ماهي الخطوة التي اتبعتها صحراء جنوب إفريقيا لزيادة الإنتاج من المحطات الكهرومائية بنسبة 18%-21%؟
Image Source: NREL
قام فريق من الباحثين في النرويج بتحليل دراسة لمحطة الطاقة الكهرومائية هجينة ومتصلة مع ألواح شمسية عائمة ومثبتة على الأرض. ووجد الباحثون أن الأنظمة الهجينة يمكن أن تقلل من التباين الموسمي في توليد الطاقة المتجددة وتزيد من أرباح المنتج على مدار السنة في إطار كلاً من نظام شراء الطاقة والاستهلاك المباشر.
Image Source: Institute for Energy Technology (IFE), Renewable Energy
تحليل الدراسة أجراها الباحثون في معهد تكنولوجيا الطاقة في النرويج قام بتحليل الجدوى الاقتصادية والتكنولوجية لنظام هجين مكون من محطة توليد كهرومائية متصلة مع ألواح شمسية عائمة (FPV) ومثبتة على الأرض (GPV) في ظروف صحراء جنوب إفريقيا. في هذا النوع من الأنظمة الهجينة، يتم ربط خزان المياه العلوي بخزان المياه السفلي، ويمكن تثبيت الألواح الكهروضوئية العائمة على كل خزان.
وقال الباحثون، أن هذه الدراسة تهدف إلى إبراز كيفية تأثير التشغيل بناءً على التعريفة على مدار الساعة وتغير أسعار الطاقة مع وبدون التزامات الحمولة على التحجيم المثلى للنظام المتصل بالشبكة. مشيرين إلى أن دمج الطاقة الشمسية بالطاقة الكهرومائية يمكن أن يكون طريقة قابلة للتحقيق لتقليل التباين الموسمي في توليد الطاقة المتجددة.
ووجدت الدراسة إلي أن أرباح الانتاج السنوي لنظام هجين مكون من محطة توليد كهرومائية متصلة بنظام شمسي زادت بنسبة 18-21% و 0-4% على التوالي لنظام شراء الطاقة بثلاث تعريفات ونظام السوق المباشر مقارنةً بنظام الماء فقط في ظروف سوق صحراء جنوب إفريقيا. كما وجدت أن الدمج مع ألواح مثبتة على الارض GPV ذات متتبع في محور واحد يمكن أن يكون خيارًا تكنولوجيًا أكثر اقتصاديًا مقارنةً بالنظام العائم FPV بسبب تكلفة الرأس المال المنخفضة وإنتاجية الطاقة العالية للـ GPV.
علاوة على ذلك،فقد أوضح الباحثون بأن رأس المال الثابت للنظام الشمسي العائم (FPV) يقدر بحوالي 42-57% أقل من النظام الشمسي المثبت على الأرض (GPV) ذات متتبع في محور واحد للوصول إلى نفس أرباح الإنتاج السنوي لنظامGPV.
فقد استندوا الباحثون إلى الافتراضات التكنولوجية والاقتصادية لكل من أنظمة FPV و GPV من بنك المعلومات التابع لإدارة الطاقة الأمريكية في مختبر الطاقة المتجددة للطاقة الشمسية، مع اعتبار التكاليف الرأسمالية والنفقات التشغيلية الثابتة المتعلقة بالنظام الهيدر وضوئي الحالي كا تكاليف غير قابلة للاسترداد. بالنسبة للإدخالات في حالة سوق الطاقة، استخدمت الورقة بيانات سوق أسعار الطاقة في جنوب أفريقيا التابعة للمجموعة الجنوبية للطاقة (SAPP) من عام 2014 إلى عام 2021.
أيضًا تفترض الدراسة، إلي توصيل النظام الهجين بالشبكة الوطنية، مع أقصى قدرة إخراج للطاقة تبلغ 126 ميجاواط. بالإضافة إلى ذلك، فإن الورقة تقترح نموذج برمجة خطية للتحجيم/الجدولة المثالي للنظام الهجين.
وأكد الباحثون أنه خلال عام جاف، يمكن لمحطة كهرومائية مدمجة مع ألواح FPV أن تزيد من قدرة الإنتاج الكلي للطاقة الكهربائية، مما يؤدي إلى زيادة نسبة الأرباح السنوية بنسبة 4%. وفي الأعوام الممطرة، لم يتم ملاحظة جدوى دمج محطة الماء مع FPV من الناحية الاقتصادية، بينما في الأعوام المتوسطة، يمكن تحقيق زيادة ضئيلة في أرباح الإنتاج السنوي (أقل من 0.1%) فقط، بسبب حدود قدرة الشبكة على إمكانية مشاركة FPV في السوق المباشر خلال ساعات الذروة. علاوة على ذلك، يتم ملاحظة أن نظام الماء-GPV يولد أرباحًا سنوية أعلى مقارنة بنظام الماء-FPV في جميع السيناريوهات المحللة (حوالي 13-18%).
النتائج تسلط الضوء على تأثر مختلف أنظمة السوق وسنوات الطقس المتغيرة على التحجيم والتشغيل للأنظمة الهجينة. ومع ذلك، يمكن تحسين قوة النتائج في التصميم على المدى الطويل من خلال تضمين طرق التحسين العشوائية في التحليل التكنولوجي والاقتصادي للنظام الهجين-FPV.
