دراسة تقترح تزويد وادي الشاطئ بالكهرباء عبر الشمس والهيدروجين باستثمار 1.742 مليار دولار - اخبار ليبيا

نظام مستقل يجمع الطاقة الشمسية والهيدروجين بوادي الشاطئ ليبيا – عرضت دراسة علمية نشرها موقع «بايو إنجنير» البريطاني نموذجًا يجمع الطاقة الشمسية الكهروضوئية وإنتاج الهيدروجين وتخزينه لتلبية الطلب السنوي على الكهرباء في منطقة وادي الشاطئ، دون الاتصال بالشبكة العامة، مع تقييم متكامل للطاقة والتكلفة والبيئة والجوانب التقنية بوصفه بديلًا محتملًا للتوليد بالوقود الأحفوري. وأوضحت الدراسة، التي تابعتها وترجمتها صحيفة المرصد، أن وادي الشاطئ تتمتع بموارد شمسية وفيرة لكنها تواجه صعوبات في الوصول إلى مصادر الطاقة، وأن التصميم المقترح يدمج محطة كهروضوئية بقدرة تتجاوز 625 ميغاواط مع جهاز تحليل كهربائي بقدرة 337 ميغاواط لإنتاج الهيدروجين من فائض الكهرباء. ويُخزن الهيدروجين في خزان غاز مضغوط بسعة نقلها التقرير بصيغة 24.285 مترًا مكعبًا، تحت ضغط يصل إلى 100 ميغاباسكال، مع نظام خلايا وقود قُدرت قدرته في أحد مواضع الدراسة بنحو 177 ميغاواط لإعادة تحويل الهيدروجين إلى كهرباء عندما لا يكفي إنتاج الألواح الشمسية. اعتمدت المحاكاة على قراءات من محطة الأرصاد التابعة لمركز بحوث ودراسات الطاقات المتجددة والتنمية المستدامة بجامعة وادي الشاطئ، تغطي بيانات كل ساعة عن الإشعاع الشمسي الأفقي الكلي ودرجة حرارة الجو في عامي 2023 و2024. واستخدم الباحثون ملف أحمال قدمته الشركة العامة للكهرباء، أظهر طلبًا سنويًا قدره نحو 590 ميغاواط/ساعة بحسب الوحدة الواردة في النص، ومتوسطًا شهريًا قدره 49.168 ميغاواط/ساعة، مع أعلى حمل شهري في يوليو وأدناه في أبريل. واستُخدمت منهجية تحسين تكرارية لاختيار أحجام مكونات النظام وتقليل التكلفة المستوية للكهرباء، مع اشتراط أن تكون احتمالية انقطاع الإمدادات صفرًا، وأن يتساوى مخزون الهيدروجين في بداية العام ونهايته لضمان استقرار طويل الأمد بلا إمدادات خارجية. وخلصت المحاكاة إلى أن هذا التكوين قادر في إطار الافتراضات المحددة على تغطية الطلب الكهربائي في وادي الشاطئ طوال السنة. ووفق نتائج الدراسة، تبلغ الطاقة السنوية للمحطة الكهروضوئية 987.168 ميغاواط/ساعة، مع متوسط ذكرت الدراسة أنه يبلغ 112.7 ميغاواط/ساعة في الساعة، وذروة إنتاج تصل إلى 477 ميغاواط. ويُستخدم 283.137 ميغاواط/ساعة مباشرة لتلبية الأحمال، أي نحو 48% من الطاقة الموردة، بينما يخصص 704.031 ميغاواط/ساعة لإنتاج الهيدروجين. وينتج نظام خلايا الوقود 306.836 ميغاواط/ساعة، ما يمثل 52% من الطاقة الموردة إلى المستهلكين، ويعوّض تذبذب توليد الشمس بين النهار والليل والفصول المختلفة. وتبلغ ذروة إنتاج الهيدروجين نحو 10.1 أطنان في الساعة خلال فترات الإشعاع المرتفع، بينما يتوقف التحليل الكهربائي ليلًا أو عند تراجع إنتاج الألواح وتعتمد خلايا الوقود على المخزون. استثمار 1.742 مليار دولار واسترداد خلال 16.64 سنة قدّرت الدراسة التكلفة الاستثمارية للنظام بنحو 1.742 مليار دولار، وتكلفة الكهرباء المستوية بنحو 338 دولارًا لكل ميغاواط/ساعة، وفترة استرداد رأس المال بنحو 16.64 سنة. ويستحوذ النظام الفرعي للهيدروجين على نحو 65% من التكلفة الرأسمالية، في إشارة إلى الأثر الكبير لمعدات التحليل الكهربائي وخلايا الوقود في إجمالي الجدوى الاقتصادية. تجنب 611.849 طنًا من ثاني أكسيد الكربون سنويًا حسبت الدراسة تكلفة اجتماعية للكربون تبلغ 70 دولارًا للطن، وقدرت تجنب نحو 611.849 طنًا من انبعاثات ثاني أكسيد الكربون سنويًا مقارنة بالتوليد بالوقود الأحفوري. واستخدم الباحثون معامل انبعاثات لمنظومة الكهرباء في ليبيا يبلغ 1.037 كيلوغرام من ثاني أكسيد الكربون لكل كيلوواط/ساعة، معتبرين أن احتساب الضرر البيئي ضمن التقييم المالي قد يحسن تنافسية الطاقة النظيفة حين تكون أسعار الطاقة التقليدية مدعومة. حذرت الدراسة من أثر الغبار والعواصف الرملية في كفاءة الألواح والحاجة إلى تنظيفها وصيانتها دوريًا، ومن أن إنتاج الهيدروجين يحتاج ماءً عالي النقاء قد يستلزم وحدات تحلية أو استخدام بنية مائية قائمة. ولفتت إلى صعوبة إمداد مواقع وادي الشاطئ النائية بالمكونات المتخصصة ونقل الهيدروجين، واقترحت إنشاء شبكات محلية مصغرة للطاقة قبل بناء شبكة توزيع أوسع. افترض النموذج أن الهيدروجين غاز مثالي، وأن كفاءة جهاز التحليل الكهربائي وخلايا الوقود تبقى ثابتة طوال العمر التشغيلي، ولم يتضمن القيمة المتبقية للمعدات في نهاية العمر أو فاقد النقل أو تسرب الغاز المحتمل. كما لم يقيّم أفضلية مواقع بديلة عن الموقع المختار، ولم يأخذ في الحسبان تدهور كفاءة المكونات بمرور الوقت، وهو ما قد يحد من تعميم النتائج. وأشار الباحثون إلى أن عدم اليقين في بيانات الطقس والتكلفة والبيئة قد يغير أداء النظام وحسابات جدواه، ما يستدعي اختبارات إضافية. بيانات أطول وتحسين احتمالي ومحاكاة مونت كارلو واقترح البحث توسيع قاعدة بيانات الأرصاد لسنوات عدة، واستخدام تقييم احتمالي لموثوقية النظام وتحليل عدم اليقين، ومحاكاة «مونت كارلو» لقياس أثر تذبذب الإشعاع وتراجع كفاءة المعدات على مرونة التشغيل. ودعا كذلك إلى تفصيل نفقات الاستثمار والتشغيل وتكاليف الاستبدال المرحلي لأجهزة التحليل وخلايا الوقود، وإجراء تقييم دورة حياة شامل لاحتساب الطاقة المتضمنة في المعدات والبصمة المائية للعملية، خاصة بالمناطق شحيحة المياه. اعتمد تصميم المصفوفات الشمسية على ألواح «ستيون إس إن-115» ذات الأغشية الرقيقة، وعلى معامل خفض للقدرة بنسبة 80% لمراعاة خسائر الأداء أثناء التشغيل. واستُخدم نموذج «ليو وجوردان» لتحويل الإشعاع المنتشر وتقدير الإشعاع الساقط على الألواح المائلة، بعد تكييفه لظروف براك الشاطئ. افترض الباحثون كفاءة ثابتة تبلغ 95% لمعدات تحويل التيار المستمر والمتردد، وصمموا أنظمة مساعدة لضمان توازن الإنتاج والتخزين. وشملت المعدات محطة ضغط بقدرة 4.1 ميغاواط وكفاءة 95% لضخ الهيدروجين إلى خزاناته تحت ضغط 100 ميغاباسكال، مع كثافة غاز تبلغ 71.59 كيلوغرامًا لكل متر مكعب. تضمن النظام محطة لتحلية المياه بقدرة 400 كيلوواط تنتج 111.4 مترًا مكعبًا في الساعة، لتغطية احتياجات تقدَّر بنحو 11 كيلوغرامًا من المياه النقية لكل كيلوغرام من الهيدروجين. وقدرت الدراسة تكلفة المياه الإضافية بنحو 0.0075 دولار لكل كيلوغرام هيدروجين منتج. حددت محاكاة تدفق الطاقة كفاءة 80% لجهاز التحليل الكهربائي و60% لمنظومة خلايا الوقود، بناء على القيمة الحرارية الدنيا للهيدروجين البالغة 33.33 كيلوواط/ساعة لكل كيلوغرام. وفي موضع آخر أوردت الدراسة استهلاك 5.3 أطنان هيدروجين في الساعة عند تشغيل خلايا الوقود بقدرة 117 ميغاواط خلال ساعات الليل أو ضعف الإشعاع، وهو رقم يختلف عن قدرة 177 ميغاواط الواردة سابقًا في المادة الأصلية. التخلص من فائض موسمي قدره 389.757 ميغاواط/ساعة أظهرت المحاكاة فائضًا في الطاقة الكهربائية خلال فترات معينة، قُدّر بنحو 389.757 ميغاواط/ساعة سنويًا، إلى جانب تخصيص 283.137 ميغاواط/ساعة للأحمال المباشرة و704.031 ميغاواط/ساعة للتحليل الكهربائي. وأرجعت الدراسة ارتفاع الفائض إلى فترات ذروة الشمس منتصف النهار في بيئة صحراوية جافة. مورد شمسي يبلغ 2045 كيلوواط/ساعة لكل كيلوواط وذكرت الدراسة أن الطاقة الشمسية جنوب ليبيا قد توفر ما يصل إلى 2045 كيلوواط/ساعة لكل كيلوواط سنويًا، مع عدد ساعات سطوع يتراوح بين 3100 و3900 ساعة. وأشارت إلى الحاجة لتجاوز صعوبات التمويل الرأسمالي في المناطق البعيدة، مثل براك الشاطئ وأوباري والكفرة، لتوسيع حلول الطاقة المتجددة المستقلة. واقترح الباحثون اعتماد تعريفات تغذية كهربائية موجهة وتخصيص جانب من الإيرادات النفطية الوطنية لتمويل البنية التحتية الأولى للطاقة المتجددة، بما يخدم المجتمعات غير المتصلة بالشبكة وأغراض ضخ مياه الزراعة. وخلصت الدراسة إلى أن الشمس والهيدروجين يمثلان مسارًا واعدًا لتعزيز أمن الكهرباء وتقليل الاعتماد على الوقود الأحفوري، مع ضرورة سياسات داعمة وآليات لخفض مخاطر الاستثمار وبرامج لتأهيل الكوادر بما يناسب قسوة البيئة الصحراوية.