تقييم كفاءة الطاقة للمنشآت بالاعتماد على مصادر الطاقة المتجددة

في الوقت الحالي ، تتجه العديد من البلدان حول العالم بشكل متزايد نحو طرق توفير الموارد. في السنوات الأخيرة ، تغير هيكل إنتاج الطاقة في العالم نحو انخفاض في حصة الطاقة غير المتجددة وزيادة في حصة الطاقة غير المتجددة. مصادر الطاقة المتجددة (RES)... أكثر صناعات الطاقة المتجددة ديناميكية هي الطاقة الشمسية وطاقة الرياح.

تقليديا ، يتم تمييز الأسباب التالية التي تساهم في تطوير مصادر الطاقة المتجددة:

• توزيع أكثر عدالة على أراضي الكوكب ، ونتيجة لذلك ، توفرها بشكل أكبر ؛
• الغياب شبه الكامل لانبعاثات الملوثات في البيئة أثناء التشغيل (ليس لجميع أنواع مصادر الطاقة المتجددة) ؛
• استنزاف الموارد الأحفورية والموارد غير المحدودة لبعض أنواع مصادر الطاقة المتجددة (الرياح والطاقة الشمسية) ؛
• تحسينات كبيرة في تقنيات إنتاج الطاقة (خاصة للطاقة الشمسية وطاقة الرياح).

يتم أيضًا تسهيل تطوير مصادر الطاقة المتجددة من خلال حقيقة أن أكثر من 50 دولة حول العالم قد تبنت (جزئيًا في روسيا) قوانين وتدابير تنظيمية حكومية سارية لدعم الطاقة المتجددة. بالإضافة إلى ذلك ، فإن أحد العوامل المهمة لتطوير مصادر الطاقة المتجددة هو تقليل الاستثمارات الرأسمالية في بناء منشآت الطاقة القائمة عليها.

يقع أهم تخفيض في استثمار رأس المال المحدد في البناء على منشآت الطاقة مثل محطات طاقة الرياح (HPP) ومحطات الطاقة الشمسية الكهروضوئية (SPPP)... لمرافق الطاقة المتجددة مثل محطات توليد الطاقة الكهرومائية (HPP)، صغير محطات توليد الطاقة الكهرومائية (HPPs), محطات توليد الطاقة الحرارية الأرضية (GeoPP) ومصانع الطاقة الحيوية (BioTES)انخفضت قيم الاستثمار الرأسمالي ، ولكن ليس بشكل ملحوظ. بالإضافة إلى ذلك ، في السنوات الأخيرة كان هناك اتجاه لخفض تكاليف التشغيل (الحالية) والقيمة الحالية للكهرباء (التكلفة المعيارية للطاقة - LCOE).

حاليًا ، تعتبر مرافق الطاقة المتجددة في ظل ظروف معينة تنافسية للغاية اقتصاديًا.

تكمن أسباب هذا التطوير المكثف لمصادر الطاقة المتجددة ، وخاصة طاقة الرياح والطاقة الشمسية ، في حقيقة أن نهج تقييم كفاءة مرافق الطاقة قد تغير في اتجاه معايير متعددة في العالم ، وهناك اتجاه نحو لامركزية أنظمة الإمداد بالطاقة وتنمية الطاقة الإقليمية ، لا سيما الاعتماد على مصادر الطاقة المتجددة. ...

في الممارسة الأجنبية ، إلى جانب المؤشرات الاقتصادية ، تُستخدم مؤشرات الطاقة والبيئة لتقييم كفاءة منشآت الطاقة الكهربائية.

يتم قبول ما يلي كمؤشرات للطاقة: وقت استرداد الطاقة (EPBT) ونسبة كفاءة الطاقة (العائد على الاستثمار (EROI)).

تشير فترة استرداد الطاقة إلى الوقت الذي تقوم فيه محطة الطاقة المدروسة بالطاقة المولدة بتعويض تكاليف الطاقة الخاصة بإنشائها وتشغيلها وإيقاف تشغيلها.

نسبة كفاءة الطاقة هي نسبة الطاقة المنتجة خلال المرحلة التشغيلية إلى الطاقة المستهلكة خلال دورة حياة محطة الطاقة ، والتي تتكون من ثلاث مراحل رئيسية: البناء والتشغيل وإيقاف التشغيل.

المؤشرات البيئية الرئيسية هي:

• إمكانية الاحترار العالمي (GWP) ؛
• جهد الأكسدة (AP) ؛
• إمكانية التخثث (EP)

إمكانية الاحترار العالمي - مؤشر يحدد درجة تأثير غازات الدفيئة المختلفة على ظاهرة الاحتباس الحراري.

إمكانية الأكسدة - مؤشر يوضح تأثير انبعاثات الملوثات القادرة على تكوين الأحماض على البيئة.

إمكانية التخثث - مؤشر يميز تدهور جودة المياه نتيجة تراكم المغذيات في الماء.

يتم تحديد قيم هذه المؤشرات بناءً على الملوثات التالية: تُحسب إمكانات الاحترار العالمي بناءً على ثاني أكسيد الكربون وثاني أكسيد الكربون والميثان وتُقاس بالكيلوغرام من مكافئ ثاني أكسيد الكربون وإمكانات الأكسدة - SO2 و NOx و HCl ويتم قياسها بالكيلوغرام من مكافئ ثاني أكسيد الكربون ، وإمكانية التخثث - PO4، NH3، NOx ويقاس بالكيلو جرام PO4eq.كل نوع من الملوثات له جاذبيته الخاصة.

أظهرت العديد من الدراسات: مرافق الكهرباء على أساس مصادر الطاقة المتجددة، وخاصة SFES و WPP ، كقاعدة عامة ، الطاقة وأكثر كفاءة من الناحية البيئيةمن منشآت الطاقة غير المتجددة.

زادت كفاءة استخدام الطاقة في منشآت الطاقة القائمة على مصادر الطاقة المتجددة (خاصة طاقة الرياح والطاقة الشمسية) بشكل كبير في السنوات الخمس إلى العشر الماضية.

يوضح الجدول تقديرات فترات استرداد الطاقة التي تم الحصول عليها من قبل مؤلفين مختلفين لمحطات طاقة الرياح البرية و SEPs من أنواع مختلفة و HPPs ذات السعات المختلفة. ويترتب على ذلك أن فترة استرداد الطاقة لمزارع الرياح البرية هي 6.6 إلى 8.5 شهر ، و 2.5-3.8 سنة ، ومحطات الطاقة الكهرومائية الصغيرة 1.28 - 2.71 سنة ، على التوالي.

يرجع التخفيض من حيث دفع الطاقة لمحطات الطاقة القائمة على مصادر الطاقة المتجددة إلى حقيقة أنه في العالم على مدى 15-20 سنة الماضية كان هناك تطور وتحسين كبير في تقنيات إنتاج معدات وعناصر الطاقة من معدات الطاقة.

يتم تتبع هذا الاتجاه بشكل واضح في HPPs و HPPs ، حيث تقع الحصة الرئيسية لاستهلاك الطاقة خلال دورة الحياة على إنتاج معدات الطاقة الرئيسية (توربينات الرياح والمحولات الكهروضوئية).

لذلك ، على سبيل المثال ، تبلغ حصة استهلاك الطاقة لمعدات الطاقة الرئيسية لمحطة الطاقة الكهرومائية حوالي 70-85٪ ، وبالنسبة لـ SFES 80-90٪.إذا أخذنا في الاعتبار محطات الطاقة الكهرومائية ومحطات الطاقة الكهرومائية كجزء من مجمعات الرياح والطاقة الشمسية ، فإن الوزن المحدد لمكونات تكاليف الطاقة في هذه الحالة سيختلف قليلاً عن القيم المعطاة ، حيث سيكون من الضروري مراعاة الطاقة تكاليف الإنتاج من الكابلات.

تساهم زيادة القدرة التنافسية الاقتصادية لمرافق الطاقة القائمة على مصادر الطاقة المتجددة ، فضلاً عن ارتفاع كفاءة الطاقة والبيئة فيها مقارنةً بالمصادر غير المتجددة ، في التطوير المكثف بشكل متزايد لمرافق الطاقة القائمة على مصادر الطاقة المتجددة في العالم.

وفقًا للتوقعات ، ستستمر القدرة المركبة لمنشآت الطاقة المتجددة ، وخاصة طاقة الرياح والطاقة الشمسية ، في الزيادة على المدى القصير والطويل. أيضًا ، وفقًا للتوقعات ، ستزداد أيضًا حصة مصادر الطاقة المتجددة في إجمالي إنتاج الطاقة في العالم.

دورة حياة الطاقة وتقييم الأداء البيئي لمحطات الطاقة. هذه التقديرات تظهر ذلك مرافق الطاقة القائمة على مصادر الطاقة المتجددة (خاصة محطات طاقة الرياح و SFES) هي في معظم الحالات أكثر فعالية من حيث الطاقة والبيئة من مصادر الطاقة غير المتجددة.

يتم حاليًا اختيار أكثر الخيارات كفاءة لمنشآت الطاقة في روسيا فقط على أساس مؤشرات الكفاءة الاقتصادية. لا يتم تحديد دورة حياة الطاقة والكفاءة البيئية لمحطات الطاقة ، بما في ذلك تلك القائمة على مصادر الطاقة المتجددة ، مما لا يسمح بإجراء تقييم شامل لكفاءتها.

يوجد في روسيا عدد كبير من المناطق والمناطق اللامركزية والتي تعاني من نقص الطاقة مع البنية التحتية الضعيفة للشبكة ، وصناديق الطاقة المستنفدة ، ولكن مع إمكانات كبيرة من طاقة الرياح والطاقة الشمسية وأنواع أخرى من الطاقة المتجددة ، والتي يمكن استخدامها ، مع التقييم الشامل ، قد يتضح أنه ليس اقتصاديًا فحسب ، بل أيضًا أكثر كفاءة من الناحية الحيوية والبيئية من استخدام مصادر الطاقة غير المتجددة.

بناءً على مقال دكتوراه في العلوم التقنية ، الأستاذ ج. سيدورينكو «في موضوع كفاءة مرافق الطاقة القائمة على مصادر الطاقة المتجددة» في مجلة «الطاقة: الاقتصاد ، التكنولوجيا ، البيئة».