسندگان:

سمیه خواجوند (دانشجوی کارشناسی ارشد معدن دانشگاه تربیت مدرس)

زهرا حسنعلی زاده (فارغ التحصیل کارشناسی ارشد معدن صنعتی همدان)

پویا اردشیری (دانشجوی کارشناسی ارشد معدن آزاد اسلامی واحد علوم و تحقیقات)

 

صنعت معدن یک صنعت پر مصرف با متوسط مصرف انرژی تا 400 TWh (تراوات در ساعت) در سال است. با این حال، به دلیل عدم اطمینان در قیمت سوخت‌های فسیلی، آلودگی محیط زیست و کاهش سوخت های فسیلی، کاهش، منجر به نیاز معدنکاران برای در نظر گرفتن انرژی‌های تجدید پذیر به عنوان منبع انرژی (معدنکاری سبز) شده است (Manyuchi,2010). نکته اصلی این است که هزینه‌های تولید انرژی تجدیدپذیر، اتصال شبکه و سیستم یکپارچه سازی انرژی تجدیدپذیر و نرم‌افزار برای پیاده‌سازی بخش استقرار معدن معادل آن منابع انرژی فسیلی است (Zaharan,2016).

انرژی یکی از بزرگترین هزینه‌های شرکت‌های معدنی است که تقریباً 30 درصد از کل هزینه‌های عملیاتی نقدی را تشکیل می‌دهد. شرکت‌های معدنی اهمیت انرژی را برای امکان تولید درک می‌کنند و بسیاری از آنها به مزایای ناشی از مدیریت کارآمد انرژی از طریق طراحی‌های عملیاتی که فقط به شبکه یا منابع تجدید پذیر متکی نیستند، پی می‌برند.
با این حال، در حالی که شیوه‌های مدیریت انرژی در این بخش رواج بیشتری یافته است، برخی هنوز مجبور نیستند منابع انرژی تجدیدپذیر را ادغام کنند و فناوری‌هایی مانند انرژی خورشیدی و باد و ذخیره سازی هوشمند را در برنامه‌های مدیریت انرژی خود ادغام کنند. این ممکن است به دلیل عقب ماندگی در مورد جایگاه تجدیدپذیر امروز از نظر پیچیدگی، هزینه، قابلیت اطمینان و عملکرد باشد (Cormak,2017).

 

     افزایش قیمت نفت (که در بیشتر دوره 2000 تا 2014م صعودی بوده است) و همچنین نوسانات آن سبب شد که کشورهای مختلف به فکر استفاده از انرژی‌های تجدیدپذیر در معادن خود بیفتند. در همین زمان اهمیت توجه به مسائل زیست‌محیطی افزایش یافت و این روند تقویت شد. در هر صورت امروزه شرکت‌های معدنی بیشتری در حال حرکت به سمت انرژی‌های تجدیدپذیر هستند و به نظر می‌رسد که حتی با کاهش قیمت سوخت در یک سال گذشته، این روند ادامه یابد.
شرکت‌های معدنی در استرالیا، قاره امریکا و افریقای جنوبی از پیشگامان حرکت به سمت انرژی‌های پاک هستند (در بخش‌های بعدی به توضیح کامل خواهیم پرداخت). آنها قصد دارند تا از این طریق هزینه‌های جاری خود را کاهش دهند و شانس بقا و رقابت‌پذیری خود را در بازار بهبود بخشند. در همین زمان از آسیب نوسانات قیمتی سوخت مصون می‌مانند و به دلیل احترام به محیط زیست (معدنکاری سبز)، از جایگاه بهتری در بین ذی‌نفعان برخوردار می‌شوند.

 

     از شرکت‌های بزرگی که در این سال‌ها بر انرژی‌های تجدیدپذیر تمرکز کرده‌اند می‌توان به «ریوتینتو» و «بریک گلد» اشاره کرد. این دو شرکت، هم اکنون با توجه به مناطق فعالیتی خود از انرژی‌های خورشیدی یا بادی استفاده می‌کنند که گاهی نسبت انرژی‌های پاک یاد شده از کل انرژی مصرفی این شرکت‌ها به 20 درصد هم می‌رسد. در سال 2012م هم گروه آلمانی «کرونیمت ماینینگ ای‌جی» برای دو شرکت خورشیدی خود، ماموریتی در معادن کروم خود در آفریقای جنوبی تعیین کرد. بنا به گفته توماس هیل که مدیرعامل این معدن کروم است، استفاده از انرژی خورشیدی سبب شده که میزان مصرف گازوئیل در این معدن تا نصف کاهش پیدا کرده و انتشار گازهای گلخانه‌ای هم به‌طور قابل توجهی کاهش یابد.

در هر صورت، شرکت‌های بزرگ معدنی جهان پی برده‌اند که انرژی‌های تجدیدپذیر یکی از موثرترین گزینه‌های آنها برای افزایش توان رقابتی خود در مقابل سایر رقباست. انرژی خورشیدی و بادی می‌تواند تا 70 درصد کمتر از انرژی دیزل در معادن هزینه داشته باشد. این موضوع به‌ویژه در مکان‌هایی مصداق دارد که بسیار دورافتاده هستند و برای رساندن سوخت دیزل به آنها نیاز به مصرف بیشتر سوخت هم بوده و هزینه‌ها به شدت افزایش پیدا می‌کند. برق (فسیلی) هم وضعیت مشابهی نسبت به انرژی‌های پاک دارد و اصرار به استفاده از آن منجر به تحمیل هزینه‌های مازاد به شرکت‌های معدنی و دولت‌ها می‌شود.

 

   معادن از انرژی‌های تجدیدپذیر و ارزان قیمت متعددی می‌توانند استفاده کنند که شاید مهمترین و متداول‌ترین آنها، برق خورشیدی، گرمایش خورشیدی و برق بادی باشد. تمام این موارد می‌توانند منجر به صرفه‌جویی‌های قابل‌توجهی در منابع و هزینه‌های شرکت‌ها شود. با این حال، هنوز هم انرژی‌های تجدیدپذیر جایگاه خود را در افکار عمومی پیدا نکرده است. بسیاری از مردم و فعالان کسب‌وکار جهان، آن را تنها ایده‌ای فانتزی برای حفظ محیط‌زیست می‌دادند که در صنایع سنگینی مانند معادن کاربرد ندارد. اما حقیقت این است که چنین راهکاری در واقع به کاهش هزینه‌ها و افزایش رقابت‌پذیری شرکت‌ها کمک خواهد کرد.

     در حال حاضر کارخانه فولاد «آلاباما» حدود 98 درصد از برق مورد نیاز خود را از طریق انرژی خورشیدی تامین می‌کند. این کارخانه برای رسیدن به چنین موفقیتی بیش از 1000 پنل خورشیدی طراحی و نصب کرده است. برآورد شد که این شرکت در طول عمر سیستم خورشیدی خود 3 میلیارد دلار صرفه‌جویی خواهد کرد. انرژی خورشیدی بیشتر به این دلیل مورد انتقاد قرار می‌گیرد که بسیار گران‌قیمت است.
هر چند نمی‌توان از سرمایه‌گذاری‌های سنگین اولیه آن چشم‌پوشی کرد، اما هزینه‌های جاری شرکت‌ها بسیار کاهش پیدا می‌کند و در طول چند سال، منافع اقتصادی آن هم آشکار می‌شود. وضعیت این تولیدکننده فولاد نشان‌دهنده این موضوع است. کارشناسان ظرفیت تولید انرژی خورشیدی «آلاباما» را به دلیل میزان بالای تابش خورشید، بسیار خوب برآورد کرده بودند و به همین دلیل بود که به سمت استفاده از انرژی‌های خورشیدی حرکت کردند.

     در هر صورت اینکه یک شرکت بزرگ و متکی به ماشین‌های بسیار سنگین مانند فولادسازی آلاباما می‌تواند به سمت استفاده از انرژی‌های تجدیدپذیر برود، تضمین می‌کند که می‌توان برای تمامی شرکت‌ها، کاربرد آن را مشاهده کرد.

 

اهداف و سوالات تحقیق

   انرژی جز اصلی در صنعت معدن است. انرژی عامل مهمی در تولید و ایجاد رشد اقتصادی است (رمضانیان.1394،et al). حدود یک چهارم کل انرژی مصرفی کشور، در بخش صنعت، معدن و پتروشیمی مصرف می‌شود.  روند مصرف انرژی در این بخش طی سال های ۱۳۸۵ تا ۱۳۹۰ افزایشی بوده و از سال ۱۳۹۰ تا ۱۳۹۳ کاهشی شده است و بعد از آن مجددا افزایشی شده است. با احتساب 20 تا 40 درصد هزینه‌های انرژی در فرآیند عملیاتی معدن، قابلیت اطمینان، ایمن و هزینه‌های انرژی شاخص‌های اصلی برای یک شرکت معدن است. انرژی تجدیدپذیر می‌تواند از طریق کاهش مصرف سوخت‌های فسیلی و انتشار کربن به تأمین نیازهای انرژی معدن کمک اقتصادی کند (Zaharan,2016). در این مقاله سوالات زیر تنظیم شده است:

• (1) مطالعات موردی برای نفوذ انرژی تجدیدپذیر به صنعت معدن در برخی از کشورهای بزرگ معدن مانند استرالیا، کانادا و آفریقای جنوبی و ایران چیست؟
• (2) امکانات فن آوری برای اجرای انرژی تجدیدپذیر در صنعت معدن در ایران چیست؟

 

    نحوه فن آوری انرژی‌های تجدیدپذیر، صنعت معدن را به سمت بهتر شدن تغییر می دهد:

• عملیات استخراج ارزان تر
• فرصت‌های شغلی بیشتر مهندسان
• انتشار گازهای گلخانه‌ای کمتر
• پشتیبانی از توسعه پایدار
• بهره‌وری انرژی در سایت های معدن

 

هدف اصلی شرکت‌های معدنی، دست یافتن به یک منبع انرژی جذاب از منظر اقتصادی برای مصارف بالای روزانه انرژی است.

 

   مزایای بالقوه اجرای انرژی تجدیدپذیر در معدنکاری وجود دارد:

• کاهش در هزینه‌های سوخت و برق، از جمله هزینه‌های حمل و نقل.
• یک سیستم انرژی مطمئن و قابل اعتماد برای بخش خصوصی؛
• کاهش خطر اتلاف برق در اثر اختلال در تأمین.
• افزایش رقابت اقتصادی برای این بخش؛
• هزینه‌های قابل پیش بینی انرژی و در نتیجه کاهش خطر ناپایدار و افزایش قیمت گازوئیل.
• کاهش انتشار کربن و به طور کلی منبع انرژی کمتر آلوده کننده منطقه.
• فرصت های استفاده مجدد از زمین‌های مورد استفاده توسط جامعه معدن.
• رشد در بازار انرژی‌های تجدید پذیر داخلی؛
• فرصت‌های همکاری با صنایع همسایه.(Zaharan,2016)
• تولید گازهای گلخانه‌ای از سوخت‌های فسیلی تولید نمی‌کند و برخی از انواع آلودگی هوا را کاهش می‌دهد.

 

ضرورت به کارگیری انرژهای تجدید پذیر

1. محدودیت منابع انرژی

زنگ خطر محدودیت منابع کره ی زمین در سال 1970 توسط pecchi بازرگان ایتالیایی و مدیر OECD که از متولیات سازمان Rome Club می‌باشد به صدا درآمد. آنان در گزارشی به نام “محدودیت رشد”محدودیت انرژی را اعلام کردند که محدودیت انرژی و وابستگی جهان به کاربرد سوخت‌های فسیلی به خصوص نفت دنیا را به لرزه در خواهد آورد (داریوش فروغی، 1375).

منابع انرژی که ما مصرف می‌کنیم به ویژه انرژی‌های فسیلی نامحدود نیست با توجه به اینکه درک دقیق میزان منابع انرژی مشکل می‌باشد اما در مورد انرژی‌های فسیلی نظیر نفت، گاز و زغال سنگ بر اساس حفاری و به کمک روش‌های آماری ذخایر منابع انرژی فسیلی را پیش بینی می‌کنند در جدول 1 میزان ذخایر انرژی (نفت، مایعات و میعانات گازی) در ایران نشان داده شده است. با توجه به تقسیم ذخایر به تولید سالیانه حاضر تعداد سالی که تولید فعلی از این به بعد قابل ادامه می‌باشد محاسبه می‌گردد.

جدول1: براورد میزان نفت خام، مایعات و میعانات گازی

شرح	1382	1383	1384	1385	1386
نفت خام، مایعات و میعانات گازی(میلیارد بشکه)	132.74	137.66	136.16	138.22	137.62
عمر ذخایر(سال)	86	87	85	85	84

 

2. الودگی زیست محیطی منابع انرژی

مشکلات زیست محیط جهان که در دهه 1990 به صورت بحران‌های جهانی اجتناب ناپذیر مطرح شد نهایتا به انرژی وابسته است. به خصوص گرم شدن زمین ناشی از افزایش غلظت گازهای گلخانه ای، دی اکسید کربن و متان و تاثیرات آن بر روی کاهش محصولات کشاورزی و تغییرات آبی و هوایی و باران‌های اسیدی ناشی از اکسیدهای نیتروژن و اکسیدهای سولفور و…. باعث احتراق سوخت‌های فسیلی که موجب صدمه رسیدن به جنگل‌ها، دریاچه‌ها، مرداب‌ها و … می‌شود، دی اکسید کربن بیشترین سهم را دارا می باشد. میزان دی اکسید کربن خروجی در جهان در سال 2008 با تبدیل به کربن 36/271*10⁸ تن می‌باشد که بالاترین میزان به ترتیب آمریکا، چین و روسیه را تعلق می‌گیرد. بعد جنگ جهانی دوم میزان خروجی گاز نیز در کشور های در حال توسعه به شدت افزایش یافته است (NEDO, Japan).

 

انرژی‌های تجدید پذیر

    سهم انرژی از منابع تجدید پذیر در ده کشور معدنی مهم تا سال 2013 افزایش می‌یابد و براساس هدف 2020 تمایل به رشد دارد. در مرحله بعدی کشورهای بزرگ معدنی در سراسر جهان را در نظر می‌گیریم. در این مقاله ما به مطالعات موردی استرالیا، کانادا، آفریقای جنوبی و ایران متمرکز خواهیم شد.

 

انرژی‌های تجدیدپذیر در استرالیا

آژانس انرژی‌های تجدید پذیر استرالیا (ARENA) اعلام کرد که نیروگاه خورشیدی برق معدن بوکسیت کنگلومرا، شهرک و تاسیسات آن را تامین خواهد کرد. این نیروگاه خورشیدی 7/1 مگاواتی می‌تواند تا 20 درصد برق روزانه شهرک را تامین کند. ARENA برآورد کرد که هزینه اولیه ساخت این نیروگاه 5/3 میلیون دلار و برای عملیاتی کردن آن حداکثر 8/7 میلیون دلار نیاز است.
و پس از عملیاتی شدن این نیروگاه برآورد شد که سالانه 600000 لیتر در مصرف دیزل و سوخت معدن صرفه جویی شود. علاوه بر آن میزان انتشار 1600 تن بر ساعت تولید گار گلخانه‌ای کاهش می‌یابد که معادل حذف حدود 700 خودرو است. ARENA گزارش داد که نصب ماژول در بزرگترین پروژه انرژی‌های تجدید پذیر استرالیا در معدن مس- طلا این کشور روزانه این معدن را به نیروگاه 6/10 مگاواتی که در آن از 34080 ماژول خورشیدی استفاده می‌شود مجهز خواهد کرد. که انجام این کار سبب کاهش سالانه 5 میلیون لیتر سوخت دیزل و در نتیجه این صرفه جویی سالانه 25/15 میلیون دلار آمریکا برای استرالیا فراهم می‌شود.

 

انرژی‌های تجدید پذیر در کانادا

در کانادا از سال 1999 تا 2011 هزینه سالانه استخراج بیش از دو برابر شد. و در سال 2012 فعالیت معدنچیان کانادایی 4/2 میلیارد دلار هزینه در بر داشت که این افزایش هزینه بدلیل عدم وجود زیرساخت‌های انرژی منطقه ای، و محل دور افتاده معادن کانادایی و وابستگی فعالیت‌های معدن به سوخت دیزلی اعلام شد. از سال 1999 تا 2013 متوسط قیمت نفت ده برابر افزایش یافت و از حدود 10 دلار به بیش از 100 دلار در هر بشکه افزایش یافت.

علاوه بر آن افزایش هزینه‌های حمل و نقل قیمت هر واحد سوخت‌های تحویلی به معادن را افزایش داد و هزینه‌های تولید را بالا برد. یا افزایش این هزینه ها معادن به انرژی‌های تجدیدپذیر روی آوردند که حدود 3/0 دلار در هر کیلووات ساعت برای معدنکاری هزینه داشتند. هزینه استفاده از فناوری‌های تجدیدپذیر نظیر سلول خورشیدی و باد و… پیوسته کاهش یافته است و آژانس بین المللی انرژی‌های تجدیدپذیر اعلام کرد که میانگین هزینه استفاده از انرژی باد، خورشید و زیست توده به ترتیب 08/0، 16/0 و 08/0 دلار به ازای هر کیلووات ساعت است.

    در معدن راگلان کانادا یک توربین بادی سه مگاواتی نصب شده بود که سالانه در 5 درصد مصرف گازوئیل که تفریبا همان 4/2 میلیون لیتر بود را صرفه جویی کرد. که انجام این پروژه 20 درصد از هزینه‌های عملیاتی معدن رگلان را کاهش داد. پس از آن با نصب توربین‌های دیگر که می توانستند 9 تا 12 مگاوات ساعت برق تولید کنند. مصرف گازوئیل معدن را تا 40 درصد کاهش داد.

     پس از آن از سیستم‌های دیگری برای صرفه جویی هرچه بیشتر نظیر ژنراتور، باتری و سیستم برق میکرو شبکه ای استفاده شد که سیستم برق میکروشبکه‌ای و ژنراتور سبب حدود 259 کیلووات ساعت ذخیره انرژی شدند که در مدت 12 ماه 93000 دلار کانادایی صرف جویی گشت.

    در معدن الماس دیاویک کانادا نمونه دیگری از انرژی های تجدیدپذیر استفاده شد که که متشکل از 4 توربین بادی 2/9 مگاواتی با تولید سالانه 17 گیگاوات ساعت انرژی بود که 5/8 درصد انرژی مورد نیاز معدن را تامین می‌کرد و سبب صرفه جویی 50000 لیتر گازوئیل شد.

 

انرژی‌های تجدید پذیر در آفریقای جنوبی

آفریقای جنوبی منابع فراوانی از مواد معدنی دارد و صنعت معدن در این کشور بسیار توسعه یافته است. اجرای فرآیند انرژی های تجدید پذیر در این کشور شامل ترکیب دو انرژی خورشیدی و بادی بود. بیش از 12 تن سنگ معدن در سال با قطار از معادن به بندر نوادیبو منتقل می‌شود تا با قایق بارگیری و صادر شود. SNIM دومین تولید کننده سنگ آهن در آفریقا است که حدود 10 هزار نفر مشغول به کار است. به منظور کاهش ردپای کربن و هزینه‌های تولید انرژی، SNIM در سال 2010 مناقصه EPC را برای ساخت پیشرفته ترین شبکه بادی را در مزرعه در نوادیبو صادر کرد.

شبکه موجود توسط نیروگاه 16 مگاواتی دیزل مجهز به 4 نوع دیزل تأمین می‌شد و شبکه 5.5 کیلوولت را تغذیه می‌کرد. این انرژی برای تأمین انرژی موتورهای نقاله سنگ‌شکن و سنگ‌شکن (با بیش از 20 بار از 200 کیلووات-600 کیلو وات) متغیر است. برقی که از ژنراتور دیزلی گرفته می‌شود، در ازای هر کیلووات ساعت ۲۸ تا ۳۲ سنت هزینه دارد و در مقابل برقی که از طریق انرژی خورشیدی تولید می‌شود در هر کیلووات ۱۷ سنت هزینه دارد. همین مقدار برق با تولید از انرژی بادی ۱۴ سنت هزینه می‌برد.
نمونه‌ای از تولید برق با ترکیبی از انرژی سوخت فسیلی و تجدیدپذیر در معدن سنگ کروم تابا در ایالت لیمپوپو در افریقای جنوبی است که در آن یک نیروگاه خورشیدی در طول روز و ژنراتور دیزلی در طول شب برق تولید می‌کنند. با استفاده انرژی خورشیدی این معدن می‌تواند در طول یک سال ۴۵۰ هزار لیتر در مصرف سوخت صرفه‌جویی کند(Burger B., (2014.).

 

انرژی‌های نو در معادن ایران

انرژی بادی بخشی از تركیب انرژی آینده است كه شامل انرژی خورشیدی، نیروی آب، بیومس، انرژی ژئوترمال و غیره است. استراتژی انجمن جهانی انرژی باد بر این مبنا بود كه تا سال 2020 حدود 10 درصد از انرژی جهان را از انرژی باد تأمین كند که این چنین شد. اولین توربین‌های بادی برای تولید الكتریسیته در اوایل قرن بیستم تولید شدند و تكنولوژی آنها تا دهه 1970 گام به گام ادامه یافت. در اواخر دهه 1990، انرژی باد به عنوان یكی از منابع پایدار مهم، دوباره پدیدار شد. در طول آخرین دهه ً قرن بیستم، توان جهانی استفاده از انرژی باد در هر سه سال تقریبا دو برابر شده است. هزینه‌های برق حاصل از نیروی باد از اوایل دهه 1980 به بعد به حدود یك ششم رسیده است و به نظر می رسد كه این روند ادامه یابد. جمهوری اسلامی ایران از سال 1373 با نصب دو واحد توربین بادی به ظرفیتKW 500  در منطقه منجیل و رودبار شروع به تولید برق از انرژی تجدید پذیر باد نمود.

تاکنون در بخش معادن ایران از انرژی‌های نو و تجدید پذیر استفاده نشده است  و این امر سبب هدر رفت سوخت‌های فسیلی و آلودگی هوا در ایران شده است. اما با توجه به موقعیت جغرافیایی و منابع ایران، پتانسیل تولید انرژی‌های نو و تجدیدپذیر را دارد که به عنوان مثال می‌توان از نیروگاه های بادی منجیل و بینالود یاد کرد. بادهایی که از شرق و جنوب شرق ایران جریان دارند که می‌توان از آنها 6500 مگاوات برق تولید کرد (مصطفی احمدی و حبیب الله اعلمی، 1391) و برق معادن شرقی کشور نظیر سنگ آهن سنگان و مس سرچشمه را تامین کرد.

معادن ایران در زمینه استفاده از انرژی‌های بادی ظرفیت مناسبی را از خود نشان می‌دهند بخصوص در معدن سنگ آهن سنگان که در منطقه خواف مسیر بادها قرار گرفته است. از طرف دیگر با توجه به اینکه 90 درصد ایران دارای 300 روز آفتابی که به طور متوسط 5/4 تا 5/5 کیلووات ساعت انرژی خورشیدی در سطح ایران می‌تابد که اگر فقط از ظرفیت یک درصد مساحت ایران با راندمان 10 درصد استفاده کنیم می توانیم روزانه 9000000 مگاوات ساعت انرژی خورشیدی در ایران تولید کنیم (سیدشهاب حسینی و راشد پور میرزائی، 1396) که می توان از ظرفیت این انرژی خورشیدی در سطح وسیع در معادن ایران استفاده کرد.

استفاده از این انرژی‌ها می تواند سبب کاهش هرچه بیشتر مصرف سوخت‌های فسیلی، کاهش هزینه‌های عملیاتی و همچنین کاهش آلودگی در معادن ایران شود. شکل 1 نشان می‌دهد که تقریبا در تمام نقاط ایران پتانسیل اقتصادی استفاده از انرژی خورشیدی وجود دارد. همچنین این شکل نشان می‌دهد که نیمه جنوبی استان آذربایجان غربی نسبت به سایر قسمت‌های این استان از پتانسیل بالاتری در استفاده از انرژی خورشیدی برخوردار است. این موضوع از این جهت که معادن بزرگ مقیاس استان مانند معادن طلای تکاب یا معادن سنگ‌های تزئینی در بخش جنوبی استان، از پتانسیل بالایی در استفاده از انرژی خورشیدی برخوردارند (سانا، 1396) .

 

شکل 1:  میزان بهره مند بودن نقاط مختلف ایران از انرژی خورشیدی

 

    تجاری شدن انرژی‌های خورشیدی در ایران نیز به بیش از 20 سال می‌رسد. با این حال نه در زمینه استفاده از این منبع انرژی و نه در استفاده از انرژی بادی، تلاش‌های جدی انجام نشده و به نظر می‌رسد که گاهی طرح چنین صحبت‌هایی تنها استفاده تبلیغاتی داشته است. البته در حال حاضر بخش قابل‌توجهی از برق کشور از طریق توربین‌های آبی تامین می‌شوند، اما به دلیل کاهش منابع آبی و شروع خشکسالی طولانی مدت در کشور، امکان ادامه این وضعیت را سلب کرده و باید به فکر جایگزین‌های جدی برای آن بود.

در همین زمان عوامل مختلف، سبب شده که شرایط برای توسعه این انرژی‌ها در کشور و به‌ویژه بخش معدن فراهم باشد. در چند سال گذشته، قیمت سوخت در ایران افزایش پیدا کرده و اکنون نسبت بیشتری از هزینه‌های تولیدکنندگان را سوخت تشکیل می‌دهد. از طرفی اهمیت یافتن مسائل زیست‌محیطی و فشار فعالان این حوزه نیاز به اصلاحاتی در الگوی مصرف را برجسته کرده است. همزمان با این تحولات، قیمت جهانی تجهیزات تولید انرژی خورشیدی هم تا 80 درصد کاهش یافته است.

علاوه بر موارد مذکور ایران بدلیل وجود دریاهای خزر و عمان و همچنین خلیج فارس می‌تواند از انرژی دریایی برای تولید برق در معادن استفاده کند. با توجه به جزر و مد و ارتفاع تولید موج در دریای عمان و خلیج فارس می‌تواند با تولید سد از امواج خلیج فارس و دریای عمان جهت تولید برق و توزیع آن در معادن استفاده کند. علاوه بر موارد مذکور در ماه های اخیر دولت اقدام به تصفیه آب خلیج فارس و دریای عمان جهت استفاده در معادنی نظیر مس سرچشمه در استان کرمان نموده است که سبب کاهش مصرف آب شده است.
در این روش با توجه به اختلاف حرارتی بین سطح و عمق آب می‌توان تولید انرژی الکتریکی کرد که بخارهای حاصل از آب می‌توانند توربین را به حرکت در بیاورند. (کتابداری، 1386) براساس مطالعات انجام شده پتانسیل فنی انرژی بادی در کشور بیش از 140000 مگاوات برآورد شده است. شکل 2 پتانسیل بادی نقاط مختلف ایران را نشان می‌دهد (سانا،1396).

 

شکل 2: پتانسیل بادخیزی مناطق مختلف ایران

 

   در کنار موارد بالا ایران با توجه به وجود ذخایر اورانیوم می‌تواند از انرژی اورانیوم جهت تولید برق در معادن استفاده کند که سبب کاهش شدید مصرف برق در مجتمع‌های معدنی خواهد شد. یک نیروگاه هسته ای بزرگ می‌تواند روزانه از مصرف 50000 بشکه نفت جلوگیری کند و زمان بازگشت سرمایه نیروگاه هسته ای ظرف چند سال جبران می‌شود.(معصومه شجاعی و همکاران، 1391) در نیروگاه هسته‌ای می‌توان با شکافت عناصر سنگین تولید الکتریسیته نمود که برق حاصل از این نیروگاه سبب کاهش مصرف نفت، برق و همچنین کاهش آلودگی‌های زیست محیطی می‌شود.

   عملیات معدنی به‌ ویژه آنهایی که در خارج از شبکه توزیع انرژی قرار دارند و یا آنهایی که در کشورهای توسعه‌یافته با زیرساخت‌های ضعیف مستقرند همه از ژنراتورهای مشتعل از موتورهای دیزلی برای تولید برق استفاده می‌کنند آن هم در شرایطی که قیمت نفت دیزل در دهه اخیر دو برابر شده و بدتر اینکه معادن امروزی بیشتر سنگ‌هایی را استخراج می‌کنند که درجه کیفیت پایین‌تری دارند و برای دریافت ماده معدنی از آنها نیاز به صرف انرژی بیشتری است. بنابراین معادن در روندی قرار دارند که با میزان مصرف بالای انرژی مواد معدنی کمتری تولید می‌کنند.

هزینه‌های اجرایی در دستیابی به انرژی در معادن امروزی ۳۰درصد از کل هزینه‌هاست در حالی که این هزینه تا چند سال پیش از این ۲۳ تا ۲۵ درصد بود. سختی زیاد در رساندن موتور دیزل به مناطق دوردست و بی‌ثباتی شبکه تولید انرژی در کشورهای در حال توسعه به چالش‌های عملیات استخراج معدن با انرژی فسیلی و در یک فرآیند سودآور می‌افزاید. معادن ۲۴ ساعت شبانه‌روز و ۷ روز هفته فعالند و همواره به ذخیره مداومی از سوخت نیاز دارند.

همچنین هوای بد، زیرساخت ضعیف و سایر حملات احتمالی می‌تواند در رسیدن محموله‌های سوختی به محل پروژه مانع ایجاد کند و در بخش‌هایی از امریکای لاتین، افریقا و آسیا خاموشی‌های گاه به گاه موجب وقفه در فعالیت‌های معدنی می‌شود.اجتناب از همه این احتمالات مالکان معادن را ترغیب می‌کند به صرف هزینه برای تولید انرژی از منبعی دیگر، البته هنوز خیلی زود است که بگوییم انرژی تجدیدپذیر جایگزین انرژی فسیلی می‌شود و به عنوان منبع اصلی و اساسی تامین انرژی معادن به کار رود، اما استعداد این را دارد که به‌عنوان منبع مکمل در کنار سوخت‌های فسیلی وارد صنعت معدن شود تا هم به کاهش هزینه‌های انرژی بینجامد و هم ریسک انتقال انرژی را کمتر کند.

 انرژی‌های تجدیدپذیر بنا به طبیعت وجودی‌شان مقطعی هستند و در برخی بازه‌های زمانی نور خورشید و وزش باد را برای تولید انرژی در اختیار نداریم، با این حال و از سوی دیگر اثربخشی که این منابع در صرفه‌جویی‌های مالی دارد، نادیده‌گرفتنی نیست.

 

موانع و راهکارها

   در کشور ما،‌ بیابان‌های وسیعی وجود دارد که برای ایجاد نیروگاه‌های انرژی پاک بسیار مساعد هستند. از طرفی ایران از نظر میزان دریافت انرژی تابشی و گرمایشی خورشید و همچین باد مزیت نسبی دارد و کشورهای معدودی در جهان از این شرایط مناسب بهره‌مند هستند. در صورتی که دولت تصمیم جدی برای توسعه و ترویج این انرژی‌ها را داشته باشد، نیاز است که زیرساخت‌هایی برای انجام آن فراهم شود. برای این منظور باید بودجه‌ای اختصاص پیدا کند و با بهره کم بانکی در اختیار معادن و صنایع معدنی بزرگ کشور قرار بگیرد.

معادن کوچک هم که توان سرمایه‌گذاری‌های سنگین در این زمینه را ندارند، به دولت وابسته هستند. دولت باید پس از مکان‌یابی و تعیین بهترین محل‌های مناسب برای استقرار نیروگاه‌های انرژی پاک و همچنین بررسی صرفه اقتصادی آنها، اقدام به راه‌اندازی پایگاه‌هایی کند که به صورت مشترک به‌وسیله معادن کوچک اما متمرکز مورد استفاده واقع شوند. برای چنین اقدامی، انتقال نیرو تا شعاع 50 کیلومتر مقرون به صرفه خواهد بود.

 

     در کشورهای پیشروی انرژی خورشیدی یا بادی، سرمایه‌گذاری‌های سنگین اولیه معمولا در طول 2 تا 8 سال (بسته به منبع مکمل یا اصلی بودن این انرژی) مستهلک می‌شود. با این حال، به دلیل ضعف فناوری، میزان بازدهی طرح‌های انرژی پاک کشور ما بسیار کمتر است و نیاز به سرمایه‌گذاری‌های بیشتر در این زمینه احساس می‌شود. هر چند در حال حاضر هم برخی از شرکت‌های دانش‌بنیان کشور در زمینه دستیابی به فناوری‌های مورد نیاز این انرژی‌ها و تجهیزات آنها موفق بوده‌اند، هنوز هم از نظر میزان تولید و بهای تمام شده محصولات باید تلاش‌های بیشتری انجام شود.

اگر نتوان تجهیزات مورد نیاز آنها را در داخل تولید کرد، به دلیل چند برابر شدن هزینه‌های واردات و سرمایه‌گذاری، موفقیت چنین طرح‌هایی با ریسک بیشتری مواجه خواهد شد. یکی دیگر از مشکلات این طرح، فرهنگ استفاده از آن است که باید درباره منافعش اطلاع‌رسانی شود. بسیاری از تولیدکنندگان و فعالان بخش معدنی، توان سرمایه‌گذاری‌های سنگین آن را ندارند. دولت باید تسهیلات مورد نیاز معدنکاران را (با بهره کم بانکی) در اختیار آنها قرار دهد. دیگران هم به دلیل آشنایی نداشتن کامل با آن،‌ ممکن است از محدودیت‌های آن بهراسند و در استفاده از آنها دچار تردید شوند.

به این منظور در صورتی هم که بتوان انرژی خورشیدی را به صورت موازی با سایر انرژی‌ها استفاده کرد و برای مدیریت آنها از سیستم‌های کنترلی مناسبی استفاده کرد، تردید شرکت‌ها برای استفاده از آنها کمتر خواهد شد. به این شکل، میزان سرمایه‌گذاری‌های اولیه در نصب و راه‌اندازی تجهیزات خورشیدی به شدت کاهش پیدا می‌کند. به همین دلیل، شرکت‌های معدنی سریع‌تر به نقطه سربه‌سر می‌رسند و صرفه‌جویی‌های اقتصادی پس از وقفه کوتاه‌تری آغاز می‌شود. از دیگر مزایای چنین رویکردی، کاهش نیاز به کنترل‌های شدید برای جلوگیری از آسیب‌پذیری شرکت‌هاست. به این صورت می‌توان انتظار داشت که در آینده سهم بیشتری از انرژی‌های تجدیدپذیر در بخش معدنی کشورقابل مشاهده است.

 

نتیجه­‌گیری

كشور ایران از جمله مناطقی است كه دارای پتانسیل بالایی در زمینه استفاده منابع تجدیدپذیر است و با داشتن چنین منابع بزرگ انرژی به راحتی می توان مقدار قابل ملاحظه ای انرژی الكتریكی تولید نمود. در حال حاضر در ایران به دلیل ارزان بودن منابع فسیلی مصرف منابع تجدیدپذیر اهمیت چندانی ندارند. وجود آب و هوای گرم و خشك به خصوص در نواحی مركزی ایران و بالا بودن میزان ساعات آفتابی و وزیدن باد در اكثر مناطق، حاكی از پتانسیل بالای انرژی خورشیدی و انرژی بادی در ایران می باشد. در این راستا با توجه به نیاز صنعت معدن به انرژی و مصرف بالای برق میتوان با ایجاد یک نیروگاه با ظرفیت متناسب با مصرف برق جهت ارزیابی اقتصادی استفاده از انرژی خورشیدی در معادن استفاده کرد.

دستاوردهای به دست آمده در چند سال اخیر عبارتند از:

1. تحقیقات، طراحی، ساخت، نصب و راه اندازی توربین 10 كیلووات
2. طراحی و ساخت توربین بادی ظرفیت 600 كیلووات در سایت بابائیان منجیل
3. احداث نیروگاه بادی بینالود به ظرفیت 4/28 مگاوات
4. پتانسیل سنجی و تهیه اطلس باد كشور
5. احداث نیروگاه بادی منجیل به ظرفیت 100 مگاوات، تا كنون ظرفیت نصب شده 8/61 مگاوات می‌باشد.
6. جلب حمایت دولت از تحقیقات موردنیاز در زمینه فناوری توربین‌های بادی
7. معرفی 10 سایت بادی برتر كشور جانمایی اولیه برای هر یك از سایت‌ها
8. كسب تكنولوژی ساخت ژنراتور توربین بادی 660 كیلووات
9. كسب تكنولوژی ساخت گیربكس توربین بادی 660 كیلووات
10. کسب تكنولوژی ساخت قطعات ناسل مانند: شفت اصلی، هوزینگ، هاب