د یوه جوړه شوي باد-اوبو د تولید انرژي حل لپاره ډیر لرونکي جزایرو
ملخص
تقدم هذه الاقتراح حلًا متكاملًا للطاقة مبتكرًا يجمع بشكل عميق بين طاقة الرياح وطاقة الألواح الشمسية وتكنولوجيا التخزين بالضخ والتقطير المائي. ويهدف إلى معالجة التحديات الأساسية التي تواجه الجزر النائية، بما في ذلك صعوبة تغطية الشبكة الكهربائية وتكلفة توليد الطاقة من الديزل العالية والقيود المتعلقة بتخزين البطاريات التقليدية وندرة مصادر المياه العذبة. يحقق الحل هذا التناغم والاستقلالية في "تزويد الطاقة - تخزين الطاقة - تزويد المياه"، مما يوفر مسارًا تقنيًا موثوقًا به واقتصاديًا وصديقًا للبيئة لتنمية الجزر المستدامة.
أ. المجال التقني والتحديات الخلفية
- المجال التقني
يشمل هذا الحل تقنية متعددة التخصصات شاملة، وهي تشمل أساسًا:
- توليد الطاقة المتجددة: طاقة الرياح وطاقة الألواح الشمسية.
- تخزين الطاقة الفيزيائي على نطاق كبير: تكنولوجيا التخزين بالضخ.
- استخدام موارد المياه الشامل: تكنولوجيا التقطير المائي العكسي.
- التحكم الذكي الفعال: التحكم التعاوني في الطاقات وإدارة الطاقة.
- التحديات الخلفية
- معضلة تزويد الطاقة: تقع الجزر النائية بعيدًا عن شبكات البر الرئيسي وتعتمد عادةً على مولدات الديزل ذات التكلفة العالية. تتأثر بتحولات أسعار النفط الدولية وصعوبات نقل الوقود، مما يؤدي إلى ارتفاع أسعار الكهرباء وتوفير غير مستقر، مما يحد بشدة من التنمية الاقتصادية المحلية ومستوى معيشة السكان.
- قيود التخزين التقليدية: تعتمد أنظمة الطاقة الهوائية-الشمسية التقليدية فقط على تخزين البطاريات، والتي تواجه أربعة قيود رئيسية: عمر خدمة قصير (يتطلب استبدالًا متكررًا)، تكلفة عالية، مخاطر تلوث بيئي محتملة، وسعة تخزين محدودة. تجعل هذه القيود من الصعب دعم الطلب الطاقي الكبير والاستقرار طويل الأمد للجزر.
- تناقض الطلب على الموارد: تعاني الجزر من نقص مصادر المياه العذبة. يعتمد تزويد المياه اليومي على النقل الخارجي أو وحدات التقطير الصغيرة ذات الاستهلاك العالي للطاقة، وكلاهما باهظ الثمن للغاية. تعمل أنظمة توليد الطاقة الحالية ومرافق إنتاج المياه العذبة بشكل مستقل، مما يفشل في تحقيق استخدام تناغمي للموارد والطاقة.
ب. الحل التقني الأساسي وتكوين النظام
يتكون النظام من ثلاثة وحدات أساسية، متناسقة بشكل عضوي عبر جهاز تحكم ذكي.
|
وحدة النظام |
المركبات |
الوظيفة الأساسية |
|
وحدة الرياح-الشمسية الأساسية |
توربينات الرياح، صفوف الألواح الشمسية، جهاز التحكم، البطاريات الصغيرة السعة |
1. تحويل الطاقة: تحويل طاقة الرياح والطاقة الشمسية إلى كهرباء. |
|
وحدة توليد الطاقة بالضخ والتخزين |
الخزان السفلي (يمكن استخدام البحر)، الخزان العلوي (مبنى)، الأنابيب المتصلة، مضخة-توربين قابلة للعكس |
1. النواة ثنائية الوضع: |
|
وحدة تقطير مياه البحر |
خزان الإدخال، مضخة الإدخال، مرشح متعدد الوسائط، مرشح القصدير، مضخة الضغط العالي، وحدات أغشية التناضح العكسي، خزان المياه المنتجة |
1. التطهير العميق: تقوم مرشحات متعددة المراحل بإزالة الجسيمات العالقة والشوائب من مياه البحر. |
ج. مبادئ تشغيل النظام (ثلاثة عمليات أساسية)
- منطق التوزيع والتحكم الذكي في الطاقة (قيادة الجهاز الذكي)
يتمثل جوهر النظام في جهاز التحكم الذكي، الذي يقارن باستمرار "مجموع توليد الطاقة من الرياح والشمس" مع "إجمالي طلب الأحمال (استهلاك السكان + استهلاك وحدة التقطير)":
- سيناريو 1: التوليد ≥ طلب الأحمال
- يتم تفضيل شحن البطاريات الصغيرة السعة لإعادة شحنها.
- بعد شحن البطاريات بالكامل، يتم تنشيط وحدة التخزين بالضخ تلقائيًا في وضع الضخ، مما يحول الكهرباء الزائدة إلى طاقة محتملة.
- إذا بقيت طاقة زائدة، يتم تفضيل تشغيل وحدة تقطير مياه البحر بسعة كاملة، مما يحول الكهرباء إلى موارد مياه عذبة قيمة.
- سيناريو 2: التوليد < طلب الأحمال
- يتم تنشيط وحدة التخزين بالضخ تلقائيًا في وضع التوربين لتوليد الكهرباء المائية.
- في الوقت نفسه، يتم تفريغ البطاريات لتغطية الأحمال الذروية الفورية، يعملان معًا لتغطية نقص التوليد وضمان تزويد مستمر بالكهرباء.
- عملية تشغيل التخزين بالضخ
- مرحلة التخزين (أحمال منخفضة / توليد متجدد عالي): يستخدم الطاقة الزائدة من الرياح أو الشمس بتكاليف منخفضة أو صفرية لضخ مياه البحر من الخزان السفلي (مثل مستوى سطح البحر) إلى الخزان العلوي المرتفع. مما يحقق تخزين الطاقة على نطاق واسع ولفترة طويلة دون فقدان.
- مرحلة إطلاق الطاقة (أحمال ذروة / لا رياح أو شمس): يستخدم الفرق في الارتفاع لإطلاق الماء، والذي يتدفق لتشغيل مضخة-توربين قابلة للعكس لتوليد الكهرباء. تبدأ هذه العملية بسرعة وتستجيب بسرعة، مما يساعد على تخفيف العشوائية والانقطاع في إنتاج الطاقة المتجددة.
- عملية التناغم لتقطير مياه البحر
يتم سحب مياه البحر وتمريرها توالياً عبر مرشح متعدد الوسائط (لإزالة الجسيمات الكبيرة) ومرشح القصدير (تصفية دقيقة). ثم يتم ضغطها بواسطة مضخة الضغط العالي وإرسالها إلى وحدات أغشية التناضح العكسي لإنتاج مياه عذبة، والتي يتم تخزينها في خزان المياه المنتجة. يتم تشغيل هذه العملية بالكامل بواسطة كهرباء النظام. كحمل قابل للانقطاع وقابل للتعديل وعالي الجودة، تحقق هذه الوحدة مفهوم التناغم "إنتاج المياه باستخدام الكهرباء، واستخدام إنتاج المياه للتخزين الضمني" بشكل مثالي.
د. فوائد الحل
- استغلال الموارد بأقصى حد: يستغل بشكل كامل موارد الرياح والشمس الغنية في الجزيرة، ويحل محل أو يقلل بشكل كبير من الاعتماد على الديزل المستورد، مما يخفض تكاليف الطاقة في المصدر ويحقق الاكتفاء الذاتي من الطاقة.
- تحسين ثوري لحل التخزين: يتجاوز نموذج التخزين الهجين "الضخ والتخزين كأساسي + البطاريات الصغيرة السعة كمساعد" بشكل أساسي أربعة عيوب رئيسية للبطاريات التقليدية. يقدم مزايا مطلقة: سعة تخزين ضخمة، عمر خدمة طويل (عقود)، صداقة للبيئة، وتكلفة شاملة منخفضة.
- تعزيز كبير لاستقرار وموثوقية تزويد الطاقة بالنظام: يمكن للتخزين بالضخ الرد بسرعة على تغيرات الأحمال، مما يوفر قدرات قوية لتقليل الذروة وتنظيم التردد. بالإضافة إلى البطاريات التي تتعامل مع التقلبات الفورية، يمنح شبكة الجزيرة استقرارًا ونوعية كهرباء مماثلة لشبكات الكهرباء التقليدية.
- التناغم في تلبية الاحتياجات المتعددة، قتل عدة طيور بحجر واحد: يدمج بشكل مبتكر تقطير مياه البحر كحمل لنظام، مما يحل في الوقت نفسه التحديين الأساسيين للبقاء والتنمية "نقص الكهرباء" و"نقص المياه" في الجزر. يحقق درجة عالية من التكامل في "توليد الطاقة - تخزين الطاقة - إنتاج المياه العذبة"، مما ينتج فوائد شاملة كبيرة.
- مزايا بيئية وخضراء منخفضة الكربون بارزة: تستند العملية بأكملها على الطاقة المتجددة، مما يؤدي إلى انبعاثات كربون صفرية. يقلل بشكل كبير من استخدام وتلوث البطاريات الرصاصية. يوفر مسارًا مستدامًا للتنمية الخضراء لمجتمعات الجزر، مما يوفر فوائد بيئية كبيرة.
