دوراهی آب و برق

فاطمه صالحی:  در سال‌های اخیر، تغییر قابل‌توجهی در الگوی استفاده از سیستم‌های سرمایشی در ایران رخ داده است. روند رو به رشد استفاده از کولرهای گازی به‌جای کولرهای آبی، توجه کارشناسان و سیاستگذاران حوزه انرژی را به خود جلب کرده است. این گزارش به بررسی جامع این روند، علل زیربنایی آن، پیامدهای گسترده مصرف انرژی بر منابع آبی کشور و راهکارهای بهینه‌‌‌سازی مصرف انرژی در سیستم‌های سرمایشی می‌‌‌پردازد. بررسی آمار و ارقام نشان می‌دهد که حدود 70درصد خانوارهای شهری در ایران از کولر آبی استفاده می‌کنند. تا پایان سال 1401، تقریبا 20.8میلیون کولر آبی در کشور مورد استفاده بوده است. این در حالی است که بیش از 20درصد خانوارها از کولر گازی استفاده می‌کنند و این رقم رو به افزایش است. همچنین نکته قابل‌توجه این است که بیش از 70درصد کولرهای آبی موجود، عمری بیش از 10سال دارند که نشان‌‌‌دهنده نیاز فوری به نوسازی و بهینه‌‌‌سازی این سیستم‌هاست.

روند افزایشی استفاده از کولرهای گازی را می‌‌‌توان به عوامل متعددی نسبت داد. یکی از مهم‌ترین عوامل، تغییرات در صنعت ساختمان‌‌‌سازی است. در سال‌های اخیر، با افزایش قیمت مسکن و تمایل سازندگان به حداکثرسازی فضای قابل فروش، شاهد حذف تدریجی فضای نصب کانال کولر آبی در طراحی‌‌‌های جدید ساختمانی هستیم. این تغییر در طراحی، عملا استفاده از کولرهای آبی را در ساختمان‌‌‌های جدید با چالش مواجه کرده است.

از سوی دیگر، مزایای اقتصادی استفاده از کولرهای گازی برای سازندگان مسکن قابل‌توجه است. هزینه کانال‌‌‌کشی کولر آبی برای هر واحد مسکونی حدود 40میلیون تومان برآورد می‌شود. علاوه بر این، نصب کولر آبی باعث کاهش متراژ مفید واحدها (حدود یک‌مترمربع برای هر واحد) می‌شود که با توجه به قیمت بالای مسکن، هزینه قابل‌توجهی را به سازنده تحمیل می‌کند. در مقابل، نصب کولر گازی نیازی به سرمایه‌گذاری اولیه از سوی سازنده ندارد و معمولا توسط خریدار انجام می‌شود (این مثال براساس یک ساختمان 5 طبقه 10واحدی برآورد شده است).

مزایای عملکردی کولرهای گازی نیز در افزایش محبوبیت آنها نقش داشته است. سهولت نصب و استفاده، قابلیت کنترل دقیق‌‌‌تر دما و عملکرد بهتر در مناطق با رطوبت بالا از جمله این مزایا هستند. این عوامل باعث شده است تا مصرف‌کنندگان نیز تمایل بیشتری به استفاده از کولرهای گازی نشان دهند.

اما تغییر در الگوی مصرف، پیامدهای قابل‌توجهی بر مصرف انرژی و منابع آبی کشور دارد. در سال 1402، مصرف برق کولرهای آبی معادل 11.4میلیارد کیلووات ساعت بوده است که 3.4درصد از کل برق مصرفی کشور را تشکیل می‌دهد. در زمان اوج مصرف، حدود 9‌هزار مگاوات از توان مصرفی برق به کولرهای آبی اختصاص می‌یابد. با افزایش استفاده از کولرهای گازی که معمولا انرژی بیشتری نسبت به کولرهای آبی مصرف می‌کنند، می‌‌‌توان انتظار داشت که فشار بر شبکه برق کشور، به‌ویژه در ساعات اوج مصرف، افزایش یابد.

از سوی دیگر، کولرهای آبی مصرف آب قابل‌توجهی دارند؛ هرچند آمار دقیقی در این زمینه ارائه نشده است. جایگزینی کولرهای آبی با کولرهای گازی می‌‌‌تواند به کاهش مصرف آب منجر شود که در شرایط کم‌‌‌آبی کشور، مزیت محسوب می‌شود. اما این کاهش مصرف آب در مقابل افزایش مصرف برق قرار می‌گیرد که نیازمند ارزیابی دقیق هزینه-فایده است.

با توجه به چالش‌‌‌های پیش‌رو، بهینه‌‌‌سازی مصرف انرژی در سیستم‌های سرمایشی به یک ضرورت تبدیل شده است. یکی از مهم‌ترین راهکارها در این زمینه، جایگزینی موتورهای کولرهای آبی با نمونه‌‌‌های کارآمدتر است. استفاده از موتورهای BLDC یا موتورهای خازن‌‌‌دار کلاس IE4 می‌‌‌تواند مصرف برق را تا 59درصد کاهش دهد. این به معنای کاهش مصرف برق از 11.34 به 4.6میلیارد کیلووات ساعت در سال است. به‌علاوه‌، این جایگزینی می‌‌‌تواند 3.7 تا 4.8گیگاوات در محل مصرف آزاد کند که فشار قابل‌توجهی را از شبکه برق کشور برمی‌دارد.

بهبود کارآیی کولرهای آبی نیز می‌‌‌تواند نقش مهمی در کاهش مصرف انرژی و آب داشته باشد. استفاده از ترموستات برای کنترل دقیق‌‌‌تر دما می‌‌‌تواند علاوه بر کاهش مصرف برق، مصرف آب را نیز تا 15میلیون مترمکعب کاهش دهد. این میزان کاهش مصرف آب معادل مصرف بیش از چهارروز شهر تهران در تیرماه است. بهبود طراحی پروانه و سیستم توزیع آب نیز می‌‌‌تواند به افزایش راندمان کولرهای آبی کمک کند. علاوه‌بر بهبود فنی سیستم‌های سرمایشی، ارتقای استانداردهای ساخت‌وساز نیز می‌‌‌تواند نقش مهمی در کاهش مصرف انرژی داشته باشد. الزام به طراحی ساختمان‌‌‌ها با در نظر گرفتن سیستم‌های سرمایشی کارآمد و تشویق استفاده از مصالح عایق حرارتی می‌‌‌تواند بار سرمایشی ساختمان‌‌‌ها را کاهش دهد و در نتیجه، نیاز به استفاده از سیستم‌های سرمایشی را کم کند.

فرهنگ‌‌‌سازی و آموزش نیز نقش مهمی در بهینه‌‌‌سازی مصرف انرژی دارند. آگاهی‌‌‌رسانی درباره مصرف بهینه انرژی در سیستم‌های سرمایشی و آموزش روش‌های نگهداری و استفاده صحیح از کولرها می‌‌‌تواند به تغییر الگوهای مصرف کمک کند. با این حال، اجرای این راهکارها با چالش‌‌‌ها و موانعی روبه‌روست. یکی از مهم‌ترین موانع، نیاز به سرمایه‌گذاری اولیه قابل‌توجه برای جایگزینی موتورها و بهبود سیستم‌های سرمایشی است. عدم‌تمایل سازندگان به افزایش هزینه‌‌‌های ساخت و وجود یارانه‌‌‌های انرژی که انگیزه صرفه‌‌‌جویی را کاهش می‌دهند، از دیگر موانع اقتصادی هستند.

از نظر فنی نیز چالش‌‌‌هایی وجود دارد. محدودیت در ظرفیت تولید موتورهای کارآمد در داخل کشور و نیاز به آموزش تکنیسین‌ها برای نصب و نگهداری سیستم‌های جدید از جمله این چالش‌‌‌ها هستند. همچنین، موانع اجتماعی و فرهنگی مانند مقاومت در برابر تغییر عادات مصرف و عدم‌آگاهی کافی از مزایای بلندمدت صرفه‌‌‌جویی انرژی نیز وجود دارد.

غلبه بر این چالش‌‌‌ها و اجرای موفق راهکارهای بهینه‌‌‌سازی مصرف انرژی، نیازمند اتخاذ سیاست‌‌‌های جامع و چندبعدی است. تدوین استانداردهای جدید برای حداقل کارآیی انرژی سیستم‌های سرمایشی و الزام به برچسب‌‌‌گذاری انرژی برای تمام محصولات سرمایشی می‌‌‌تواند گام مهمی در این راستا باشد. ارائه مشوق‌‌‌های مالی مانند یارانه برای خرید سیستم‌های سرمایشی کارآمد و اعطای وام‌‌‌های کم‌‌‌بهره برای بهینه‌‌‌سازی سیستم‌های موجود می‌‌‌تواند موانع اقتصادی را کاهش دهد. همچنین، اجرای سیستم قیمت‌گذاری پلکانی انرژی که در آن قیمت برق برای مصارف بالا به‌تدریج افزایش می‌‌‌یابد و به مصرف‌کنندگان کم‌‌‌مصرف تخفیف داده می‌شود، می‌‌‌تواند انگیزه بیشتری برای صرفه‌‌‌جویی ایجاد کند.

حمایت از تولید داخلی و سرمایه‌گذاری در تحقیق و توسعه فناوری‌‌‌های نوین سرمایشی نیز می‌‌‌تواند به رفع موانع فنی کمک کند. حمایت از شرکت‌های دانش‌‌‌بنیان فعال در حوزه بهینه‌‌‌سازی انرژی می‌‌‌تواند به توسعه راهکارهای نوآورانه و متناسب با شرایط اقلیمی کشور منجر شود. در نهایت، باید توجه داشت که بهینه‌‌‌سازی مصرف انرژی در سیستم‌های سرمایشی، تنها یک مساله فنی یا اقتصادی نیست، بلکه نیازمند تغییر فرهنگی و اجتماعی است. برنامه‌‌‌های آموزشی گسترده و کمپین‌‌‌های آگاهی‌‌‌رسانی می‌‌‌توانند نقش مهمی در ایجاد این تغییر داشته باشند. همچنین، لازم است که سیاستگذاران به این مساله با دیدی جامع و بلندمدت نگاه کنند. اگرچه هزینه‌‌‌های اولیه بهینه‌‌‌سازی ممکن است قابل‌توجه باشد، اما منافع بلندمدت آن برای اقتصاد و محیط‌زیست کشور بسیار چشمگیر خواهد بود. کاهش فشار بر شبکه برق، کاهش نیاز به سرمایه‌گذاری در ظرفیت‌‌‌های جدید تولید برق، کاهش مصرف آب و کاهش انتشار گازهای گلخانه‌‌‌ای از جمله این منافع هستند. در بررسی روند جایگزینی کولرهای گازی با کولرهای آبی، باید به تفاوت‌‌‌های اقلیمی در مناطق مختلف کشور نیز توجه داشت.

در مناطق با رطوبت بالا، کولرهای گازی عملکرد بهتری دارند و استفاده از آنها می‌‌‌تواند توجیه‌‌‌پذیر باشد. اما در مناطق خشک که اکثر نقاط ایران را شامل می‌شود، کولرهای آبی همچنان می‌‌‌توانند گزینه مناسبی باشند؛ به شرط آنکه از فناوری‌‌‌های روز و کارآمد در آنها استفاده شود.

یکی از نکات مهمی که در این زمینه باید مورد توجه قرار گیرد، نقش بازار بهینه‌‌‌سازی انرژی است. طبق اظهارات علی نقوی، مدیرعامل بورس انرژی به «دنیای‌اقتصاد»، از سال 1396 در سازمان برنامه و بودجه، آیین‌‌‌نامه بازار بهینه‌‌‌سازی تدوین شده؛ در سال 1400، دستورالعمل‌‌‌های اجرایی آن به تصویب شورای عالی انرژی رسیده و در سال 1402، اولین گواهی برق در بورس پذیرش شده است. همچنین در اواخر سال 1402، گواهی گاز پذیرش شده و در تیرماه 1403، معاملات گواهی صرفه‌‌‌جویی گاز آغاز شده است. این اقدامات می‌‌‌تواند زمینه را برای ایجاد انگیزه‌‌‌های اقتصادی برای صرفه‌‌‌جویی در مصرف انرژی فراهم کند.

در مورد کولرهای آبی، تخمین‌‌‌ها نشان می‌دهد که در سال 1401، 77درصد کولرهای آبی بالای 10سال عمر داشته‌‌‌اند. این آمار نشان‌‌‌دهنده فرصتی برای نوسازی و بهینه‌‌‌سازی گسترده است. اگر تنها 15درصد این تعداد با نمونه‌‌‌های نو جایگزین شوند، مجموعا 2میلیون کولر به تقاضای 2.4میلیونی واحدهای مسکونی افزوده می‌شود. این برآورد نشان می‌دهد که عرضه 3.2میلیونی کولرهای آبی جدید طی بازه زمانی مورد اشاره پاسخگوی این تقاضا نبوده و این کاستی با انواع سیستم‌های سرمایشی غیر از کولر آبی تامین شده است.

در زمینه بهبود کارآیی کولرهای آبی، استفاده از موتورهای BLDC می‌‌‌تواند تحول قابل‌توجهی ایجاد کند. بین روش‌های جایگزینی موتورهای BLDC، مدل نصب موتور در وسط پروانه، بهترین روش از منظر کاهش مصرف برق و بهبود جریان باددهی است. این روش، هم تلفات مربوط به تسمه را حذف می‌کند و هم در مقایسه با روش نصب موتور در کنار پروانه، باددهی مناسب‌‌‌تری در اختیار مصرف‌کننده قرار می‌دهد. علاوه بر موتورهای BLDC، موتورهای القایی خازن‌‌‌دار (کلاسIE4 ) نیز قابلیت جایگزینی در کولرهای آبی را دارند. این موتورها از نظر ساخت، نسبت به موتورهای BLDC  ساده‌‌‌تر هستند و بدون تغییرات بنیادین در خط تولید، امکان تولید آنها در شرکت‌های تولیدکننده عمده (مانند الکتروژن و موتوژن) وجود دارد.

محاسبات نشان می‌دهد که توان مصرفی کولرهای آبی کنونی کمتر از 9‌هزار مگاوات است. با جایگزینی موتورهای آنها با نمونه‌‌‌های BLDC و موتورهای خازن‌‌‌دار کلاس IE4 و با فرض کارکرد همزمان 100درصد، به ترتیب 4.8 و 3.7گیگاوات در محل مصرف آزاد خواهد شد. این میزان صرفه‌‌‌جویی می‌‌‌تواند تاثیر قابل‌توجهی بر کاهش فشار بر شبکه برق کشور، به‌ویژه در زمان‌‌‌های اوج مصرف، داشته باشد.

در مدل‌‌‌سازی اقتصادی طرح جایگزینی موتورها و جایگزینی کولرها، به دلیل هزینه بالای طرح جایگزینی کولرها، این سناریو حذف شده است. سناریوی تعویض موتورها با نمونه‌‌‌های BLDC، به غیر از احداث نیروگاه گازی، با دیگر روش‌های عرضه برق قابلیت رقابت دارد. نتایج مدل‌‌‌سازی نشان می‌دهد که در همه سناریوهای قیمتی برای قیمت موتور، قیمت برق قابل هدف‌‌‌گذاری در مصوبه شورای اقتصاد برای اجرای این سیاست، کاملا قابل مقایسه با میانگین قیمت برق وارداتی، صادراتی و سقف قیمت خورشیدی در مصوبه اخیر شورای اقتصاد به‌منظور سرمایه‌گذاری در نیروگاه‌‌‌های خورشیدی است.

در نهایت، باید توجه داشت که حل مساله بهینه‌‌‌سازی مصرف انرژی در سیستم‌های سرمایشی نیازمند رویکرد جامع و چندجانبه است. این رویکرد باید شامل بهبود فناوری، اصلاح سیاست‌‌‌های قیمت‌گذاری انرژی، ارتقای استانداردهای ساخت‌وساز، آموزش و فرهنگ‌‌‌سازی و ایجاد مشوق‌‌‌های اقتصادی برای صرفه‌‌‌جویی در مصرف انرژی باشد. با اجرای صحیح این راهکارها، می‌‌‌توان امیدوار بود که ضمن تامین نیازهای سرمایشی کشور، گام‌‌‌های موثری در جهت کاهش مصرف انرژی و حفاظت از منابع ملی برداشته شود.

اثر تغییرات اقلیمی

در ادامه این بحث، لازم است به جنبه‌‌‌های دیگری از این موضوع نیز توجه کنیم. یکی از مهم‌ترین جنبه‌‌‌ها، تاثیر تغییرات اقلیمی بر نیاز به سیستم‌های سرمایشی است. با توجه به روند گرم‌شدن کره‌زمین، پیش‌بینی می‌شود که در سال‌های آینده، نیاز به سیستم‌های سرمایشی در ایران افزایش یابد. این افزایش تقاضا می‌‌‌تواند فشار مضاعفی بر منابع انرژی کشور وارد کند و اهمیت بهینه‌‌‌سازی مصرف انرژی را دوچندان سازد.

همچنین، باید به نقش صنعت ساختمان در این زمینه توجه ویژه‌‌‌ای داشت. طراحی ساختمان‌‌‌ها با رویکرد معماری پایدار و استفاده از اصول معماری سنتی ایران که در گذشته برای مقابله با گرما استفاده می‌‌‌شد، می‌‌‌تواند نقش مهمی در کاهش نیاز به سیستم‌های سرمایشی داشته باشد. استفاده از بادگیرها، مصالح مناسب و طراحی فضاها به‌گونه‌‌‌ای که جریان هوا به‌خوبی برقرار شود، می‌‌‌تواند بار سرمایشی ساختمان‌‌‌ها را به میزان قابل‌توجهی کاهش دهد. در زمینه فناوری‌‌‌های نوین، استفاده از سیستم‌های هوشمند کنترل دما و رطوبت می‌‌‌تواند به بهینه‌‌‌سازی مصرف انرژی کمک کند. این سیستم‌ها با استفاده از سنسورها و الگوریتم‌‌‌های پیشرفته، می‌‌‌توانند دما و رطوبت را به صورت خودکار تنظیم کرده و از مصرف بی‌‌‌رویه انرژی جلوگیری کنند.

موضوع دیگری که باید مورد توجه قرار گیرد، نقش انرژی‌‌‌های تجدیدپذیر در تامین برق موردنیاز سیستم‌های سرمایشی است. با توجه به پتانسیل بالای ایران در زمینه انرژی خورشیدی، استفاده از پنل‌‌‌های خورشیدی برای تامین برق کولرها می‌‌‌تواند راهکار مناسبی باشد. این امر به‌ویژه در مناطق دورافتاده و روستایی که دسترسی به شبکه برق سراسری محدود است، می‌‌‌تواند بسیار مفید باشد.

در بحث مدیریت مصرف انرژی، استفاده از فناوری‌‌‌های اینترنت‌اشیا (IoT) می‌‌‌تواند نقش مهمی ایفا کند. با نصب سنسورها و کنترل‌‌‌کننده‌‌‌های هوشمند بر روی کولرها، می‌‌‌توان مصرف انرژی را به صورت دقیق مانیتور کرد و براساس الگوهای مصرف، راهکارهای بهینه‌‌‌سازی را ارائه داد. این فناوری همچنین امکان کنترل از راه دور کولرها را فراهم می‌کند که می‌‌‌تواند به کاهش مصرف انرژی در زمان‌‌‌هایی که ساکنان در خانه نیستند، کمک کند.

نکته مهم دیگر، توجه به چرخه عمر محصولات است. در ارزیابی کارآیی کولرها، باید به کل چرخه عمر محصول از تولید تا بازیافت توجه کرد. این امر شامل انرژی مصرف‌شده در تولید، حمل‌ونقل، نصب، استفاده و در نهایت بازیافت یا دفع کولر می‌شود. با این دیدگاه، ممکن است در برخی موارد، تعمیر و بهینه‌‌‌سازی کولرهای قدیمی نسبت به جایگزینی کامل آنها با مدل‌‌‌های جدید، از نظر زیست‌‌‌محیطی و اقتصادی مقرون‌به‌صرفه‌‌‌تر باشد.

در زمینه سیاستگذاری، ایجاد نظام جامع مدیریت انرژی در سطح ملی ضروری است. این نظام باید شامل استانداردهای سختگیرانه برای تولیدکنندگان، مشوق‌‌‌های مالی برای مصرف‌کنندگان و برنامه‌‌‌های آموزشی گسترده باشد. همچنین، ایجاد سیستم نظارتی قوی برای اطمینان از اجرای صحیح سیاست‌‌‌ها و استانداردها ضروری است. در نهایت، باید به نقش مهم تحقیق و توسعه در این زمینه اشاره کرد. سرمایه‌گذاری در تحقیقات دانشگاهی و حمایت از شرکت‌های دانش‌‌‌بنیان می‌‌‌تواند به توسعه فناوری‌‌‌های نوین و کارآمد در زمینه سیستم‌های سرمایشی منجر شود. این امر نه‌تنها می‌‌‌تواند به حل مشکلات داخلی کمک کند، بلکه می‌‌‌تواند زمینه را برای صادرات فناوری و محصولات ایرانی در این حوزه فراهم کند.

در پایان، باید تاکید کرد که حل مساله بهینه‌‌‌سازی مصرف انرژی در سیستم‌های سرمایشی، نیازمند همکاری همه‌جانبه دولت، صنعت، دانشگاه‌‌‌ها و مردم است. با اتخاذ رویکرد جامع و بلندمدت، می‌‌‌توان امیدوار بود که ضمن تامین نیازهای سرمایشی کشور، گام‌‌‌های موثری در جهت کاهش مصرف انرژی، حفاظت از محیط‌زیست و توسعه پایدار برداشته شود.