توصل باحثون في الصين إلى نظام هجين يجمع بين 3 مصادر طاقة متجددة، ويقدّم أفضل توازن شامل بين التكلفة وموثوقية الإمدادات.
ووفق التفاصيل التي اطّلعت عليها منصة الطاقة المتخصصة، أجرى الفريق البحثي تقييمًا متكاملًا من الناحية التقنية والاقتصادية والبيئية لأنظمة الطاقة المتجددة الهجينة المتصلة بشبكة الكهرباء، التي تجمع بين الطاقة الشمسية وطاقة الرياح وبطاريات التخزين.
وأظهرت المقارنة الإقليمية أن وفرة موارد الطاقة المتجددة تؤدي دورًا حاسمًا في سلوك النظام.
وكشفت دراسة تقييم دورة الحياة عن أن التأثيرات البيئية للنظام الهجين تتركز في مرحلة التصنيع، في حين أن إعادة تدوير المواد في نهاية عمر النظام يمكن أن تُسهم بصورة كبيرة في خفض إجمالي انبعاثات الكربون.
مقارنة بين 3 أنظمة طاقة
قارنت الدراسة 3 أنظمة طاقة مجتمعية متصلة بالشبكة، كل منها بقدرة توليد طاقة متجددة تبلغ 400 كيلوواط وبطارية ليثيوم أيون سعتها 100 كيلوواط/ساعة.
وتضمّنت التكوينات الـ3 نظامًا شمسيًا بقدرة 400 كيلوواط، ونظامًا لطاقة الرياح بقدرة 400 كيلوواط، ونظامًا هجينًا يجمع بين 200 كيلوواط من الطاقة الشمسية، و200 كيلوواط من طاقة الرياح.
وبلغت قدرة كل توربين رياح 20 كيلوواط، في حين بلغت كفاءة وحدة النظام الشمسي 17.3%، مع معامل تخفيض قدرة 90%، وعمر تشغيلي 25 عامًا، وكفاءة محول 98%، وتراوحت حالة شحن البطارية بين 20% و100%.
وقامت الدراسة بنمذجة الأنظمة في مدينتي كاراماي وكاشغر الصينيتَيْن، بمتوسط طلب على الكهرباء يبلغ 1000 كيلوواط/ساعة يوميًا، أو ما يقارب 365 ميغاواط/ساعة سنويًا.
وتمّت محاكاة الأنظمة على مدار عام كامل باستعمال 8 آلاف و760 قيمة ساعية للإشعاع الشمسي وسرعة الرياح ودرجة الحرارة المحيطة والطلب على الكهرباء.
وأسهم في هذا البحث علماء من جامعة شينجيانغ الصينية، وجامعة تشونغتشينغ، وجامعة هونغ كونغ للفنون التطبيقية.
ونُشرت النتائج في ورقة بحثية بعنوان "تصميم وتقييم نظام هجين متصل بالشبكة يجمع بين الطاقة الشمسية وطاقة الرياح والبطاريات من منظور تقني واقتصادي"، في مجلة "دراسات حالة في الهندسة الحرارية".
نظام هجين لـ3 مصادر طاقة متجددة
في البداية، لبّي نظام الطاقة الهجين الطلب المحلي من الكهرباء المتجددة، إذ استُعمل الفائض لشحن البطارية قبل تصدير أي كهرباء متبقية إلى الشبكة.
وعندما كان إنتاج الطاقة المتجددة غير كافٍ، فُرّغت البطارية قبل استيراد الكهرباء من الشبكة، بحسب ما نقلته مجلة "بي في ماغازين" (PV Magazine).
وبلغت أسعار الكهرباء من الشبكة 0.24 يوان صيني (0.036 دولارًا) لكل كيلوواط/ساعة خلال فترات انخفاض الطلب، و0.40 يوانًا صينيًا (0.059 دولارًا) لكل كيلوواط/ساعة خلال أوقات الطلب العادية، و0.59 يوانًا صينيًا (0.087 دولارًا) لكل كيلوواط/ساعة خلال أوقات ذروة الطلب، في حين بلغ سعر الكهرباء المصدرة 0.262 يوانًا صينيًا (0.039 دولارًا) لكل كيلوواط/ساعة.
*(اليوان الصيني= 0.15 دولارًا أميركيًا)
وافترض التحليل الاقتصادي عمرًا افتراضيًا للمشروع يبلغ 20 عامًا، ومعدل خصم اسمي 5%، ومعدل تضخم 3%، وتكاليف رأسمالية للطاقة الشمسية قدرها 3 آلاف و500 يوان صيني (518.5 دولارًا) لكل كيلوواط، وتكاليف طاقة الرياح 4 آلاف يوان صيني (592.6 دولارًا) لكل كيلوواط، وتكاليف البطاريات 1000 يوان صيني (148 دولارًا) لكل كيلوواط/ساعة.
وأظهرت النتائج أن نظام الطاقة الشمسية المستقل حقق أقل تكلفة مستوية للطاقة (LCOE)، إذ بلغت 0.189 يوانًا صينيًا (0.028 دولارًا) لكل كيلوواط/ساعة، مقارنةً بـ0.237 يوانًا صينيًا (0.035 دولارًا) لكل كيلوواط/ساعة لنظام الطاقة الهجين، و0.291 يوانًا صينيًا (0.043 دولارًا) لكل كيلوواط/ساعة لنظام طاقة الرياح المستقل.
ومع ذلك حقّق النظام الهجين أفضل توازن شامل بين الأداء الاقتصادي وموثوقية الإمداد، مسجلًا أعلى معدل اكتفاء ذاتي بنسبة 70.8%، ومستهلكًا 106.7 ميغاواط/ساعة فقط من كهرباء الشبكة سنويًا.
وبالمقارنة، حقّق نظاما الطاقة الشمسية وطاقة الرياح المستقلان معدلات اكتفاء ذاتي بلغت 58.2% و58.0% على التوالي، في حين استهلكا 152.6 ميغاواط/ساعة و153.2 ميغاواط/ساعة من كهرباء الشبكة سنويًا.
ووجد الباحثون أن توافر الموارد يؤثر بصورة كبيرة في الأداء؛ إذ أظهرت كاراماي معدل اكتفاء ذاتي أعلى وتكلفة مستوية أقل للطاقة، لكنها تعاني تقليصًا أكبر في الإمداد، في حين تحافظ كاشغر على معدل استهلاك ذاتي أعلى، لكن بمعدل اكتفاء ذاتي أقل وقدرة تنافسية اقتصادية أضعف.
وأضافوا أن تقييمهم يوفّر "أساسًا نظريًا وتوجيهًا هندسيًا للتخصيص الأمثل وتشغيل أنظمة الطاقة الهجينة الإقليمية".
موضوعات متعلقة..
- دراسة تعظّم الاستفادة من الطاقة المتجددة بـ"نظام هجين".. ثورة تقنية
- حلول الطاقة المتجددة الهجينة أقل تكلفة من الوقود الأحفوري.. والإمارات نموذجًا
- دمج مصادر الطاقة المتجددة مع تخزين الهيدروجين.. هل تنجح الأنظمة الهجينة؟
نرشح لكم..
- ملف خاص عن مستجدات أسواق الغاز المسال العربية والعالمية
- ملف خاص عن المناجم في الدول العربية
- ملف خاص عن مصافي النفط في الدول العربية
المصادر:
- نظام هجين لمصادر الطاقة المتجددة، من مجلة "دراسات حالة في الهندسة الحرارية".
- معلومات إضافية عن نظام الطاقة الهجين، من مجلة "بي في ماغازين".
