ضخ المياه الجوفية في الصحراء باستخدام الطاقة الشمسية وطاقة الرياح
قام فريق من العلماء بتصميم نظام يجمع بين الألواح الشمسية، التوربينات الهوائية، ووحدات تخزين البطاريات لتشغيل أنظمة ضخ المياه في الأردن. وقد أجروا محاكاة للنظام في عدة سيناريوهات لتحديد الحجم الأمثل له.
درس باحثون من جامعة الإسراء في الأردن جدوى نظام يعتمد على الطاقة الشمسية وطاقة الرياح لتشغيل نظام ضخ المياه. في الصحراء الأردنية، حيث المياه السطحية محدودة، تعتمد المجتمعات على مصادر المياه الجوفية للري الزراعي، وسقي الماشية، والاستخدام السكني. ويُذكر أن معظم أنظمة الضخ الذاتية في المنطقة تعمل حالياً بمحركات الاحتراق الداخلي.
وقال فريق البحث: “تحديد جدوى السيناريوهات المختلفة لأنظمة الطاقة المتجددة الهجينة لتشغيل أنظمة الضخ يُعَد خطوة مهمة يمكن أن تحقق فوائد تقنية ومالية كبيرة. علاوة على ذلك، لم يتم إجراء أبحاث كافية لتقييم جدوى دمج أنظمة الطاقة المتجددة الهجينة بالكامل في أنظمة الضخ في المناطق الصحراوية القاحلة والمعزولة بالأردن”.
تفاصيل الدراسة
ركزت الدراسة على استهلاك نظام الضخ في قرية المدورة، وهي قرية صغيرة تقع في شرق الأردن بالقرب من الحدود مع السعودية. تتراوح درجات الحرارة السنوية بين 4 و36.7 درجة مئوية، بينما يتراوح متوسط الإشعاع الشمسي الشهري بين 3.79 كيلوواط/ساعة/متر مربع/اليوم في ديسمبر و8.54 كيلوواط/ساعة/متر مربع/اليوم في يونيو. أما متوسط سرعة الرياح الشهرية، فيتراوح بين 6.29 م/ث في أكتوبر و9.15 م/ث في يونيو.
الأنظمة المُستخدمة في الدراسة
يعتمد النظام الحالي للضخ على وقود الديزل بمتوسط استهلاك يومي يبلغ 40.71 كيلوواط/ساعة وقدرة قصوى تصل إلى 8.48 كيلوواط. ولتقييم النظام، أجرى الباحثون محاكاة باستخدام برنامج HOMER، حيث تضمنت المحاكاة السيناريوهات التالية:
- مولد ديزل (DG) مع بطارية تخزين (SB)
- ألواح شمسية (PV) مع بطارية تخزين (SB)
- ألواح شمسية (PV) ومولد ديزل (DG) وبطارية تخزين (SB)
- توربين رياح (WT) ومولد ديزل (DG) وبطارية تخزين (SB)
- ألواح شمسية (PV) وتوربين رياح (WT) وبطارية تخزين (SB)
مواصفات النظام الأمثل
- الألواح الشمسية: من نوع أحادي البلورة، قدرة 315 واط وكفاءة 19%.
- توربين الرياح: بقدرة اسمية 10 كيلوواط.
- البطاريات: سعة 3000 أمبير/ساعة.
- العاكس الكهربائي: بقدرة اسمية 5 كيلوواط مع مولد بقدرة 12.5 كيلوواط.
تم تحسين النظام لاختيار أقل تكلفة لإنتاج الكيلوواط/ساعة من الطاقة.
النتائج
أظهر النظام الأمثل ما يلي:
- عدد الألواح الشمسية: 33 لوحة بإجمالي قدرة 10.18 كيلوواط.
- توربين رياح بقدرة 10 كيلوواط.
- 8 بطاريات.
- 3 عاكسات كهربائية.
التكلفة والأداء البيئي
بلغت تكلفة إنتاج الطاقة (CoE) للنظام $0.241/كيلوواط/ساعة، وفترة استرداد التكلفة 6.67 سنوات، وإجمالي التكلفة الحالية $59,611 ، وأظهرت النتائج أن تنفيذ هذا السيناريو يقضي تماماً على انبعاثات الغازات الدفيئة، بما في ذلك ثاني أكسيد الكربون. وقد أشارت التحليلات إلى أن معدل الخصم الاسمي البالغ 6.5% مناسب لخفض إجمالي التكاليف وتكلفة الإنتاج.
الخلاصة
تأتي تكلفة إنتاج الطاقة في النظام الهجين ضمن النطاق المعتاد في منطقة الشرق الأوسط وشمال إفريقيا. وقد نشر الباحثون نتائج دراستهم في مجلة “Environmental and Sustainability Indicators” تحت عنوان “دراسة جدوى دمج الطاقة الشمسية وطاقة الرياح لتشغيل نظام ضخ المياه في صحراء الأردن/قرية المدورة”.
