في السودان تبلغ تكلفة مولدات الديزل لتشغيل الأحمال الصناعية والتعدنية وفق لدراسة مرجعية نُشرت عام 2020 حوالي 0.962 دولار لكل كيلوواط/ساعة. في المقابل كشفت الدراسة أن نظام طاقة شمسية مستقل ومحسّن يمكنه توفير نفس الطاقة المطلوبة بتكلفة تبلغ 0.087 دولار فقط لكل كيلوواط/ساعة.
يمثل هذا الفارق في سعر التشغيل انخفاض بنسبة 90% في تكاليف الطاقة. بالنسبة لأصحاب المصانع والمعدنيين السودانيين الذين يعتمدون على الآلات الصناعية ذات العزم العالي، مثل الغرابيل والكسارات في مناجم الذهب، تمثل الكهرباء شريان الحياة للإنتاج الصناعي والتعديني. يؤدي الاعتماد المستمر على وقود الديزل المكلف والمعقد لوجستياً إلى تسرب مالي يستنزف من ربحية المصانع والمناجم.
في المقابل، تثبت الأبحاث الحديثة أن اختيار البنية التحتية المناسبة للطاقة الشمسية للتعامل مع مناخ السودان يقدم حل عملي وإقتصادي لتشغيل العمليات الصناعية الثقيلة.
فخ الديزل في الصناعات الثقيلة
يرافق استخدام مولدات الديزل في العمليات الصناعية غير المرتبطة بالشبكة القومية تكاليف خفية باهظة. تمثل التكلفة الأساسية البالغة 0.962 دولار لكل كيلوواط/ساعة استهلاك الوقود فقط دون أخذ الواقع اللوجستي للعمل في المناطق النائية في عين الاعتبار.
نقل الوقود إلى مواقع التعدين المعزولة أو مصانع المعالجة الزراعية النائية يجعل العمليات عرضة لاضطرابات سلاسل التوريد وإغلاق الطرق. وتعد سرقة الوقود أثناء النقل أو التخزين في الموقع تكلفة إضافية يتحملها المشغلون كجزء من نفقات التشغيل.
علاوة على الوقود، هناك العبء الميكانيكي. تفرض متطلبات العزم الدوراني الهائلة للكسارات والغرابيل ضغط كبير على محركات الديزل. يؤدي هذا الحمل المستمر وعالي الكثافة إلى تسريع تآكل المحرك، مما يتطلب جداول صيانة متكررة، وقد يؤدي إلى أعطال مفاجئة وتوقف مفاجئ للإنتاج.
شرح ميزة توفير 90%
يغير الانتقال إلى نظام طاقة شمسية مستقل الهيكل المالي للعمليات الصناعية بالكامل. يحول هذا الانتقال الطاقة من نفقات تشغيلية متغيرة ومستمرة إلى نفقات رأسمالية ثابتة ويمكن التنبؤ بها.
وضحت الدراسة المرجعية المذكورة في هذا المقال حجم التحول الممكن لقطاع الطاقة في السودان. أثبتت الدراسة - التي نُشرت في مجلة الطاقة الشمسية تحت عنوان "تحديد نظام الطاقة الشمسية الكهروضوئية الأمثل للسودان" والتي أجراها الباحثان سليمان فضل الله وجمال الدين بن حاجي سراج - أثبتت أن نشر نظام طاقة شمسية بتصميم صحيح مناسب ينخفض التكلفة المستوية للطاقة إلى حوالي 0.087 دولار لكل كيلوواط/ساعة. عند مقارنة ذلك بتكلفة توليد الديزل التي تقارب الدولار، يجد أصحاب الأعمال والمناجم أنفسهم أمام توفير بنسبة 90% من تكاليف إنتاج الطاقة.
رغم أن التكلفة الرأسمالية الأولية لمعدات الطاقة الشمسية الصناعية أعلى من تكلفة شراء مولد ديزل، يتحقق العائد على الاستثمار بسرعة من خلال تعويض تكاليف الوقود، ويسترد رأس المال المستثمر في الألواح والعواكس وهياكل التثبيت قيمته في وقت قصير مقارنة بمولدات الديزل ذات التكاليف التشغيلية العالية. بمجرد الوصول إلى نقطة التعادل - وهي نقطة تعادل بين ما تم توفيره من وقود بإستخدام النظام الشمسي ورأس المال الذي تم إنفاقه على شراء النظام الشمسي - تصبح الطاقة التي تشغل الآلات الثقيلة مجانية، مما يضمن ربحية طويلة الأجل تتجاوز قدرات الأنظمة المعتمدة على الديزل.
معدات تتحمل ظروف العمل القاسية
يرى بعض المشغلين الصناعيين أن معدات الطاقة الشمسية قد تكون أضعف من أن تتحمل قسوة المناخ الصحراوي وبيئات التعدين المليئة بالغبار. ينطبق هذا التخوف على مكونات النظام الشمسي التجارية العادية، في حين تتطلب العمليات الصناعية تكنولوجيا مخصصة للخدمة الشاقة.
في ذات الدراسة المرجعية، أُجريت محاكاة علمية دقيقة لتقييم البدائل التقنية المتاحة لأنظمة الطاقة الشمسية. هذه المحاكاة، التي اختبرت 19 نظاماً مختلفاً عبر عدة مواقع في ظل ظروف المناخ السوداني، حددت منظم الشحن (Studer VarioTrack VT-65) كمعيار للكفاءة العالية والأداء الأمثل.
اللافت في الدراسة أن تصميم المنظومة الشمسية التي اعتمدت على هذا الجهاز أثبتت نجاحها في تلبية أحمال هائلة تصل إلى 20 ميجاوات بكفاءة عالية، والأهم من ذلك أنها حققت هذه القدرة التشغيلية الضخمة بأقل عدد ممكن من الوحدات والألواح، مما يعني توفيراً كبيراً في مساحة المحطة وتكلفة التأسيس.
يُعد Studer VarioTrack VT-65 في جوهره جهاز تحكم متطور في الشحن يعمل بتقنية تتبع نقطة الطاقة القصوى (MPPT)، ويشكل العقل المدبر في أنظمة الطاقة الشمسية المستقلة. تتمثل وظيفته الأساسية في التكيف المستمر مع التغيرات في الإشعاع الشمسي ودرجات الحرارة لاستخلاص أقصى طاقة كهربائية ممكنة من الألواح وتوجيهها بكفاءة وثبات إلى الأحمال الصناعية أو البطاريات. وفي سياق الدراسة المرجعية الخاصة بالسودان، تم دمج هذا المتحكم مع ألواح شمسية مسطحة لتشكيل منظومة متكاملة تتميز بكفاءة تحويل تبلغ 17.3% وقدرة تصميمية مصممة لتحمل درجات حرارة تشغيلية قاسية تصل إلى 45 درجة مئوية. بفضل معامل التقليل المرتفع الذي يبلغ 96%، يضمن هذا النظام الحد الأدنى من هدر الطاقة أثناء التحويل، مما يوفر إدارة كهربائية صارمة ومستقرة قادرة على ترويض تيارات البدء العنيفة التي تتطلبها الآلات والمحركات الصناعية الثقيلة.
وهنا نصل إلى النقطة الأهم والتي يغفل عنها الكثيرون، إذ أن تحمل ظروف التعدين القاسية لا يقتصر أبداً على متانة الألواح الشمسية، بل السر كله يكمن في إدارة الطاقة داخل غرفة التحكم. أصحاب المصانع و المناجم يعرفون أن المحركات الكهربائية الثقيلة في الكسارات والغرابيل تشبه الوحش النائم، فهي تحتاج إلى قوة هائلة ودفعة كهربائية عنيفة لحظة تشغيلها الأولى ما يُعرف بتيارات البدء.
إذا حاولت الاعتماد على إنفرترات طاقة شمسية تجارية فستفشل أو تحترق الإنفرترات تحت هذا الحمل الثقيل. لذلك لا مجال للمساومة. العمليات الصناعية تتطلب إنفرترات طاقة عالية الجودة، تنتج تياراً نقياً وتمتلك سعات ضخمة لتحمل هذا التدفق المفاجئ للطاقة. اختيار معدات هندسية صُممت خصيصاً لتتحمل حرارة الصحراء والأحمال الكهربائية الثقيلة وتيارات البدء المرتفعة هو الضمان الوحيد لاستمرار الآلات الثقيلة في العمل واستمرار الإنتاج دون توقفات مكلفة.
التصميم للتشغيل المستمر على مدار الساعة
تتطلب العمليات التي تعمل على مدار الساعة نظرة واقعية لتصميم النظام. تكشف الدراسة أن النظام الشمسي الأساسي المعتمد على الألواح فقط دون بطاريات تخزين قد يترك ما يصل إلى 78% من الحمل الكهربائي غير مغطى إذا كان المصنع يعمل بنوبات ليلية، حيث يولد النظام طاقة الذروة فقط خلال فترات سطوع الشمس المثلى ولا يخزن ما يحتاجه المصنع او المنجم ليلاً.
إذا كانت العملية تتطلب كمثال طحناً مستمراً على مدار 24 ساعة، فإن تركيب الألواح بمفردها غير كافٍ. يتطلب الاستقلال الحقيقي عن الديزل والتحول نحو الإعتماد على الطاقة الشمسية، يتطلب تصميم النظام بدقة بواسطة خبراء في المجال وحساب الأحمال الكهربائية ثم إختيار نوع وعدد الألواح المطلوبة و دمجها مع تخزين قوي لبطاريات الليثيوم لتحمل الحمل طوال الليل، أو تصميم شبكة هجينة. تدمج الشبكة الهجينة التوليد الشمسي الثقيل مع مولدات الديزل، مما يقلل كذلك بشكل كبير من استهلاك الوقود نهاراً مع ضمان عدم توقف العمليات أثناء النوبات الليلية أو الأيام الغائمة.
تأمين سلسلة التوريد
يمثل الانتقال إلى الطاقة الشمسية المستقلة مناورة استراتيجية لعزل سلسلة توريد الطاقة للمصنعين والمعدنيين عن تقلبات الوقود وزيادة الربحية بشكل.
يمكن للمشغلين الاستفادة من منصة سوق متجددة لتصفح أجهزة طاقة شمسية موثوقة والتواصل مع خبراء هندسيين يدركون المتطلبات القاسية للقطاع الصناعي السوداني.
