بررسی‏‏‏ اثرات اقتصادی جایگزینی لامپهای کم‏‏‏مصرف



بررسی‏‏‏ اثرات اقتصادی جایگزینی لامپهای کم‏‏‏مصرف

امیر شریف‏یزدی محمدحسین میرزازاده محمدحسین ردایی
شرکت برق منطقه‏ای یزد شرکت توزیع برق استان یزد

خلاصه‏‏‏ : سهم روشنایی از کل مصرف الکتریسیته خصوصا" در پیک بار چشمگیر است ، به‏عنوان مثال در ایران حدود 30% از کل انرژی مصرفی و حدود 45% تا 50% از توان پیک‏بار صرف تامین روشنایی می‏شود.
در دو دهه اخیر پس‏‏‏از ظهور لامپهای کم‏مصرف تعداد زیادی از دولتها و شرکتهای تامین‏کننده انرژی الکتریکی، با مشاهده‏ فاصله قابل‏ملاحظه‏‏ هزینه‏ احداث تاسیسات تولید و شبکه‏‏های برق‏رسانی و هزینه‏ نسبتا" کم جایگزینی لامپهای رشته‏ای با لامپهای کم‏مصرف، 50% تا 96% از بهای لامپها را به‏صورت یارانه پرداخت‏ نموده‏اند.
در این مقاله با مقایسه‏ فنی و اقتصادیِ لامپهای کم‏مصرف با بالاست الکترونیکی و لامپهای معمولی نشان داده‏‏ می‏شود با جایگزینی رایگان لامپهای مذکور می‏توان با هزینه‏ احداث 1KW نیروگاه‏ و شبکه‏، حدود 26KW از ظرفیت‏ نامی ‏تولید و 16KW از ظرفیت ‏شبکه‏ را آزاد‏ کرد. بنابراین حدود 4500MW از ظرفیت‏ نامی ‏تولید و 3000MW از ظرفیت‏ شبکه را با هزینه‏ احداث تنها180MW می‏توان‏ آزادکرد. ارزش ظرفیت آزادشده حدود 3.3 میلیارد دلار و هزینه‏ جایگزینی 160 میلیون دلار (حدود 20مرتبه کمتر) است .
اگرچه ممکن است جایگزینی رایگان از برخی جنبه‏های اجتماعی و فرهنگی مصلحت نباشد ، اما محاسبات این مقاله‏ نشان می‏‏‏دهد که ازنظر اقتصادی حتی درصورت جایگزینی رایگان لامپهای کم‏‏‏مصرف ، منافع ملی قابل ملاحظه‏ای عاید کشور می‏شود، بنابراین روش‏‏های نزدیک به‏‏‏ جایگزینی رایگان [ و مطابق با مصلحتهای جایگزینی ] کاملا" مقرون به‏‏‏صرفه‏اند.

کلمات کلیدی : لامپ‏کم‏مصرف، هزینه‏، روشنایی، آزادسازی ظرفیت

1 – مقدمه‏
احداث تاسیسات تولید انرژی الکتریکی و شبکه‏های برق‏رسانی نیاز به‏ هزینه‏ زیادی دارد: هزینه معادل‏ احداث تاسیسات تولید و انتقال و توزیع برای هر کیلووات 800 دلار به‏علاوه 1000000 ریال می‏باشد. علاوه بربارمالی 3 تا 8 سال برای احداث نیروگاه زمان لازم است[1]. همچنین هزینه‏های جاری و ثابت سالانه نیروگاه‏ها گاهی بالغ‏ بر 20% سرمایه‏گذاری‏ اولیه می‏شوند. ازاین‏رو کاهش مصرف انرژی الکتریکی خصوصا" در ساعات اولیه شبکه‏ به‏ میزان قابل‏ملاحظه‏‏ای در حفظ و صرفه‏جویی سرمایه‏های ملی موثر است . [درساعات اولیه شب به‏علت استفاده از انواع لامپها، مصرف انرژی الکتریکی به‏مراتب بیشتر از ساعات دیگرشبانه‏روز است ]
درکشورهای غربی با اینکه ظاهرا" مشکلی برای تولید انرژی الکتریکی وجود ندارد، با پرداخت‏ یارانه‏های قابل‏ملاحظه‏‏، لامپهای کم‏مصرف جانشین لامپهای معمولی گردیده و با پیک‏زدایی مناسب و درنتیجه کاهش سرمایه‏گذاری برای احداث نیروگاه‏ها سود سازمانی و ملی زیادی به‏دست‏ آمده است. (کاهش‏آلودگی محیط‏زیست نیز از فواید جنبی این جایگزینی است)
باتوجه‏به‏ ضریب‏بار نامناسب کشور و هزینه‏های سنگین سرمایه‏گذاری، جایگزینی لامپهای کم‏مصرف می‏تواند منافع بیشتری (نسبت به‏ کشورهای پیشرفته) برای ایران به‏همراه داشته‏باشد.

2 – تاریخچه جایگزینی‏ لامپهای‏کم‏مصرف
اولین لامپهای کم‏مصرف از سال 1980 وارد بازار مصرف شدند و به‏تدریج با کاهش قیمت جایگاه مناسبی پیداکردند.
اگرچه ده‏سال قبل قیمت لامپهای کم‏مصرف به‏مراتب بیش از امروز بوده‏است، اما از حدود سال 1989 شرکتهای برق متعددی با پرداخت‏ یارانه ، مشوق جایگزینی این لامپها شده‏اند.
بعضی از شرکتهای‏برق در کشورهای‏ پیشرفته، 50 تا 96 درصد بهای لامپهای کم‏مصرف را به‏عنوان یارانه‏ به‏ مصرف‏کننده ‏پرداخته‏اند تا با کاهش قابل ملاحظه‏ هزینه تاسیسات تولید و شبکه‏، سود چشمگیری عاید شرکت و کشور خود ‏نمایند.
به‏عنوان نمونه درآمریکا شرکت‏ماین [Maine] با428000 مشترک، درسال 1989به‏عنوان اولین‏گام 85000 لامپ‏ کم‏مصرف، هرعدد به‏ مبلغ 20 تا24 دلار خریداری و ازطریق یک شرکت‏خیریه باقیمت هرعدد 1 دلار بین مشترکین، توزیع نمود، یعنی برای هر لامپ 19 تا 23 دلار یارانه‏ پرداخت نمود. ارایه اطلاعات اقتصادی جهت تشویق مصرف‏کنندگان به استفاده ازاین لامپها (معمولا" بافیشهای برق) و همچنین برنامه‏های تبلیغاتی متعدد ازطریق رادیو و تلویزیون و نظرخواهی از مصرف‏کنندگان از دیگراقدامات شرکت‏ماین برای تغییرالگوی مصرف به لامپهای جدید بود.
در آن زمان شرکت‏ماین، هزینه‏ کاهش 1KW مصرف ازطریق جایگزینی لامپهای‏کم‏مصرف را 200$ و هزینه‏ احداث 1KW را تا 3000$ (احداث ‏نیروگاه‏ اتمی) برآورد کرده بود. (جایگزینی تقریبا" رایگان لامپها ، پانزده برابر ارزانتربود) همچنین شرکت‏ماین پیشبینی‏نمود باجایگزینی 230000عدد لامپW15به‏جای لامپ 60Wرشته‏ای (لامپ متداول در آمریکا) بیش از 40 میلیون کیلووات ساعت، مصرف‏ انرژی کاهش می‏یابد (3 میلیون دلار دردوره عمر لامپها)[3] .
شرکت ‏انرژی استکهلم نیز در سالهای 1989 و 1990 برای 320000 مشترکین خانگی خود با اخذ 10% تخفیف ازشرکت‏ سازنده لامپها، مجموعا" 50% تخفیف برای‏ خرید لامپ منظورنمود.
همچنین در کانادا به ‏دنبال بحران الزام تعطیلی نیروگاه‏های اتمی و کمبود توان‏تولیدی، 75% یارانه برای لامپهای کم‏مصرف پرداخته‏شد.[3]
حتی سازمان ملل به‏عنوان‏‏ متولی خریدهای خارجی عراق ، در سال 1379 خرید 16 میلیون لامپ کم‏‏‏مصرف برای این کشور را به مناقصه بین المللی گذاشت.
به‏طور کلی کاهش مصرف انرژی الکتریکی از اهداف اصلی سیاست دولت‏ها است و این هدف عمدتا" با کاهش مصرف روشنایی ممکن است . به‏عنوان نمونه‏، دولت هلند کاهش مصرف به‏ میزان 20% تا سال 2000 و 25% تا سال 2010 را جزء اهداف اصلی خود اعلام نموده است [3] .
در راستای این سیاست لامپ‏ کم‏مصرف (با یارانه زیاد) به‏ تدریج جایگزین همه لامپها به‏جز لامپهای التهابی با بازده‏حداکثر (لامپ هالوژن) می‏شود[4] . زیرا سرمایه‏گذاری‏ برای صرفه‏جویی در مصرف انرژی بسیار باصرفه‏تر از سرمایه‏گذاری‏ در ساخت نیروگاه‏های جدید است [5] .

3 – بررسی فنی لامپ‏ کم‏مصرف
لامپ‏ کم‏مصرف، عنوان مصطلحی برای لامپ فلورسنت فشرده [Compact Fluorescent Lamp] می‏باشد . دو تفاوت عمده این لامپ نسبت به‏ لامپ فلورسنت معمولی، کوچک و فشرده بودن و نیز استفاده‏ از بالاست الکترونیکی بجای بالاست الکترومغناطیسی(چوک) است.
بالاست لامپهای کم‏مصرف جدید عمدتا" به‏صورت تطبیقی (مجزا از لامپ) هستند و هنگام خرابی لامپ نیازی به‏ تعویض بالاست ؛ با قیمتی حدود 1.6 و عمری حدود 5 برابر لامپ ؛ نیست[5].
ازآنجاکه عمده مزایای‏ فنی، مربوط به‏ بالاست الکترونیکی است ، به‏ تفصیل مزایای آن را بیان ‏کرده ، سپس لامپ‏ کم‏مصرف را با لامپ رشته‏ای و لامپ مهتابی معمولی مقایسه‏ می‏کنیم .

مقایسه بالاست‏ الکترونیکی و الکترومغناطیسی
دو امتیاز اصلی بالاست‏ الکترونیکی نسبت به‏ بالاست‏ الکترومغناطیسی (چوک) کاهش تلفات‏ بالاست و افزایش بهره‏وری لامپ است. تلفات‏ بالاست هنگامی که‏ دو لامپ فلورسنت 36W را به‏کار می‏اندازد ، از 10W(حالت استفاده‏ از چوک) تقریبا‏" به‏ 4W به‏ ازاء هر لامپ کاهش می‏یابد.
کارکردن لامپ‏ در فرکانس بالا، باعث افزایش بهره‏وری آن می‏شود. بالاست‏ الکترونیکی در فرکانسهای بالاتر از 20KHZ کار می‏کند، درنتیجه بهره‏وری 10تا 15 درصد افزایش می‏یابد.
مشخصات‏کلی بالاست‏ الکترونیکی عبارتند از:
* افزایش بازده مدار (کاهش تلفات بالاست)
* کاهش وزن به‏ویژه برای لامپهای بزرگ
* افزایش بازده نور
* محو سوسو زدن
* حذف هارمونیکهای جریان شبکه‏ و ایجاد ضریب توان 1 بدون احتیاج به‏ خازن تصحیح‏کننده
* وسیله تسهیل کنترل دقیق توان یا جریان لامپ
* راه‏اندازی کنترل‏شده‏ بهتر و شرایط کاری مطلوب‏تر، و در نتیجه افزایش عمر لامپها

اکنون ایرادهای روزهای اولیه تحول و پیشرفت بالاست؛ مانند هارمونیک زیاد ؛ (اوایل دهه1980) کم‏شده‏ و قیمت‏ آنها نیز به‏شدت کاهش ‏یافته ‏است. [البته‏‏‏ اگر کیفیت بالاست مناسب و مطابق استاندارد نباشد، ممکن است هارمونیکها بیش از حد مجاز باشند[6] در این زمینه توضیحاتی در بند 9 ارائه می‏شود]
حذف کامل سوسوزدن لامپ با استفاده‏ از بالاستهای الکترونیکی ، بروز ناراحتیهایی مانند سردرد و خستگی چشم را در میان افرادی که‏ ساعتها زیر نور فلورسنت کار می‏کنند ، کاهش می‏دهد. آزمایشهای انجام شده‏ این موضوع را ثابت کرده‏اند[4].

مقایسه لامپ‏‏کم‏مصرف و لامپ‏رشته‏ای
1- انرژی مصرفی در مجموعه لامپ‏کم‏مصرف و بالاست آن حدود 20% لامپ‏رشته‏ای است.
2- طول عمر متوسط لامپ‏ رشته‏ای حدود 900 ساعت و طول عمر لامپ‏ کم‏مصرف 10000 ساعت است ( حدود 11 برابر طول عمر لامپ‏ رشته‏ای )
3 – لامپ‏ کم‏مصرف درمقابل تغییرات فرکانس و خصوصا" ولتاژ برق ورودی حساس نیست ( با ولتاژ 70 تا 250 ولت بدون تغییر محسوس درکیفیت نور کارمی‏کند)
4 – افزایش ولتاژ در طول عمر لامپ اثر چندانی ندارد، درحالی‏که در لامپ‏رشته‏ای افزایش ولتاژ باعث کم شدن طول عمر آن می‏گردد.
5 – دمای ‏رنگ‏ نور و نیز میزان‏نوردهی (شارنوری) لامپ‏ کم‏مصرف و لامپ‏ رشته‏ای تقریبا" برابر است.
6 – افت بهره نوری لامپ‏ کم‏مصرف دراواخر عمربه‏‏مراتب کمتراز لامپ‏ رشته‏ای می‏‏باشد.
7 – لامپ‏ کم‏مصرف در اثر کار گرم نمی‏شود، در مقابل سرما و تغییرات درجه حرارت مقاوم بوده (تا 30 درجه زیرصفر بخوبی کار می‏کند) و در اثر ریزش باران نمی‏شکند.
8 – لامپ‏ کم‏مصرف با ولتاژ DC هم قابل استفاده‏ است. [3]

مقایسه‏ لامپ‏ کم‏مصرف و لامپ مهتابی معمولی
1- ضریب قدرت لامپ‏کم‏مصرف 0.96 و ضریب‏قدرت لامپ‏ مهتابی معمولی 0.5 می‏باشد .
2- عمر بالاست‏الکترونیکی40 تا50 هزارساعت و عمر مفید یک چوک حداکثر 8000 ساعت است.
3- لامپ‏ کم‏مصرف‏ با ولتاژ DC نیز قابل استفاده‏ است.
4- نور لامپ‏ کم‏مصرف درمقابل نوسان فرکانس، لرزش ندارد. همچنین باولتاژ 70 تا250 ولت بدون نوسان کار می‏کند.
5- مصرف انرژی الکتریکی لامپ‏ کم‏مصرف 30% کمتر از لامپ مهتابی است .
6- عمر لامپ‏ کم‏مصرف حدود 50% بیشتر است.
7- لامپ‏ کم‏مصرف، نیازی به‏ اتصالات و یراق‏آلات متعدد و حجیم لامپ مهتابی ندارد.
8- افت بهره‏نوری لامپ‏ کم‏مصرف دراواخر عمر به‏‏مراتب کمتراز لامپ‏‏مهتابی‏معمولی است.[3]

4 – ارزیابی‏ اقتصادی جایگزینی رایگان لامپهای کم‏مصرف
در این بررسی، برای رعایت اختصار :
"نسبت ظرفیت موردنیاز ‏به‏ پیک نیاز مصرف در سطح فشارضعیف" ، "ضریب تناظر" ؛ "تاسیسات انتقال و توزیع" ، "شبکه" و
"تاسیسات تولید‏ " ، "تولید" نامیده‏می‏شوند.
باتوجه‏به‏ نوسان قیمت ارز، هزینه‏ تاسیسات‏تولید و شبکه‏ غالبا" برحسب دلار بیان می‏شود . از این ‏رو برای مقایسه‏ هزینه‏ها، قیمت لامپ‏ کم‏مصرفِ تولید داخل نیز به دلار تبدیل می‏شود.

هزینه‏ احداث هر KW: درحال‏حاضر ارزش معادل 1KW تاسیسات تولید ، انتقال و توزیع انرژی الکتریکی 800$ به‏علاوه 1000000 ریال برآورد می‏شود[5] . (این‏هزینه‏ در گذشته‏ای نه‏چندان دور 1400$ به‏علاوه 280000ریال‏ بود) در برآورد این مقاله عدد 900$ مبنای محاسبات قرار می‏گیرد.
هزینه‏ تفکیک‏‏شده هریک از بخشهای تولید و شبکه‏ تقریبا" نصف هزینه‏ مذکور (450$) می‏باشد.

قیمت معادل لامپ‏ کم‏مصرف : در تابستان 1378 قیمت لامپ‏ کم‏مصرف 18w و بالاست مرغوب تولید داخل (با 2سال ضمانت) در سطح خرده‏فروشی به‏ترتیب 13500 و 22000 ریال بوده است . با احتساب هر دلار معادل 8000 ریال ، قیمت لامپ و بالاست آن معادل 4,44$ است . همچنین با درنظرگرفتن 20% تخفیف برای خرید عمده[مشابه قیمت لامپهای قسطی توزیع شده‏ توسط شرکت برق منطقه‏ای تهران] قیمت لامپ، معادل 3,55$ به‏دست‏ می‏آید. (هزینه سرانه تعویض لامپها قابل صرفنظر است)

ضریب‏ تناظر شبکه‏ : ضریب‏ تناظر برای ظرفیت آزادشده شبکه‏، با درنظرگرفتن 30% تلفات پیک بار [7] و 24% تلفات‏شبکه پس‏از کسر تلفات‏ داخلی نیروگاه‏ها (و با احتساب تلفات داخلی مشترکین قبل از کنتور) برابر 1.32 [0.76/1] به‏دست‏ می‏آید. به‏عبارت دیگر اگر در پیک بار 1KW از توان مصرفی در محل مصرف کم شود، متناسبا" تلفات مرتبط بااین توان هم ‏کم‏شده ، ‏ 1,32KW از ظرفیت‏شبکه‏ (تا قبل از نیروگاه‏) آزاد می‏شود.

ضریب‏ تناظر تولید : هزینه‏ احداث در بخش تولید برحسب ظرفیت نامی واحدها داده‏‏ می‏شود، بنابراین می‏باید میزان آزادسازی ظرفیت‏نامی تولید بررسی شود.
نکته مهمی که‏ در محاسبات آزادسازی ظرفیت غالبا" درنظرگرفته‏ نمی‏شود، فاصله قابل‏ملاحظه‏‏ ظرفیت نامی تولید و پیک‏نیاز تولید است :
باتوجه‏به‏ فاصله ظرفیت نامی و ظرفیت عملی و نیز ضریب ذخیره موردنیاز (ظرفیت رزرو ، تعمیر و نگهداری و…) ظرفیت‏نامی حدود 50% بیشتر از پیک نیاز تولید است (درسال 1377 باتوجه‏به‏ ضریب ذخیره نامناسب ، این نسبت حدود 44% بوده‏‏ [نسبت MW26600 به‏ MW18488 ] اما در محاسبات مقاله به‏دلیل نامناسب‏بودن ضریب‏ ذخیره مذکور و بادرنظرگرفتن مقادیر مناسب[3]، نسبت 50% مبنای محاسبه‏ می‏باشد) به‏عبارت دیگر اگر 1KW از پیک نیازتولید آزادشود، حدود KW 1.5 از ظرفیت نامی تولید آزاد می‏شود.
باتوجه‏به‏ توضیحات فوق و بادرنظرگرفتن 30% تلفات پیک بار( بااحتساب تلفات‏داخلی مشترکین قبل از کنتور) ضریب‏تناظر 2.14 [1.5×1.43] برای ظرفیت‏نامی تولید متناظر با توان مصرفی پیک بار در محل مصرف (سطح فشارضعیف) به‏دست‏می‏آید. (حتی اگر ضریب‏ ذخیره نامناسب سال 1377 مبنای محاسبه‏ باشد، این ضریب‏ 2.05 خواهدبود)

نسبت صرفه‏اقتصادی جایگزینی لامپ‏ کم‏مصرف
تعویض هر لامپ رشته‏ای 100W با لامپ‏ کم‏مصرف متناظر ، W80 از میزان مصرف را در سطح فشارضعیف کم می‏کند.
باتوجه‏به‏ ضرایب‏تناظر محاسبه‏شده‏، ظرفیت‏ آزادشده شبکه‏ و تولید به‏صورت زیر به‏دست‏می‏آید:
105=80*1.32w شبکه‏
171=80*2.14 w تولید
با احتساب $450 ارزش هر KW تاسیسات تولید و همچنین شبکه‏، ارزش جایگزینی هر لامپ‏ کم‏مصرف برابر است با:
0.105 450* $ +450*0.171$ =124.4$
مشاهده‏می‏شود درصورتی‏که همه لامپهای موردنظر برای تعویض در پیک بار روشن باشند، جایگزینی رایگان لامپها تقریبا" 35 مرتبه ارزانتر از احداث تاسیسات تولید و شبکه‏ می‏باشد.
ضریب‏ همزمانی استفاده‏ از لامپها برای لامپهای روشنایی معابر حدود 1 می‏باشد و برای بقیه مصارف در پیک بار بسیار متغیر است. باتوجه به بررسیهای انجام شده‏ به‏‏‏نظر می‏رسد برای ایران پژوهش‏‏‏ آماری منتشرشده‏ای درمورد ضریب همزمانی استفاده از لامپها ؛ به‏‏‏ تفکیک نوع مصرف‏ ؛ وجود نداشته باشد . به‏‏‏همین دلیل جدول 1 برای نشان دادن نسبت ارزانتربودن جایگزینی لامپها برای چند ضریب‏ همزمانی ارائه شده‏ است . مشاهده می‏شود برای ضریب‏ همزمانی0,6 (مبنای محاسبات مقاله با توجه به‏‏‏ نمونه‏ مصارف خانگی در اتاقهای نشیمن و آشپزخانه) این‏نسبت برابر 21 است.

جدول 1 – نسبت صرفه اقتصادی جایگزینی لامپها برحسب ضریب‏ همزمانی استفاده‏

ضریب همزمانی استفاده
نسبت ارزانتربودن جایگزینی لامپها
1
35
0.9
31.5
0.8
28
0.7
24.5
0.6
21
0.5
17.5
0.4
14

1

1