ما مدى وعده نظام الطاقة الهجين من الرياح والشمس؟ تحليل لـ 6 تطبيقات رئيسية ومزايا اقتصادية

بسبب الطبيعة المتقطعة لتوليد الكهرباء من الطاقة الشمسية والرياح المستقلة في ظروف الطقس غير المواتية مثل الأيام الخالية من الرياح أو الأمطار، يتطلب استخدام أي من هذه التكنولوجيات بمفردها في المناطق النائية خارج الشبكة معدات تخزين طاقة ذات سعة كبيرة لضمان تزويد مستمر بالكهرباء. من خلال دمج الألواح الشمسية والبوابات الريحية والبطاريات بشكل فعال، يمكن لنظم الطاقة الهجينة التي تعتمد على الرياح والطاقة الشمسية حل مشكلة عدم الاستقرار في توليد الكهرباء من مصدر واحد وتوفير كهرباء نسبياً مستقرة. يتم تطبيق هذه التكنولوجيا بشكل أساسي في المجالات التالية في الصين.

الكهرباء السكنية والإنتاجية للمناطق الريفية خارج الشبكة

يبلغ عدد السكان الريفيين في الصين حوالي 800 مليون نسمة، حيث لا يزال حوالي 5% منهم بدون كهرباء. غالبًا ما تقع هذه القرى غير الكهربائية في مناطق غنية بموارد الرياح والطاقة الشمسية، مما يجعل نظم الطاقة الهجينة التي تعتمد على الرياح والطاقة الشمسية حلاً واعداً. يمكن أن تسريع تنمية الاقتصاد المحلي وتحسين مستوى المعيشة من خلال نشر نظم هجينة موحدة. توفر هذه النظم باستخدام موارد الطاقة المتجددة الغنية الخدمة الأكثر ملاءمة وكفاءة من حيث التكلفة للسكان في المناطق النائية، مما يعزز التنمية المستدامة.

حالياً، معظم نظم الطاقة المتجددة خارج الشبكة في الصين تقدم فقط الإضاءة والحاجات المنزلية، دون تحميل إنتاجي، مما يضعف جدواها الاقتصادية. تحقيق الاستدامة الاقتصادية يتضمن عوامل معقدة مثل ملكية النظام وآليات الإدارة وهياكل التعريفات وإدارة التحميل الإنتاجي ومصادر وأماكن وتوزيع الدعم الحكومي. ومع ذلك، فإن هذا النموذج المستدام يحمل أهمية عميقة للدول النامية مثل الصين.

تطبيقات الإضاءة الخارجية LED

تستهلك الإضاءة الخارجية حوالي 12٪ من الكهرباء العالمية. في ظل زيادة نقص الطاقة والاهتمام البيئي، جذبت تقنية الإضاءة LED الهجينة التي تعتمد على الرياح والطاقة الشمسية اهتمامًا عالميًا. يعمل النظام عن طريق شحن البطاريات بشكل ذكي عبر أجهزة تحكم تستخدم الطاقة الشمسية والرياح بشكل مكمل. في الليل، تعمل الأضواء LED على تشغيل وإطفاء نفسها تلقائيًا بناءً على مستويات الضوء المحيط. تحتوي أجهزة التحكم الذكية على شبكة لاسلكية لمراقبة بعيدة والتحكم والاستحواذ على البيانات (التلغراف والتلقيح والتواصل). كما تدعم إدارة الكمبيوتر المتقدمة بما في ذلك اكتشاف الأعطال وأنظمة الإنذار ضد السرقة وفحص حالة التشغيل. تشمل التطبيقات النموذجية:

• إضاءة الطرق (الطرق السريعة، الطرق الرئيسية، الطرق الثانوية، والطرق الجانبية)

• إضاءة المجتمع (أعمدة الإضاءة، أضواء الفناء، أضواء العشب، الأضواء الدفينة، الأضواء الجدارية)

تشمل المشاريع المطورة أعمدة الإضاءة LED الهجينة الذكية، وأنظمة الإضاءة المجتمعية، وإضاءة المناظر الطبيعية، وإضاءة الأنفاق.

وسائل مساعدات الملاحة البحرية

بعض وسائل مساعدات الملاحة في الصين قد اعتمدت على أنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية، خاصة في الأبراج الضوئية، ولكنها تواجه تحديات أثناء الطقس السيء المستمر عندما يكون توليد الطاقة الشمسية غير كافٍ، مما يؤدي إلى استنزاف البطارية وإخفاق المصباح، مما يؤثر على أداء البطارية.

غالبًا ما يترافق الطقس السيء مع رياح قوية - عندما تكون الطاقة الشمسية منخفضة، تكون الطاقة الرياحية عادةً وفيرة. لذلك، يمكن أن يحل نظام هجين يعتمد بشكل أساسي على الرياح ويتم دعمه بالطاقة الشمسية محل الأنظمة التقليدية التي تعتمد فقط على الطاقة الشمسية. تعتبر الأنظمة الهجينة صديقة للبيئة وخالية من التلوث ولا تحتاج إلى صيانة وسهلة التركيب والاستخدام - وهي تلبي احتياجات الطاقة لوسائل مساعدات الملاحة. يعمل النظام على الطاقة الشمسية خلال فصل الربيع والصيف؛ يُفعّل توليد الطاقة الهجين من الرياح والطاقة الشمسية خلال فصل الشتاء والربيع أو فترات الأمطار المستمرة عندما يكون الإدخال الشمسي غير كافٍ.

تزويد الكهرباء لأجهزة مراقبة الطرق السريعة

تعمل كاميرات المراقبة على الطرق السريعة عادة لمدة 24 ساعة في اليوم. رغم أن استهلاك الطاقة لكل كاميرا منخفض، فإن عدد الوحدات الكبير يؤدي إلى استهلاك كبير للطاقة. الطاقة الكهربائية التقليدية ليست فعالة من حيث الطاقة. بالإضافة إلى ذلك، يؤدي سرقة أسلاك الكهرباء بشكل متكرر إلى خسائر عالية وزيادة تكاليف الصيانة.

نظرًا للتوزيع الواسع والخطي لنقاط المراقبة، يكون الاتصال بشبكة الكهرباء صعبًا ومرتفع التكلفة. بينما تظل الطاقة الشمسية الكهروضوئية باهظة الثمن، فإن طاقة الرياح أرخص نسبيًا. الطبيعة المكملة للرياح والطاقة الشمسية تجعل الأنظمة الهجينة لها مزايا فريدة في التطبيقات الموزعة خارج الشبكة مثل مراقبة الطرق السريعة. باستخدام الأنظمة الهجينة، يتم القضاء على الحاجة إلى الأسلاك، مما يقلل من خطر السرقة. في حالة الطقس القاسي - الأمطار المستمرة مع ضوء الشمس المنخفض وعدم كفاية الرياح - يمكن أن تقوم خطوط الشبكة الحالية بشحن البطاريات تلقائيًا لضمان التشغيل المستمر. بما أن كل نقطة مراقبة تعمل بشكل مستقل، فإن فشل موقع واحد لا يؤثر على الآخرين.

محطات الاتصالات الأساسية

توجد العديد من الجزر والمناطق الجبلية بعيدة عن الشبكة ولكنها تحتاج إلى البنية التحتية للاتصالات للسياحة والصيد البحري والأنشطة البحرية. لهذه المحطات احتياجات طاقة متواضعة. تمديد الشبكة باهظ الثمن، بينما تتطلب المولدات الديزلية تكاليف نقل الوقود المرتفعة وموثوقية ضعيفة وصيانة صعبة.

يجب أن تعتمد الحلول الطويلة الأمد والموثوقة لتزويد الطاقة على الموارد الطبيعية المحلية. الطاقة الشمسية والرياح وفيرة ومكملة بشكل كبير في الوقت والموقع على الجزر. تقدم أنظمة الطاقة الهجينة التي تعتمد على الرياح والطاقة الشمسية حلًا موثوقًا به واقتصاديًا لتزويد الطاقة خارج الشبكة للمحطات الأساسية. مع وجود فريق صيانة محلي، يمكن تضمين المولدات الديزلية كاحتياط، مما يقلل من السعة المطلوبة للألواح الشمسية والبوابات الريحية، ويقلل من تكلفة النظام الإجمالية ويحسن الموثوقية.

محطات الطاقة الكهرومائية بتخزين المياه

تستخدم محطات الطاقة الكهرومائية الهجينة التي تعتمد على الرياح والطاقة الشمسية مباشرة طاقة الرياح والطاقة الشمسية لتشغيل مضخات المياه لتخزين الطاقة، مما يتجنب الحاجة إلى البطاريات. يتم استخدام الماء المخزن بعد ذلك لتوليد الكهرباء المستقرة. هذا النهج يدمج الطاقة الكهرومائية التقليدية مع الطاقة الرياحية والطاقة الشمسية، مستفيدًا من توزيعاتها المكملة في الزمان والمكان. يناسب هذا النظام المناطق النائية خارج نطاق الشبكة ويدعم الحفاظ على البيئة في تطوير الطاقة. تتضمن المتطلبات الرئيسية:

• حفظ الطاقة خلال عملية التحويل

• توازن المياه داخل نظام الضخ ذاتي التدوير

على الرغم من أن هذا النظام أغلى قليلاً من الطاقة الكهرومائية التقليدية، إلا أنه يحل مشكلة عدم التشغيل الموسمي التي تواجه محطات الطاقة الكهرومائية الصغيرة في فصل الشتاء. وبالتالي، تقدم محطات الطاقة الكهرومائية الهجينة التي تعتمد على الرياح والطاقة الشمسية مزايا فنية واقتصادية فريدة ويمكن أن تكون حلًا ممكنًا للطاقة في المواقع المناسبة.