6 دقیقه
پشتوانه علمی سیستم روشنایی جهانی ما
چراغ‌های الکتریکی به عنوان یکی از ارکان اساسی تمدن معاصر محسوب می‌شوند که منازل، شهرها و زیرساخت‌های سراسر جهان را روشن می‌کنند. بخش عمده روشنایی از طریق برق تأمین می‌شود؛ شکلی از انرژی که در نیروگاه‌ها با بهره‌گیری از سوخت‌هایی چون زغال‌سنگ، گاز طبیعی، اورانیوم (انرژی هسته‌ای)، آب، باد و خورشید تولید می‌گردد. این انرژی از طریق شبکه‌های گسترده‌ای که به شبکه برق موسوم هستند، تولیدکنندگان را به مصرف‌کنندگان متصل می‌کند.
هر بار که کلید چراغ را فشار می‌دهید، انرژی لازم را از شبکه برق می‌گیرید. نکته حیاتی این است که میزان عرضه و تقاضای برق باید در هر لحظه، حتی در کسری از ثانیه، دقیقاً متعادل باقی بماند. چنانچه مصرف برق فراتر از میزان تولید شود، سیستم دچار آشفتگی یا حتی خاموشی گسترده خواهد شد. برای جلوگیری از این رخداد، اپراتورهای شبکه از حسگرهای پیشرفته، تحلیل داده‌های لحظه‌ای و ابزارهای محاسباتی پیشرفته استفاده می‌کنند تا تولید برق را متناسب با نوسانات مصرف تنظیم نمایند؛ این فرآیند با عنوان مدیریت بار شناخته می‌شود. تغییرات مصرف برق چشمگیر است: مثلاً یک خانه معمولی تابستان بعدازظهر بسیار بیشتر از یک شب پاییزی برق مصرف می‌کند.
اگر همگان همزمان چراغ‌ها را روشن کنند چه رخ می‌دهد؟
فرض کنید همه افراد کره زمین در یک لحظه چراغ‌های خود را روشن کنند؛ در این صورت میزان تقاضا برای برق به شکلی بیسابقه افزایش می‌یابد. جهش ناگهانی مصرف برق فشاری قابل توجه بر نیروگاه‌ها و شبکه‌های انتقال برق وارد می‌کند. اما زیرساخت‌های انرژی ما چگونه واکنش نشان می‌دهند؟
انواع نیروگاه و عملکرد آنها در برابر شوک‌های مصرف
نیروگاه‌های زغال‌سنگ و هسته‌ای با وجود امکان تولید مقادیر عظیمی از برق پایه، در افزایش یا کاهش تولید انعطاف‌پذیر نیستند و همچنین راه‌اندازی مجدد آنها زمان‌بر است. اما نیروگاه‌های گازی بسیار سریع‌تر می‌توانند تولید خود را افزایش دهند و از این رو برای مقابله با اوج مصرف بسیار حیاتی هستند؛ همانند زمان‌های افزایش شدید و ناگهانی تقاضا. منابع تجدیدپذیر مانند خورشید، باد و آب برق پاک‌تری تولید می‌کنند اما ماهیت آنها متغیر است؛ پنل‌های خورشیدی فقط هنگام روز فعال‌اند و توربین‌های بادی زمانی تولید دارند که باد بوزد. اگرچه باتری‌ها و نیروگاه‌های برق‌آبی ذخیره‌ای انعطاف پذیری بیشتری به شبکه می‌بخشند، اما فناوری‌های امروزی هنوز قادر نیستند انرژی کافی را به سرعت موردنیاز برای مهار یک موج مصرف جهانی در اختیار بگذارند.
چرا احتمال خاموشی کامل جهانی کم است
خوشبختانه، شبکه جهانی برق یک شبکه یکتا و یک‌پارچه نیست، بلکه متشکل از شبکه‌های ملی و منطقه‌ای است که به صورت مستقل عمل می‌کنند و در هنگام بروز اشکال می‌توانند از شبکه‌های همجوار جدا شوند. حتی در شبکه‌هایی که چند کشور را پوشش می‌دهند (مانند آمریکای شمالی و اروپا)، در ساختار آنها تدابیری جهت پیشگیری از قطع برق به شکل زنجیره‌ای اندیشیده شده است. در نتیجه، شاید خاموشی‌های موضعی اتفاق بیفتد اما بروز یک خاموشی کامل جهانی بسیار غیرمحتمل است.
انقلاب LED: کنترل مصرف و صرفه‌جویی انرژی
در دو دهه اخیر، فناوری چراغ‌های LED (دیود نوری) با سرعت بالا جایگزین چراغ‌های رشته‌ای و فلورسنت گذشته شده‌اند. LEDها راندمان بسیار بالاتری دارند و با مصرف کمتر برق، نور بیشتری تولید می‌کنند و بدین ترتیب فشار کلی بر شبکه برق کاهش می‌یابد. به گزارش وزارت انرژی آمریکا، استفاده گسترده از لامپ‌های LED به طور متوسط سالیانه ۲۲۵ دلار هزینه برق هر خانواده آمریکایی را کاهش می‌دهد. تا سال ۲۰۲۰، نزدیک به نیمی از خانوارهای آمریکا عمدتاً از لامپ‌های LED بهره می‌بردند و این امر نقش عمده‌ای در مهار جهش‌های احتمالی مصرف برق ایفا کرده است؛ به ویژه در شرایطی که تعداد زیادی از چراغ‌ها همزمان روشن می‌شوند.
هزینه پنهان: افزایش آلودگی نوری و از بین رفتن آسمان شب
فارغ از فشار وارد بر زیرساخت‌های برق، روشن کردن همزمان همه چراغ‌های جهان به شدت وضعیت آلودگی نوری را وخیم‌تر می‌سازد. یکی از آثار بارز این چالش، پدیده «درخشش آسمان» است؛ حالتی که نور مصنوعی پس از پراکندگی در جو، ستارگان و تاریکی طبیعی شب را محو می‌کند.
این پدیده هم‌اکنون در مناطق شهری رواج فراوانی دارد و باعث شده که بسیاری از صور فلکی پشت پرده نورهای شهری پنهان شوند و حتی شهرها از فضا قابل رؤیت باشند. پرنور شدن بیش از حد معابر، پارکینگ‌ها و دفاتر خالی با نورافکنی‌های مهارشده یا نامناسب، همگی به این معضل دامن زده‌اند. جدا از آسیب به منظره طبیعی آسمان شب، نور مصنوعی بر زیست‌جانوران نیز اثر منفی دارد؛ پرندگان مهاجر، حشرات و لاک‌پشت‌های دریایی همه می‌توانند دچار سردرگمی شوند. همچنین نور مصنوعی بر سلامت انسان‌ها هم بی‌تأثیر نیست و با به‌هم ریختن چرخه‌های طبیعی خواب می‌تواند کیفیت استراحت افراد را کم کند.
در صورتی که تمامی مردم دنیا همزمان محیط خود را نورانی کنند، در بسیاری از مناطق، شب واقعی و ستارگان برای همیشه ناپدید خواهند شد؛ نتیجه‌ای که نه برای دوستداران نجوم رضایت‌بخش است و نه برای سلامت عمومی.
جمع بندی
اگر تمامی لامپ‌های برقی روی زمین به طور همزمان روشن شوند، افزایش مصرف برق جهانی کاملاً محسوس اما با توجه به سازوکارهای شبکه و فناوری‌هایی چون LED، احتمالاً قابل مدیریت خواهد بود. با این حال، وقوع قطعی‌های موضعی یا خاموشی منطقه‌ای دور از انتظار نیست، ولی خاموشی کامل جهانی بسیار نامحتمل است. با این وجود، پیامد محسوس چنین عملی افزایش بیسابقه آلودگی نوری است که آسمان و ستارگان را از دید بشر حذف می‌کند؛ پدیده‌ای با پیامدهای جدی برای سلامت انسان، زیست‌بوم‌ها و ارتباط معنوی ما با کیهان. در دوران تحول فناوری، یافتن تعادلی میان روشنایی و حفاظت از آسمان شب، همچنان یکی از مسائل مهم برای دانش، سیاست‌گذاری انرژی و جامعه به شمار می‌رود.
منبع: theconversation
.avif)
نظرات