ایران، با وجود برخورداری از ذخایر عظیم نفت و گاز، از سال 2024 با چالش های فزاینده ای در حوزه انرژی دست وپنجه نرم می کند. کشور در زمستان سال گذشته، شدیدترین بحران انرژی در دهه های اخیر را تجربه کرد که به قطعی های مکرر برق و اختلال در تامین گاز منجر شد. این ناترازی، به ویژه در بخش گاز، رو به وخامت است؛ کسری روزانه گاز که در سال 2023 حدود 250 میلیون مترمکعب بود، در سال 2024 به 300 میلیون مترمکعب افزایش یافت.

به گزارش دنیای اقتصاد، بخش صنعت در ایران سهم قابل توجهی در مصرف نهایی انرژی کشور دارد. بر اساس گزارش آژانس بین المللی انرژی (IEA)، در سال 2022، این بخش 29 درصد از کل مصرف انرژی ایران را به خود اختصاص داده است. گاز طبیعی با سهمی معادل 77 درصد، بزرگ ترین منبع انرژی مصرفی در صنعت است، همچنین 39 درصد از برق کشور به صنایع اختصاص یافته که نشان دهنده بزرگ ترین سهم مصرف برق در ایران توسط این بخش است. این ارقام، وابستگی شدید صنایع به شبکه انرژی و آسیب پذیری آنها در برابر ناترازی ها را آشکار می سازد. صنایع انرژی بر ایران، مانند فولاد، سیمان و پتروشیمی، به دلیل ماهیت فرآیندهای تولیدی خود، مصرف انرژی بسیار بالایی دارند.

برای مثال، صنعت فولاد ایران با وجود چالش های ناترازی انرژی (کمبود برق در تابستان و گاز در زمستان)، همچنان جایگاه خود را در میان ده فولادساز برتر جهان حفظ کرده است. با این حال، هرگونه اختلال در تامین انرژی، تولید این صنایع را به شدت تحت تاثیر قرار می دهد. در اردیبهشت و خرداد 1404، سیاستگذاران مجبور شدند برای کنترل مصرف برق، دستور توقف تولید در کارخانه های سیمان و فولاد را صادر کند.

این ناترازی ها حتی به کاهش 4 میلیون تنی تولید سیمان در سال 1403 نسبت به سال 1402 منجر شده است. پیش بینی می شود مصرف انرژی ایران تا سال 2028 رشد سالانه 1.5 درصدی داشته باشد. این رشد، فشار بر منابع انرژی کشور را تشدید می کند و ضرورت بهینه سازی مصرف را دوچندان می سازد. کمبودها، صنایع را به سمت استفاده از سوخت های آلاینده مانند مازوت سوق می دهد که مشکلات زیست محیطی را تشدید می کند و به آلودگی هوا می انجامد.

این وضعیت یک چرخه معیوب ایجاد می کند که در آن کمبود انرژی، کاهش تولید و افزایش آلایندگی، به یکدیگر دامن می زنند. بهینه سازی مصرف انرژی نه تنها برای کاهش هزینه های عملیاتی صنایع حیاتی است، بلکه برای پایداری شبکه انرژی کشور و کاهش آلایندگی های زیست محیطی نیز ضروری است.

به طور خلاصه برخی از جدیدترین فناوری های حوزه انرژی به شرح ذیل هستند:

چشم انداز جدید بهره وری اینترنت اشیاء صنعتی به شبکه ای از حسگرها، دستگاه ها و ماشین آلات متصل در محیط های صنعتی اطلاق می شود که قادر به جمع آوری و تبادل داده در زمان واقعی هستند. در سال 2024، این تکنولوژی نقش محوری در افزایش بهره وری و کاهش اثرات زیست محیطی در صنایع ایفا می کند. این فناوری نه تنها ابزاری برای جمع آوری داده است، بلکه با فعال کردن شفافیت انرژی در فرآیندهای صنعتی، امکان شناسایی و رفع ضایعات پنهان انرژی را فراهم می کند که پیش از این قابل مشاهده نبودند.

این حسگرها می توانند داده های مربوط به مصرف انرژی، دما، فشار و سایر پارامترهای عملیاتی را به صورت لحظه ای جمع آوری کنند. این پایش مداوم، امکان شناسایی الگوهای مصرف ناکارآمد و تشخیص ناهنجاری ها، مانند نشتی هوا یا کارکرد غیرضروری تجهیزات، را فراهم می آورد. با تحلیل داده های جمع آوری شده، می توان فرآیندهای تولید را بهینه سازی کرد. علاوه بر این، این تکنولوژی با جمع آوری داده های عملکردی تجهیزات، امکان پیش بینی زمان خرابی ها را فراهم می کند که به نگهداری پیش بینانه معروف است.

این رویکرد از توقفات ناگهانی و مصرف انرژی اضافی ناشی از کارکرد نامناسب جلوگیری می کند. همچنین، به مدیریت بهینه منابع از جمله انرژی، مواد اولیه و موجودی کمک می کند. در صنعت فولاد، حسگرهای IoT می توانند داده های مصرف انرژی را جمع آوری کرده و نقاط ناکارآمدی را شناسایی کنند تا اقدامات اصلاحی صورت گیرد. این قابلیت ها، صنایع را قادر می سازد تا از منابع خود به شکل هوشمندانه تری استفاده کنند.

از پیش بینی تا کنترل هوشمند هوش مصنوعی با استفاده از الگوریتم های پیشرفته و یادگیری ماشین، حجم عظیمی از داده ها را در زمان واقعی پردازش می کند تا الگوهای پنهان را کشف کرده و تصمیمات پیش بینانه برای بهینه سازی مصرف انرژی بگیرد. این فناوری، مدیریت انرژی را از حالت واکنشی به پیش بینانه و تطبیقی تغییر می دهد و انعطاف پذیری سیستم های صنعتی را در برابر نوسانات انرژی افزایش می دهد.

یکی از کاربردهای مهم، نگهداری پیش بینانه است. الگوریتم های هوش مصنوعی با تحلیل داده های حسگرها، خرابی های احتمالی تجهیزات را پیش بینی می کنند. این امر از توقفات ناگهانی جلوگیری کرده و تضمین می کند که تجهیزات با حداکثر راندمان کار کنند. در یک کارخانه فولاد، پیاده سازی نگهداری پیش بینانه منجر به کاهش قابل توجه 10 درصدی مصرف انرژی کوره ها در طول یک سال شد.

همچنین در مثالی دیگر، یک کارخانه شیمیایی (پتروشیمی) با شناسایی کارکرد غیرضروری برخی تجهیزات در شیفت شب، 8 درصد از مصرف انرژی خود را کاهش داد. هوش مصنوعی همچنین می تواند پارامترهای تولیدی مانند دما، فشار و نرخ جریان را به صورت پویا تنظیم کند تا مصرف انرژی را بدون کاهش کیفیت محصول بهینه سازد.

سیستم های بازیافت حرارت فناوری هایی هستند که حرارت تلف شده از فرآیندهای صنعتی را جمع آوری کرده و آن را برای تولید برق، بخار یا پیش گرمایش در سایر بخش ها مورد استفاده مجدد قرار می دهند. این سیستم ها با افزایش راندمان کلی انرژی و کاهش انتشار کربن، به پایداری و سودآوری صنایع کمک می کنند.

این فناوری نه تنها یک راهکار فنی برای صرفه جویی در انرژی است، بلکه با تبدیل ضایعات به منبع درآمد ، مدل کسب وکار صنایع انرژی بر را متحول کرده و آنها را از مصرف کننده صرف به تولیدکننده جزیی انرژی تبدیل می کند. صنایع سنگین مانند فولاد، سیمان و پتروشیمی مقادیر زیادی حرارت را به عنوان ضایعات تولید می کنند. بازیافت این حرارت می تواند منجر به صرفه جویی قابل توجهی در مصرف انرژی شود.

در صنعت سیمان، که فرآیندی بسیار انرژی بر است و حرارت زیادی را در کوره و آسیاب ها تولید می کند، بازار جهانی سیستم های بازیافت حرارت در سال 2024 حدود 15.8 میلیارد دلار ارزش گذاری شده و پیش بینی می شود تا سال 2034 به 32.6 میلیارد دلار برسد. این رشد نشان دهنده اهمیت روزافزون این فناوری است. سیستم های نسل جدید می توانند راندمان بازیافت انرژی را تا 30 درصد بهبود بخشند. در صنعت فولاد، بازیافت حرارت از کوره ها و گازهای خروجی می تواند به تولید برق و بخار کمک کند.

درایوهای فرکانس متغیر دستگاه هایی هستند که با تنظیم دقیق فرکانس و ولتاژ ورودی به موتورهای الکتریکی، سرعت و گشتاور آنها را متناسب با نیاز بار تنظیم کنند. موتورهای صنعتی سهم زیادی از مصرف انرژی جهانی را به خود اختصاص می دهند؛ در کاربردهای صنعتی، این رقم می تواند از 80 درصد نیز فراتر رود.

این سیستم ها نه تنها با بهینه سازی مصرف موتورها، صرفه جویی مستقیم انرژی را به ارمغان می آورند، بلکه با افزایش کنترل پذیری و انعطاف پذیری سیستم های صنعتی، به آنها اجازه می دهند تا به شکلی هوشمندانه تر و پاسخ گوتر به نوسانات بار و قیمت انرژی واکنش نشان دهند.

برخلاف سیستم های سنتی که موتورها با حداکثر توان کار کرده و جریان را با شیرهای گلوگاه کنترل می کنند (که منجر به اتلاف انرژی می شود)، این تکنولوژی با تنظیم سرعت موتور، نیاز به این شیرها را از بین می برد و مصرف انرژی را به شدت کاهش می دهد. مطالعات نشان داده اند که استفاده از این سیستم می تواند راندمان یک سیستم موتوری را از حدود 31 درصد به 72 درصد افزایش دهد. این قابلیت ها، به ویژه در صنایعی مانند فولاد و سیمان که فرآیندهای متغیر دارند، حیاتی است.

موانع پیش روی پیاده سازی فناوری های نوین در صنایع انرژی بر ایران با چالش های بومی متعددی مواجه است که نیازمند راهکارهای جامع و پایدار است:

1- تحریم های بین المللی: تحریم های بین المللی، دسترسی ایران به فناوری های پیشرفته، سرمایه گذاری خارجی و قطعات یدکی را به شدت محدود کرده است. این تحریم ها نه تنها مانع واردات مستقیم فناوری های نوین می شوند، بلکه با افزایش هزینه های تراکنش، توانایی ایران برای مدرن سازی زیرساخت های انرژی خود را تضعیف می کنند. این وضعیت، با ایجاد عدم قطعیت اقتصادی و افزایش ریسک ، سرمایه گذاری داخلی و خارجی در پروژه های بلندمدت بهینه سازی انرژی را نیز به شدت کاهش می دهد. این امر یک چرخه معیوب ایجاد می کند که در آن عدم سرمایه گذاری در فناوری های کارآمد، منجر به افزایش مصرف انرژی و تشدید بحران های داخلی می شود، که به نوبه خود، جذابیت سرمایه گذاری را باز هم کاهش می دهد.

2- نبود زیرساخت های لازم: پیاده سازی فناوری هایی مانند اینترنت اشیا صنعتی و هوش مصنوعی نیازمند زیرساخت های دیجیتال قوی، شبکه های ارتباطی پایدار و پهنای باند کافی است. در ایران، زیرساخت های فرسوده و ناکافی در شبکه های انتقال و توزیع برق، منجر به اتلاف 13 درصدی برق می شود. این ضعف زیرساختی، مانعی جدی برای استقرار سیستم های هوشمند است.

شکاف در زیرساخت های دیجیتال و ارتباطی در ایران، نه تنها مانع جمع آوری داده می شود، بلکه یکپارچه سازی و تحلیل لحظه ای داده ها را نیز مختل می کند. این امر پتانسیل کامل اینترنت اشیا و هوش مصنوعی را برای بهینه سازی انرژی خنثی می سازد و حتی اگر فناوری ها به طور محدود وارد شوند، عدم وجود بستر مناسب، از مقیاس پذیری و تاثیرگذاری آنها در سطح ملی جلوگیری می کند.

3- چالش های سرمایه گذاری و تامین مالی: سرمایه گذاری در فناوری های نوین انرژی بر، نیازمند بودجه های کلان و بلندمدت است. در سال 1404، عدم قطعیت اقتصادی، چالش های بزرگی برای سرمایه گذاران خطرپذیر در ایران ایجاد کرده است. یارانه های سنگین سوخت های فسیلی در ایران، انگیزه صنایع برای سرمایه گذاری در راهکارهای بهینه سازی انرژی را کاهش می دهد، زیرا هزینه انرژی برای آنها به صورت مصنوعی پایین نگه داشته شده است.

این یارانه ها، با ایجاد قیمت های غیرواقعی برای سوخت، انگیزه سرمایه گذاری در فناوری های بهینه سازی انرژی را از بین می برند و به جای حل مشکل، مصرف ناکارآمد را تشویق می کنند. این وضعیت منجر به اتلاف گسترده انرژی در سطح ملی می شود که خود به نوبه خود، فشار بر شبکه انرژی و نیاز به یارانه های بیشتر را افزایش می دهد و یک چرخه باطل را شکل می دهد.

4- کمبود نیروی کار متخصص و شکاف مهارتی: پیاده سازی و مدیریت فناوری های پیشرفته نیازمند نیروی کار متخصص با مهارت های جدید در زمینه داده کاوی، یادگیری ماشین و اتوماسیون صنعتی است. ایران با چالش کمبود نیروی کار ماهر در بخش انرژی و فناوری مواجه است. این کمبود، سرعت جذب و به کارگیری فناوری های نوین را کند می کند.

کمبود نیروی کار متخصص، نه تنها سرعت پیاده سازی فناوری های نوین را کاهش می دهد، بلکه توانایی بهره برداری کامل از پتانسیل آنها را نیز محدود می سازد و می تواند منجر به سرمایه گذاری های ناکارآمد شود. در نتیجه، سرمایه گذاری ها ممکن است به بازدهی مطلوب نرسند و صنایع نتوانند به طور کامل از پتانسیل کاهش مصرف انرژی بهره مند شوند.

صنایع انرژی بر ایران با چالش های جدی در زمینه مصرف انرژی مواجه هستند که منجر به ناترازی، کاهش تولید و آلایندگی می شود. فناوری های نوین مانند اینترنت اشیاء صنعتی، هوش مصنوعی، سیستم های بازیافت حرارت و درایوهای فرکانس متغیر، پتانسیل عظیمی برای کاهش چشم گیر مصرف انرژی و افزایش راندمان در این صنایع دارند.

این فناوری ها می توانند مصرف برق را تا 56 درصد، هزینه های انرژی را تا 12 درصد و انتشار کربن را تا 40 درصد کاهش دهند. نمونه های موفق داخلی در فولاد خوزستان و پتروشیمی بندر امام، اثبات کننده قابلیت های بومی برای پیاده سازی این فناوری ها و دستیابی به نتایج ملموس هستند.

برای بهره برداری کامل از این پتانسیل و غلبه بر چالش های موجود، اتخاذ توصیه های سیاستی زیر ضروری است:

1- سرمایه گذاری هدفمند و پایدار: دولت باید با وجود چالش های اقتصادی، سرمایه گذاری در فناوری های بهینه سازی انرژی را در اولویت قرار دهد. تخصیص منابع از درآمدهای نفتی و گازی به حساب بهینه سازی مصرف انرژی گام مثبتی است که باید تقویت و تضمین شود.

با توجه به اینکه یارانه های انرژی خود یک بار سنگین مالی بر دوش دولت هستند، سرمایه گذاری در بهینه سازی انرژی نه تنها یک هزینه، بلکه یک سرمایه گذاری استراتژیک است که در بلندمدت می تواند با کاهش نیاز به یارانه ها و افزایش بهره وری، به تسکین فشار مالی بر دولت منجر شود. این امر به دولت اجازه می دهد تا منابع آزاد شده را به دیگر بخش های حیاتی اختصاص دهد.

2- اصلاح ساختار یارانه های انرژی: بازنگری در سیاست های یارانه ای سوخت های فسیلی ضروری است تا انگیزه کافی برای صنایع جهت سرمایه گذاری در راهکارهای بهینه سازی انرژی ایجاد شود. این اصلاحات باید با دقت و با در نظر گرفتن اثرات اجتماعی و اقتصادی انجام شود تا از شوک های ناگهانی به اقتصاد و جامعه جلوگیری شود.

3- توسعه زیرساخت های دیجیتال و ارتباطی: سرمایه گذاری در توسعه شبکه های ارتباطی پایدار، پهنای باند و زیرساخت های ابری برای پشتیبانی از اینترنت اشیا و هوش مصنوعی در صنایع، یک ضرورت است. این زیرساخت ها، ستون فقرات هرگونه تحول دیجیتال و هوشمندسازی در بخش صنعت محسوب می شوند و بدون آن ها، پتانسیل فناوری های نوین به طور کامل محقق نخواهد شد.

4- تقویت نیروی انسانی متخصص: طراحی و اجرای برنامه های آموزشی و توسعه مهارت ها در زمینه های دیجیتال، هوش مصنوعی و مدیریت انرژی صنعتی برای تربیت نیروی کار متخصص، حیاتی است. همچنین، همکاری با دانشگاه ها و مراکز پژوهشی برای پر کردن شکاف مهارتی و بومی سازی دانش فنی باید در دستور کار قرار گیرد. این اقدامات تضمین می کند که صنایع قادر به پیاده سازی، نگهداری و بهره برداری بهینه از فناوری های جدید باشند.

5- تشویق همکاری های بین المللی: با وجود تحریم ها، باید راه هایی برای تسهیل دسترسی به دانش فنی و تجربیات بین المللی در زمینه بهینه سازی انرژی و فناوری های نوین یافت. این می تواند شامل همکاری های پژوهشی، تبادل متخصصین و استفاده از پتانسیل شرکت های دانش بنیان داخلی برای بومی سازی فناوری ها باشد.

6- تدوین و اجرای سیاست های حمایتی: ایجاد مشوق های مالی و غیرمالی برای صنایع پیشرو در بهینه سازی انرژی، مانند معافیت های مالیاتی، تسهیلات بانکی کم بهره و جوایز ملی، می تواند به سرعت بخشیدن به روند جذب فناوری کمک کند.

همچنین، تدوین استانداردهای اجباری راندمان انرژی برای تجهیزات صنعتی جدید و موجود، می تواند سطح کلی بهره وری را در صنایع ارتقا دهد. در شرایط تحریم و محدودیت های خارجی، هم افزایی داخلی بین دولت، صنعت، دانشگاه و بخش خصوصی و تمرکز بر نوآوری بومی و تطبیق فناوری های موجود می تواند به عنوان یک استراتژی کلیدی برای غلبه بر چالش ها و پیشبرد بهینه سازی انرژی عمل کند. این رویکرد، نه تنها به حل مشکل انرژی کمک می کند، بلکه تاب آوری اقتصادی کشور را در برابر شوک های خارجی افزایش داده و به خودکفایی فناورانه در بلندمدت منجر می شود.