تقييم شامل 4E (الطاقة، الإكسيرجي، الاقتصادي، والبيئي) لمحطة طاقة مشتركة تعمل بالغاز الطبيعي بعد إعادة تزويدها بالطاقة

لماذا تهم هذه المحطة في الحياة اليومية

يحافظ التيار الكهربائي على إضاءة منازلنا وشحن هواتفنا وتشغيل مستشفياتنا. لكن معظم هذه الطاقة لا يزال مصدرها احتراق الوقود الأحفوري، الذي يستخدم الطاقة بشكل غير مثالي ويطلق ثاني أكسيد الكربون المحبوس للحرارة. تفحص هذه الدراسة طريقة جديدة لإعادة تصميم محطات الغاز الطبيعي بحيث تستخلص مزيدًا من الكهرباء المفيدة من نفس الوقود مع تقليل كل من الانبعاثات واستهلاك الماء. بالنسبة للدول التي تعتمد بشدة على الغاز الطبيعي، مثل الجزائر، يمكن لتحسينات كهذه أن تؤثر على مستوى البلاد في فواتير الطاقة، وأمن الوقود، والأهداف المناخية.

تحويل الوقود إلى طاقة بحكمة أكبر

المحطات المدروسة هنا هي محطات ذات دورة مركبة، والتي تستخدم الوقود بكفاءة أكبر بالفعل من العديد من محطات الفحم أو محطات الغاز البسيطة. أولًا، يُحرق الغاز الطبيعي لتدوير توربين غازي يولد كهرباء. وبدلاً من إهدار العادم الساخن، يُستغل هذا الحرارة لإنتاج بخار يدور توربينًا ثانياً لتوليد طاقة إضافية. يقترح الباحثون تصميمًا محدثًا يبني على هذا المفهوم بإضافة مراحل تسخين إضافية وإعادة تدوير دقيقة للحرارة داخل نظام البخار. هذه التعديلات لا تغير ما يخرج من مقبس الحائط لديك، لكنها تغير كمية الوقود المطلوبة لإنتاج كل وحدة من الكهرباء.

مقارنة بين المحطات الجديدة والقائمة

لتقييم ما إذا كان التصميم الجديد أفضل حقًا، يقارن الفريق بينه وبين محطتين واقعيتين في الجزائر: محطة بخارية تقليدية ومحطة دورة مركبة قائمة تُسمى حاجرت نوس. تُحلل الثلاثة جميعها تحت نفس الشروط ونفس المخرج الكهربائي، لذا تأتي الاختلافات من التصميم وليس من الحجم أو الطقس. تصل كفاءة الطاقة للمحطة الجديدة إلى حوالي 64٪، ما يعني أن ما يقرب من ثلثي طاقة الوقود يُحول إلى كهرباء. هذا أعلى بكثير من المحطة البخارية فقط (حوالي 44٪) وأفضل بشكل ملحوظ من المحطة المركبة الحالية (حوالي 59٪). وتقيس مقياس أكثر تقدمًا يُدعى «الإكسيرجي» — الذي يأخذ في الاعتبار ليس فقط مقدار الطاقة المستخدم لكن مدى كفاءتها — أيضًا الأفضلية للتصميم الجديد، مبيّنًا أن جزءًا أقل من إمكانات الوقود يُهدر كحرارة عديمة الفائدة.

وقود أقل، كربون أقل، وماء أقل

تترجم هذه المكاسب في الأداء مباشرة إلى فوائد بيئية. لأن المحطة الجديدة تحول الوقود إلى طاقة بكفاءة أكبر، فإنها تحتاج غازًا طبيعيًا أقل لتقديم نفس الكم من الكهرباء. هذا يقلل انبعاثات ثاني أكسيد الكربون إلى حوالي 40.8 كيلوجرامًا في الثانية، وهو أقل قليلاً من المحطة المركبة الحالية وبعيدًا عن المحطة البخارية الأقدم. على مدى عمر تشغيلي قدره 35 عامًا، قد توفّر المحطة المعاد تصميمها أكثر من 150 مليون كيلوجرام من الغاز الطبيعي وتتجنب نحو 24 مليون كيلوجرام من ثاني أكسيد الكربون سنويًا مقارنة بمحطة قائمة نموذجية. كما يخفف التصميم الضغط على موارد المياه: نظام التبريد فيه يستهلك أقل كمية مياه بين التكوينات الثلاثة، وهي ميزة مهمة في مناطق تضغط فيها تغيرات المناخ ونمو السكان على إمدادات المياه العذبة.

موازنة الربح والاستدامة

يجب أن يكون أي تصميم جديد لمحطة طاقة منطقيًا من الناحية المالية، وليس التقنية فقط. لذلك يجري الباحثون مراجعة اقتصادية كاملة، تشمل تكاليف البناء، ومصاريف التشغيل، وتكاليف الوقود، والإيرادات من بيع الكهرباء على مدى ثلاثة عقود. تخرج المحطة المركبة التقليدية متقدمة قليلًا في صافي الربح البحت، ويرجع ذلك أساسًا إلى أن تصميمها الأبسط أرخص في الإنشاء والتشغيل. تتميز المحطة الجديدة بتكلفة ابتدائية أعلى نظرًا لمعدات التسخين المضافة، لذا يكون ربحها الإجمالي على مدار العمر التشغيلي أقل هامشيًا، وإن ظل إيجابيًا بقوة. بعبارة أخرى، سيحقق المستثمرون أرباحًا، لكن ليس بنفس مقدار الأرباح في التصميم الأبسط.

ما الذي تعنيه لمستقبل الطاقة

بالنسبة لغير المتخصصين، الرسالة الأساسية هي أن تغييرات تصميمية معتدلة نسبيًا يمكن أن تجعل محطات الغاز الطبيعي أنظف وأكثر كفاءة دون التضحية بالموثوقية. تستهلك المحطة المقترحة غازًا أقل، وتصدر ثاني أكسيد كربون أقل، وتستخدم ماء تبريد أقل من التصميمات الحالية، بينما تظل جذابة اقتصاديًا. ورغم أنها ليست بديلاً للطاقة المتجددة، يمكن لمثل هذه التحسينات أن تجعل نظام الطاقة القائم أكثر صداقة للمناخ خلال الانتقال الطويل بعيدًا عن الوقود الأحفوري. وإذا تم اعتمادها على نطاق واسع، قد تساعد تصاميم من هذا النوع الدول على تلبية الطلب المتزايد على الكهرباء مع تقليل بصمتها البيئية.

الاستشهاد: Boukelia, T.E., Bouhala, A., Cheurfi, Y. et al. Comprehensive 4E (energy, exergy, economic, and environmental) assessment of a repowered natural gas-fired combined power plant. Sci Rep 16, 6505 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-37499-7

الكلمات المفتاحية: محطات طاقة تعمل بالغاز الطبيعي, الدورة المركبة, كفاءة الطاقة, انبعاثات الكربون, تصميم محطات الطاقة