منصور لهونیان

امروزه تأمین پایدار انرژی به‌ویژه در کشورهای درحال‌توسعه و مناطق محروم، به یکی از مهم‌ترین چالش‌های جهانی تبدیل شده است. وابستگی شدید به سوخت‌های فسیلی و شبکه‌های متمرکز برق، پیامدهای اقتصادی، اجتماعی و زیست‌محیطی متعددی را به دنبال داشته و لزوم بهره‌گیری از منابع انرژی تجدیدپذیر بیش‌ازپیش احساس می‌شود. در این میان، انرژی خورشیدی به‌عنوان یکی از دردسترس‌ترین و پاک‌ترین منابع انرژی، نقش مهمی در کاهش انتشار آلاینده‌ها و افزایش امنیت انرژی دارد. استان کردستان با برخورداری از تابش خورشیدی مطلوب، شرایط ویژه‌ای برای توسعه فناوری‌های خورشیدی به‌ویژه سامانه‌های فتوولتاییک مستقل از شبکه داراست. هدف این پژوهش، امکان‌سنجی فنی، اقتصادی و زیست‌محیطی یک سیستم هیبریدی متشکل از پنل‌های فتوولتاییک، الکترولیز و غشای پلیمری و پیل سوختی غشای تبادل پروتون برای تأمین برق و هیدروژن در دو بخش کشاورزی و صنعتی استان کردستان است. در این سامانه، توان تولیدی پنل‌های خورشیدی در شرایط وجود تقاضا به مصرف‌کننده تحویل داده می‌شود و در صورت مازاد، انرژی الکتریکی به الکترولیز منتقل شده و هیدروژن تولیدی در مواقع نیاز، توسط پیل سوختی به برق و حرارت تبدیل می‌گردد. روش تحقیق شامل مدل‌سازی ترمودینامیکی و اگزرژی‌ای اجزای سیستم و شبیه‌سازی در نرم‌افزارهای متلب و EES است. اعتبارسنجی نتایج با داده‌های مرجع نشان‌دهنده دقت بالای مدل توسعه‌یافته است. در ادامه، سه سناریوی اصلی شامل (1) تولید مستقیم برق از پنل‌های خورشیدی، (2) تولید هیدروژن با ترکیب پنل و الکترولیز، و (3) تولید هم‌زمان برق و هیدروژن با استفاده از پنل، الکترولیز و پیل سوختی مورد ارزیابی قرار گرفتند. شاخص‌های اقتصادی مانند هزینه خالص فعلی (NPC)، هزینه سطحی برق (LCOE)، هزینه سطحی هیدروژن (LCOH)، ارزش خالص فعلی (NPV) و دوره بازگشت سرمایه (PB) محاسبه و با هم مقایسه شدند. نتایج نشان داد در سناریوی اول، با نصب 4084 پنل خورشیدی با توان نامی 54/0کیلووات ، امکان تأمین کامل برق مصرفی سالانه بخش‌های کشاورزی وصنعتی استان فراهم است. این حالت ازنظراقتصادی نیز مقرون‌به‌صرفه‌ترین گزینه بوده و دوره بازگشت سرمایه حدود 43/2 سال برآورد گردید. در سناریوی دوم، تولید سالانه بیش از 86 هزار کیلوگرم هیدروژن با دوره بازگشت سرمایه 71/6 سال محقق شد. اما سناریوی سوم به دلیل هزینه‌های سرمایه‌گذاری بالا و استهلاک اجزا، دارای ارزش خالص فعلی منفی و بازده اقتصادی پایین بود. از منظر زیست‌محیطی، سیستم‌های پیشنهادی قادرند سالانه تا 1800 تن کاهش انتشار دی‌اکسیدکربن ایجاد کنند. این پژوهش نشان می‌دهد که استفاده از سیستم‌های فتوولتاییک مستقل از شبکه، به‌ویژه در قالب ترکیب با فناوری‌های ذخیره‌سازی انرژی نظیر هیدروژن و پیل سوختی، می‌تواند راهکاری پایدار برای کاهش وابستگی به سوخت‌های فسیلی، ارتقای امنیت انرژی و بهبود بهره‌وری در بخش‌های کشاورزی و صنعتی باشد. نوآوری اصلی این تحقیق، ارزیابی هم‌زمان فنی–اقتصادی و زیست‌محیطی سامانه‌های هیبریدی PV–Electrolyser–PEMFC در مقیاس کاربردی کشاورزی و صنعتی استان کردستان است که در ادبیات پژوهشی پیشین کمتر مورد توجه قرار گرفته است.