تغذية الشبكة الكهربائية ب «الطاقة المتجددة» الأمثل تشغيليا واقتصاديا

تقلل التلوث البيئي وتستخدم مولدات صديقة للبيئة.. حافظ ل « اليوم »:

كشفت دراسة حديثة قدمها باحث الدكتوراة عمر عبدالعزيز حافظ، أن تغذية الشبكة الكهربائية المصغرة أو النائية عن طريق الطاقة المتجددة ومولدات الديزل مجتمعة هي الأمثل تشغيليا واقتصاديا، وتحل ثانياً في المحافظة على البيئة، فيما يمثل استخدام الطاقة المتجددة منفردة الحل الأفضل على الإطلاق للحفاظ على البيئة.
وقال حافظ في حديثه ل "اليوم": إن البحث اهتم بدراسة نقطة التعادل بين استخدام الطاقة المتجددة منفردة وبين تغذية الشبكة عن طريق الشبكة الرئيسية للكهرباء، مع الأخذ بالاعتبار القيمة الاقتصادية والتشغيلية لكل من الطاقة المتجددة مجتمعة وتكاليف إمداد خطوط الكهرباء وتوليد الطاقة الكهربائية لتغذيتها.
وأضاف ": بعدها تكون نقطة التعادل الفاصل في الحل الأمثل لتغذية الشبكة"، مشيرا إلى أنه تم مقارنة المميزات الكلية لاستخدام الطاقة المتجددة من حيث القيمة التشغيلية والاقتصادية والبيئية في شبكات موجودة فعليا والتي تستخدم مولدات الديزل والخطوط الكهربائية الرئيسة، ووجد في أكثر الحالات استخدام الطاقة المتجددة يعد الطريقة الأفضل والأمثل لمثل هذه الشبكات.
تصميم الشبكات الكهربائية المصغرة
وأشار باحث الدكتوراة بالولايات المتحدة الأمريكية "حافظ"، إلى أن الدراسة تهدف إلى أفضل الطرق المثلى لتصميم وتخطيط الشبكات الكهربائية المصغرة أو النائية باستخدام تقنيات مختلفة من الطاقة المتجددة مثل الطاقة الشمسية وطاقة الرياح والطاقة المائية.
وأوضح أن ذلك يتم مع الأخذ في الاعتبار الخواص الفيزيائية والتشغيلية والاقتصادية لكل نوع من هذه الأنواع، ودراسة نقطة التعادل بين استخدام الطاقة المتجددة منفردة وبين تغذية الشبكة عن طريق الشبكة الرئيسية للكهرباء.
وأكد أنه تتم مراعاة القيمة الاقتصادية والتشغيلية لكل من الطاقة المتجددة مجتمعة وتكاليف إمداد خطوط الكهرباء وتوليد الطاقة الكهربائية لتغذيتها، وبعدها تكون نقطة التعادل هي الفاصل في الحل الأمثل لتغذية الشبكة.
واسترسل حافظ "إذا كانت المسافة أقل من نقطة التعادل، يتم تغذية الشبكة عن طريق تمديد خطوط الكهرباء من الشبكة الرئيسية"، أما إذا كانت المسافة أكبر من نقطة التعادل، فيتم استخدام الطاقة المتجددة كونها الأوفر اقتصاديا وتشغيليا.
وذكر انه إضافة إلى ذلك، تتم دراسة تأثير كل من الطريقتين على البيئة وفرض رسوم على إنتاج الكربون من المولدات الحارقة للبترول ومقارنتها بالقيمة التشغيلية والاقتصادية للطاقة المتجددة ومدى حفظ البيئة من الملوثات الناتجة عن المولدات الاعتيادية.
وأوضح "حافظ " أن ملخص الحالات التي تمت دراستها تتمثل في أربع حالات أولها: تغذية الشبكة الكهربائية المصغرة أو النائية عن طريق مولدات الديزل فقط، وثانيها تغذية الشبكة الكهربائية المصغرة أو النائية عن طريق مولدات الديزل ومصادر مختلفة من الطاقة المتجددة مثل (الرياح والشمسية والمائية)، وثالثها تغذية الشبكة الكهربائية المصغرة أو النائية عن طريق مصادر مختلفة من الطاقة المتجددة مثل (الرياح والطاقة الشمسية والطاقة المائية) فقط، ورابعها تغذية الشبكة الكهربائية المصغرة أو النائية عن طريق الخطوط الرئيسية للشبكة الكهربائية.
نتائج 4 حالات مختلفة
وأشار الباحث حافظ إلى أنه تمت مناقشة النتائج بدراسة الحالات الأربع المختلفة من أجل تحديد الخيار الأكثر ملاءمة للتخطيط والتصميم من عدة نواح تمثلت في مقارنة التصميم الأمثل لكل حالة والمكونات لها وسعر التكلفة الإجمالية، حيث إن أحد أهم أهداف البحث هو إيجاد التصميم والتخطيط الأمثل مع الأخذ في الاعتبار الحالة التي تكون اقل تكلفة مادية وكذلك تكون أقل ضررا للبيئة.
وتابع "حافظ" إن الدراسة كشفت أن الحالة الثالثة والتي تغذي الشبكة المصغرة أو النائية عن طريق خليط من مصادر الطاقة المتجددة مقترنة مع مولدات الديزل هي الأرخص والأكثر توفيرا من الناحية الاقتصادية، إذا لم يؤخذ في الاعتبار وجود خطوط الشبكة الكهربائية الرئيسية قريبة من الشبكة النائية.
ومن الناحية الأخرى وكما هو الحال في بعض الشبكات النائية المنتشرة حول العالم والتي تتم تغذيتها محليا عن طريق المولدات، فالبعض الآخر تتم تغذيتها عن طريق تمديد الخطوط الرئيسية للشبكة الكهربائية كونها الخيار الأكثر موثوقية والأرخص مقارنة بالخيارات الأخرى.
ولذلك يكون خيار إمداد الشبكات الكهربائية أحد حلول تغذية الشبكات النائية معتمدة على عدة عوامل من أهمها المسافة بين الشبكة النائية وأقرب نقطة اتصال بالشبكة الكهربائية الرئيسية.
وأوضح الباحث "حافظ": أن متوسط سعر الطاقة لكل كيلو واط في الساعة يكون الأغلى في حالة استخدام التوليد عن طريق مولدات الديزل ويصل إلى 0.902 كيلو واط في الساعة.
بينما ينخفض ذلك في حالة التوليد باستخدام الطاقة المتجددة إلى 0.639 كيلو واط في الساعة، ويكون الأفضل في حال الخليط بين الديزل والطاقة المتجددة، كما هو الحال في الحالة الثالثة ويصل السعر الى 0.278 كيلو واط في الساعة.
أما في حال كانت المنطقة النائية متصلة بالشبكة الكهربائية فسوف تكون هي الوسيلة الأمثل والأوفر للتغذية وذلك، لأن السعر سيكون محصورا على سعر شراء الطاقة من الشبكة الرئيسية فقط.
العمر الافتراضي لمولدات الديزل
ومما يستحق التنويه إليه هنا هو أن ارتفاع سعر متوسط الطاقة لمولدات الديزل يعود إلى سعر الديزل وسعر نقله بالإضافة لسعر الصيانة، ولأن المولدات تتطلب تغييرا كل سنتين لأن المولدات المستخدمة في هذا البحث عمرها الافتراضي 5000 ساعة وأما في حالة الطاقة المتجددة فارتفاع السعر يعود لقيمة شراء وتركيب المولدات المنتجة للطاقة بالإضافة لسعر التغير في حال الوصول لنهاية العمر الافتراضي كل على حدة".
وقال "حافظ": "إن بحث الدراسة أوضح أن الطاقة المنتجة عن طريق استخدام الطاقة المتجددة عالية جدا مقارنة بمختلف الحالات، ولكن نجد أن الطاقة المنتجة لا تغطي الأحمال المطلوبة من قبل الشبكة المصغرة او النائية في بعض الأحيان.
واسترسل "مثلا في وقت الذروة وبالعكس تماما في حال انخفاض الأحمال يكون هناك فائض في الطاقة ويكون هذا الفائض عبارة عن طاقة مهدرة، ويعود ذلك لأن الطاقة المتجددة تعتمد على توفر المصادر الطبيعية مثل أشعة الشمس في حالة الطاقة الشمسية وإلى سرعة الرياح بسرعة معينة في حالة طاقة الرياح وكمية كافية من الماء في حالة المولدات المائية".
وذكر أن كل هذه المصادر لا تتوفر بشكل مستمر على مدار اليوم، أما بالنسبة للخليط بين الديزل والطاقة المتجددة (الحالة الثالثة)، نجد أن الطاقة المنتجة تنخفض كثيرا وتغطي كافة أحمال الشبكة مقارنة بالحالة السابقة، وذلك لتدخل مولدات الديزل مع الطاقة المتجددة ويعود ذلك لإمكانية التحكم في الطاقة المنتجة من هذه المولدات.
وبين "حافظ" أن أحد أهداف هذا البحث هو تقليل التلوث البيئي الصادر من توليد الطاقة الكهربائية واستخدام مولدات صديقة للبيئة (الطاقة المتجددة)، وكما هو متوقع فالحالة الثانية هي الأمثل من حيث إنتاجها لطاقة نظيفة، وتأتي الحالة الثالثة من استخدام مولدات الديزل مع الطاقة المتجددة مقارنة بباقي الحالات.
وتتم دراسة تأثير كل من إعطاء الشبكة القدرة على عدم تغذية الأحمال بالكامل بنسب مختلفة، وكذلك اختيار أسعار مختلفة للديزل في هذا البحث واختبارها كاختبارات أكثر عمقا ومعرفة تأثير ذلك على النتائج.
وأضاف "حافظ": "بدراسة نقطة التعادل بين استخدام المولدات المنتجة للطاقة (سواء كانت ديزل أو مولدات صديقة للبيئة أو مجتمعة معا) منفردة وبين تغذية الشبكة عن طريق الشبكة الرئيسية للكهرباء مع الأخذ في الاعتبار القيمة الاقتصادية والتشغيلية لكل من الطاقة المنتجة عن طريق المولدات وتكاليف إمداد خطوط الكهرباء وتوليد الطاقة الكهربائية لتغذيتها.
نقطة التعادل هي الفاصل
واسترسل حافظ في سياق حديثه "بعدها تكون نقطة التعادل هي الفاصل في الحل الأمثل لتغذية الشبكة فإذا كانت المسافة اقل من نقطة التعادل تتم تغذية الشبكة عن طريق تمديد خطوط الكهرباء من الشبكة الرئيسية، أما إذا كانت المسافة أكبر من نقطة التعادل فيتم استخدام المولدات بحيث كونها الأوفر اقتصاديا وتشغيليا".
وبالمقارنة مع معطيات الشبكة النائية المستخدمة في هذا البحث، وجد أنه في حالة استخدام الحالة الثالثة وهي الجمع بين الطاقة المتجددة والديزل فإن نقطة التعادل تكون على بعد 153 كيلو مترا.
واختتم "حافظ" حديثه بقوله: "إن البحث بعد دراسة الطريقة الأمثل لتصميم وتخطيط الشبكات الكهربائية المصغرة أو النائية باستخدام تقنيات مختلفة من الطاقة المتجددة مثل الطاقة الشمسية وطاقة الرياح والطاقة المائية مع الأخذ في الاعتبار الخواص الفيزيائية والتشغيلية والاقتصادية لكل نوع من هذه الأنواع، خلص إلى تم استنتاج أن الحالة الثالثة والتي يتم تغذية الشبكة فيها عن طريق الطاقة المتجددة ومولدات الديزل مجتمعة هيا الأمثل تشغيليا واقتصاديا بالرغم من أنها تحل في المرتبة الثانية بيئيا".
كما أن الحالة الثانية وهي استخدام الطاقة المتجددة منفردة هي الأمثل بيئيا، فيما تمت مقارنة المميزات الكلية لاستخدام الطاقة المتجددة من حيث القيمة التشغيلية والاقتصادية والبيئية في شبكات موجودة فعليا وتستخدم مولدات الديزل والخطوط الكهربائية الرئيسة ووجد في أكثر الحالات استخدام الطاقة المتجددة تكون الطريقة الأفضل والأمثل لمثل هذه الشبكات.
تركيب أعمدة لإنتاج الطاقة المتجددة من خلال الرياح
الاعتماد على وسائل الطاقة المتجددة يحقق بيئة نظيفة
ربط الشبكات الكهربائية بالطاقة المتجددة يقدم كفاءة عالية