نیروگاه خورشیدی ایوانپا (Ivanpah Solar Electric Generating System) در صحرای موهاوی کالیفرنیا، یکی از بزرگ‌ترین نیروگاه‌های خورشیدی متمرکز (Concentrating Solar Power – CSP) در جهان است. این نیروگاه که در سال 2014 به بهره‌برداری رسید، با استفاده از فناوری برج خورشیدی و صدها هزار آینه هلیوستات، انرژی خورشیدی را به برق تبدیل می‌کند. ایوانپا با ظرفیت 392 مگاوات، نمادی از نوآوری در انرژی تجدیدپذیر است، اما با چالش‌هایی مانند هزینه‌های بالا، اثرات زیست‌محیطی و عملکرد کمتر از انتظار مواجه شده است. اگر به این سبک مطالب علاقه دارید، از مطلبی در خصوص دکل Troll A، بزرگ‌ترین سازه شناور بشر نیز بازدید نمایید.
نیروگاه Ivanpah چگونه کار می‌کند؟
نیروگاه ایوانپا از فناوری CSP استفاده می‌کند که در آن آینه‌های هلیوستات نور خورشید را به سمت گیرنده‌های مرکزی روی سه برج متمرکز می‌کنند. این نیروگاه شامل 173,500 هلیوستات است که هر یک دارای دو آینه با مساحت 15.2 متر مربع است. نور متمرکز شده آب را در دیگ‌های بخار (بویلرها) روی برج‌ها به بخار با دمای 550 درجه سانتی‌گراد تبدیل می‌کند. بخار تولیدشده توربین‌های بخار سیکل رانکین را به حرکت درمی‌آورد و برق تولید می‌کند. سیستم خنک‌کننده خشک (dry-cooling) بخار را به آب بازمی‌گرداند و مصرف آب را تا 95 درصد نسبت به نیروگاه‌های سنتی کاهش می‌دهد. برای راه‌اندازی صبحگاهی یا جبران نوسانات ابری، از گاز طبیعی به‌عنوان سوخت کمکی استفاده می‌شود، که این موضوع انتقاداتی را به دنبال داشته است.
مشخصات فنی و جزئیات
نیروگاه خورشیدی ایوانپا در زمینی به مساحت 3,471 هکتار در نزدیکی آزادراه 15 و شهر پرایم، نوادا، واقع شده است. این نیروگاه از سه واحد تشکیل شده: واحد اول با ظرفیت 126 مگاوات (53,500 هلیوستات) و واحدهای دوم و سوم هر یک با ظرفیت 133 مگاوات (هر یک 60,000 هلیوستات). هر برج 459 فوت (140 متر) ارتفاع دارد و مجهز به دیگ بخار 2,100 تنی Riley Power است. توربین‌های بخار SST-900 سیکل رانکین از شرکت زیمنس، با ظرفیت 123 مگاوات، برای تولید برق استفاده می‌شوند. سیستم خنک‌کننده خشک SPX و گیربکس‌های Cone Drive برای حرکت هلیوستات‌ها از دیگر اجزای کلیدی هستند. این نیروگاه برای تأمین برق 140,000 خانه طراحی شده و سالانه بیش از 400,000 تن دی‌اکسید کربن را کاهش می‌دهد.
هزینه ساخت و نگهداری
ساخت نیروگاه خورشیدی ایوانپا با هزینه 2.2 میلیارد دلار انجام شد، که شامل 1.6 میلیارد دلار وام تضمینی از وزارت انرژی آمریکا، 300 میلیون دلار سرمایه‌گذاری NRG، 168 میلیون دلار از گوگل و مابقی از BrightSource بود. هزینه‌های عملیاتی شامل حقوق حدود 61 کارمند دائمی، مصرف گاز طبیعی (تا 525 میلیون فوت مکعب در سال) و تمیز کردن آینه‌ها است. هزینه سالانه نگهداری به دلیل پیچیدگی هلیوستات‌ها و نیاز به تعمیرات دوره‌ای، مانند آتش‌سوزی سال 2016 در واحد سوم ناشی از ناهم‌ترازی آینه‌ها، قابل‌توجه است. این نیروگاه همچنین 535 میلیون دلار کمک مالی از وزارت خزانه‌داری آمریکا دریافت کرد. با این حال، هزینه تولید برق (حدود 0.06 دلار به ازای هر کیلووات‌ساعت) در مقایسه با فتوولتائیک (0.03 دلار به ازای هر کیلووات‌ساعت) بالا است، که منجر به تصمیم برای تعطیلی دو واحد در سال 2026 شد.
فناوری برج خورشیدی در ایوانپا چیست؟
فناوری برج خورشیدی ایوانپا، معروف به Luz Power Tower 550 (LPT 550)، توسط BrightSource Energy توسعه یافت. این فناوری از 173,500 هلیوستات کنترل‌شده توسط نرم‌افزار برای متمرکز کردن نور خورشید روی دیگ‌های بخار در بالای برج‌ها استفاده می‌کند. دیگ‌ها آب را به بخار با دمای 550 درجه سانتی‌گراد تبدیل می‌کنند، که بالاترین دمای عملیاتی در صنعت CSP است. سیستم خنک‌کننده خشک، مصرف آب را کاهش می‌دهد و پایداری را بهبود می‌بخشد. هلیوستات‌ها با گیربکس‌های دقیق Cone Drive حرکت می‌کنند و نرم‌افزار یکپارچه‌سازی میدان خورشیدی، ردیابی دقیق خورشید را تضمین می‌کند. برخلاف سیستم‌های ذخیره‌سازی حرارتی مانند نمک مذاب در نیروگاه Crescent Dunes، ایوانپا فاقد ذخیره‌سازی گسترده است، که توانایی تولید برق در شب را محدود می‌کند.
عملکرد و بازدهی نیروگاه Ivanpah
ایوانپا برای تولید سالانه 940,000 مگاوات‌ساعت برق طراحی شده بود، اما عملکرد واقعی آن کمتر از انتظار بود. در سال دوم بهره‌برداری (2015)، این نیروگاه 653,122 مگاوات‌ساعت تولید کرد، یعنی 69.5 درصد ظرفیت اسمی، و در سال اول تنها 44.6 درصد. میانگین تولید سالانه بین 2015 تا 2023 حدود 702,322 مگاوات‌ساعت بود. فاکتور ظرفیت (capacity factor) این نیروگاه حدود 30 درصد است، در حالی که نیروگاه‌های فتوولتائیک در مناطق مشابه به 20 درصد و نیروگاه‌های بادی به 40 درصد می‌رسند. استفاده از گاز طبیعی برای راه‌اندازی و جبران ابرناکی، 8 درصد از تولید را تشکیل می‌دهد، که انتقاداتی را به دلیل کاهش ادعای «سبز» بودن نیروگاه برانگیخت. مشکلات فنی، مانند آتش‌سوزی سال 2016، نیز عملکرد را مختل کرد.
ایوانپا در مقایسه با سایر نیروگاه‌های خورشیدی جهان
ایوانپا در زمان افتتاح در سال 2014 بزرگ‌ترین نیروگاه CSP جهان بود، اما اکنون نیروگاه‌های دیگری مانند Noor در مراکش (580 مگاوات) و Solana در آریزونا (280 مگاوات با ذخیره‌سازی حرارتی) از نظر فناوری و بازدهی پیشی گرفته‌اند. نیروگاه Solana با استفاده از سیستم ذخیره‌سازی نمک مذاب، می‌تواند تا 6 ساعت پس از غروب برق تولید کند، در حالی که ایوانپا این قابلیت را ندارد. نیروگاه Noor از ترکیبی از فناوری‌های پارابولیک و برج خورشیدی استفاده می‌کند و بازدهی بالاتری دارد. در مقایسه با نیروگاه‌های فتوولتائیک، مانند Longyangxia در چین (850 مگاوات)، ایوانپا به دلیل هزینه‌های بالاتر و پیچیدگی نگهداری، کمتر رقابتی است. با این حال، فناوری برج خورشیدی ایوانپا در مقایسه با سیستم‌های پارابولیک، دمای بالاتری تولید می‌کند و پتانسیل بازدهی بیشتری دارد.
تأثیرات زیست‌محیطی ایوانپا
ایوانپا با کاهش سالانه 400,000 تن دی‌اکسید کربن، به کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای کمک کرده است. با این حال، اثرات زیست‌محیطی منفی آن بحث‌برانگیز بوده است. نور متمرکز شده توسط هلیوستات‌ها، که دمای هوا را تا 540 درجه سانتی‌گراد افزایش می‌دهد، سالانه حدود 6,000 پرنده را به دلیل سوختن یا برخورد می‌کشد. این نیروگاه همچنین زیستگاه لاک‌پشت صحرایی موهاوی را تهدید کرد، که منجر به صرف 55 میلیون دلار برای جابه‌جایی لاک‌پشت‌ها شد. گردوغبار ناشی از ساخت‌وساز (fugitive dust emission) نیز به مشکلات زیست‌محیطی منطقه افزود. برای کاهش مرگ پرندگان، اقداماتی مانند رادارهای پرنده و سیستم‌های صوتی LRAD اجرا شد، اما اثربخشی آن‌ها محدود بوده است.
چالش‌های عملیاتی و فنی
ایوانپا با چالش‌های متعددی مواجه بوده است. در سال 2016، ناهم‌ترازی آینه‌ها باعث آتش‌سوزی در واحد سوم شد و دو واحد به‌طور موقت از کار افتادند. وابستگی به گاز طبیعی برای راه‌اندازی و جبران ابرناکی، انتقادات زیست‌محیطی را افزایش داد. عدم وجود ذخیره‌سازی حرارتی، تولید برق را به ساعات آفتابی محدود کرد. علاوه بر این، هزینه‌های بالای نگهداری هلیوستات‌ها و تعمیرات دوره‌ای، سودآوری نیروگاه خورشیدی ایوانپا را کاهش داد. این مشکلات، همراه با رقابت فتوولتائیک‌های ارزان‌تر، منجر به تصمیم Pacific Gas & Electric برای فسخ قرارداد خرید برق از دو واحد در سال 2026 شد.
میزان اشتغال‌زایی
ایوانپا در طول ساخت، بیش از 2,600 شغل ایجاد کرد و 61 شغل دائمی را حفظ کرده است. این پروژه 350 میلیون دلار مالیات محلی و ایالتی تولید کرد و به صنعت و اقتصاد منطقه کمک کرد. با این حال، هزینه بالای برق تولیدی، فشار مالی بر مصرف‌کنندگان Pacific Gas & Electric و Southern California Edison وارد کرد. وام 1.6 میلیارد دلاری وزارت انرژی، که هنوز به‌طور کامل بازپرداخت نشده، ریسک مالی برای مالیات‌دهندگان ایجاد کرده است. این نیروگاه به‌عنوان یک پروژه پیشگام، راه را برای توسعه فناوری CSP هموار کرد، اما ناکامی در دستیابی به اهداف تولید، اعتماد به این فناوری را کاهش داد.
ایوانپا و آینده CSP
فناوری CSP، به‌ویژه با ذخیره‌سازی حرارتی مانند نمک مذاب، پتانسیل بالایی برای تولید برق پایدار دارد. با این حال، ایوانپا نشان داد که بدون ذخیره‌سازی، CSP در رقابت با فتوولتائیک‌های ارزان‌تر عقب می‌ماند. پروژه‌های جدیدتر، مانند Redstone در آفریقای جنوبی (100 مگاوات با ذخیره‌سازی) و Ashalim در اسرائیل (121 مگاوات)، از فناوری‌های مشابه ایوانپا اما با ذخیره‌سازی حرارتی استفاده می‌کنند. چین نیز برنامه‌هایی برای ساخت 10 گیگاوات ظرفیت CSP تا سال‌های آینده دارد. تجربه ایوانپا درس‌هایی در مورد اهمیت طراحی بهینه، مدیریت زیست‌محیطی و کاهش هزینه‌ها ارائه داده است.
استفاده از زمین‌های عمومی برای ایوانپا، سؤالاتی در مورد اولویت‌بندی انرژی پاک در مقابل حفاظت از زیست‌بوم مطرح کرد. مرگ پرندگان و جابه‌جایی لاک‌پشت‌ها، انتقادات گروه‌های زیست‌محیطی را برانگیخت. علاوه بر این، وابستگی به گاز طبیعی، ادعای «سبز» بودن نیروگاه را تضعیف کرد. از نظر اخلاقی، توزیع هزینه‌های پروژه بین مالیات‌دهندگان و مصرف‌کنندگان برق، موضوع عدالت اقتصادی را مطرح می‌کند. استانداردسازی فناوری CSP و بهبود روش‌های کاهش اثرات زیست‌محیطی، برای پذیرش گسترده‌تر این فناوری ضروری است.
نیروگاه خورشیدی ایوانپا به‌عنوان یک پروژه پیشگام در فناوری CSP، دستاوردهای مهمی مانند کاهش انتشار کربن و ایجاد مشاغل به همراه داشت. با این حال، هزینه‌های بالا، عملکرد کمتر از انتظار و اثرات زیست‌محیطی، آن را به یک نمونه بحث‌برانگیز تبدیل کرده است. فناوری برج خورشیدی LPT 550، اگرچه نوآورانه است، به دلیل فقدان ذخیره‌سازی حرارتی و هزینه‌های رقابتی، با چالش‌هایی مواجه شد.
منبع: ابرار صنعتی
