EN
ما هي أحدث التطورات في تقنيات توليد الطاقة؟
في بيئة الطاقة العالمية التي تتغير باستمرار، توليد الطاقة تُعد التكنولوجيا في طليعة التغيير. ومع التحديين المزدوجين المتمثلين في تلبية الطلب المتزايد على الطاقة وتقليل الانبعاثات الكربونية، فإن التطورات الحديثة تشمل مختلف مصادر الطاقة، من الوقود الأحفوري إلى الطاقة المتجددة والطاقة النووية. هذه الابتكارات لا تُحسّن فقط كفاءة وموثوقية توليد الطاقة بل تمهّد أيضًا الطريق لمستقبل أكثر استدامة من حيث الطاقة.
التطورات في توليد الطاقة من الوقود الأحفوري
تقنيات فوق الحرجة المتقدمة (Ultra-Supercritical) وتقنية السرير السوائل الدوائي المتقدمة (Advanced CFB)
رغم التوجه نحو مصادر الطاقة المتجددة، إلا أن توليد الطاقة الكهربائية من الفحم لا يزال يلعب دوراً كبيراً في مزيج الطاقة لدى العديد من الدول. وقد كان تطوير غلايات الضغط الفائق (USC) خطوة مهمة إلى الأمام. تعمل هذه الغلايات تحت ضغوط ودرجات حرارة مرتفعة للغاية، حيث تصل كفاءتها الحرارية إلى 45%، وهو تحسن كبير بالمقارنة مع الغلايات التقليدية ذات الضغط المنخفض. على سبيل المثال، في الصين، تتبنى العديد من محطات توليد الطاقة الجديدة التي تعمل بالفحم تقنية USC، مما يؤدي إلى تقليل استهلاك الفحم والانبعاثات الناتجة من ثاني أكسيد الكربون لكل وحدة من الكهرباء المنتجة.
ابتكار آخر هو تقنية 660 ميغاواط من الفحم عالي الضغط المفرط (CFB). وقد دخل المشروع الأول من نوعه في العالم، الواقع في بينغتشو بمقاطعة شنشي بالصين، مرحلة التشغيل التجاري بنجاح. ويمكن لهذه التقنية حرق مجموعة واسعة من الوقود منخفض الجودة مثل طمي الفحم والفضلات، مع الحفاظ على كفاءة عالية. كما تتميز هذه التقنية أيضًا بإجراءات متقدمة لحماية البيئة، مثل عملية إزالة الكبريت شبه الجافة التي تبلغ كفاءتها أكثر من 98%، وتصميم مبتكر لمجموعة جامع الغبار يقلل من الاستثمار والاستهلاك الكهربائي.
الاحتراق المشترك للفحم مع الأمونيا
في إطار الجهود المبذولة لخفض الانبعاثات الكربونية الناتجة عن توليد الطاقة من الفحم، ظهر مفهوم احتراق الفحم مع الأمونيا. مؤخرًا، نجحت مجموعة ناشيونال إنيرجي الصينية في تنفيذ اختبار لاحتراق الأمونيا مع الفحم على مجموعة مولدات فحمية بقدرة 600 ميغاواط. وقد استخدم هذا الاختبار تقنية الاحتراق المسبق المخلوط بالأمونيا والفحم، وحققت تشغيلًا مستقرًا تحت ظروف تحمّل متعددة. ووصل معدل احتراق الأمونيا إلى 99.99٪، كما تم التحكم في زيادة تركيز أكاسيد النيتروجين قبل جهاز إزالة النيتروجين بحيث لم يتجاوز 20 ملغرام/م³. استخدام الأمونيا، وهي وقود خالي من الكربون، كبديل جزئي للفحم يمكن أن يقلل بشكل كبير من انبعاثات ثاني أكسيد الكربون الناتجة عن توليد الطاقة بالفحم، مما يوفر طريقًا جديدًا للحد من الانبعاثات الكربونية في صناعة الطاقة الكهربائية من الفحم.
اختراقات في توليد الطاقة المتجددة
توليد الطاقة الشمسية عالي الكفاءة
شهد مجال توليد الطاقة الشمسية تقدمًا ملحوظًا في السنوات الأخيرة. أصبحت خلايا الطاقة الشمسية من النوع N هي الخيار الرئيسي الجديد، حيث ارتفعت حصة هذه الخلايا في السوق أكثر من 50 نقطة مئوية مقارنة بالعام السابق. تتميز هذه الخلايا بكفاءة تحويل أعلى، حيث تصل كفاءتها في الإنتاج الضخم إلى 25-26% مقارنةً بـ 20-22% في الخلايا التقليدية من النوع P. على سبيل المثال، تعتمد بعض محطات توليد الطاقة الشمسية الكبيرة في الولايات المتحدة والصين الآن على الألواح الشمسية من النوع N، والتي تُنتج كهرباءً أكثر لكل وحدة مساحة، مما يقلل التكلفة الإجمالية لتوليد الطاقة الشمسية.
يتمثل التطور الآخر في صعود قوة الطاقة الشمسية المركزة (CSP) مع تخزين الطاقة. في المناطق التي تتمتع بكميات وافرة من أشعة الشمس، مثل صحاري الشرق الأوسط وإفريقيا الشمالية، يتم بناء مصانع CSP بأنظمة تخزين طاقة باستخدام الملح المنصهر. يمكن لهذه المصانع تخزين الطاقة الشمسية خلال النهار وتوليد الكهرباء في الليل أو أثناء الأيام الغائمة، مما يوفر إمدادًا أكثر استقرارًا بالطاقة. على سبيل المثال، يُعد مشروع نور في المغرب أحد أكبر مصانع CSP في العالم، حيث تبلغ قدرته 580 ميغاواط مع نظام تخزين طاقة بالملح المنصهر يستمر لمدة 7 ساعات، ما يضمن استمرارية إنتاج الطاقة حتى بعد غروب الشمس.
توليد الرياح على نطاق واسع ومتطور
تزيد أحجام توربينات الرياح باستمرار. تم إطلاق أكبر توربينة رياح عائمة في العالم بقدرة 26 ميغاواط. إن التوربينات الأكبر تعني قدرة أعلى على توليد الطاقة، وتكاليف أقل لكل وحدة من الكهرباء المنتجة. بالإضافة إلى ذلك، تحرز توربينات الرياح العائمة تقدمًا ملحوظًا، ويمكن تركيب هذه التوربينات في المياه الأعمق حيث تكون موارد الرياح أكثر وفرة. تتصدر كل من النرويج والمملكة المتحدة الطريق في تطوير ونشر مزارع الرياح العائمة، مما يوسع المنطقة المحتملة لتوليد طاقة الرياح.
كما يتم تطبيق أنظمة تحكم متقدمة على توربينات الرياح. يمكن لهذه الأنظمة ضبط زاوية ميل الشفرات والدوران الأفقي لها في الوقت الفعلي وفقًا لسرعة الرياح واتجاهها، بهدف تحسين كفاءة توليد الطاقة وتقليل التآكل على التوربينات. لا يُحسّن هذا من أداء مزارع الرياح فحسب، بل يطيل أيضًا عمر المعدات.
توليد الطاقة الكهربائية من الوقود الحيوي مع استعادة الطاقة
لقد تطورت أيضًا تقنيات توليد الطاقة من الكتلة الحيوية. تم تطبيق "تقنية الانبعاثات فوق المنخفضة للغازات المُدفَنة واستعادة الحرارة في نطاق درجة الحرارة الكامل" بشكل ناجح في مشروع تجريبي. لا تتيح هذه التقنية لمحطات توليد الطاقة من الكتلة الحيوية فقط تحقيق انبعاثات فوق منخفضة من الغازات المُدفَنة، بل تستعيد أيضًا الحرارة ذات القيمة المنخفضة وتُفصِّل الملوثات الموجودة في الغازات المُدفَنة وتستعيدها. على سبيل المثال، في محطة كتلة حيوية بقدرة 30 ميغاواط، يمكن لهذه التقنية استعادة 14 ميغاواط من الحرارة عالية القيمة كل ساعة، والتي يمكن استخدامها لتوليد الطاقة أو التدفئة. وفي الوقت نفسه، يمكن تحويل أكاسيد النيتروجين الموجودة في الغازات المُدفَنة إلى سائل نترات الأمونيوم بتركيز 15%، مما يحوّل النفايات إلى كنز ويخلق فوائد اقتصادية إضافية لمحطات توليد الطاقة من الكتلة الحيوية.
الابتكارات في توليد الطاقة النووية
مفاعلات نووية مودولية صغيرة (SMRs)
إن المفاعلات الصغيرة والمُodule هي اتجاه ناشئ في مجال توليد الطاقة النووية. تكون هذه المفاعلات أصغر من حيث الحجم، وسعتها تتراوح عادةً بين 10 إلى 300 ميغاواط، بالمقارنة مع المفاعلات النووية التقليدية الكبيرة التي تبلغ سعتها 1000 ميغاواط فأكثر. يتم تصنيع المفاعلات الصغيرة والمُodule في المصانع، مما يقلل من وقت البناء والتكاليف. كما أنها توفر ميزات أمان متقدمة، مثل أنظمة التبريد السلبية التي يمكنها منع انصهار القلب في حالة حدوث طوارئ. تعمل دول مثل الولايات المتحدة وكندا والمملكة المتحدة على البحث والتطوير في مجال المفاعلات الصغيرة والمُodule بنشاط، ومن المتوقع أن تبدأ بعض المشاريع التشغيل الفعلي خلال العقد القادم.
دورة الوقود المتقدمة
يتمثل مجال آخر للابتكار في الطاقة النووية في دورة الوقود المتقدمة. تهدف تقنيات الدورة الجديدة إلى تحسين استخدام الوقود النووي وتقليل النفايات النووية. على سبيل المثال، يمكن لمفاعلات السريع أن تستخدم اليورانيوم بكفاءة أكبر وتنتج نفايات مشعة ذات عمر طويل أقل مقارنة بالمفاعلات التقليدية التي تعمل بماء خفيف. بعض الدول مثل روسيا والصين تقومان بإجراء أبحاث وتطوير في مجال تقنية المفاعلات السريعة، بهدف بناء مفاعلات تجريبية في المستقبل القريب.
الأسئلة الشائعة: تطورات تقنية توليد الكهرباء
كيف تؤثر هذه التطورات على تكلفة إنتاج الطاقة؟
تُسهم التكنولوجيا المتقدمة في توليد الطاقة الشمسية والرياح والكتلة الحيوية تدريجيًا في خفض التكاليف. على سبيل المثال، تؤدي كفاءة الخلايا الشمسية الأعلى والمحسّنة وزيادة حجم توربينات الرياح إلى خفض التكلفة لكل وحدة من الكهرباء المنتجة. في مجال توليد الطاقة من الوقود الأحفوري، تُحسّن تقنيات مثل غلايات USC وCFB الكفاءة، مما يقلل من استهلاك الوقود وبالتالي التكاليف. ومع ذلك، قد تكون التكاليف الأولية لبعض التقنيات الجديدة، مثل المفاعلات النووية الصغيرة (SMRs)، مرتفعة، لكن يُتوقع أن تكون فعالة من حيث التكلفة على المدى الطويل.
هل هذه التقنيات الجديدة لتوليد الطاقة صديقة للبيئة؟
يتم تصميم معظم أحدث التطورات مع التركيز على حماية البيئة. تنتج تقنيات الطاقة المتجددة مثل توليد الطاقة الشمسية والرياح والكتلة الحيوية انبعاثات قليلة أو معدومة من الغازات الدفيئة أثناء التشغيل. في توليد الطاقة من الوقود الأحفوري، تهدف تقنيات مثل احتراق الفحم مع الأمونيا والغلايات المتقدمة ذات السرير السوائل الدائري (CFB) إلى تقليل انبعاثات ثاني أكسيد الكربون والملوثات. كما أن الطاقة النووية، مع تقنيات متقدمة مثل المفاعلات الصغيرة المودولية (SMRs) والدورة الوقودية المتقدمة، لديها القدرة على أن تكون أكثر صداقة للبيئة من خلال تحسين استخدام الوقود وتقليل النفايات.
ما سرعة نشر هذه التقنيات الجديدة على المستوى العالمي؟
تختلف سرعة النشر حسب التكنولوجيا. يتم نشر تكنولوجيا الطاقة الشمسية وطاقة الرياح بشكل سريع نسبيًا، خاصة في المناطق ذات السياسات المواتية والموارد الغنية. على سبيل المثال، تعمل الصين والولايات المتحدة على زيادة قدرتها الإنتاجية من الطاقة الشمسية وطاقة الرياح بسرعة. ومع ذلك، قد تستغرق تكنولوجيات مثل المفاعلات النووية الصغيرة والمتوسطة (SMRs) وبعض تقنيات توليد الطاقة من الكتلة الحيوية المتقدمة وقتًا أطول حتى تنتشر على نطاق واسع بسبب متطلبات الموافقة التنظيمية والاستثمار الأولي المرتفع واحتياجات النضج التكنولوجي.
هل تحسّن هذه التطورات موثوقية إمدادات الطاقة؟
نعم، لديهم ذلك. يمكن لتكنولوجيا مثل تكنولوجيا CSP مع تخزين الطاقة في توليد الطاقة الشمسية وأنظمة التحكم المتطورة في توليد طاقة الرياح أن توفر إنتاجًا أكثر استقرارًا للطاقة. وفي توليد الطاقة من الوقود الأحفوري، تُحسّن المراجل والتقنيات الاحتراق المتقدمة من موثوقية محطات توليد الكهرباء. كما توفر المفاعلات النووية الصغيرة والمتوسطة (SMRs) في الطاقة النووية ميزات أمان وموثوقية مُحسّنة تسهم في توفير طاقة أكثر استقرارًا.
ما الدور الذي تلعبه الحكومات في تعزيز هذه التطورات؟
تلعب الحكومات دوراً محورياً. فهي قادرة على تقديم حوافز مالية مثل الإعانات والاعفاءات الضريبية لتطوير ونشر تقنيات جديدة لتوليد الطاقة. فعلى سبيل المثال، تقدم العديد من الدول إعانات لمشاريع الطاقة الشمسية وطاقة الرياح. كما تضع الحكومات أيضاً اللوائح البيئية التي تدفع بتطوير تقنيات أكثر نظافة لتوليد الطاقة في قطاعات الوقود الأحفوري والطاقة النووية. بالإضافة إلى ذلك، يمكن للحكومات الاستثمار في البحث والتطوير ودعم بناء البنية التحتية الخاصة بتقنيات توليد الطاقة الجديدة.