نسبة الأداء والاقتصاد القياسي لنظام محطة طاقة مجتمعية من النفايات تعمل بالغاز الحيوي

تتجه المجتمعات الحضرية المتسارعة النمو نحو البحث عن حلول متكاملة تعالج مشكلتين في آن واحد، هما تراكم النفايات العضوية والحاجة المتزايدة إلى طاقة نظيفة منخفضة الكلفة، وتبرز في هذا السياق محطات طاقة النفايات المعتمدة على الغاز الحيوي بوصفها خيارًا واعدًا يحول المخلفات إلى كهرباء، غير أن كفاءة هذه الأنظمة الاقتصادية والتقنية تتأثر بكيفية دمجها مع شبكة الكهرباء العامة وتقنيات تخزين الطاقة المختلفة، وهو ما يجعل تقييم أدائها بدقة شرطًا لأي قرار استثماري رشيد، فاختيار تقنية التخزين الخاطئة قد يبدد مزايا النظام كله مهما بلغت جودة توليده

وتناولت الدراسة مجتمع أون نوت في العاصمة التايلندية بانكوك حالة تطبيقية، إذ صممت نظامًا مقترحًا يدمج محطة طاقة من النفايات وشبكة المرافق العامة وبطاريات التخزين، بهدف الوصول إلى أفضل استراتيجيات توليد الطاقة وإدارة كلفتها، ومقارنة البدائل المتاحة من تقنيات التخزين وصولًا إلى التكوين الأمثل تقنيًا واقتصاديًا، في نموذج يمكن أن تستفيد منه مجتمعات حضارية أخرى تعاني ضغوطًا مشابهة في النفايات والطاقة

ويأتي هذا الاهتمام في سياق سعي المدن الكبرى إلى خفض بصمتها الكربونية وتنويع مصادر طاقتها المحلية، فمحطات تحويل النفايات إلى طاقة تجمع بين منفعة بيئية مزدوجة تتمثل في التخلص الآمن من المخلفات العضوية وإنتاج كهرباء متجددة في الوقت ذاته، غير أن نجاحها العملي يظل رهنًا بمعالجة تقلب إنتاج الغاز الحيوي عبر حلول تخزين مرنة توازن بين العرض والطلب، ومن هنا تبرز أهمية المقارنة المنهجية بين تقنيات البطاريات المتاحة بوصفها قلب هذه الموازنة وموضع المفاضلة الأهم في تصميم النظام برمته

أولًا: أهداف الدراسة ومنهجيتها

هدفت الدراسة إلى فحص أداء نظام محطة طاقة مجتمعية من النفايات تعمل بالغاز الحيوي واقتصاده القياسي، وتحديد أكثر التكوينات كفاءة في توليد الطاقة وإدارة الكلفة، وبنت الدراسة النظام المقترح ونمذجته عبر مناهج تجريبية ورياضية وتخطيطية، مستخدمة تحليل الشبكات الذكية الصناعية وخوارزميات الحلقة المغلقة وأنظمة التحكم بالتغذية الراجعة لإدارة اقتصاديات تدفق الطاقة عبر عمليات التبديل بين الشبكة والتخزين والتوليد، وقارنت بين ثلاثة تكوينات تجمع مولد الغاز الحيوي وشبكة الكهرباء مع بطاريات الليثيوم أيون أو بطاريات التدفق أو بطاريات بروميد الزنك، مقيمة كل تكوين بمؤشرات الطاقة المشتراة والمباعة ونسبة الأداء ومؤشرات الجدوى المالية

ثانيًا: أبرز النتائج

1- أظهرت النتائج أن تكوين مولد الغاز الحيوي والشبكة وبطاريات الليثيوم أيون حقق أعلى كفاءة تقنية في مشتريات الطاقة بإجمالي بلغ 239,764 كيلوواط ساعة، وبلغت مبيعاته من الطاقة إلى الشبكة 1,959,426 كيلوواط ساعة، مع أدنى صاف لمشتريات الطاقة من الشبكة قدره 1,719,661 كيلوواط ساعة

2- بينت النتائج أن تكوين بروميد الزنك كان الأكثر اقتصادًا، إذ بلغت كلفته الجارية الإجمالية 8,647,863 دولارًا وكلفة تشغيله 143,974 دولارًا، وحقق معدل عائد على الاستثمار قدره 17 في المئة ومعدل عائد داخليًا قدره 20،30 في المئة وفترة استرداد قدرها 4،83 سنة

3- كشفت النتائج أن تكوين بروميد الزنك سجل أعلى نسبة أداء بلغت 80،55 في المئة، متفوقًا على بطاريات التدفق التي سجلت 79،65 في المئة وبطاريات الليثيوم أيون التي سجلت 78،89 في المئة

ثالثًا: دلالات الدراسة وتطبيقاتها

تقدم نتائج الدراسة دليلًا عمليًا للمجتمعات المحلية والجهات المشغلة عند اختيار تقنيات تخزين الطاقة في مشاريع الغاز الحيوي، إذ يختلف الخيار الأمثل باختلاف الهدف، فمن ينشد الكفاءة التقنية في إدارة الطاقة يجد ضالته في تكوين الليثيوم، ومن ينشد الجدوى الاقتصادية ونسبة الأداء الأعلى يجدها في تكوين بروميد الزنك، كما تفيد النتائج مخططي الطاقة الحضرية في تصميم أنظمة هجينة تجمع بين معالجة النفايات وتوليد الكهرباء بصورة مستدامة، وتدعم قرارات التمويل بمؤشرات مالية واضحة حول العائد وفترة الاسترداد

وخلاصة القول إن دمج محطات طاقة النفايات بالغاز الحيوي مع الشبكة العامة وتقنيات التخزين الحديثة مسار مجد تقنيًا واقتصاديًا متى اختير تكوين التخزين وفق الهدف المنشود، وأن المفاضلة الدقيقة بين البطاريات تظل خطوة حاسمة في نجاح مشاريع الطاقة المجتمعية واستدامتها