برخلاف مناطق شهری مدرن، مناطق دور افتاده روستایی در کشورهای در حال توسعه اغلب از نظر توسعه، اتصال و دسترسی به فرصت های جهانی عقب هستند. فقدان برق در بسیاری از جوامع منزوی، نابرابری در پیشرفت اقتصادی و زیرساختی را تشدید کرده است و چالش های فزاینده ای را برای کیفیت زندگی ساکنان ایجاد می کند [1]. تعداد زیادی از ساکنان مناطق روستایی غیر برق در مناطقی قرار دارند که امکان نصب زیرساخت مناسب برای اتصال آنها به شبکه اصلی برق وجود ندارد [2]. هدف سوم برنامه توسعه سازمان ملل متحد تضمین زندگی سالم برای همه سنین و ارتقای رفاه برای همه است. بدیهی است که مراقبت های بهداشتی با کیفیت یک امتیاز نیست، بلکه یک حق اولیه انسانی است و هر فردی مستحق دسترسی به زیرساخت های بهداشتی رضایت بخش است [3].

به طور گسترده در سطح جهانی توافق شده است که عرضه کافی انرژی می تواند کیفیت خدمات مراقبت های بهداشتی را بهبود بخشد، در حالی که فقدان آن می تواند بر ارائه آنها تأثیر منفی بگذارد [4]. در سال‌های اخیر، توزیع واکسن‌ها، داروها و سایر مواد حساس به دما به طور قابل توجهی تقاضا برای برق را در مراکز بهداشتی و درمانی افزایش داده است [5]. ظهور بیماری‌های عفونی مانند COVID-19، داشتن یک منبع انرژی قابل اعتماد را ضروری کرده است، زیرا ذخیره واکسن‌های حساس به دما برای درمان چنین بیماری‌هایی نیاز به یخچال دارد [6]. علاوه بر این، سیستم های روشنایی مناسب در تأسیسات مراقبت های بهداشتی ضروری است [7]. علاوه بر این، منابع انرژی قابل اعتماد برای مراکز مراقبت های بهداشتی روستایی در رسیدگی به فوریت های پزشکی مانند زایمان، بیمارانی که به مراقبت های ویژه نیاز دارند و غیره بسیار مهم هستند. کمبود انرژی در مراکز بهداشتی و درمانی خطر زندگی انسان را افزایش می دهد [8]، [9]. نبود برق در مناطق دورافتاده پیامدهای قابل توجهی برای ارائه خدمات بهداشتی دارد. در دسترس نبودن برق پایدار با عوامل مختلفی از جمله فقدان انگیزه در میان متخصصان مراقبت های بهداشتی برای کار در مناطق روستایی، کمبود تجهیزات الکتریکی پزشکی ضروری، و نرخ بالای بیماری و مرگ در مراکز بهداشتی درمانی روستایی مرتبط است [10].

ژنراتورهای دیزلی اغلب در این مناطق روستایی برای تامین برق سیستم های مراقبت های بهداشتی استفاده می شوند. ژنراتورهای دیزلی چالش‌های متعددی از جمله بار هزینه‌های سوخت غیرقابل پیش‌بینی، هزینه‌های عملیاتی بالا و مشکلات در ذخیره‌سازی و حمل و نقل را به همراه دارند [11]، [12]. علاوه بر این، استفاده از این روش‌های تولید برق، چالش‌هایی را از نظر انتشار CO2 ایجاد می‌کند _[ 13]. این چالش ها می تواند بر رفاه افراد و اکوسیستم تأثیر منفی بگذارد و در نتیجه مسائل موجود را بدتر کند. سیستم های انرژی تجدیدپذیر یک راه حل قابل دوام و پایدار برای اطمینان از تامین برق کارآمد و مستقل برای تاسیسات مراقبت های بهداشتی روستایی ارائه می دهند [14]. این تاسیسات به دلیل مناظر چالش برانگیز و فواصل قابل توجه اغلب در اتصال به شبکه ها با موانعی مواجه می شوند [15]. این امر دسترسی به ارتباطات را از طریق شارژ تلفن، نگهداری داروها و واکسن‌های تخصصی از طریق یخچال، پمپاژ آب و همچنین در دسترس بودن سایر داروهای ضروری را بهبود می‌بخشد [16]. فقدان زیرساخت‌های کافی و دسترسی محدود به انرژی در مناطق روستایی تأثیر مخربی بر مراکز بهداشتی و درمانی واقع در این مناطق داشته است.

استفاده از سیستم‌های ذخیره‌سازی انرژی، موانعی مانند ماهیت متناوب منابع انرژی تجدیدپذیر و عدم تطابق بین تولید و مصرف انرژی را برطرف می‌کند [17]. عملکرد اولیه سیستم های ذخیره سازی انرژی ذخیره الکتریسیته اضافی زمانی است که تولید بیش از مصرف و تخلیه زمانی که مصرف بیش از تولید باشد، تخلیه می شود [18]. هیبریداسیون ژنراتورهای دیزلی (DG)، فتوولتائیک (PV) و بانک باتری یکی از بهترین راه حل ها برای برآورده کردن تقاضای برق در مناطق دور افتاده از نظر به حداقل رساندن هزینه ها و انتشار گازهای گلخانه ای و در عین حال به حداکثر رساندن قابلیت اطمینان است [19]. علاوه بر باتری ها، سایر فناوری های ذخیره سازی انرژی نیز به طور قابل توجهی تکامل یافته اند. ابرخازن‌ها [20]، ذخیره‌سازی با پمپ هیدرولیکی [21]، فلایویل‌ها [22]، و هیدروژن [23]، [24] نمونه‌هایی از فناوری‌های مختلف ذخیره‌سازی انرژی هستند که دستخوش پیشرفت‌های اساسی شده‌اند. در میان این سیستم‌ها، ذخیره‌سازی هیدروژن دارای مزایای قابل توجهی از نظر مدت زمان ذخیره‌سازی انرژی، چگالی، در دسترس بودن و تمیزی است [25، [26].

به طور کلی، باتری ها و سیستم های ذخیره سازی هیدروژن راه حل های رایج برای رسیدگی به مسائل متناوب منابع انرژی تجدید پذیر در ریزشبکه ها هستند [27]، [28]. با این حال، باتری ها در مقایسه با سیستم های ذخیره سازی هیدروژن، چالش های خاص خود را دارند. به عنوان مثال، باتری ها باید 3 تا 4 بار در طول عمر خود تعویض شوند. علاوه بر این، باتری‌ها در صورت دفع نادرست یا سوء استفاده، نگرانی‌های بهداشتی و زیست‌محیطی قابل توجهی ایجاد می‌کنند [29]. برعکس، هیدروژن این پتانسیل را دارد که به عنوان یک فناوری ذخیره سازی در آینده عمل کند که قادر به غلبه بر این موانع است [30]. سیستم ذخیره‌سازی هیدروژن شامل تبدیل انرژی تجدیدپذیر اضافی به هیدروژن از طریق الکترولیز آب در طول زمان‌های اضافی است [31]. فناوری پیل سوختی تبدیل هیدروژن ذخیره شده به الکتریسیته را امکان پذیر می کند و رویکردی انعطاف پذیر برای تولید برق از منابع انرژی تجدیدپذیر در صورت نیاز و در صورت نیاز ارائه می دهد [32].

سیستم‌های انرژی‌های تجدیدپذیر ترکیبی توسط تعدادی از نویسندگان برای افزایش ارائه مراقبت‌های بهداشتی در مناطق روستایی در سراسر مناطق مختلف جهان ابداع شده‌اند. اولاتومیوا و همکاران [33] از نرم‌افزار HOMER برای بررسی طراحی اقتصادی تکنو منابع حاوی ژنراتور دیزل، فتوولتائیک و توربین بادی برای افزایش ارائه مراقبت‌های بهداشتی در مناطق روستایی نیجریه استفاده کرد. باتری ها به عنوان انرژی ذخیره سازی در سیستم در نظر گرفته می شوند. آنها گزارش دادند که در پورت هارکورت ژنراتور فتوولتائیک و دیزلی برای مراکز بهداشتی درمانی روستایی بهینه در نظر گرفته شد. در مطالعه دیگری در نیجریه، باباتونده و همکاران. [34] سیستم انرژی شامل باتری ها، ژنراتورهای دیزلی، توربین بادی و فتوولتائیک را بررسی و بهینه سازی کرد. آنها گزارش کردند که سیستم انرژی مبتنی بر دیزل ژنراتور و انرژی خورشیدی مقرون به صرفه ترین برای مراکز مراقبت های بهداشتی روستایی در سراسر نیجریه است. این پیکربندی دارای LCOE در محدوده 0.507-0.542 $/kWh بود. در غنا، Opoku و همکاران. [35] تجزیه و تحلیلی را بر روی سه سیستم فتوولتائیک مستقل مختلف انجام داد تا نیاز انرژی خدمات مراقبت های بهداشتی را در یک منطقه دورافتاده برآورده کند. آنها دریافتند که یک باتری به عنوان سیستم ذخیره سازی و پنل فتوولتائیک به عنوان منبع انرژی با ظرفیت 3.0 کیلووات بر ثانیه برای پاسخگویی به نیاز برق اولیه کلینیک های مراقبت های بهداشتی با انرژی مورد نیاز از 4.30 کیلووات ساعت تا 7.58 کیلووات ساعت در روز کافی است. چاودری و همکاران [36] یک سیستم انرژی هیبریدی پایدار از نظر زیست محیطی را برای بخش مراقبت های بهداشتی در جزیره دورافتاده سنت مارتین در بنگلادش، با توجه به ظهور COVID-19 ارزیابی کرد. آنها با استفاده از نرم افزار HOMER پیکربندی های مختلف سیستم های انرژی هیبریدی باد / دیزل / PV / باتری را بر اساس پارامترهای محیطی و اقتصادی طراحی و تجزیه و تحلیل کردند. نتایج نشان داد که پیکربندی سیستم بهینه شده 27 درصد کمتر انتشار CO ₂ در مقایسه با یک سیستم دیزل ژنراتور خارج از شبکه تولید می کند. Adeyeye و همکاران [37] یک ارزیابی فنی اقتصادی از پانل‌های خورشیدی، ژنراتورهای دیزلی و باتری‌ها برای تأسیسات مراقبت‌های بهداشتی از راه دور در نیجریه انجام داد. آنها گزارش دادند که با افزایش قیمت گازوئیل، تعداد باتری ها و ظرفیت پنل های خورشیدی برای پاسخگویی به تقاضا باید افزایش یابد.

الکراقولی و همکاران [38] سیستم خورشیدی فتوولتائیک مبتنی بر طرح را برای تامین برق یک کلینیک مراقبت های بهداشتی در روستاهای جنوبی عراق ارزیابی کرد. با استفاده از HOMER، LCOE در ارزیابی 0.24 $/kWh نشان داده شد. علاوه بر این، در جنوب شرقی عراق، ALShammari و همکاران. [39] یک سیستم انرژی هیبریدی 100 درصد تجدیدپذیر شامل توربین‌های بادی، پانل‌های فتوولتائیک و باتری‌ها را برای برآوردن نیازهای برق یک مرکز مراقبت‌های بهداشتی از راه دور ارزیابی کردند. آنها گزارش دادند که هزینه تولید انرژی 0.547 دلار در کیلووات ساعت است. اولاتومیوا و همکاران [40] یک ارزیابی فنی و اقتصادی از سیستم های انرژی برای مناطق مختلف دورافتاده در نیجریه انجام داد. آنها اندازه تجهیزات را بر اساس معیارهای اقتصادی برای ارائه برق به کلینیک های مراقبت های بهداشتی روستایی با استفاده از نرم افزار HOMER بهینه کردند. نتایج نشان داد که سیستم پیشنهادی برای مکان های روستایی مناسب است. یعقوب و همکاران [41] یک ارزیابی فنی و اقتصادی از یک سیستم ترکیبی متشکل از منابع انرژی خورشیدی، بادی و دیزل ژنراتور برای برق‌رسانی مرکز مراقبت‌های بهداشتی روستایی در کانو، آفریقا انجام داد. آنها گزارش دادند که سیستم هیبریدی خورشیدی-دیزل ارزش فعلی خالص کمتری (NPV) به میزان 390949 دلار در مقایسه با سیستم توربین بادی-دیزل دارد و از نظر اقتصادی مقرون به صرفه تر است. اولادیگبولو و همکاران [42] جنبه‌های فنی اقتصادی سیستم‌های انرژی هیبریدی، از جمله ژنراتورهای دیزل، توربین‌های بادی، و پانل‌های فتوولتائیک را در یک روستای دورافتاده در شمال نیجریه ارزیابی کرد. نتایج ارزیابی نشان داد که پنل فتوولتائیک و سیستم ژنراتور دیزلی در مقایسه با سایر پیکربندی‌های انرژی هیبریدی، با هزینه انرژی 0.259 دلار بر کیلووات، مقرون به صرفه‌تر بود. آیودل و همکاران [43] ارزیابی فنی و اقتصادی یک سیستم انرژی برای یک مرکز مراقبت های بهداشتی 10 تختخوابی در یک روستای دورافتاده در آفریقای جنوبی را بررسی کرد. سیستم هیبریدی شامل سلول های سوختی، توربین های بادی و پنل های خورشیدی است. آنها گزارش دادند که LCOE 2.34 $/kW بود. باباتونده و همکاران [44] یک ارزیابی فنی اقتصادی از یک سیستم انرژی خورشیدی مستقل برای برق‌رسانی یک مرکز مراقبت‌های بهداشتی در آبادام، آفریقای شمالی انجام داد. آنها گزارش کردند که هزینه انرژی برای چنین سیستمی در آن منطقه از 0.239 تا 0.295 دلار در کیلووات ساعت متغیر است. راد و همکاران [5] جنبه‌های فنی اقتصادی برق‌رسانی خارج از شبکه را برای یک کلینیک مراقبت‌های بهداشتی در روستای چوتانی، ایران، تحت شرایط COVID-19 ارزیابی کرد. سیستم مورد بررسی شامل باتری ها، ژنراتورهای دیزلی و پنل های خورشیدی بود. آنها گزارش دادند که هزینه انرژی در کلینیک مراقبت های بهداشتی 0.141 دلار در کیلووات ساعت بود. به طور کلی، جدول 1 خلاصه ای از مطالعات قبلی در زمینه برق رسانی برای مراکز بهداشتی درمانی روستایی را ارائه می دهد.

همانطور که از ادبیات جدول 1 مشهود است، مطالعات متعددی بر ارزیابی فناوری های انرژی تجدیدپذیر برای تامین برق کلینیک های پزشکی متمرکز شده اند. با این حال، هر مطالعه دارای کاستی هایی است که به شرح زیر است:

• •
  تمرکز جغرافیایی: مطالعات قبلی عمدتاً بر روی قاره آفریقا، به ویژه نیجریه متمرکز بود. با این وجود، کشورهای آسیایی، به ویژه کشورهایی که دارای توپوگرافی پیچیده هستند، در زمینه برق رسانی با چالش هایی روبرو هستند و کمتر مورد توجه قرار گرفته اند. علاوه بر این، اکثر مطالعات سیستم‌های انرژی تجدیدپذیر را برای یک مطالعه موردی یا روستای خاص با ارزیابی‌های محدود برای مناطق مختلف در نیجریه ارزیابی کردند. برای رفع این شکاف، مطالعه حاضر عملکرد یک سیستم انرژی تجدیدپذیر را در RHCCها در پنج منطقه مختلف روستایی ایران، که هر کدام با شرایط اقلیمی متمایز مشخص می‌شوند، ارزیابی کرد. در نتیجه، عملکرد سیستم پیشنهادی در یک داده ورودی گسترده ارزیابی شد.
• •
  استفاده از دیزل ژنراتور: یک اشکال رایج در تحقیقات قبلی، اتکا به سیستم های دیزل ژنراتور برای تولید برق است که در بیشتر موارد به جز مطالعات محدودی مانند Ayodele و همکاران، به آلودگی محیط زیست کمک می کند. [43]. علاوه بر این، استفاده از باتری‌ها برای ذخیره‌سازی انرژی، با طول عمر محدود و انعطاف‌ناپذیری آن‌ها در طول شیوع بیماری‌های گسترده مانند COVID-19، باعث توسعه یک سیستم جدید در مطالعه حاضر شد. این سیستم نوآورانه شامل پنل های فتوولتائیک، الکترولیز و پیل سوختی است که در سراسر ایران بر اساس ذخیره هیدروژن بهینه شده است.
• •
  اجزای سیستم: یک مشاهده قابل توجه در ادبیات، همبستگی بین تجهیزات و سطح تقاضای بار مصرف کننده است. طبق گزارش سازمان بهداشت جهانی، کلینیک‌های بهداشتی روستایی بر اساس نیاز برق به سه گروه طبقه‌بندی می‌شوند [60]: گروه اول تا 10 کیلووات ساعت در روز، گروه دوم تا 20 کیلووات ساعت در روز نیاز دارند. و گروه سوم بیش از 20 کیلووات ساعت در روز. با این حال، بسیاری از مطالعات در جدول 1 مربوط به کلینیک هایی با تقاضای برق از 10 تا 20 کیلووات ساعت در روز است که در دسته دوم قرار می گیرند. کلینیک های گروه دوم اغلب دارای آزمایشگاه هایی با تجهیزات اولیه پزشکی هستند که خدمات مراقبت های اولیه بهداشتی را همراه با آزمایش خون، جراحی های دندانپزشکی و خدمات زایمان ارائه می دهند [61]. با این حال، در کشورهای آسیایی در حال توسعه مانند ایران، مناطق دورافتاده فاقد برق معمولاً با کلینیک‌های گروه (1) که به عنوان پست‌های بهداشتی [43] شناخته می‌شوند، در ارتباط هستند که در ادبیات کمترین توجه را به خود جلب می‌کنند. بنابراین، این مطالعه نشان‌دهنده اولین تحقیق در مورد سیستم‌های هیدروژن برای RHCC در کلینیک‌های گروه (1) است که در آن گاز هیدروژن به عنوان یک سوخت پاک عمل می‌کند و به سمت امکانات مراقبت‌های بهداشتی با کربن صفر پیش می‌رود.

بنابراین، در این مطالعه، عملکرد یک سیستم جدید متشکل از پانل‌های فتوولتائیک، الکترولایزرها و پیل‌های سوختی در سراسر ایران ارزیابی و بهینه‌سازی شده است. چنین سیستمی گاز هیدروژن را به عنوان سوخت پاک تولید و از آن استفاده می کند و گامی به سوی ساختمان های مراقبت های بهداشتی سبز برداشته است. امید است که نتایج این مطالعه به بررسی انتقادی سیستم‌های انرژی تجدیدپذیر در تأسیسات مراقبت‌های بهداشتی کمک کند. علاوه بر این، برای این چالش مطالعه ما با هدف تعریف یک راه حل مقرون به صرفه است.