اولویت‌بندی نیروگاه‌های تولید برق در ایران

با استفاده از مدل‌های تصمیم‌گیری چند‌شاخصه

                                                                                                            داود منظور[1] و علیرضا رحیمی[2]

تاریخ دریافت: 15/01/1394                                                            تاریخ پذیرش: 26/03/1394

چکیده

با توجه به رشد متوسط سالانه 6 درصد در مصرف برق کشور و ضرورت احداث بیش از سه هزار مگاوات نیروگاه جدید لازم است نوع نیروگاه‎ها براساس طیف گسترده‎ای از معیارها اولویت‎گذاری شود. در این مقاله با در نظر گرفتن معیارهای مختلف اقتصادی، زیست محیطی، سیاسی و اجتماعی، امنیت انرژی و فنی و با استفاده از روش تحلیل سلسله مراتبی برای وزن‎دهی به معیارها و محاسبه میزان معیارهای کیفی و روش پرومته برای محاسبه میزان معیارهای کمی به ارزیابی و اولویت‎بندی گزینه‎های مختلف تولید برق پرداخته شده است. در بین 23 معیاری که خبرگان اوزان هر یک را تعیین کردند هزینه تمام‎شده برای هر کیلووات ساعت در رتبه اول، امنیت تامین منبع ورودی نیروگاه در رتبه دوم، سرمایه‌گذاری اولیه در رتبه سوم، تاثیر در حفظ و صرفه‎جویی در منابع پایان‌پذیر در رتبه چهارم و تاثیر در تنوع بخشی به سیستم عرضه در رتبه پنجم قرار گرفت و در انتها نیز سه معیار تاثیر‌گذاری بر مردم سایر کشورها (قدرت نرم)، سرریز دانشی و وسعت زمین مورد استفاده قرار دارند. نتایج حاصل از این پژوهش نشان می‎دهد به ترتیب نیروگاه‎های بادی، برق‎آبی، فتوولتائیک، سیکل ترکیبی، هسته‎ای، گازی و بخاری در اولویت قرار دارند.

طبقه­بندیJEL: Q4, D8

واژه‏های کلیدی: نیروگاه، رویکرد تصمیم‌گیری چندشاخصه، پرومته، تحلیل سلسله مراتبی، انرژی

1- مقدمه

تا پیش از رخداد بحران‌ انرژی در دهه ‌70، منابع انرژی فسیلی به عنوان منابع انرژی‌های مرسوم و ارزان قیمت در دسترس بودند و بلوغ تکنولوژی‌های استفاده از این منابع باعث محبوبیت و نفوذ آن‌ها در جوامع مختلف شده بود. بعد از بحران انرژی در دهه 70 و با افزایش سریع قیمت انرژی و همچنین نگرانی از اتمام منابع فسیلی انرژی، توجه کشورها به سایر منابع در دسترس برای تامین انرژی جلب شد. همچنین طی سال‌های بعد، افزایش نگرانی‌های زیست‌محیطی منجر به حرکت به سمت تکنولوژی‌های پاک‌تر شد و در نتیجه، تکنولوژی‌های مختلف با هدف سیاست‌گذاری در مورد آینده منابع تامین انرژی از وجوه مختلفی مانند وجوه فنی، جذابیت­های اقتصادی، فناوری­ها، مسایل زیست‌محیطی، مسائل سیاسی و اجتماعی و امنیت تامین انرژی مورد توجه قرار گرفتند و به تدریج تکنولوژی‌های جدیدی وارد عرصه رقابت با تکنولوژی‌های مرسوم فسیلی شدند.

طی سال‌های اخیر، افزایش سهم مصرف داخلی منابع فسیلی از کل تولید این منابع، کسب ارزش افزوده بیشتر، لزوم حفظ منابع انرژی برای نسل‌های آینده و مسائل زیست‌محیطی در منظر سیاست‌گذاران ایران مورد توجه ویژه‌ قرار گرفته است به طوری که دیگر معیار ارزان بودن انرژی تولیدی، به عنوان تنها معیار تصمیم‌گیران کشور در انتخاب تکنولوژی تولید تلقی نمی‌شود. مسائلی مانند پایان‌پذیری سوخت‌های فسیلی، امنیت انرژی و مسائل زیست‌محیطی نیز در مجموعه ملاحظات ارزیابی سیاست‌گذاران در نظر گرفته می‌شود. با این حال لازم است تا به ابعاد مختلف مدیریت عرضه برق به عنوان یکی از بزرگ‌ترین مصرف‌کنندگان منابع انرژی فسیلی در ایران توجه شود.

ظرفیت نصب شده نیروگاه‎های کشور با رشدی حدود 77 درصد از حدود 30 هزار مگاوات در سال 1381 به حدود 54 هزار مگاوات در سال 1391 افزایش یافته است[3].

 منبع: آمار تفصیلی صنعت برق ایران ویژه مدیریت راهبردی 1391

نمودار 1- قدرت نامی نیروگاه‎های وزارت نیرو طی سال‌های 1391 - 1381

میزان مصرف انرژی الکتریکی در سال 1391 با رشدی معادل 6/5 درصد نسبت به سال 1390 به 194148 میلیون کیلووات ساعت افزایش یافته است. در ایران تقاضای برق تکیه زیادی بر سوخت­های فسیلی داشته و بیشترین ظرفیت نصب شده­ نیروگاهی در ایران به نیروگاه‌های گازی، بخاری، سیکل ترکیبی اختصاص دارد که حدود 84 درصد ظرفیت نصب شده نیروگاهی کشور را در اختیار دارند. در مقایسه با سایر کشورها و مناطق دنیا نیز مشاهده می‎شود که به طور مثال 50 درصد و 32 درصد ترکیب سبد انرژی اتحادیه اروپا و آمریکا به نیروگاه‎هایی غیر از فسیلی اختصاص دارد و روند حرکتی ترکیب نیروگاه‎های تولید برق در این کشورها به سمت انرژی‎های تجدیدپذیر و هسته‎ای و کاستن از انرژی‎های فسیلی پیش می‎رود[4].

با توجه به مسائل ذکر شده، یکی از مهم‌ترین سوالات در زمینه سیاست‌گذاری برای آینده صنعت برق ایران، انتخاب تکنولوژی‌های مناسب تولید برق با توجه به شرایط مختلف اقتصادی، اجتماعی، سیاسی، فنی و محیط زیستی است. از آنجا که ایران کشوری سرشار از منابع نفتی است، به نظر می‎رسد طی سال‌‌های اخیر انتخاب نوع نیروگاه‎ها به طور عمده بر‌اساس حجم سرمایه‌گذاری اولیه مورد نیاز و دسترسی به منابع انرژی اولیه صورت گرفته است و اولویت‎بندی انواع فناوری‌های تولید برق بر‌اساس مجموعه جامعی از معیارها و ضوابط فنی، اقتصادی، اجتماعی و سیاسی، زیست محیطی و... کمتر مورد توجه قرار گرفته است.

سوال اصلی در این مقاله این است که با توجه به شرایط فعلی و آینده پیش روی کشور از منظر سیاست‌گذاران و تصمیم­گیران برق کشور، گزینه‌های فعلی تولید برق در ایران با توجه به جنبه­های نام­برده در چه اولویتی قرار دارند و هدف‌گذاری‌های کلان توسعه شبکه برق ایران باید بر پایه توسعه کدامیک از نیروگاه‌های مورد مطالعه باشد. در این مقاله با در نظر گرفتن دغدغه‌های سیاست‌گذاران به مقایسه نیروگاه‌های فتوولتائیک، بادی، آبی، گازی، سیکل ترکیبی، بخاری و هسته‌ای که می‌توانند به عنوان نیروگاه‌های متمرکز مورد استفاده قرار گیرند، پرداخته شده است.

در این مقاله ابتدا به مرور مطالعات پیشین پرداخته و سپس روش تحلیلی مورد استفاده تشریح می‌شود. در ادامه معیارهای ارزیابی نیروگاه‌ها با توجه به نظرات خبرگان، وزن‎دهی شده و سرانجام به اولویت‌بندی انواع فناوری‌های نیروگاهی پرداخته شده است.

2- مرور ادبیات

اتماجا و بوراک^[5] (2012) انرژی را به عنوان مهم‌ترین پارامتر توسعه اجتماعی معرفی کرده‌اند. آنها به ارزیابی نیروگاه‌های برق در ترکیه با استفاده از روش فرآیند تحلیل شبکه‎ای پرداخته‌اند. برای انتخاب بهترین نیروگاه از میان گزینه‌های مختلف، چند معیار اصلی و تعدادی معیار فرعی مرتبط با آن‌ها در نظر گرفته‌اند که معیارهای فنی، اقتصادی، زیست محیطی و اجتماعی معیارهای اصلی این پژوهش بوده است. بر‌اساس این رتبه‌بندی به ترتیب نیروگاه‎‎های اتمی، گاز طبیعی، زمین‎گرمایی، بادی، برق‎آبی و ذغالی در اولویت فناوری‎های تولید برق در ترکیه قرار گرفته‎اند.

توپکو^[6] و دیگران (2004) نیز در تحقیقی از شیوه‌ی تصمیم‌گیری  چند ‌شاخصه برای ارزیابی منابع انرژی با هدف انتخاب گزینه‌ی مناسب برای تولید برق در ترکیه با روش پرومته پرداخته‌اند. در این مطالعه به معیارهای پنج‌گانه‌ی مقایسه‌ی گزینه‌ها شامل مناسب بودن، پایداری، مانایی، هزینه‎های خارجی و قیمت، وزن یکسان داده شده است. بر‌اساس یافته‎های این تحقیق برق بادی در مقایسه با سایر گزینه‌ها بهترین انتخاب برای تولید برق ارزیابی شده است. نیروگاه‎های برق‎آبی، فتوولتائیک، زیست توده، هسته‎ای، گاز طبیعی در ردهای بعدی قرار دارند.

آتاناسیوس^[7] (2012) در یونان با استفاده از تحلیل سلسله مراتبی به مطالعه و ارزیابی نیروگاه‌های تولید برق از ابعاد گوناگون پرداخته است. یکی از ابعاد مطالعات انجام‌شده توسط این محقق، تاثیر انواع نیروگاه‎ها بر استانداردهای زندگی است. برای این منظور این نیروگاه‌ها از جنبه‌های مثبت و منفی مورد بررسی قرار گرفته‌اند. جنبه‌های مثبت در نظر گرفته ‌شده عبارتند از: جنبه‌های اقتصادی اجتماعی مانند اشتغال‎زایی، میزان جبران خسارت و مقبولیت اجتماعی. معیارهای منفی نیز به آن دسته از عواملی بستگی دارند که روی کیفیت زندگی تاثیرگذار هستند، این معیارها عبارتند از: میزان انتشار آلاینده‌های غیر رادیواکتیو و آلاینده‌های رادیواکتیو، زمین مورد نیاز و تعداد تلفات در حوادث. بر‌اساس یافته‎های این پژوهش نیروگاه‎های زمین گرمایی، بادی، زیست توده، فتوولتائیک، برق‎آبی، اتمی، سیکل ترکیبی، گازی، نفتی و ذغالی به ترتیب در اولویت گزینه‎های تولید برق یونان قرار گرفتند.

پژوهش دیگری که در حوزه انرژی و برای انتخاب بهترین گزینه‌های تولید برق انجام شده، پژوهشی است که جو- شیونگ و دیگران^[8]  در مورد کشور تایوان در سال 1992 انجام داده‌اند.

برای تعیین بهترین گزینه‌های تامین انرژی در کشور تایوان، مقایسه بین انتخاب‌های مختلف صورت گرفته است. جهت مقایسه بین این گزینه‌ها از چهار دسته معیار استفاده شده است که عبارتند از: فناورانه، اقتصادی، زیست­محیطی و اجتماعی. روش تصمیم‌گیری در این تحقیق، تحلیل ترکیبی از روش‌های تحلیل سلسله مراتبی و پرومته بوده است. کاربرد تحلیل سلسله مراتبی در استخراج اوزان معیارها بوده است. کاربرد پرومته نیز برای مقایسه گزینه‌ها بر‌اساس امتیاز هر گزینه در معیارها و اوزان تخصیص داده شده به معیارها و معیارهای فرعی بوده است. انرژی حرارتی خورشیدی، فتوولتائیک، بادی، زمین گرمایی، پیل سوختی، بیو انرژی، انرژی اقیانوسی و هیدروژنی به ترتیب در اولویت گزینه‎های تولید برق تایوان قرار گرفتند.

خاتمی^[9](2013) با روش پرومته به ارزیابی انواع فناوری‎های تجدیدپذیر تولید برق در منطقه سیستان و بلوچستان پرداخته است. معیارهای مورد بررسی در این مطالعه هزینه سرمایه‎گذاری مهندسی، تامین تجهیزات و ساخت، هزینه بهره‎برداری و نگهداری سالانه، کارایی، ضریب ظرفیت، طول عمر، مصرف داخلی و پتانسیل منابع بوده است که بر‌اساس این معیارها پیل‎سوختی، گاز لندفیل، فاضلاب، فضولات حیوانی، پسماندهای جنگل، باد، تولید برق از زباله‎ها با روش هاضم، زمین گرمایی، فتوولتائیک متصل به شبکه، زباله سوز احتراقی، فتوولتائیک خارج از شبکه، کلکتور سهموی خطی، برج گیرنده مرکزی و اﺳـﺘﺮﻟﯿﻨﮓ به ترتیب در اولویت قرار گرفته‎اند.

باقری مقدم و همکاران (2011) به بررسی ابعاد روش‎شناختی یک مسأله تصمیم‌گیری  چند ‌شاخصه پرداخته‌اند و برای حل مسائل برنامه­ریزی الکتریسیته­ پایدار، استفاده از ترکیبی از روش­های پرومته دو و AHP را پیشنهاد می­کنند.

جدول 1- خلاصه‎ای از مطالعات پیشین

ادامه جدول 1- خلاصه‎ای از مطالعات پیشین

3- روش‎شناسی تصمیم‎گیری چند‌شاخصه

در این مقاله از معیارهای کمی و کیفی برای اولویت‌بندی بین فناوری‌های نیروگاهی استفاده شده است، بنابراین برای اولویت‌بندی گزینه‌های تولید برق با معیارهای کمی با توجه به اهمیت فواصل بین معیارها از روش پرومته و برای معیارهای کیفی با توجه به مطرح بودن نسبت بین معیارها از روش AHP استفاده شده است. رتبه‌بندی نهایی تکنولوژی‌های تولید برق نیز از روش ترکیبی این دو روش به شرح زیر استفاده شده است.

^{امتیاز نهایی کیفی} مجموع وزن‌های کیفی × ^{امتیاز نهایی کمی} مجموع وزن‌های کمی= امتیاز نهایی گزینه تولید برق

روش تحلیل سلسله مراتبی یکی از معروف‌ترین فنون تصمیم‌گیری چندشاخصه است. این روش، اولین بار توسط توماس.‌ ال. ‌ساعتی^[10] (1980)ارائه شد. تصمیم‌گیری در مسائل چندشاخصه با استفاده از تحلیل سلسله مراتبی با تشکیل درخت سلسله مراتبی و تصمیم دو به دو آغاز می‌شود.

درخت سلسله مراتبی، یک نمایش گرافیکی از مسأله پیچیده واقعی بوده که در رأس آن هدف کلی مسأله و در سطوح بعدی معیارها و گزینه­ها قرار دارند. اساس روش تحلیل سلسله مراتبی بر مبنای مقایسات زوجی قرار دارد. بنابراین پس از تشکیل درخت سلسله مراتب تصمیم، عوامل و عناصر موجود در هر سطح به ترتیب از سطح پایین به بالا، نسبت به تک تک عوامل و عناصر موجود در سطوح بالاتر به صورت دو به دو توسط تصمیم‌گیرنده مورد مقایسه قرار می‌گیرند و به این ترتیب، جدول‌های مقایسه‌ای ایجاد می‌شوند. مقایسه‌های زوجی و امتیازدهی مربوطه بر‌اساس جدول استاندارد شده­ ساعتی به صورت جدول 2 انجام می‌شود.

جدول 2- مقدار عددی ترجیحات

جدول 2 نشان می‌دهد که امتیازدهی در جدول‌های مقایسه‌ای و یا ماتریس مقایسات زوجی در دامنه 9/1 تا 9 است. هنگام مقایسه دو به دو، ابتدا معادل اهمیت، به طریق رتبه‌ای مشخص و سپس مقدار عددی متناظر با آن در جدول مقایسه‌ای ذکر می‌شود. حاصل این کار، تشکیل یک ماتریس است که آن را A می‌نامیم و عناصر آن را با  نشان می‌‌دهیم. بنابراین A یک ماتریس مثبت و معکوس‌پذیر است.

در صورت برقراری رابطه­ ،  بوده و عناصر قطر ماتریس A برابر با یک هستند، زیرا اهمیت هر عامل نسبت به خودش یکسان است. همچنین با توجه به خاصیت عکس‌پذیری () تنها به تعداد  مقایسه زوجی در مورد یک ماتریس ، توسط تصمیم‌گیرنده لازم خواهد بود.

چنانچه لازم باشد بر‌اساس تخصص و مسئولیت، به نظرات تصمیم‌گیرندگان، اولویت (اهمیت) ویژه‌ای داده شود، می‌توان به نظرات هر تصمیم‌گیرنده وزن  داد. با این وجود باید خاطرنشان کرد که هنگامی می‌توان از ماتریس مقایسه زوجی هر یک از تصمیم‌گیرندگان در فرآیند تصمیم‌گیری گروهی تحلیل سلسله مراتبی استفاده کرد که دارای «نرخ سازگاری» قابل قبول باشد.

جهت محاسبه ارزش ماتریس­ها و نیز بی‌مقیاس کردن آن‎ها، روش‎های گوناگونی وجود دارد. نرم‎افزار اکسپرت چویس^[11] نرم‎افزار تخصصی آنالیز تحلیل سلسله مراتبی است و محاسبات را به راحتی انجام می‎دهد، این نرم‎افزار مورد تایید ساعتی نیز است.

روش پرومته از خانواده روش­های رتبه­بندی برتری بوده که شامل پرومته یک برای رتبه­بندی قسمتی از گزینه­ها و پرومته دو برای رتبه­بندی کامل گزینه­ها است. این روش در دهه 1980 میلادی به وسیله دو پروفسور بلژیکی به نام ژتان پیر برنز^[12] و برتراند مارسکال^[13]برای انجام رتبه‎بندی ارائه شد.

روش پرومته که روش منتخب جهت رتبه‌بندی انواع گزینه‌های تولید برق بر‌اساس معیارهای کمی در کشور قرار گرفته است و با نرم‌افزار ویژال پرومته^[14]  قابل انجام است، به صورت خلاصه‌ در ادامه بیان شده است:

تعیین میزان تفاوت ارزیابی هر دو گزینه، نسبت به هر معیار:

که در آن،  و  به ترتیب، نمایانگر ارزیابی گزینه­های  و  نسبت به معیار ام است. همچنین،  نشان­دهنده­ میزان تفاوت است.

بکارگیری تابع ترجیحات:

که در آن،  نشان­دهنده­ی ترجیح گزینه­ی  به گزینه­  در هر معیار، به صورت تابعی از   است.

محاسبه­ شاخص ترجیح دو گزینه بر پایه­ تمامی معیارها:

که در آن،  (از مقدار 0 تا 1) به صورت مجموع موزون  برای هر معیار، تعریف شده و  نشانگر وزن معیار ام است.

محاسبه­ جریان­های رتبه­بندی برتری:

که در آن،  و   به ترتیب، نشان­دهنده­ جریان رتبه­بندی مثبت و جریان رتبه­بندی منفی برای هر گزینه هستند.

محاسبه­ جریان رتبه­بندی برتری خالص:

که در آن،  نشان­دهنده­ جریان رتبه­بندی برای هر گزینه است (برنس و مارشال، 1984).

4- معیارهای مورد استفاده در ارزیابی چند‌شاخصه فناوری‎های نیروگاهی

معیارهای کلیدی که در ترجیحات سیاست‌گذاران جهت اولویت‌بندی گزینه‌های تولید برق لحاظ می‌شود از روش‎های مختلفی به دست می‎آیند. در این مقاله برای به دست آوردن معیارها با مرور مطالعات پیشین مجموعه‎ای از معیارها جمع‎آوری شده و سپس نظرات تصمیم‎گیران نیز در رابطه با معیارهای پیشنهادی اخذ شد.

در نمودار 2 درخت نهایی معیارهای تصمیم‌گیری برای مقایسه میان فناوری نیروگاهی با 23 معیار در پنج گروه اصلی اقتصادی، زیست محیطی، سیاسی و اجتماعی، امنیت انرژی و فنی نشان داده شده و در ادامه به اختصار هر یک از این معیارها شرح داده شده است.

نمودار 2- درخت معیارهای تصمیم‌گیری

یکی دسته از معیارهای کلیدی در انتخاب تکنولوژی تولید برق، معیارهای اقتصادی است. با توجه به محدود بودن منابع مالی و از طرف دیگر نیاز به تولید برق جهت پاسخ‌گویی به نیاز مصرف‌کنندگان،‌ سرمایه‌گذاران و تولیدکنندگان برق، توجه به معیار اقتصادی در انتخاب گزینه تولید برق دارای اهمیت است.

معیارهای اقتصادی شامل زیرمعیارهای هزینه تمام‌شده تولید برق، هزینه سرمایه‌گذاری اولیه نیروگاه‎ها، اشتغال‎زایی و حجم بازار جهانی است. میزان سرمایه اولیه جهت احداث نیروگاه به عنوان دغدغه اصلی سرمایه‌گذاران مطرح است. بنابراین لازم است تا سیاست‌گذار، این عامل بسیار مهم را به صورت جداگانه به عنوان معیاری در تصمیم‌گیری انتخاب فناوری لحاظ کند؛ قیمت تمام‌شده تولید برق به صورت دلار بر کیلووات ساعت محاسبه می‎شود که قیمت یک واحد تولید برق را با احتساب هزینه‌های سرمایه‌گذاری، هزینه‌های تعمیر و نگهداری، هزینه سوخت و در بعضی موارد هزینه اثرات خارجی در طول چرخه عمر نیروگاه را شامل می‌شود.

توسعه برق نیروگاهی و استفاده از تکنولوژی‌های تولید برق علاوه بر تامین انرژی، اثر مثبتی بر سطح اشتغال دارد. حجم بازار جهانی نشان دهنده میزان حجم دلاری است که در آینده هر یک از فناوری‎های تولید برق می‎توانند در بازار جهانی در اختیار بگیرند و این برای آن منظور است که میزان فرصت‌های احتمالی صادراتی مشخص شود تا سرمایه­گذاران بتوانند در آینده تمرکز خود را روی فناوری با حجم بالاتر بازار جهانی قرار دهند.

یکی دیگر از معیارهای ارزیابی گزینه‌های مختلف تولید برق، میزان انتشار آلاینده‌های زیست‌محیطی آن‌ها است. بخش برق از مهم‌ترین منابع انتشار گازهای گلخانه‌ای در سطح جهان است. کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای از بخش برق، مستلزم استفاده از الگوهای مختلف انرژی برای تولید برق است. مقایسه میزان انتشار گازهای گلخانه‌ای از فناوری‌های مختلف برق به انتخاب روش‌های موثر در کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای کمک می‌کند. در این مقاله آلاینده‎های زیست محیطی به سه بخش گازهای آلاینده، گازهای گلخانه‎ای و آلاینده‎های رادیواکتیو تقسیم شده‎اند.

گازهای گلخانه‌ای (GHGs) اجزای گازی از جو هستند که به «اثر گلخانه‌ای» کمک می‌کنند، اما عدم اطمینان درباره این موضوع وجود دارد که آب و هوای زمینی چگونه نسبت به این گازها واکنش نشان می‌دهد و دمای نقاط مختلف جهان افزایش می‌یابد. برخی گازهای گلخانه‌ای به طور طبیعی در جو زمین وجود دارند در حالی که برخی دیگر در اثر فعالیت‌های بشری به وجود می‌آیند. به طور طبیعی گازهای گلخانه‌ای موجود شامل بخار آب، دی اکسید کربن، متان، اکسید نیتروژن و ازن هستند، اما فعالیت‎های خاص بشری بر سطوح بسیاری از گازهای موجود طبیعی در جو می‌افزاید. در این مقاله منظور از گازهای آلاینده NO_X،  و  است.

میزان انتشار آلاینده‎های رادیواکتیو با واحدی با عنوان پرسن‌ریم^[15] اندازه‌گیری می‎شود که عبارت است از: مجموع میزان دز دریافت شده توسط افرادی که در یک شعاع مشخص از محل نیروگاه در یک سال هستند که تنها در نیروگاه‎های هسته‎ای و ذغالی وجود دارد.

یکی از معیارهای زیست‎محیطی میزان زمین مورد استفاده هر یک از نیروگاه‎های تولید برق در مقیاس 1000 مگاواتی است. معیار زمین مورد استفاده را علاوه بر گروه زیست محیطی می‎توان در گروه شاخص‎های اقتصادی نیز قرار داد اما در این مقاله میزان هزینه برای خرید این زمین مورد بحث نبوده است و بیشتر تمرکز روی اثرات زیست محیطی استفاده هرز نیروگاه‎ها از زمین ‎است.

سایر معیارهای زیست محیطی از قبیل آلودگی آب و آلودگی خاک معیارهایی کیفی هستند که به بررسی اثرات فناوری‎های مختلف تولید برق، بر خاک و آب موجود در منطقه نیروگاه می‎پردازند.

تغییرات وضعیت بخش انرژی دارای اثر قابل توجهی بر وضعیت اقتصادی و سیاسی هر کشور است. به عبارت دیگر، مهم‌ترین شاخص‌های فعالیت در سطح ملی متاثر از تغییرات وضعیت بخش انرژی است. یکی از فاکتورهای موثر بر فعالیت سیستم انرژی، امنیت تامین انرژی است. امنیت تامین انرژی در سه حوزه امنیت تامین منبع ورودی، تاثیر در تنوع بخشی به سیستم عرضه و تاثیر در حفظ و صرفه جویی در منابع پایان‌پذیر تقسیم‌بندی شده‌اند که معیار اول کیفی و معیارهای دوم و سوم به صورت کمی محاسبه شده‌اند.

هر چند حجم فعلی ذخایر نفت و گاز کشور به گونه‌ای است که پیش‌بینی می‌شود کشور تا سال‌های متمادی آینده از نفت و گاز برخوردار باشد، اما این واقعیت که ذخایر نفت و گاز کشور بالاخره روزی به پایان می‌رسد، هشداری است برای مسئولان و متولیان انرژی کشور که به فکر منابع جدیدی در تولید انرژی کشور باشند.

تنوع در ترکیب سبد انرژی سبب ایجاد امنیت در عرضه پایدار انرژی می‎شود. بر این اساس تاثیر در تنوع بخشی به سیستم عرضه یکی از معیارهایی است که  با توجه به حجم بالای نیروگاه‎های فسیلی در سبد انرژی کشور و سهم اندک انرژی‎های تجدیدپذیر می‎تواند در تصمیم‎گیری نقش مهمی ایفا کند. جهت محاسبه این امر، ظرفیت نصب شده نیروگاه‎های مختلف را به کل ظرفیت نصب شده نیروگاه‎ها تقسیم کرده و برای محاسبه میزان تاثیر از یک کم شده است.

با توجه به پایان‌پذیر بودن منابع فسیلی کشور، تمرکز روی نیروگاه‎هایی که در حفظ و صرفه‎جویی در منابع پایان‎پذیر سهم بسزایی دارند از اهمیت فوق‎العاده‌ای برخوردار است.

دستیابی به فناوری ساخت نیروگاه و بحث‎های فنی آن جهت توسعه فناوری‎های نیروگاهی از اهمیت بسزایی برخوردار است. در این مقاله معیارهای فنی به هفت معیار فرعی تقسیم شده است که دو معیار زمان احداث نیروگاه و ضریب دسترسی
به صورت کمی محاسبه شده و سایر معیارها به صورت کیفی و با نظرات خبرگان تکمیل شده است.

دستیابی به فناوری­های مختلف گاهی با پیچیدگی­های مختلفی مواجه است که در معیار سهولت دسترسی به فناوری، فناوری‌های مختلف از منظر عدم این پیچیدگی­ها مورد ارزیابی قرار می­گیرند. نگاهی به پتانسیل ساخت تکنولوژی مورد نظر در کشور و سهولت دسترسی به آن تکنولوژی در فرآیند تولید برق یکی از فاکتورهای مهم در انتخاب گزینه‌های تولید برق است. اینکه کشور در چه سطحی از تولید تکنولوژی مورد نظر است و همچنین میزان های‌تک[16] بودن تکنولوژی در چه سطحی است، کمک می‌کند تا تصمیم‌گیرنده تصمیم درستی در انتخاب خود انجام دهد.

منظور از سریز دانشی، تاثیر استفاده از نیروگاه بر رشد صنایع جانبی و پایه کشور است. اگر فناوری مورد نظر کاربردهای فراوان دیگری داشته باشد، دستیابی به فناوری مورد نظر باعث می­شود که سرریز دانشی برای سایر صنایع جانبی نیز به وجود آید.

یکی از راه‌حل‎های مصرف بهینه و کاهش تلفات برق، نزدیک کردن نقاط تولید برق به مصرف به منظور تامین برق پایدارتر مشترکین، کاهش خاموشی و تلفات، افزایش راندمان و بهره­وری بالاتر اقتصادی و حفاظت از محیط زیست است که لازمه این کار احداث نیروگاه­های تولید پراکنده است. قابلیت تولید پراکنده معیاری کیفی است و قابلیت تولید پراکنده نیروگاه­ها در مقایسه با هم سنجیده می­شود.

در ساخت هر نیروگاه زیرساخت­هایی از قبیل جاده، لوله کشی و... ایجاد می­شود، بنابراین یکی از عواملی که در ساخت نیروگاه مورد اهمیت است سهولت توسعه ظرفیت در نیروگاه موجود است.

با توجه به اینکه در ساعات مختلف شبانه روز میزان استفاده از برق متغیر است یکی از معیارهای مهم فنی نیروگاه قابلیت تغییر در سطح تولید نیروگاه است که سبب می‎شود در زمان‎های کاهش و یا افزایش مصرف میزان متناسب با نیاز تنظیم شود.

یکی از دغدغه‎های سیاست‌گذاران، تامین انرژی مورد نیاز در زمان مقتضی است و با توجه به رشد جمعیت و افزایش مصرف متناسب با آن، ساخت سریع یک نیروگاه یکی از معیارها جهت تامین پایدار برق مورد نیاز است.

ضریب دسترسی مولد تولید برق به صورت درصد بیان می‌شود و برابر است با نسبت میزان ساعات تولید برق یک نیروگاه در یک دوره زمانی معین بر تعداد کل ساعت آن دوره زمانی.

از 23 معیار معرفی شده در بالا 12 معیار کمی و 11 معیار باقی مانده کیفی هستند. به اختصار، اطلاعات کمی معیارهای کمی در جدول زیر آمده است.

جدول 3- امتیاز هر یک از گزینه‎های تولید برق برای معیارهای مختلف

ادامه جدول 3- امتیاز هر یک از گزینه‎های تولید برق برای معیارهای مختلف

5- اولویت‌بندی فناوری نیروگاهی در ایران

پس از معرفی انواع معیارهای اصلی و فرعی و با توجه به مرور ادبیات و متدولوژی تصمیم‎گیری چندشاخصه بیان شده، جهت اولویت‎بندی نیروگاه‎ها مراحل
زیر انجام ‎می‎پذیرد:

* تعیین خبرگان حوزه برق جهت انجام وزن‌دهی به معیارهای مقایسه با پر کردن پرسش‌نامه و با روش تحلیل سلسله مراتبی

* رتبه‌بندی انواع نیروگاه‌‌های تولید برق با استفاده از معیارهای کمی و با روش پرومته

* رتبه‌بندی انواع نیروگاه‌‌های تولید برق با استفاده از معیارهای کیفی و با روش تحلیل سلسله مراتبی

* تلفیق اوزان و رتبه‎های سه مرحله اول و به دست آمدن رتبه‎بندی نهایی

به منظور وزن‎دهی به معیارهای 23گانه مقایسه فناوری‎های نیروگاهی، خبرگان مختلفی از قبیل متخصصان وزارت نیرو، شرکت مادر تخصصی توانیر، پژوهشگاه نیرو، سازمان انرژی‌های نو ایران، اساتید دانشگاه، شورای علوم تحقیقات و فناوری (عتف)، شرکت‎های خصوصی مشاوره‎ای در حوزه انرژی، گروه مپنا، سندیکا صنعت برق ایران و سازمان انرژی اتمی ایران شناسایی شدند و با استفاده از پرسش‌نامه نظرات هر یک اخذ شده سپس اوزان هر یک از معیارها با استفاده از نرم افزار اکسپرت چویس به صورت جدول 4  محاسبه شد.

جدول 4- اوزان معیارهای اولویت‌بندی نیروگاه‎ها

ادامه جدول 4- اوزان معیارهای اولویت‌بندی نیروگاه‎ها

* خروجی نرم‌افزار اکسپرت چویس برای وزن‌دهی به معیارها

در بین 23 معیاری که خبرگان اوزان هر یک را تعیین کردند هزینه تمام‎شده برای هر کیلووات ساعت در رتبه اول، امنیت تامین منبع ورودی نیروگاه در رتبه دوم، سرمایه‌گذاری اولیه در رتبه سوم، تاثیر در حفظ و صرفه‎جویی در منابع پایان‌پذیر در رتبه چهارم و تاثیر در تنوع بخشی به سیستم عرضه در رتبه پنجم قرار گرفت و در انتها نیز سه معیار تاثیر‌گذاری بر مردم سایر کشورها (قدرت نرم)، سریز دانشی و وسعت زمین مورد استفاده قرار دارند.

داده‌های جمع‌آوری شده برای معیارهای کمی که در قسمت قبل ارائه شده است را به همراه اوزان هر یک از معیارهای کمی که در گام اول و با استفاده از نرم‌افزار اکسپرت چویس به دست آمده بود را در نرم‌افزار ویژال پرومته قرار داده و فناوری‎های نیروگاهی بر‌اساس معیارهای کمی محاسبه می‎شود. بر این اساس با محاسبه جریان رتبه‎بندی برتری خالص هر یک از گزینه‎ها با توجه به معیارهای کمی، نیروگاه‎های برق‎آبی در رتبه نخست قرار گرفتند. در رتبه‎های بعدی مزارع بادی، فتوولتائیک، سیکل ترکیبی، هسته‎ای، بخاری و گازی قرار دارند. در ادامه رتبه‎های هر یک از نیروگاه‎ها به همراه جریان رتبه‎بندی برتری خالص هر یک از گزینه‎ها با توجه به معیارهای کمی نشان داده شده است.

جدول 5- رتبه‎بندی فناوری‎های نیروگاهی بر ‌اساس معیارهای کمی

       * خروجی نرم افزار ویژال پرومته

همان‌طور که در بخش متدولوژی مورد استفاده در تصمیم‌گیری نیز بیان شد، برای اولویت‌بندی گزینه‌های تولید برق برای معیارهای کیفی از روش تحلیل سلسله مراتبی (نرم‌افزار اکسپرت چویس) استفاده می‎شود، دلیل این امر هم این است که در معیارهای کیفی، فاصله معنا نداشته و اهمیت نسبی گزینه‌ها مطرح است. در جدول 6 رتبه‌بندی هر یک از گزینه‎ها با توجه به معیارهای کیفی و با توجه به نظر خبرگان نشان داده شده است.

جدول 6- خروجی نرم‌افزار اکسپرت چویس برای هر یک از گزینه‎ها مرتبط با هر یک از معیارهای کیفی

ادامه جدول 6- خروجی نرم‌افزار اکسپرت چویس برای هر یک از گزینه‎ها مرتبط با هر یک از معیارهای کیفی

* خروجی نرم افزار اکسپرت چویس برای معیارهای کیفی

بر این اساس رتبه‌بندی فناوری‎های نیروگاهی بر‌اساس معیارهای کیفی به صورت نمودار 3  است.

نمودار 3- رتبه‎بندی فناوری‎های نیروگاهی بر‌اساس معیارهای کیفی

پس از به دست آمدن وزن هر یک از معیارها و رتبه‌بندی هر یک از گزینه‎ها بر‌اساس معیارهای کمی و کیفی و با نرم افزارهای ویژال پرومته و اکسپرت چویس برای هر معیار، در ادامه در جدول زیر و در گام نهایی برای رتبه‌بندی نهایی تکنولوژی‌های تولید برق نیز از روش ترکیبی این دو روش استفاده شده است.

جدول 7- امتیازات معیارهای کمی و کیفی برای گزینه‎های مختلف تولید برق

پس از به دست آمدن خروجی‎های دو نرم‌افزار اکسپرت چویس و پرومته با استفاده از فرمول بیان شده در بالا دو خروجی با هم ترکیب می‎شود و نتیجه نهایی برای رتبه‌بندی فناوری‌های نیروگاهی به صورت نمودار 4 ارائه می‌شود.

نمودار 4- نتیجه نهایی رتبه‎بندی گزینه‎های مختلف تولید برق

نتایج به دست آمده نشان می‌دهد که نیروگاه‎های بادی بالاترین امتیاز را به خود اختصاص داده‎اند. در میان گزینه‌های مورد بررسی، نیروگاه‌های بخاری جذابیتی در مقایسه با سایر گزینه‌ها ندارند، اما این نیروگاه‌ها با توجه به هزینه پایین سرمایه‌گذاری اولیه و سرعت بالای ساخت در کانون توجهات قرار گرفته‌اند.

همچنین بر پایه نتایج به دست آمده، نیروگاه‌های فتوولتائیک و هسته‌ای و سیکل ترکیبی امتیازهای نزدیک به یکدیگر کسب کرده‌اند. در این میان نیروگاه‌های آبی در ایران با بلوغ قابل قبولی رو به‌ رو بوده‌اند و در سالیان اخیر به دلیل عدم توجه به تاثیرات زیست‌محیطی این نیروگاه‌ها، بحران‌هایی در نقاط مختلف کشور به وجود آورده‌اند و همچنین موقعیت قرارگیری کشور در شرایط جغرافیایی خشک و نیمه‌خشک، توسعه بیشتر این نوع نیروگاه‌ها را با مشکل کمبود منابع آبی مواجه کرده است. با توجه به شرایط فوق، نیروگاه‌های بادی به دلیل کسب بالاترین امتیازات و با توجه به اینکه سهم ناچیزی از تولید برق کشور را بر عهده دارند و با وجود پتانسیل‌های مناسب توسعه از نظر زیرساختی و منبع انرژی اولیه، بهترین گزینه برای توسعه شبکه تولید برق ایران هستند.

در گذشته، به دلیل عدم بلوغ تکنولوژی نیروگاه‌های تجدیدپذیر بادی و فتوولتائیک، استفاده از این تکنولوژی‌ها به خصوص از منظر اقتصادی معقولانه به نظر نمی‌رسید. با این حال به دلیل پیشرفت چشمگیر و کاهش هزینه‌های این نیروگاه‌ها، جذابیت استفاده از آن‌ها افزایش یافته است، به طوری که حتی با مقایسه نیروگاه‌های بادی با سایر نیروگاه‌های مرسوم از منظر اقتصادی، این نیروگاه‌ها دارای جذابیت مناسبی خواهند بود.

6- جمع‌بندی و نتیجه‌گیری

با توجه به افزایش روزافزون در قیمت منابع فسیلی، استفاده از این منابع به عنوان منابع سوختی جذابیت خود را از دست می‌دهد. همچنین افزایش انتشار آلاینده‌های
زیست محیطی و پدیده گازهای گلخانه‌ای در کنار امنیت پایین انرژی این منابع، تامین انرژی با استفاده از این منابع را با محدودیت‌هایی مواجه می‌کند. در این میان استفاده از تکنولوژی‌های جدید و پاک تولید انرژی برق، علاوه بر اینکه جایگزین مناسبی برای نیروگاه‌های فسیلی در بسیاری از موارد به شمار می‌روند، منافع بسیاری از جمله بهبود اشتغال، افزایش توانمندی‌های ملی و امکان صادرات این تکنولوژی‌ها در صورت بومی‌سازی آنها را میسر می‌کنند. همچنین منابع فسیلی صرفه‌جویی شده، می‌توانند در فعالیت‌های دیگری با ارزش افزوده بالاتر مورد استفاده قرار گیرند.

در این مطالعه جایگاه نیروگاه‌های مختلف با استفاده از معیارهای شناسایی‌شده و با جمع‌آوری نظرات خبرگان در ایران مورد بررسی قرار گرفت. با توجه به مصاحبه‌های انجام شده، پنج معیار اصلی اقتصادی، زیست محیطی، امنیت انرژی، سیاسی و اجتماعی و فنی به عنوان معیارهای اصلی شناسایی شدند.

طبق نتایج به دست آمده از این بررسی، در میان معیارهای مختلف مورد بررسی، معیارهای اقتصادی و امنیت انرژی از دیدگاه صاحب‌نظران دارای بیشترین اهمیت بودند و معیارهای فرعی هزینه تمام شده برای هر کیلووات ساعت، امنیت تامین منبع ورودی نیروگاه، سرمایه‎گذاری اولیه، تاثیر در حفظ و صرفه‎جویی در منابع پایان‌پذیر و تاثیر بر تنوع‎بخشی به سیستم عرضه به ترتیب مهم‎ترین معیارها از میان معیارهای 23گانه قرار گرفتند.

با توجه به معیارهای فوق در میان هفت نیروگاه مورد مطالعه‌ نیروگاه‎های بادی،آبی و فتوولتائیک بالاترین امتیازات را کسب کرده‌اند و نیروگاه‌های بخاری نیز کمترین امتیاز را به دست آورده‌اند. این رتبه‎بندی به وضوح نشان می‎دهد که با در نظر گرفتن قیمت‎های واقعی سوخت‎های فسیلی و همچنین سایر معیارها، انرژی‎های تجدیدپذیر در اولویت توسعه فناوری‎های تولید برق کشور قرار گرفته‎اند و می‎توانند نیاز کشور به انرژی را مرتفع سازند.

7- منابع

الف) فارسی

1- آمار تفصیلی تولید صنعت برق ایران (1391)، شرکت مادر تخصصی توانیر معاونت منابع انسانی و تحقیقات.

2- آمار تفصیلی صنعت برق ایران ویژه مدیریت راهبردی (1391)، شرکت مادر تخصصی توانیر معاونت منابع انسانی و تحقیقات.

3- ترازنامه انرژی (1389)، شرکت مادر تخصصی توانیر معاونت منابع انسانی و تحقیقات.

4- ترازنامه انرژی (1390)، شرکت مادر تخصصی توانیر معاونت منابع انسانی و تحقیقات.

5- منظور، داود و رحیمی، علیرضا (1393)، اولویت‌بندی نیروگاه های کشور در راستای طرح جامع انرژی، تهران: دانشکده اقتصاد دانشگاه امام صادق (ع).

ب) انگلیسی

1- Athanasios, Chatzimouratidis I., and Pilavachi A. Petros (2012), “Decision Support Systems for Power Plants Impact on the Living Standard”, Energy Conversion and Management.

2- Bagheri Moghaddam, N, M Nasiri, and M Mousavi (2011), “An Appropriate Mmultiple Criteria Decision Making Method for Solving Electricity Planning Problems, Addressing Sustainability Issue”, International Journal of Environmental Science and Technology.

3- Brans, J P, and B Mareschal (1984), “PROMETHEE: A New Family of Outranking Methods in Multicriteria analysis”, Operational Research.

4- Khatami Firouzabadi, Ali, and Elham Ghazimatin (2013), “Application of Preference Ranking Organization Method for Enrichment Evaluation Method in Energy Planning - Regional Level”, Iranian Journal of Fuzzy Systems.

5- Renewable and Appropriate Energy Laboratory, US: Department Of Energy (DOE).

6- Saaty, T A (1980), The Analytic Hierarchy Process, New York: McGraw-Hil.

7- World Energy Outlook, International Energy Agency (IEA), 2012.