إنجازٌ رائد: مُجمِّع تسخين شمسي واسع النطاق يُشغِّل نظام تدفئة خالٍ من الكربون

طفرة في تكنولوجيا مجمعات التسخين الشمسي واسعة النطاق

مع دخول التحول العالمي في مجال الطاقة مراحله الحاسمة، تزداد الحاجة إلى خفض انبعاثات الكربون في عمليات التدفئة الصناعية وتدفئة المناطق الحضرية. وفي هذا السياق، تنتقل تقنية مُجمِّعات التدفئة الشمسية واسعة النطاق من دورها كمصدر طاقة مساعد إلى حل رئيسي لخفض انبعاثات الكربون. وقد أصدرت اليوم عدة مؤسسات دولية معنية بالطاقة تقريراً مشتركاً يفيد بأن كفاءة الطاقة وتكلفة أنظمة مُجمِّعات التدفئة الشمسية واسعة النطاق قد حققتا طفرة تاريخية، مما يوفر مساراً قابلاً للتطبيق لتدفئة خالية من الكربون للصناعات كثيفة الاستهلاك للطاقة.

التطور التكنولوجي: من "وحدة واحدة" إلى "نظام تدفئة ذكي متعدد الوحدات"

بخلاف سخانات المياه الشمسية المنزلية التقليدية المثبتة على أسطح المنازل، يتألف نظام تجميع الطاقة الشمسية واسع النطاق عادةً من مئات أو حتى آلاف من مصفوفات المجمعات عالية الدقة من نوع الألواح المسطحة أو الأنابيب المفرغة، وتتراوح مساحتها من عدة آلاف من الأمتار المربعة إلى عشرات الهكتارات. وقد أظهرت أحدث المشاريع في الدنمارك وألمانيا والصين أنه من خلال دمج الحقول الشمسية واسعة النطاق مع تقنية تخزين الحرارة الموسمية، يمكن أن تصل كفاءة المجمع القصوى إلى أكثر من 65%، كما زاد استقرار إنتاج التدفئة السنوي بنسبة 40% مقارنةً بالسنوات الخمس الماضية.

لم نعد نعتمد على الإشعاع الشمسي المباشر. فبإمكان مجمعات التسخين الشمسي واسعة النطاق، بالإضافة إلى خزانات التخزين الحراري الجوفية التي تعمل على مدار الفصول، تخزين الحرارة الزائدة من الصيف لاستخدامها في الشتاء. وفي مشروع سيلكيبورغ في الدنمارك، غطى نظام التسخين الشمسي واسع النطاق 20% من احتياجات التدفئة المركزية المحلية، وهذه النسبة تقترب بسرعة من 50%.

التطبيق الصناعي: أداة فعالة لإزالة الكربون في صناعات مثل الصلب والغذاء والمنسوجات

يستهلك القطاع الصناعي ما يقارب 74% من الطاقة الحرارية العالمية، ومعظمها من الوقود الأحفوري. يستطيع مُجمِّع التسخين الشمسي واسع النطاق إنتاج حرارة متوسطة ومنخفضة تتراوح بين 80 و150 درجة مئوية، ما يلبي احتياجات صناعات مثل تصنيع الأغذية، وطباعة وصباغة المنسوجات، والتنظيف الكيميائي. وقد قامت إحدى شركات الطباعة والصباغة في شاندونغ، الصين، بتركيب منظومة من مُجمِّعات التسخين الشمسي واسعة النطاق على مساحة 20,000 متر مربع، ما أدى إلى استبدال 42% من الحمل الحراري للمراجل الأصلية التي تعمل بالفحم، وخفض انبعاثات ثاني أكسيد الكربون بأكثر من 3,000 طن سنوياً.

أشار رئيس مشروع تحويل التدفئة التابع للوكالة الدولية للطاقة المتجددة (IRENA) إلى أن "فترة استرداد الاستثمار لأنظمة التدفئة الشمسية واسعة النطاق قد انخفضت بالنسبة للمؤسسات إلى ما بين 5 و7 سنوات، كما أن العمر الافتراضي لهذه الأنظمة يتجاوز 25 عاماً". وأضاف: "في ظل الارتفاع المستمر في أسعار تداول الكربون، لا تُعدّ مجمعات الطاقة الشمسية واسعة النطاق خياراً صديقاً للبيئة فحسب، بل خياراً مجدياً اقتصادياً أيضاً".

ثورة التدفئة المركزية: ممارسات واسعة النطاق في شمال أوروبا والصين

يُعدّ التدفئة المركزية المجال الذي وصلت فيه تطبيقات مُجمّعات التدفئة الشمسية واسعة النطاق إلى أعلى مستويات النضج. وتُعتبر الدنمارك المعيار العالمي في هذا المجال، حيث يأتي أكثر من 2% من إجمالي الحرارة اللازمة للتدفئة المركزية في البلاد من حقول مُجمّعات الطاقة الشمسية. ويضم مشروع فالسنيس ما يقرب من 70,000 متر مربع من مُجمّعات التدفئة الشمسية واسعة النطاق، مما يجعله أحد أكبر محطات التدفئة المركزية التي تعمل بالطاقة الشمسية فقط في العالم.

بحسب خطة الاتحاد الأوروبي "REPowerEU"، تحتاج أوروبا بحلول عام 2030 إلى إضافة ما لا يقل عن 20 جيجاواط حراري من قدرة التسخين الشمسي واسعة النطاق. وتتوقع شركة ماكينزي أن ينمو السوق العالمي لمجمعات التسخين الشمسي واسعة النطاق بمعدل سنوي قدره 18%، وأن تتجاوز قيمته السوقية 24 مليار دولار أمريكي بحلول عام 2030.

لقد تضافر انخفاض التكاليف ودعم السياسات

على مدى العقد الماضي، انخفضت التكلفة المعيارية للتدفئة (LCOH) لأنظمة التدفئة الشمسية واسعة النطاق بنسبة 60%. حالياً، في جنوب أوروبا وشمال غرب الصين، انخفضت تكلفة توليد كل كيلوواط ساعة من الحرارة بواسطة هذا النظام إلى ما بين 0.02 و0.04 دولار أمريكي، وهو ما يعادل أو حتى يقل عن تكلفة التدفئة بالغاز الطبيعي. في الوقت نفسه، ساهمت آلية تعديل انبعاثات الكربون على الحدود التابعة للاتحاد الأوروبي (CBAM) وسياسة الصين "إعادة تدوير الأجهزة القديمة + حوافز الكربون" في تسريع عملية استبدال الغلايات التي تعمل بالفحم والغاز بالطاقة الشمسية.

"إن سيناريوهات التكامل المستقبلية أكثر إبداعاً". وقال متحدث باسم الجمعية الألمانية للتدفئة الشمسية: "نحن نربط بين مجمعات الطاقة الشمسية واسعة النطاق ومضخات الحرارة عالية الحرارة والتدفئة الكهربائية واستعادة الحرارة المهدرة الصناعية لتشكيل "مركز تدفئة متعدد مصادر الطاقة متكامل وخالٍ من الكربون". وهذا سيغير تماماً التبعية الجغرافية للتدفئة الصناعية".

التحديات والمستقبل: استخدام الأراضي، وتخزين الطاقة، والتوازن الموسمي

على الرغم من الآفاق الواعدة، لا يزال الترويج لمجمعات التسخين الشمسي واسعة النطاق يواجه تحديات، منها مسألة استغلال الأراضي. إذ يتطلب كل ميغاواط من إنتاج الحرارة ما يقارب 15,000 إلى 20,000 متر مربع من الأرض، مما يجعلها مناسبة للنشر في الصحاري أو الأراضي المالحة القلوية أو المناطق الصناعية ذات المساحات الواسعة على أسطح المباني. وتحتاج التقنيات السائدة حاليًا، مثل تخزين الحرارة في المسطحات المائية، وتخزين الحرارة في الحصى، وتخزين الحرارة في المبادلات الحرارية الأرضية، إلى مزيد من خفض التكاليف.

من المشجع أن مواد تخزين الطاقة الحرارية الجديدة ذات التغير الطوري وتقنيات تخزين الطاقة الكيميائية الحرارية قد دخلت مرحلة الإنتاج التجريبي. ومن المتوقع أن يؤدي دمجها مع مجمعات التسخين الشمسي واسعة النطاق إلى زيادة معدل استخدام التسخين الشمسي من 40% حاليًا إلى أكثر من 80%. وفي الوقت نفسه، ظهر نموذج تكافلي للمجمعات والخلايا الكهروضوئية الزراعية: حيث يتم تركيب مجمعات شمسية واسعة النطاق في الأعلى، بينما تُزرع محاصيل مقاومة للظل أو تُمارس تربية الحيوانات في الأسفل، مما يحقق إنتاجًا مزدوجًا من الأرض.

خاتمة

من شبكات التدفئة الإقليمية في شمال أوروبا إلى إمدادات البخار النظيف في المناطق الصناعية الصينية، تُبرهن مُجمِّعات التدفئة الشمسية واسعة النطاق، من خلال التطورات التكنولوجية الراسخة، على أن التدفئة الشمسية لم تعد مقتصرة على استخدام الماء الساخن للاستحمام، بل يُمكن أن تُشكّل مصدر الطاقة الأساسي لشبكات التدفئة الحضرية والعمليات الصناعية. بالنسبة لمشغلي المحطات المستقلة والعاملين في مجال الطاقة النظيفة، فإن الاهتمام بأحدث التطورات العالمية في مجال مُجمِّعات التدفئة الشمسية واسعة النطاق ونشرها لا يجذب فقط حركة صناعية عالية الجودة، بل يُسهم أيضاً إسهاماً حاسماً في هذا التنافس العالمي لخفض انبعاثات الكربون.