به گزارش پایگاه خبری شهر اصیل و به نقل از پایگاه اطلاع رسانی وزارت نیرو (پاون)، بحرانهای ژئوپلیتیکی اخیر، بهویژه جنگ ایران و اختلال در تنگه هرمز، بار دیگر آسیبپذیری نظام انرژی جهانی در برابر اختلال در گذرگاههای راهبردی را آشکار کردهاند.
در چنین شرایطی، انرژیهای تجدیدپذیر تنها یک انتخاب زیستمحیطی نیستند، بلکه ابزاری برای امنیت انرژی و تابآوری اقتصادی محسوب میشوند.
در میان گزینههای موجود، انرژی زمینگرمایی سطحی و بهویژه "سازههای انرژی" شامل شمعهای انرژی، تونلهای انرژی و دیوارهای انرژی، به دلیل امکان ادغام با زیرساختهای عمرانی، تأمین پایدار گرمایش و سرمایش، و استقلال از شرایط جوی و تنشهای ژئوپلیتیکی، جایگاه ویژهای دارند.
این یادداشت اهمیت راهبردی این فناوری را در سناریوهای بحران شدید انرژی بررسی میکند.
بحران انرژی سال ۲۰۲۶ ناشی از جنگ در خاورمیانه و اختلال در تنگه هرمز، یکی از شدیدترین شوکهای عرضه انرژی در تاریخ معاصر را ایجاد کرد.
تنگه هرمز مسیر عبور حدود ۲۰ درصد نفت و گاز طبیعی مایع جهان است و کاهش شدید تردد نفتکشها، جهش قیمت نفت و افزایش هزینههای حملونقل و بیمه، اقتصاد جهانی را تحت فشار قرار داد.
این بحران نشان داد که وابستگی شدید به سوختهای فسیلی و تمرکز عرضه در چند گذرگاه محدود، امنیت انرژی ایران و جهان را شکننده کرده است. در چنین شرایطی، گذار به انرژیهای تجدیدپذیر در کشور ضرورتی راهبردی برای حفظ امنیت انرژی و پایداری اقتصادی محسوب میشود.
در میان فناوریهای تجدیدپذیر، انرژی زمینگرمایی سطحی به دلیل دسترسپذیری دائمی، عملکرد مستقل از شرایط آبوهوایی و قابلیت ادغام با سازههای عمرانی، مزیتهای مهمی دارد.
این یادداشت با تمرکز بر مفهوم "سازههای انرژی" به بررسی نقش این فناوری در کاهش وابستگی به سوختهای فسیلی میپردازد.
بحران انرژی و ضرورت بازنگری در الگوی تأمین انرژی
ابعاد بحران تنگه هرمز
تنگه هرمز یکی از مهمترین گذرگاههای انرژی جهان است و علاوه بر نفت خام، بخش عمده صادرات LNG قطر نیز از این مسیر انجام میشود.
حمله به تأسیسات راس لفان قطر و کاهش ظرفیت تولید LNG، نشان داد که اختلال در این منطقه میتواند زنجیره تأمین انرژی جهانی را مختل کند.
افزایش شدید حق بیمه ریسک جنگ و کاهش تمایل کشتیها به عبور از منطقه، حتی در زمان بازگشایی نسبی تنگه، آثار اقتصادی بحران را تشدید کرد. صندوق بینالمللی پول افزایش قیمت انرژی را مشابه "مالیات ناگهانی بر اقتصادهای واردکننده" توصیف کرده است.
درسهای بحران برای امنیت انرژی: این بحران چند واقعیت اساسی را آشکار کرد: نخست، تمرکز عرضه انرژی در چند مسیر محدود، آسیبپذیری ژئوپلیتیکی ایجاد میکند؛ دوم، منابع تجدیدپذیر داخلی ابزاری برای حاکمیت انرژی هستند و سوم، پایداری و تداوم عرضه انرژی در شرایط بحران اهمیت بیشتری از قیمت کوتاهمدت دارد.
در این چارچوب، انرژی زمینگرمایی سطحی میتواند راهکاری پایدار برای کاهش وابستگی بخش ساختمان به سوختهای فسیلی باشد.
انرژی زمینگرمایی سطحی و سازههای انرژی
مبانی انرژی زمینگرمایی سطحی
انرژی زمینگرمایی سطحی به استفاده از گرمای طبیعی لایههای کمعمق زمین، معمولاً تا عمق کمتر از ۲۰۰ متر، برای گرمایش و سرمایش ساختمانها اطلاق میشود.
برخلاف سامانههای زمینگرمایی عمیق، این فناوری نیازمند حفاریهای بسیار عمیق و پرهزینه نیست و از دمای نسبتاً ثابت زمین در اعماق کم بهره میگیرد.
مطالعات نشان دادهاند که این سامانهها میتوانند انتشار گازهای گلخانهای را تا ۸۸ درصد و مصرف انرژی را تا ۷۰ درصد نسبت به سیستمهای متعارف کاهش دهند.
همچنین مصرف برق پمپهای حرارتی زمینگرمایی تا ۲۵ درصد کمتر از پمپهای حرارتی هوایی است و دوره بازگشت سرمایه در برخی پروژهها به حدود دو سال میرسد.
مفهوم سازههای انرژی: سازههای انرژی فناوری نوینی در مرز مهندسی ژئوتکنیک و مهندسی انرژی هستند که در آن اعضای سازهای مدفون در زمین، علاوه بر نقش سازهای، به مبدل حرارتی تبدیل میشوند.
در این سیستم، لولههای حاوی سیال درون شمعها، دیوارهای دیافراگمی، دالهای زیرزمین یا پوشش تونلها قرار میگیرند و با خاک اطراف تبادل حرارتی انجام میدهند.
در زمستان، زمین بهعنوان منبع گرما و در تابستان بهعنوان مخزن سرمایش عمل میکند. انواع اصلی سازههای انرژی عبارتاند از:
شمعهای انرژی: فونداسیونهایی که علاوه بر انتقال بار، گرمایش و سرمایش ساختمان را تأمین میکنند.
تونلهای انرژی: پوشش تونلهای مترو و تونلهای شهری که گرمای خاک و محیط تونل را بازیابی میکنند.
دیوارهای انرژی: دیوارهای دیافراگمی و سازههای نگهبان که ضمن پایدارسازی خاک، به مبدل حرارتی تبدیل میشوند.
مزیتهای راهبردی سازههای انرژی در شرایط بحران
کاهش هزینههای اولیه: یکی از مهمترین مزایای سازههای انرژی، حذف نیاز به حفاری اختصاصی است. چون شمعها، دیوارها یا تونلها به هر حال برای اهداف سازهای اجرا میشوند، افزودن لولههای حرارتی هزینه محدودی ایجاد میکند.
این موضوع در شرایط بحران که منابع مالی محدود و سرعت اجرا حیاتی است، اهمیت زیادی دارد.
پایداری عرضه و استقلال از شبکه: برخلاف انرژی خورشیدی و بادی که وابسته به شرایط جوی هستند، انرژی زمینگرمایی سطحی توان پایه پیوسته فراهم میکند و ضریب دسترسپذیری آن معمولاً بین ۷۰ تا ۹۰ درصد است.
بنابراین ساختمانهای مجهز به سازههای انرژی میتوانند حتی در شرایط ناپایداری شبکه برق، نیاز گرمایشی و سرمایشی خود را تأمین کنند.
ذخیرهسازی حرارتی و مدیریت بار: این سامانهها قابلیت ذخیرهسازی حرارتی بینفصلی دارند؛ یعنی میتوان گرمای تابستان را در زمین ذخیره و در زمستان بازیابی کرد و بالعکس. این ویژگی علاوه بر کاهش مصرف انرژی، امکان مدیریت بار شبکه و کاهش انتشار گازهای گلخانهای را فراهم میکند.
تابآوری اقتصادی و ژئوپلیتیکی: انرژی زمینگرمایی سطحی یک منبع محلی است و تحت تأثیر مستقیم بحرانهای ژئوپلیتیکی، تحریمها و نوسانات بازار جهانی سوخت قرار نمیگیرد
تجربه کشورهای اروپایی نشان داده است که استفاده از این فناوری میتواند هزینه گرمایش ساختمانها را بهطور قابل توجهی کاهش دهد و نوعی سپر اقتصادی در برابر بحرانهای انرژی ایجاد کند.
مقیاسپذیری زیرساختی: از آنجا که بسیاری از زیرساختهای شهری مانند مترو، فونداسیون ساختمانهای بلند و دیوارهای حائل بهطور طبیعی در تماس با زمین هستند، امکان تبدیل آنها به سازههای انرژی وجود دارد.
این ویژگی، توسعه سریع ظرفیت انرژی زمینگرمایی را در مقیاس شهری ممکن میسازد.
تجربیات جهانی
اروپا پیشگام توسعه سازههای انرژی است. پروژههای اجراشده در سوئیس و فرانسه نشان دادهاند که دیوارها و دالهای زیرزمینی میتوانند ظرفیت حرارتی قابل توجهی برای گرمایش و سرمایش فراهم کنند.
در استرالیا، پژوهشها نشان دادهاند که ادغام مبدلهای حرارتی در ژئوسازهها علاوه بر کاهش مصرف انرژی فسیلی، ردپای کربنی پروژهها را نیز بهطور محسوسی کاهش میدهد.
در چین نیز تحقیقات گستردهای درباره سازههای انرژی و کاربرد آنها در زیرساختهای شهری در حال انجام است.
فرصتها و چالشهای توسعه
بحران انرژی میتواند محرکی برای تسریع توسعه فناوریهای زمینگرمایی باشد.
گستردگی منابع قابل استفاده، قابلیت ادغام در زیرساختهای شهری، کاهش انتشار گازهای گلخانهای و همافزایی با اهداف توسعه پایدار از مهمترین فرصتهای این حوزه هستند.
مهمترین چالشها شامل پیچیدگی طراحی ترمو-مکانیکی، نیاز به مدلسازی دقیق رفتار حرارتی و سازهای، هزینه اولیه، کمبود آگاهی عمومی و ضرورت مدیریت پایدار زیرسطحی است.
با این حال، پیشرفت در توسعهی چارچوبهای تحلیلی، مدلسازی عددی و توسعه آییننامهها، بسیاری از این موانع را کاهش داده است.
نتیجهگیری و توصیههای سیاستی
بحران ناشی از اختلال در تنگه هرمز نشان داد که نظام انرژی متکی بر سوختهای فسیلی و مسیرهای محدود ترانزیتی تا چه اندازه آسیبپذیر است.
در چنین شرایطی، انرژی زمینگرمایی سطحی و سازههای انرژی، راهکاری پایدار، کمکربن و تابآور برای بخش ساختمان و زیرساخت ارائه میکنند.
این فناوری با حذف هزینه حفاری اضافی، تأمین پایدار گرمایش و سرمایش، قابلیت ذخیرهسازی فصلی انرژی و استقلال از تنشهای ژئوپلیتیکی، میتواند بخشی مهم از راهبرد امنیت انرژی آینده باشد.
برای توسعه این فناوری، تدوین مقررات الزامآور در پروژههای عمرانی بزرگ، ارائه مشوقهای مالی، سرمایهگذاری در تحقیق و توسعه، آموزش مهندسان و افزایش آگاهی عمومی ضروری است.
بحران کنونی، اگرچه پرهزینه است، اما میتواند نقطه عطفی در گذار به نظام انرژی پایدار و مقاوم در برابر شوکهای ژئوپلیتیکی باشد.
