ریسک های ژئوپولیتیک ایالات متحده آمریکا: بخش نخست تولید برق

در این فرآیند سهم منابع فسیلی در تولید انرژی برق به بیش از 60 درصد می رسد. رتبه دوم در اختیار منابع انرژی تجدید پذیر است که در آن سال موفق به تولید 20.1 درصد انرژی برق شدند. مقام سوم و آخر نیز به منبع تولید برق هسته ای می رسد که یک سهم 18.9 درصدی در تولید برق داشته است (نمودار شماره ).

نمودار شماره 1: سهم سه گروه عمده در تولید برق مصرفی ایالات متحده آمریکا در سال 2021 میلادی

منبع: وزارت انرژی ایالات متحده آمریکا، 2022

نمودار شماره 2: توزیع منابع تولید برق ایالات متحده آمریکا در سال 2021 میلادی ( ارقام به میلیارد کیلووات ساعت)

منبع: وزارت انرژی ایالات متحده آمریکا، 2022 میلادی

توزیع تولید برق در میان منابع انرژی فسیلی نشان دهنده آن است که گاز طبیعی را باید بزرگ ترین منبع منفرد تولید برق در ایالات متحده دانست. منابع گاز طبیعی در سال 2021 میلادی بیش از 1575 میلیارد کیلووات ساعت برق که معادل 38.3 درصد کل برق مصرف شده در ایالات متحده آمریکا است را تولید کرده اند. رتبه دوم نیز به منابع ذغال سنگ می رسد که در مجموع 899 میلیارد کیلو وات ساعت برق که یک سهم 21.8 درصدی در تولید برق است را تولید کرده اند. به عبارت دیگر، از نظر تکنیکی منابع ذغال سنگ ایالات متحده آمریکا اگر به صورت مجزا محاسبه شدند سهمی به مراتب بیش از انرژی های تجدیدپذیر و هسته ای در تولید برق آمریکا دارند. در مقابل برقی که توسط مبدل های برق مشتقات نفتی تولید می شوند تنها 19 میلیارد کیلووات ساعت برق بوده است که یک سهم نیم درصدی را شامل می شود.

در بخش انرژی های تجدیدپذیر منبع انرژی بادی را باید بخش پیشتاز در تولید برق دانست. نیروگاه های بادی ایالات متحده آمریکا در سال 2021 میلادی بیش از 9.2 درصد کل برق مصرف شده در آمریکا را تولید کردند که معادل 380 میلیارد کیلووات ساعت می شود. در رتبه دوم انرژی های تجدیدپذیر منابع برق آبی قرار دارند که 260 میلیارد کیلووات ساعت برق که معادل 6.3 درصد از نیاز برق ایالات متحده آمریکا می شود را تولید کردند. انرژی خورشیدی نیز 2.8 درصد از کل برق مصرف را تولید کرده است که معادل 115 میلیارد کیلووات ساعت برق می شود. نکته قابل توجه آن است که آمریکا را باید یکی از پیشتازان تولید برق از منابع زیستی دانست. هر چند سهم این بخش در تولید برق مورد نیاز آمریکا کمی بیشتر از 1 درصد (1.3 درصد) و معادل 55 میلیارد کیلووات ساعت برق است، اما این رقم به مراتب بیش از برق تولیدشده از منابع زیستی در کشورهای دیگر است. انرژی زمین گرمایی نیز یکی دیگر از منابع انرژی تجدید پذیر در ایالات متحده آمریکا است که یک سهم کوچک 4 دهم درصدی در تولید برق ( معادل 16 میلیارد کیلووات ساعت) این کشور داشته است.

نمودار شماره 3:توزیع برق تولید شده به وسیله منابع تجدید پذیر در ایالات متحده آمریکا (ارقام به میلیارد کیلو وات ساعت)

منبع: وزارت انرژی ایالات متحده آمریکا، 2022

نمودار شماره 4: توزیع برق تولید شده توسط منابع مختلف در ایالات متحده آمریکا (ارقام به میلیارد کیلووات ساعت)

منبع: وزارت انرژی ایالات متحده آمریکا، 2022

تحلیل کوتاه فرصت ها و ریسک های انرژی: هسته ای

میانگین سنی نیروگاه های هسته ای که در ایالات متحده آمریکا مشغول فعالیت هستند در پایان سال 2021 میلادی حدود چهل سال بوده است. در این سال قدیمی ترین راکتور هسته ای عملیاتی ایالات متحده آمریکا که در مدار فعالیت بوده است راکتور شماره 1 نین مایل پوینت در ایالت نیویورک بوده است که 53 سال از آغاز فعالیت آن می گذرد. در مقابل جوان ترین واحد نیروگاهی هسته ای ایالات متحده آمریکا واحد شماره 2 نیروگاه هسته ای واتز بار تنسی است که تنها 5 سال عمر کرده است. دومین واحد نیروگاه هسته ای ایالات متحده آمریکا دوباره در ایالت تنسی قرار دارد و واحد نیروگاهی شماره 1 واتز بار است که در سال 1996 افتتاح شده است. با دقت در این اطلاعات متوجه آن خواهید شد که یکی از چالش های ایالات متحده آمریکا افزایش سن نیروگاههای هسته ای این کشور و سرعت اندک این کشور در جایگزینی راکتورهای قدیمی با راکتورهای جدید است. به گونه ای که در فاصله سالهای 1996 تا 2022 میلادی تنها 2 راکتور جدید آغاز به فعالیت کرده اند. این امر نشان دهنده آن است که یکی از ریسک های ژئوپولیتیک ایالات متحده آمریکا موضوع افزایش سن نیروگاه های هسته ای این کشور است که در بلند مدت می تواند موجد ریسک های ژئواکونومیک جدیدی در حوزه تولید برق باشد. در زمینه علت کاهش سرعت ایالات متحده آمریکا در تاسیس راکتورهای جدید هسته ای عوامل زیر تاثیرگذار بوده است:

(1) نگرانی های زیست محیطی در مورد مدیریت پسماند سوخت هسته ای بسیاری از ایالات این کشور را با نگرانی مواجه کرده است و همین موضوع باعث شده است که در بین ایالات متحده آمریکا تمایل اندکی برای تاسیس نیروگاه ها یا راکتورهای جدید هسته ای وجود داشته باشد؛

(2) هزینه تاسیس و نگهداری نیروگاه های هسته ای در ایالات متحده آمریکا در چهار دهه گذشته به صورت قابل توجهی افزایش یافته است همین موضوع باعث گردیده است که با توجه به معرفی منابع انرژی تجدیدپذیر ایجاد نیروگاه ها تنها در شرایطی در مسیر طراحی و ساخت قرار گیرند که در مجموع شرایط موجد منافع بلندمدت برای امنیت انرژی و اقتصادی ایالات متحده آمریکا باشند.

تحلیل کوتاه فرصت ها و ریسک های انرژی: سوخت فسیلی

در سال 2021 میلادی میانگین سوخت فسیلی که برای هر واحد برق ( 1 کیلووات ساعت برق) صرف شده است به شرح زیر بوده است:

(1) ذغال سنگ: 1.12 پوند به ازای هر کیلووات ساعت برق

(2) گاز طبیعی: 7.40 فوت مکعب به ازای هر کیلووات ساعت برق

(3) مشتقات نفتی مایع: 0.08 گالن به ازای هر کیلو وات ساعت برق (هر گالن تقریبا معادل 4 لیتر است)

(4) کک نفتی: 0.8 پوند به ازای هر کیلو وات ساعت برق

از طرف دیگر بر اساس یک فرمول دیگر میانگین برق تولیدی به ازای هر واحد ذغال سنگ، گاز طبیعی و سوخت های نفتی که برای تولید برق استفاده شده است عبارت است از:

(1) ذعال سنگ: 0.9 کیلووات ساعت برق به ازای هر پوند ذعال سنگ؛

(2) 0.14 کیلووات ساعت برق به ازای هر فوت مکعب گاز طبیعی؛

(3) 12.86 کیلووات ساعت برق به ازای هر گالن مشتقات نفتی؛

(4) 1.25 کیلوات ساعت برق به ازای هر پوند کک نفتی.

نکته ای که در اینجا باید به آن توجه داشت این است که این آمار به صورت میانگین برای همه نیروگاه ها حساب شده است و این ارقام بر اساس میزان حرارت واحد تولید برق و سطح بهره وری آن می تواند متفاوت باشد. با این وجود این آمار نشان دهنده آن است که با توجه به آن که سوخت های فسیلی بیش از 60 درصد از برق مصرفی ایالات متحده آمریکا را تولید می کنند این مسئله از دو نظر زیر برای اقتصاد آمریکا بسیار پر هزینه بوده است:

(1) هزینه مالی استخراج و مصرف سوخت های فسیلی؛

(2) هزینه های زیست محیطی و سلامت ناشی از آلایندگی زیست محیطی نیروگاه های فسیلی.

این موضوع باعث شده است که در بسیاری از ایالات این کشور موضوع حرکت به سمت تولید برق از طریق منابع دیگر در دستور کار قرار گیرد. در این فرآیند دو گزینه انرژی های تجدیدپذیر و انرژی هسته ای در دسترس ترین گزینه ها برای کاهش هزینه های اقتصادی و زیست محیطی مصرف سوخت فسیلی برای تولید برق هستند. ایجاد راکتورهای هسته ای به سبب پیچیدگی های فنی، مسئله مدیریت پسماندهای هسته ای و تامین امنیت آن ها در برابر تروریسم داخلی و خارجی یک انتخاب پرهزینه برای اقتصاد ایالت های مختلف آمریکا است که باعث گردیده است این گزینه از سوی آن ها به کنار گذاشته شود. گزینه دوم حرکت به سمت تولید برق از طریق منابع تجدیدپذیر است که تا یک دهه گذشته بسیار گران تمام می شد. اما در سال های اخیر به لطف پیشرفت فناوری برای آن ها تا حدودی مقرون به صرفه گردیده است، اما همچنان پیچیدگی های فنی عاملی مهم در کاهش سرعت حرکت آمریکا برای تولید برق از منابع تجدیدپذیر بوده است. چالش بعدی که در این مسیر وجود دارد لابی های قدرتمند شرکت های تولید کننده سوخت فسیلی به خصوص ذعال سنگ است که در برخی ایالات بخش مهمی از نیروی انسانی را در حوزه اشتغال در اختیار دارند و حتی توانایی آن را دارند که در انتخابات محلی، ایالاتی و فدرال باعث تغییر نتایج شوند.

تحلیل جامع هزینه های تولید انرژی برق در ایالات متحده آمریکا بر پایه منبع سوخت

همان گونه که در بخش های قبل این گزارش نیز اشاره شد ایالات متحده آمریکا در کنار چین بزرگ ترین تولید کننده انرژی الکتریکی در جهان هستند. تولید 4116 میلیارد کیلو وات ساعت برق نیازمند یک مجموعه بسیار گسترده از زیرساخت های انرژی است که هم تولید این برق را تسهیل کند و هم فرآیند انتقال آن به نقاط مصرف را ممکن سازد. برای دستیابی به این هدف ایالات متحده آمریکا به صورت گسترده ای به ایجاد زیرساخت های تولید انرژی الکتریکی اهتمام ورزیده است که در مناطق مختلف جغرافیایی این کشور گسترده شده اند. یکی از منابع مهم تولید انرژی الکتریکی آمریکا نیروگاه های هسته ای این کشور هستند که در مناطق مختلف این کشور توزیع شده اند.

نیروگاه های هسته ای ایالات متحده آمریکا کمتر از 20 درصد برق مورد نیاز کشور را تولید می کنند. با این وجود این نیروگاه ها از برخی جنبه ها دارای مزیت هایی هستند که در قیاس با سایر منابع تولید انرژی برق باعث برتری تاکتیکی نیروگاه های هسته ای می شوند. این نیروگاه ها نسبت به نیروگاهه ای سوخت فسیلی و توربین های گازی هزینه سوخت پایین تری دارند همین امر باعث شده است که آن ها به صورت جدی در نیمه دوم قرن بیستم مورد توجه قرار گیرند. با این وجود مسائل مرتبط با هزینه نگهداری، امنیت و مدیریت پسماندهای سوخت هسته ای باعث شده است که در سه دهه اخیر روند ساخت نیروگاه های هسته ای در ایالات متحده آمریکا کاهش یابد و به این ترتیب میانگین سنی این نیروگاه ها افزایش یابد.

نمودار شماره 5: هزینه های تولید هر یک میلیون کیلووات تولید برق بر پایه منبع هسته ای (2010-2020)

(دلار به ازای هر یک میلیون وات ساعت برق)

نیروگاه های بر پایه مشتقات نفتی بیش از یک قرن است که در اقتصاد آمریکا فعال هستند. این نیروگاه ها به سبب هزینه تقریبا پایین فعالیت و نگهداری یک گزینه قابل قبول برای کانتی هایی هستند که از زیرساخت ها و منابع مالی گسترده برای ایجاد تاسیسات برق پیشرفته برخوردار نیستند و هم زمان فرصت اندکی را برای بهره برداری از منابع تولید برق هیدروالکتریک برخوردار هستند. با این وجود این نیروگاه ها به سبب آنکه در زمینه تامین سوخت مورد نیاز خود به مشتقات نفتی وابسته هستند به شدت از نوسان بازار جهانی نفت تاثیر می پذیرند و هزینه های سوخت و کلی فعالیت آن ها از نوسان بیشتری برخوردار است. ضمن اینکه به صورت کلی به سبب بالا بودن قیمت نفت خام در آمریکا هزینه تولید انرژی برق در این نیروگاه ها به صورت قابل توجهی بالا است و همین امر باعث شده است که آن ها در مقایسه با سایر نیروگاه ها گسترش کمتری داشته باشند و هم زمان هزینه های بالایی را نیز به همراه داشته باشند.

نمودار شماره 6: هزینه های تولید هر یک میلیون کیلووات تولید برق بر پایه منبع سوخت فسیلی (2010-2020)

(دلار به ازای هر یک میلیون وات ساعت برق)

بدون شک ارزان ترین منبع انرژی برق برای ایالات متحده آمریکا نیروگاه های هیدروالکتریکی هستند. این نیروگاه ها در همه ابعاد هزینه کمتری را برای بهره برداران خود ایجاد می کنند، نیاز به هزینه سوخت ندارند و در نهایت برق را با قیمت بسیار رقابتی به دست مصرف کنندگان می رسانند. مشکلی که در زمینه توسعه این نیروگاه ها وجود دارد این است که تقریبا در ایالات متحده آمریکا از همه منابع در دسترس برای تولید انرژی هیدروالکتریک استفاده شده است و توسعه این نیروگاه ها به سبب وجود پارک های ملی و مناطق حفاظت شده زیست محیطی ممکن نیست. در نتیجه با وجود هزینه اندک زمینه توسعه بهره برداری از برق هیدروالکتریکی در آمریکا محدودتر از سایر منابع انرژی در آمریکا است.

نمودار شماره 7: هزینه های تولید هر یک میلیون کیلووات تولید برق بر پایه منبع هیدروالکتریکی (2010-2020)

(دلار به ازای هر یک میلیون وات ساعت برق)

نیروگاه های حراررتی مبتنی بر سوخت گاز طبیعی در چند دهه اخیر در ایالات متحده آمریکا به صورت قابل توجهی رشد داشته اند. نیروگاه های گاز طبیعی ایالات متحده آمریکا در سال 2021 میلادی در مجموع سالانه بیش از 2500 میلیارد کیلو وات ساعت برق تولید کرده اند که بیش از نیمی از برق مصرف شده در آمریکا را شامل می شود. گسترش این نیروگاه ها به سبب منابع عظیم گازی است که در ایالات متحده آمریکا کشف شده است و این کشور را به بزرگ ترین تولید کننده گاز طبیعی جهان تبدیل کرده است. این کشور به یاری منابع گازی که در شمال کشور و همچنین خلیج مکزیک کشف کرده است توانسته است یک شبکه گسترده از زیرساخت های انتقال گاز طبیعی را در درون خاک خود ایجاد کند و زمینه را برای تاسیس نیروگاه های گازی متعددی را ایجاد کند. علاوه بر این در یک دهه اخیر به لطف اکتشاف میادین گازی جدید، توسعه زیرساخت های انتقال گاز طبیعی از طریق لوله و همچنین بهبود فناوری های توربین های گازی هزینه تولید برق در نیروگاه های گازی آمریکا به صورت قابل توجهی کاهش یافته است و همین مسئله باعث گردیده است که این حوزه نه تنها بیشترین سهم را در تولید برق آمریکا داشته باشد، بلکه سرمایه گذاری در این حوزه نیز برای سرمایه گذاران آمریکایی سودآور باشد. به عبارت دیگر، همان گونه که نمودار زیر نیز نشان می دهد این بخش تنها حوزه ای بوده است که با وجود افزایش هزینه های تولید در اقتصاد آمریکا توانسته است هزینه تمام شده برق تولیدی را در طول یک دوره 10 ساله حدود 50 درصد کاهش دهد.

نمودار شماره 8: هزینه های تولید هر یک میلیون کیلووات تولید برق بر پایه توربین های گازی و واحدهای کوچک مقیاس (2010-2020)