كشفت دراسة علمية حديثة نُشرت في دورية "ساينتيفيك ريبورتس" (Scientific Reports) التابعة لـ "نيتشر"، عن إمكانية إعادة توظيف محللات التبادل البروتوني (PEM) كمصارف طاقة نشطة لاستعادة الطاقة الشمسية المهدرة وتحويلها إلى هيدروجين أخضر قابل للبيع، في شبكات التوزيع النشطة ذات الاختراق العالي للطاقة الكهروضوئية.
إطار تحسين مشترك لتحديد المواقع والأحجام والتشغيل
طور الباحثان يوليانا بيمن إلياس ومحمد داود من قسم هندسة القوى والآلات الكهربائية بكلية الهندسة بجامعة العاصمة في القاهرة، إطار تحسين عشوائي ثنائي المرحلة، يجمع بين خوارزمية جينية متعددة الأهداف (NSGA-II) لتحديد مواقع وأحجام المكونات، وبرمجة خطية (LP) للتشغيل الساعة بساعة، على شبكة اختبار IEEE 33 عقدة، باستخدام بيانات إشعاع حقيقية من مجمع بنبان الشمسي في أسوان، وتعريفة مصرERA، مع تجميع الأيام إلى 9 أيام تمثيلية باستخدام خوارزمية K-means.
نتائج رئيسية: خفض الفاقد وإنتاج الهيدروجين
أظهرت النتائج أن النظام المقترح يقلل فاقد القدرة النشطة بنسبة 38.8%، ويرفع أدنى جهد على الشبكة من 0.9131 إلى 0.9549 وحدة نسبية، وينتج 127,448 كجم/سنة من الهيدروجين الأخضر (ما يعادل تجنب نحو 1,000 طن CO₂ سنوياً)، عبر خفض الهدر اليومي من 44.77 إلى 27.16 ميجاواط/ساعة.
المحلل لا يحمي البطارية بل يستوعب الفائض الضخم
أكدت المقارنة العادلة تحت نفس سياسة التشغيل المراعية لتدهور البطارية، أن تكلفة تدهور البطارية ظلت متطابقة (20.76 دولار/يوم) مع وجود المحلل أو بدونه، ما ينفي الفائدة المنسوبة سابقاً للمحلل في حماية البطارية. القيمة الحقيقية للمحلل تكمن في استيعاب كميات ضخمة من فائض الظهيرة الذي لا تستطيع البطارية المحدودة السعة استيعابه.
البيع المباشر للهيدروجين يهيمن على إعادة التكهريب
أثبت تحليل الحساسية لأسعار الهيدروجين أن البيع المباشر بسعر 2 دولار/كجم يتفوق اقتصادياً على إعادة التكهريب عبر خلية الوقود (التي لا تسترد سوى 0.83 دولار/كجم من تكلفة شراء الكهرباء)، ما دفع المحسن لتقليل قدرة خلية الوقود إلى حدها الأدنى (نسبة محلل/خلية وقود 18.52)، ك نتيجة اقتصادية مثلى لا كفرض مسبق.
جدوى اقتصادية: الإيرادات تغطي 72% من تكلفة نظام الهيدروجين
على أساس التكلفة الكاملة (تشغيل وصيانة، استبدال غشاء المحلل، ضغط)، بلغ متوسط تكلفة تخزين الكهرباء 0.978 دولار/كيلوواط/ساعة، وتكلفة الهيدروجين 2.78 دولار/كجم، بينما عوضت إيرادات الهيدروجين نحو 72% من تكلفة نظام الهيدروجين الفرعي، مما يجعل المحلل أصلاً داعماً للشبكة يمول نفسه ذاتياً إلى حد كبير.
