Document Type : Original Article
Abstract
Highlights
|
|
|
|
|
AUCES |
استخدام المناطق الصناعية الايکولوجية فى تخفيض تکاليف الطاقة الشمسية الحرارية
Using Eco- industrial Park in reducing
The costs of Concentrating Solar Power
محمود سيد على الصادق
دکتوراه في الايکولوجيا الصناعية ، جامعة عين شمس ، ممثل مصر فى الشبکة الافريقية للاقتصاد الدائرى ACEN ،
خبير معتمد فى ادارة الطاقة PA-CEMP ، خبير معتمد فى اقتصاديات البيئة والمحاسبة البيئية ،
ملخص البحث:
يهدف هذا البحث إلى تقليل تکاليف الاستثمار فى الطاقة الشمسية الحرارية من خلال الترکيز على التطبيقات الصناعية مثل استخدام البخار والحرارة والکهرباء بالاعتماد على منطقة صناعية ايکولوجية تقوم على مبادئ وأساليب علم الايکولوجيا الصناعية من خلال المشارکة والتعاون بين عدد من الصناعات المتجاورة والتي تتطلب تطبيقات مختلفة يمکن توفيرها عن طريق محطة الطاقة الشمسية الحرارية.
فمن خلال اکتشاف العلاقات التکافلية لمجموعة من الصناعات المتجاورة يمکن تحقيق وفورات في تکاليف الإنتاج وفوائد جماعية تمکن من التغلب على المعوقات الفنية والمالية التي تواجه الشرکات الفردية عند الاستثمار فى الطاقة الشمسية الحرارية.
وتبين من خلال الدراسة النظرية والتطبيقية للبحث انه يمکن تخفيض تکاليف استخدام الطاقة الشمسية الحرارية بشکل کبير عن طريق استخدمها ضمن المناطق الصناعية الايکولوجية التى تقوم على التآزر بين مجموعة من الشرکات الصناعية ، کما يمکن للحکومات أن تکون شريک من خلال تقديم الحوافز اللازمة للنجاح مثل الإعفاء من تکلفة الأراضي ، کما بينت الدراسة أهمية توزيع وتفصيل تکاليف مشروعات الطاقة الشمسية الحرارية للبحث فى التکاليف الممکن تجنبها ، کما أوضحت أنه يمکن استخدام أنواع الوقود الاحفورى کتکاليف رأسمالية لتخفيض تکاليف الطاقة الشمسية .
المبحث الأول: الإطار العام للبحث
1) مقدمة ومشکلة البحث :
تمثل عوامل التکلفة والفوائد المتوقعة للطاقة الشمسية الحرارية محور الاهتمام لصنع السياسات وقرارات الاستثمار، و تمتلک الطاقة الشمسية الحرارية إمکانات کبيرة في الحد من تکاليف الکيلوات ساعة على طول عمر المشروع LCOE ويعتمد ذلک على عوامل کثيرة مثل التقدم التقني وتراکم الخبرة ، واختيار المواقع ذات الإشعاع الطبيعي المباشر العالي ، والإعفاء من تکلفة الأراضي أمر بالغ الأهمية لتحسين تطور التکلفة والعائد في الطاقة الشمسية الحرارية ([1]).
ويرکز هذا البحث على تقليل تکاليف الاستثمار فى الطاقة الشمسية الحرارية من خلال الترکيز على التطبيقات الصناعية من خلال استخدام البخار والحرارة في العمليات الصناعية بالإضافة إلى الطاقة الکهربائية بالاعتماد على منطقة صناعية ايکولوجية تقوم على منهج مبتکر من المشارکة
والتعاون بين عدد من الصناعات المتجاورة والتي تتطلب تطبيقات مختلفة يمکن توفيرها عن طريق محطة الطاقة الشمسية الحرارية.
وتقوم فکرة البحث على التکامل بين المناطق الصناعية الايکولوجية القائمة على مبادئ علم الايکولوجيا الصناعية ، بحيث تکون تطبيقات الطاقة الشمسية الحرارية جزء هام من بنية وتصميم المنطقة الصناعية الايکولوجية التى تضم مجموعة من الصناعات المتجاورة والتي تتبادل المواد والطاقة والمياه والنفايات والمرافق ، والتوليد المشترک للطاقة ، وتحقيق وفورات تکاليف الإنتاج للمجمع الصناعي ، وکفاءة استخدام الطاقة ، والتهجين الممکن بين الطاقة الشمسية والوقود غير المتجدد ، وتقديم تصور لتقليل تکاليف استخدام تقنيات الطاقة الشمسية الحرارية.
2) أهداف البحث
يتمثل الهدف الرئيسى للبحث فى وضع تصور فعال لاستخدام الطاقة الشمسية الحرارية القائمة على اقتصاديات المناطق الصناعية الايکولوجية ، وتحقيق الأهداف الفرعية التالية:
3) أهمية البحث:
4) المعالجة المنهجية للبحث:
التحليل المتعمق لأدبيات البحث في موضوعات الايکولوجيا الصناعية والمناطق الصناعية الايکولوجية ، وتکنولوجيات الطاقة الشمسية الحرارية مع تقديم تصور مقترح لتحقيق التکامل بين فکر تصميم المناطق الصناعية الايکولوجية وتقنيات الطاقة الشمسية الحرارية.
5) تقسيم البحث:
6) الدراسات والحالات التطبيقية السابقة:
1) دراسـة et al 2020 ([2])Olcay Genc
ساهمت هذه الدراسة في إعداد دليل لتصميم المناطق الصناعية الايکولوجية باستخدام نموذج محاکاة شبکة غذائية في النظام الايکولوجي الطبيعي ، وقدم النموذج ثلاثة مساهمات منهجية تتمثل فى :
1- تحديد واختيار تطبيقات التکافل الصناعي .
2- طريقة مبتکرة لتصميم منطقة صناعية بناءً على أهداف وقيود مستوحاة من الطبيعة .
3- تخطيط المنطقة الصناعية الايکولوجية، وهذه المساهمات تعتبر أداة صنع قرار هامة لمصممي وواضعي سياسات تصميم المناطق الصناعية الايکولوجية ، وأهمية الدراسة فى تقديمها تقنية جديدة لتحقيق الانتقال من الاقتصاد الخطى إلى الاقتصاد الدائري مثل اختيار أماکن الشرکات الصناعية بحيث تکون بالقرب من أماکن إنتاج النفايات بدلاً من الموارد التقليدية.
2) دراسـة ([3]) M.A. Butturi et al, 2019 ,
تقدم هذه الدراسة استعراض المؤلفات العلمية حول التآزر Synergies في مجال الطاقة داخل المجمعات الصناعية الايکولوجية ، والتي تسهل استخدام مصادر الطاقة المتجددة على المستوى الصناعي ، مما يحتمل أن يخلق تکافل الطاقة فى المناطق الحضرية الصناعية ، وسلطت الدراسة الضوء على أربعة مسارات رئيسية لتنفيذ التآزر في مجال الطاقة المتجددة لوضع حلول قابلة للتطبيق لتحسين استخدام مصادر الطاقة المتجددة على المستوى الصناعي والمسارات الاربعة هى تبادل الطاقة بين الشرکات ، والشراء الجماعى للطاقة المتجددة ، وادارة الانتاج الجماعى للطاقة المتجددة ، وخدمات المبانى والمرافق المشترکة.
3) دراسـة ([4])Kasra Mohammadi et al, 2019 ,
قدمت هذه الدراسة مراجعة لاستخدام الطاقة الشمسية الحرارية فى تحلية مياه البحر وتوليد الطاقة الکهربائية فى وقت واحد ، وبسبب قدرة المحطات الشمسية الحرارية فى انتاج الکهرباء وانتاج الحرارة فانه يمکن استخدام مجموعة متنوعة من أنظمة تحلية المياه ، وهناک العديد من الطرق المحتملة لتهجين خدمات الطاقة مع أنظمة تحلية المياه من خلال تعظيم الکفاءة الحرارية وتقليل التکاليف ، وتوفير وسيلة محتملة لتسريع تسويق هذه المحطات الهجينة بشکل عام ، وتعتبرمحطات تحلية مياه البحرجذابة تقنياً وبيئياً باستخدام أنظمة الطاقة الشمسية المرکزة ، وتستخدم العديد منمقاييس الأداء فى دراسة الجدوى الاقتصادية مثل LCOE ، LCOW ، الکفاءة الحرارية الشاملة ، قدرة الطاقة ، والقدرة على إنتاج المياه العذبة .
4) دراسـة ([5])Kody M.Powell et al, 2017 ,
بينت هذه الدراسة بعض فوائد تهجين الطاقة الشمسية الحرارية مع الوقود التقليدى ( الوقود الهيدروکربونى فمن خلال هذا التازر يمکن الحصول على کفاءة أعلى من خلال استغلال التآزر بين شکلين الطاقة له العديد من الفوائد بما في ذلک( زيادة کفاءة مکونات محطات الطاقة الشمسية الحرارية مقارنة مع المحطات القائمة بذاتها والتى تعمل بالطاقة الشمسية فقط – التقليل من اجمالى تکاليف توليد الطاقة LCOE مقارنة بالمحطات التى تعمل بالطاقة الشمسية فقط - مرونة فى التشغيل تسمح بتحقيق الأداء الأمثل - تحقيق عامل قدرة عالية - قدرة عالية فى استيعاب حصة شمسية أکبر - تحقيق انبعاثات أقل مقارنةً بالمحطات التى يعتمد على الوقود الهيدروکربونى فقط .
5) دراسة mXinhai Xu et al , 2016 ([6]).
استعرض هذا البحث صعوبات وفوائد تکنولوجيات الطاقة الشمسية الحرارية في المناطق الصحراوية من خلال مراجعة الدراسات ذات الصلة ، وبيانات الأرصاد الجوية ، وظهرت التحديات في جوانب شملت الاستثمارات الکبيرة ، تخزين الطاقة الحرارية ، استهلاک المياه ، تصميم المواد اللازمة لنقل الحرارة ، أنظمة استقبال الحرارة ، والتأثيرات البيئية، ويجرى تطوير أنظمة الطاقة الشمسية الحرارية ومکوناتها مع الترکيز على الأداء ، والموثوقية ،والتکلفة من قبل هيئات حکومية ، والشرکاء في الصناعة.
6) دراسـة([7]) Yasunori Kikuchi et al, 2015 ,
طبقت هذه الدراسة في جزيرة Tanegashima اليابانية ، حيث هدفت الى إيجاد تکافل صناعى فعال يقوم على استخدام الحرارة الزائدة من أحد مصانع السکر التي تستخدم الباجاس کمصدر للطاقة ، وبتحليل تدفقات الطاقة وجد تجاهل لکميات کبيرة من الحرارة ذات النوعية الجيدة والغير مستخدمة والتي يمکن أن تستخدم لسد الطلب على الطاقة الکهربائية أو الحرارية لإستخدامات أخرى ، کما اشارت الدراسة الى أنه يمکن استخدام محطة الطاقة في وقت توقف مصنع السکر عن العمل بالإعتماد على المصادر المتجددة من المخلفات الزراعية ونشارة ومخلفات الاخشاب في إنتاج الطاقة لدعم الشبکة المحلية.
7) دراسة Qinghua Zhu et al, 2015([8]).
تناولت هذه الدراسة المعوقات الداخلية والخارجية التي واجهة کبار مسئولي المناطق الصناعية التقليدية في الصين بالرغم من إدراکهم لمفهوم المناطق الصناعية الايکولوجية وأهم تلک الصعوبات هي بناء القدرات المطلوبة لتنفيذ تلک المناطق والعراقيل التکنولوجية ، وفى ظل تلک النتائج أدرکت الحکومة الصينية أهمية الابتکار التکنولوجى وبناء القدرات لأجل تنفيذ المناطق الصناعية الايکولوجية ، وفى هذا الإطار فقد قامت الحکومة الصينية بتقديم الدعم المالى للإبتکار التکنولوجى في مجال استهلاک الطاقة والحد من التلوث ، وتشجيع التنمية التکنولوجية والتعاون بين الشرکات.
8) دراسـة حالة صناعة الالبان بالهند ([9] ).
تناولت هذه الحالة قيام شرکة Mahanand باستخدام الطاقة الشمسية لتلبية احتياجاتها من الطاقة الحرارية اللازمة لعملية البسترة ، بالاعتماد على مرجل شمسي لشرکة ARUN وهى شرکة يديرها خريجي المعهد الهندي للتقنية ، حيث قامت الشرکة بتثبيت تکنولوجيا الدش ( الطبق ) الشمسي لبسترة 3000 طن من الحليب الأمر الذي أدى إلى توفير 20000 لتر من زيت الافران سنويا .
وکانت أهم الصعوبات التي واجهت الشرکة هي طول الفترة الزمنية التي تحتاجها الطاقة الشمسية لإتمام عملية البسترة ( 8-10 ساعة ) مقابل 3 ساعات بالطاقة التقليدية.
9) دراسة Shishir Kumar Behera et al, 2012,([10]).
استنتجت هذه الدراسة أن نجاح شبکات التکافل والتبادل لتصميم وإنشاء المناطق الصناعية الايکولوجية يحتاج إلى قنوات اتصال فعالة بين الشرکات وبعضها البعض ، وذلک لتنسيق الجهود التي تهدف إلى تحويل المجمعات الصناعية التقليدية إلى مجمعات إيکولوجية ، کما أشارت کمثال لذلک إلى ما قامت به کوريا الجنوبية من إنشاء مؤسسة حکومية للمجمعات الصناعية حيث يتم تعيين فريق لکل مجمع تحت إشراف مدير خبير ومؤهل ولدية إلمام عميق بثقافة الإيکولوجيا الصناعية.
المبحث الثانى: اقتصاديات المناطق الصناعية الايکولوجية
1) تعريف الإيکولوجيا الصناعية:
تشمل الإيکولوجيا الصناعية مجموعة واسعة من الأدوات والأساليب مثل تحليل تدفق المواد ، والتمثيل الغذائي الحضري ، وعلى نطاق أوسع ، تطبيق نموذج النظام الإيکولوجي على الأنظمة الصناعية (على سبيل المثال ، التعايش الصناعي) ينبثق بشکل طبيعي من منظور البيئة الصناعية. وبالمثل ، غالبًا ما يتم تنفيذ تقييم دورة الحياة (LCA) للمنتجات والعمليات في سياق أهداف البيئة الصناعية الأساسية - تقليل النفايات والتلوث ، وتعظيم الکفاءة ، وتعزيز التدفقات الدورية. في الآونة الأخيرة ، تم تطوير المفهوم الناشئ للاقتصاد الدائري من خلال تطوير مؤشرات کمية متزايدة تعکس القيم المبکرة للإيکولوجيا الصناعية من أجل "إغلاق الحلقة" من خلال تعظيم التدفقات الدورية
)Bocken، Olivetti، Cullen، Potting، & Lifset، 2017.(
هى الطريقة المدروسة والعقلانية التي تستخدم من قبل الشرکات والاقتصاديات والمجتمعات للحفاظ على القدرة التنافسية الاقتصادية والبيئية والاجتماعية ، وتتطلب الايکولوجيا الصناعية رؤية النظم الصناعية کجزء من السياق الاجتماعي والثقافي والبيئي لتساعد في تحسين استهلاک الطاقة والمواد على مستوى العمليات الصناعية ومکونات ومرافق خطوط الإنتاج([11]).
2) تعريف المناطق الصناعية الايکولوجية:
3) إيجاد العلاقات التکافلية للمناطق الصناعية الايکولوجية:
يعرف التکافل الصناعي بأنه نهج جماعي للميزة التنافسية حيث تتبادل الصناعات المنفصلة المواد والطاقة والمياه و/ أو المنتجات الثانوية ، ويؤدى التکافل الصناعي دورًا مهمًا في الانتقال نحو التنمية المستدامة، وعلى وجه التحديد ، يعالج القضايا المتعلقة باستنفاد الموارد وإدارة النفايات والتلوث باستخدام تدفقات النفايات لتوليد قيمة أکثر کفاءة عبر شبکات الشرکات الصناعية ، ومن أهم أسس التکافل الصناعي هو التعاون المشترک فيما يتعلق بالإمکانيات التي يتيحها القرب الجغرافي([14]). ويوضح الشکل رقم (01) إطار مخصص لاکتشاف شبکات التکافل الصناعى بکوريا الجنوبية([15]).
شکل رقم (01): إطار مخصص لاکتشاف شبکات التکافل الصناعى بکوريا الجنوبية ([16])
4) أرباح التـکافل الصـناعى:
يتم تعريف صافى الربح فيما يتعلق بعملية التکافل کما فى المعادلة التالية:
حيث أن مجموع أرباح النظام الإيکولوجى الصناعى هى E , والربح الأصلى للوحدة هو حيث لا يکون هناک تکافل صناعى، ويعکس ربح التکافل جوهر التفاعل بين الوحدات والتى ينتج عنها ربح جديد لنظام التکافل([17])، ومن أهـم العوامـل المؤثرة فى تطوير وتشـغيل شـبکات التـکافل الصناعى يوضحها الجدول رقم (01).
جدول رقم (01): العوامل المؤثرة فى تطوير وتشغيل شبکات التکافل الصناعي([18])
|
العوامل |
خصائصه |
المجالات المحتملة للتأثير |
|
الفنية |
-السمات الفيزيائية والکيميائية والمکانية لتدفقات المدخلات والمخرجات. -التوافق بين الاحتياجات والقدرات. -تکلفة التکنولوجيات الفعالة وتوافر الموثوقية. |
- عدد وتنوع الروابط التکافلية المحتملة. - حجم المکاسب الاجتماعية والاقتصادية والبيئية. - حجم الاستثمار المطلوب لتنفيذ والحفاظ على التعاون. |
|
الاقتصادىة |
- تکاليف المواد الأولية. - قيمة النفايات والمنتجات المتدفقة ( مدخلات ومخرجات). - تکاليف الأعمال التجارية. - حجم الاستثمار الرأسمالى وأسعار الخصم. |
- حجم الاستفادة الاقتصادية والقدرة التنافسية المکتسبة. - الحاجة إلى بدائل التمويل.
|
|
السياسىية |
- السياسات البيئية الشاملة. - طبيعة وآثار القوانين والأنظمة ذات الصلة. - العناصر الحالية ذات الصلة (الضرائب والغرامات والإعانات). |
- الابتکار والتنمية المباشرة. - حوافز التکنولوجيا البيئية بما فيها تشکيل الروابط التکافلية. - تقديم المساعدة للتعاون غير القانونى المضاف إلى تکاليف المعاملات التجارية. |
|
المعلوماتية |
- الوصول للمعلومات ذات الصلة -توافر المعلومات الموثوقة فى الوقت المناسب من طيف واسع من الأطراف. - المراجعة المستمرة للمعلومات. |
- قدرات تحديد أوجه التعاون والتآزر. - قدرات محتملة لتفعيل التعاون والتآزر. القدرة على فهم وملاحظة مخاطر الشرکات. |
5) تخطيط المنطقة الصناعية الإيکولوجية EIP Eco-Industrial Park
يقترح Ayres أن النظام الإيکولوجى الصناعى ( المنطقة الصناعية الإيکولوجية ) يجب أن تشمل شرکة رئيسية واحدة على الأقل تستقبل الخامات أو المواد المصنعة متصلة بواحدة أو أکثر من الشرکات التى لها القدرة على الاستفادة من أنواع کثيرة من النفايات الرئيسية التى من شأنها تحويل العديد من النفايات إلى منتجات قابلة للاستخدام ومن شأن التعاون أن يکون أيسر من خلال التنسيق وتبادل المعلومات ([19]).
فوائد المنطقة الصناعية الإيکولوجية ([20]):
1) إنشاء أعمال تجارية محلية جديدة مع توسع المنشآت القائمة.
2) التطوير الوظيفى لمجموعة واسعة من المهارات مع مجموعة واسعة من الأجور.
3) استخدام المواد الثانوية والنفايات والطاقة المفقودة.
4) استرداد القيمة الاقتصادية للعديد من المواد والمنتجات التى تلقى فى مقالب النفايات.
5) الاستفادة من الفاقد فى المنتجات الزراعية والغذائية.
الإدارة الفعالة للمنطقة الصناعية الإيکولوجية:
1) الحفاظ على مزيج من الشرکات المطلوبة لتکوين أفضل استخدام متبادل بين بعضهم البعض من المنتجات الثانوية ، مع دعم التحسين فى الأداء البيئى بشکل فردى والمنطقة بشکل جماعى.
2) يعتمد نجـاح إقامة منطقة صناعيـة إيکولوجية عـلى ( القدرة على الابتکار - الوصول إلى الأسواق - القدرة على مقابلة شروط الربح وقيود التکلفة فى تحقيق تعاون بين مختلف الشرکات والمنشآت الصناعية ).
3) اقتصادياً: تخفيض تکلفة المواد الخام والطاقة وإدارة ومعالجة النفايات وزيادة القدرة التنافسية فى السوق العالمية.
4) بيئيا: الحد من الطلب على الموارد المحدودة وجعل الموارد الطبيعية متجددة وتقليل الانبعاثات والنفايات لتتوافق مع الأنظمة البيئية وأيضاً صنع التنمية المستدامة.
5) اجتماعيا: خلق فرص عمل جديدة، وتطوير فرص الأعمال التجارية، وزيادة التعاون والمشارکة بين محتلف الصناعات.
6) حکوميا: تخفيض تکاليف التدهور البيئى، وتخفيض الطلب على الموارد الطبيعية، وتخفيض الطلب على البنية التحتية البلدية وزيادة الإيرادات الضريبية للحکومة ([21]).
6) نقاط القوة لبعض المناطق الصناعية الايکولوجية الأخرى طبقا للجدول رقم (02):
1) المنطقة الصناعية الايکولوجية مدينة Kalundborg بالدنمارک.
2) المنطقة الصناعية الايکولوجية Value Park المانيا.
3) منطقة Crewe Business Park بمدينة تشيشير – إنجلترا.
4) منطقة Environment Park in Turin– إيطاليا .
5) منطقة Vreten Park in Stockholm– السويد.
جدول رقم ( 02) : تحليل نقاط القوة وانجازات بعض المناطق الصناعية الايکولوجية([22])
|
الحالة |
نقاط القوة |
تحليل خمسة مميزات المناطق الضناعية الايکولوجية |
||||
|
تدوير وإعادة استخدام النفايات الصناعية |
کفاءة الموارد |
المباني المستدامة |
حماية المناظر الطبيعية |
الإجراءات البيئية |
||
|
(1) |
- وجود العديد من الشرکات الکبرى في المنطقة. - قصر المسافة بين الشرکات الموجودة بالمنطقة. - غياب المنافسة بين الشرکات. - وجود حوافز اقتصادية للشرکات فيما يخص البيئة والتلوث. - عدم وجود عوائق قانونية. - عدم وجود هيکل هرمى داخل المنطقة. - المهمة الرئيسية لمجلس ادارة المنطقة هو تعزيز العلاقات بين الشرکات مع استقلال کل شرکة.
|
√ |
√ |
|
|
√ |
|
(2) |
- وجود شبکة عمودية من الشرکات العاملة في نفس الصناعة التي ترتبط بعلاقات تجارية بالشرکة الرئيسية. - الموقع الجغرافى والقرب من الأسواق. - وفورات التکاليف الناتجة عن تقاسم الموارد والبنى التحتية. - الحد من التلوث وتکاليف خفض النفايات. - تقاسم المعرفة والابتکارات الجديدة من خلال مرکز الأبحاث والتطوير. - المزايا المالية المرتبطة بالتاجير للشرکات والمکاتب الاستشارية. |
√ |
√ |
|
|
|
|
(3) |
- توجد 30 شرکة أهمها شرکة يابانية في تکنولوجيا المعلومات والاتصالات وشرکة دولية لمنتجات الکيماويات. - مراعاة المناظر الطبيعية للمکان. - جودة حياة عالية بالمنطقة. - وفورات في التکاليف والمزايا المالية في استئجار المکاتب بخصم يصل الى 30%. - الصورة الدولية للمنطقة وجذب العملاء والصناعات بسبب الأنشطة الصديقة للبيئة. |
|
|
|
√ |
|
|
(4) |
- أول منطقة صناعية ايکولوجية تکتفى ذاتيا من الطاقة من خلال استخدام المصادر المتجددة. - توجد منظمات عامة وخاصة تعمل مع بعضها البعض. - تقاسم المعرفة والتکنولوجيا. - المنطقة مجهزة بمحطة کهرومائية صغيرة. - نظام لانتاج الهيدروجين. - توجد ثلاثة مراکز لکفاءة الطاقة والنقل المستدام. - تشترک الشرکات في نفس المستودعات ومراکز الخدمات اللوجستية. |
√ |
√ |
|
|
|
|
(5) |
- انخفاض استهلاک المياه 10%. - انخفاض استهلاک الطاقة 30%. - انخفاض تکاليف التخلض من النفايات الصناعية 60% . |
√ |
√ |
√ |
|
√ |
المبحث الثالث
إمکانيات استخدام الطاقة الشمسية الحرارية مع المناطق الصناعية الايکولوجية.
1) الطاقة الشمسية Solar energy :
هي تحويل أشعة الشمس إلى طاقة قابلة للاستخدام ، وهى طاقة طبيعية غير مستقرة سواء داخل اليوم (الليل والنهار والغيوم) وخـلال السـنة (الشتاء والصيف)، ويعتبر تخزين الطاقة الشمسية أمر بالغ الاهمية إذا ما کان سيتم الاعتماد على الشمس في انتاج الطاقة الکهربائية والحرارية ([23]).
وتتوفر الطاقة الشمسية مباشرة من الطاقة التي تنتجها الشمس ويتم استخدامها في إنتاج الکهرباء والحرارة والضوء في أنظمة الطاقة الشمسية ، وتستمد الشمس طاقتها من الاندماج النووي عن طريق تحويل ملايين الأطنان من الهيدروجين إلى الهيليوم وتحويل الفرق في الکتلة إلى طاقة ، والمتوسط السنوي للطاقة المنبعثة من الشمس للأرض يبلغ حوالي 1.3 إلى 1.4 کيلو وات / م2 ([24]).
2) أهم تقنيات الطاقة الشمسية الحرارية أو المرکزة:
|
التکنولوجيا ذات القطع المکافئ الاسطوانى Parabolic Trough System |
تکنولوجيا الأبراج الشمسية Solar Power Tower |
|
الوصف |
الوصف |
|
هو النـظام الأکثر شـيوعاً على المستوى التجارى، يتم فى هذا النـظام وضـع أنبـوب المـتلقى Receiver على الخط البؤرى من کل عاکس على شکل قطع مکافىء حيث يتم تسخين السائل الناقل للحرارة ليقوم بتحويل الماء إلى بخار لتوليد الکهرباء([25]). |
تستخدم هذه التکنولوجيا برج الطاقة ويقع تحت البرج العديد من المرايا المسطحة التى تقوم بتتبع الشمس وتوجيه الأشعة نحو المستقبل أعلى البرج ويتم رفع درجة حرارة السائل الذى يستخدم فى توليد البخار لتشغيل التوربينات التى تستخدم فى تشغيل المولدات، وتستحدم هذه الأبراج نوع من أنواع تخزين الحرارة لتوليد الکهرباء أثناء غروب الشمس ([26]).
|
3) استخدام أنظمة البخار :
تمثل أنظمة البخار حوالى 30% من الوقود الاحفورى الذى يتم حرقه في الصناعة على مستوى العالم ، حيث يستخدم في عمليات التسخين ، وعمليات استخلاص السوائل ،وتشغيل التوربينات البخارية لانتاج الطاقة الکهربائية ويوضح الجدول رقم (07) تقديرات استخدام البخار في الصناعات المختلفة([27]).
4) استخدام الحرارة والحرارة المفقودة لصناعات اخرى :
يمکن للطاقة الشمسية الحرارية توفير قدر کبير من الطلب على الحرارة في العمليات الصناعية الغذائية والزراعية والموضح بعضها في الجدول رقم (08)([28]).
جدول رقم (06): تقديرات استخدام البخار في الصناعات المختلفة
|
القطاع الصناعى |
نسبة البخار من الطاقة المستخدمة في القطاع الصناعى |
|
صناعة الورق ومنتجاته |
35.3% |
|
صناعة المنتجات الکيميائية |
22.9% |
|
المنتجات البترولية والفحم |
12.2% |
|
تکرير البترول |
11.9% |
|
الصناعات الغذائية |
11.1% |
|
المنتجات الخشبية |
4.9% |
|
صناعة التعدين |
4.1% |
|
منتجات الصلب |
3.5% |
|
صناعة النسيج |
2.2% |
|
البلاستيک والمطاط |
1.2% |
جدول رقم (07):العمليات الصناعية ودرجات الحرارة المطلوبة من الطاقة الشمسية المرکزة
|
مدى درجة الحرارة °C |
العملية الصناعية |
القطاع الصناعى |
|
30-90 60-90 60-80 95-105 110-120 40-60 |
التجفيف Drying الغسيل Washing البسترة Pasteurising الغليان Boiling التعفيم Sterilising المعالجة الحرارية Heat Treatment |
الصناعات الغذائية |
|
60-80 60-90 130-150 |
الطبخ والتجفيف Cooking and Drying تغذية الغليات Boiler feed water التبييض Bleaching |
صناعة الورق |
|
60-100 70-90 100-130 40-80 |
التبييض Bleaching التجفيف Dyeing التجفيف وإزالة الشحوم Drying, De-greasing الغسيل Washing |
صناعة المنسوجات |
5) تهجين الطاقة الشمسية الحرارية مع الوقود الاحفورى
هناک العديد من التحسينات الاقتصادية فى التکاليف والأداء وتقليل مخاطر المشروع لتهجين الطاقة الشمسية الحرارية مع الأنظمة التي تعمل بالغاز الطبيعى أو أنظمة الدورة التي تعمل بالفحم أو المواد البترولية ([29]). ويؤدى هذا الأسلوب الى تقليل التکاليف بشکل کبير وتجنب تکاليف بعض البنود مثل تکاليف تخزين الحرارة من ناحية وزيادة الحقل الشمسى وأنظمة التخزين نفسها.
6) دراسة تجريبية لدمج الطاقة الشمسية الحرارية مع مخطط لمنطقة صناعية ايکولوجية:
شکل (08) شبکة التکافل الصناعى ( المنطقة الصناعية الإيکولوجية)
حول محطة الکهرباء الهجين ( فحم + طاقة شمسية)[30]
جدول رقم (08): تقديرات الطاقة الشمسية الحرارية مع الفحم الحجرى
|
التعليق |
الرد |
السؤال |
|
يمکن خفض تلک التکاليف بدخول مقاولين ومکونات محلية
|
Total CAPEX is about 2,800,000,000 € for 2,100 MWnet electric
|
An estimation of the total cost of coal – solar project 2000 MW. تقدير التکاليف الاولية |
|
کفاءة عالية تصل الى 40%
لا توجد محطة تصل الى هذه الکفاءة فى الوقت الحالى بمصر
|
Hybridization is THE approach to convert fossil fuel power economy to a sustainable affordable and environmental friendly one. Efficiency of hybridization would be high, because large scale coal power plants benefit from high efficiencies in the power block of more than 40% + - when injecting solar produced steam in the life-steam path of the coal fired facility, the solar steam is then converted at high efficiency, e. g. 40% depending on the cooling. However solar field too close to the coal fired power plant would suffer from the blocking of the water steam clouds coming out of the cooling towers- best would be to cool with Nile-water. |
The efficiency of hybridization کفاءة التهجين – فحم + أشعة شمسية |
|
تقدير تکاليف المشروع ککل بالمحتوى الشمسى 7 مليار يورو ويمکن خفض تلک التکاليف الى 5 مليار يورو عن طريق مقاولى باطن محليين أو مقاول صينى ومکونات محلية تکلفة الکيلو وات ساعة على طول عمر المشروع 40 سنة 65-95 قرش ويمکن خفضها طبقا لطرق التمويل والظروف المحلية |
Total Project volume for the solar tower would be approx. 4,200,000,000 € for the solar steam production (to produce solar steam at 700 MWel equivalent-share for the power block of the coal plant at max. capacity of 2,100 MWnet) + 2,800,000,000 € for the coal plant (making at peak 2,1 GW when some days are without solar) = 7,000,000,000 Generating approx. § Total annual electric energy: 15,400,000 MWh § Levelized Cost of Electricity: 65 – 90 €/MWhel (Depending on financing, coal price and carbon credits) § Emission: 580-650 t_CO2/MWh,el |
Your opinion about the ratio of 65% coal and 35% of solar.
تکاليف المحتوى الشمسى ثم تکاليف المشروع ککل |
|
فى حالة استخدام الحرارة المفقودة فى تحلية المياة الجوفية سيعود ذلک اقتصاديا على تکلفة الکهرباء |
For the water desalination this fully depends on the local conditions, but would be commercially beneficial for the project, so levelized cost of electricity could be decreased additionally significantly. |
The positive effect of the project from the side of water desalination |
الخلاصة :
ثبت من هذا البحث انه يمکن تخفيض تکاليف استخدام الطاقة الشمسية الحرارية بشکل کبير عن طريق استخدمها ضمن المناطق الصناعية الايکولوجية التى تقوم على التعاون والتازر بين مجموعة من الشرکات الصناعية ، کما يمکن للحکومات أن تکون شريک فى المناطق الصناعية الايکولوجية وتقديم الحوافز اللازمة لنجاح استخدام الطاقة الشمسية الحرارية ومن أهم النتائج الاخرى:
1) يمکن استخدام المناطق الصناعية الايکولوجية کأسلوب لخفض تکاليف الصناعة.
2) دمج المناطق الصناعية الايکولوجية مع استخدام الطاقة الشمسة يدعم القدرة التنافسية للصناعات المتجاورة.
3) يمکن استخدام مصادر الطاقة غير المتجددة کتکلفة راسمالية لتقليل تکاليف استخدام الطاقة الشمسية بشکل مؤقت حتى الوصول الى تکنولوجيات أقل تکلفة لاستخدام الطاقة الشمسية بنسبة 100%.
4) يجب الترکيز على مناطق السطوع الشمسى العالية للتقليل من أنواع الطاقة الاخرى وتقليل تکاليف الإنتاج داخل المجمع الصناعى الايکولوجى.
5) هناک فرص کبيرة لنجاح تصنيع مکونات الطاقة الشمسية الحرارية.
6) أهمية إعداد دراسات موسعة لتحليل المدخلات والمخرجات تدفقات المواد والطاقة للصناعات المختلفة التي يمکن بناءً عليها تصميم المناطق الصناعية الايکولوجية في المناطق و الدول العربية استناداً على الطاقة الشمسية الحرارية.
7) أهمية الدراسة الدقيقة لتوزيع وتفصيل تکاليف مشروعات الطاقة الشمسية الحرارية للبحث فى التکاليف الممکن تجنبها أو تخفيضها للوصول إلى التعادل مع توليد الطاقة من المصادر الأحفورية.
8) أهمية دراسة استخدام تکنولوجيا الطاقة الشمسية الحرارية فى تطبيقات صناعية اخرى غير توليد الکهرباء مثل استخدام البخار، والحرارة ، وتحلية مياه البحر.
9) إنشاء الآلية المؤسسية القادرة على تخطيط المناطق الصناعية الإيکولوجية بالاسترشاد بالآليات الموجودة فى الدول المتقدمة مثل الدانمارک وکوريا الجنوبية وغيرها.
10) تأهيل خبراء ومخططى الإيکولوجيا الصناعية بحيث يکون لديهم القدرة على الربط بين الکيانات المحتلفة وقواعد الموارد الطبيعية وإنتاج الأفکار الجديدة فى مجال الإيکولوجيا الصناعية والطاقة الشمسية الحرارية والضوئية.
REFERENCES:
(1) Ren Ling-zhi: Cost-benefit evolution for concentrated solar power in China, Journal of Cleaner Production ,Volume 190, 20 July 2018, Pages 471.
(2) Olcay Genc et al: Circular eco-industrial park design inspired by nature: An integrated non-linear optimization, location, and food web analysis, Journal of Environmental ManagementVolume 270, 15, 2020.
(3)M.A. Butturi et al,. Renewable energy in eco-industrial parks and urban-industrial symbiosis: A literature review and a conceptual synthesis, Applied Energy, 255, 2019.
(4) Kasra Mohammadi et al: Hybrid concentrated solar power (CSP)-desalination systems: A review, Desalination ,Volume 468, 2019.
(5)Kody M.Powell: Hybrid concentrated solar thermal power systems: A review, Renewable and Sustainable Energy Reviews Volume 80, 2017.
(6)Xinhai Xu et al: Prospects and problems of concentrating solar power technologies for power generation in the desert regions, Renewable and Sustainable Energy Reviews, Volume 53, January 2016, Pages 1106–1131.
(7)Yasunori Kikuchi et al, Industrial Symbiosis Centered on a Regional Cogeneration Power Plant Utilizing Available Local Resources A Case Study of Tanegashima, Journal of Industrial Ecology, Volume 20, Number 2,2015.
(8)Barriers to Promoting Eco-Industrial Parks Development in China Perspectives from Senior Officials at National Industrial Parks, Journal of Industrial Ecologym Volume 19, Issue 3, pages 457–467, 2015.
(9)http://www.cliquesolar.com/DairyIndustry.aspx
(10)Shishir Kumar Behera et al: Evolution of ‘designed’ industrial symbiosis networks in the Ulsan Eco-industrial Park: ‘research and development into business’ as the enabling framework, Journal of Cleaner Production, 29-30 ,(2012).
(11) T.E Gradel & B.R Allenby: Industrial Ecology and sustainable Engineering, published by pearson Education,Inc,USA.2010,P32.
(12) world Bank Group: An International Framework For Eco-Industrial Parks, https://openknowledge.worldbank.org/bitstream/handle/10986/29110/122179-WP-PUBLIC-AnInternationalFrameworkforEcoIndustrialParks.pdf?sequence=1&isAllowed=y, 2017, P21
(13)Pei Zhong, Weili Xia & Bing Xu: Study on energy efficiency model in Xi'an High-tech eco-industrial park, Published in 2010 Asia-Pacific Power and Energy Engineering Conference,P1.
(14) Brian Baldassarre: Industrial Symbiosis: towards a design process for eco-industrial clusters by integrating Circular Economy and Industrial Ecology perspectives, Journal of Cleaner Production,Volume 216, 2019, Pages 446-447.
(15)Shishir Kumar Behera et al: Evolution of ‘designed’ industrial symbiosis networks in the Ulsan Eco-industrial Park: ‘research and development into business’ as the enabling framework, Journal of Cleaner Production, 29-30 ,(2012), P107.
(16) Shishir Kumar Behera et al:, P107.
(17)Gang Wang: novel approach for stability analysis of industrial symbiosis systems, Journal of Cleaner Production, Volume 39, January 2013, Pages 9.
(18) Murat Mirata: Industrial Symbiosis A tool for more sustainable regions?, Doctoral dissertation, Lund University, Sweden, 2005, P48.
(19)Raymond P. Coˆte´ & E. Cohen-Rosenthal: Designing eco-industrial parks: a synthesis of some experiences, Journal of Cleaner Production , 6 , 1998 P 182.
(20)Raymond P. Coˆte´ & E. Cohen-Rosenthal: P 182.
(21)Salah M. El-Haggar: Sustainable Industrial Design and Waste Management Cradle-to-cradle for Sustainable Development, The American University of Cairo, Elsevier Academic Press,2007,P92.
(22) Alfredo Valentino: Eco-industrial parks: the international state of art, Eco-Industrial Parks: A Green and Place Marketing Approach , Luiss University Press,2015, from P24-P41.
(23)H.L. Zhang et al: Concentrated solar power plants: Review and design methodology,Renewable and Sustainable Energy Reviews 22(2013),P467.
(24) Mukhtar Ahmad: Operation and Control of Renewable Energy Systems, chapter 5, John Wiley & Sons, Ltd, 2017,P95
(26)http://en.wikipedia.org/wiki/PS20_solar_power_plant
(27)Dan Einstein: Steam Systems in Industry: Energy Use and Energy Efficiency Improvement Potentials,aceee.org/files/proceedings/.../SS01_Panel1_Paper46.pd,P538.
(28)IRENA : Solar Heat for Industrial Processes -Technology Brief, www.irena.org, January 2015, P15
(29)Sargent & Lundy LLC Consulting Group Chicago, Illinois: Assessment of Parabolic Trough and Power Tower Solar Technology Cost and Performance Forecasts, www.nrel.gov/docs/fy04osti/34440.pd,2003,P2-5
(30) الباحث
(31) Dipl. Eng Johannes Schrufer - Spin-off Company IA TECH from the Solar-Institute Juelich of Aachen University of Applied Sciences – Germany.
Using Eco- industrial Park in reducing
The costs of Concentrating Solar Power
Mahmoud Sayed Ali Alsadk
PhD in Industrial Ecology, Ain Shams University, Representative of Egypt in the African Circular Economy Network ACEN,
PA-CEMP Certified Expert in Energy Management, Certified Expert in Environmental Economics and Environmental Accounting,
mahmoud_sayed101074@yahoo.com
ABSTRACT:
This research aims to reduce investment costs of Solar thermal energy Applications such as steam, heat and electricity within eco-industrial park as an example of industrial symbiosis development to reduce resource consumption and waste or pollution generation in eco-industrial park.
This research sets up a model of synergistic effect based on Solar thermal energy Applications and exchange materials and energies in the park between industries in Qena governorate.
The results show that the costs of using solar thermal energy can be significantly reduced by using it within the eco-industrial park based on synergies between a group of industrial companies, and government could play a critical role to drive this concept for success by providing the necessary incentives, such as free cost land. It also showed that fossil fuels can be used as capital costs to reduce solar energy costs .
المراجـــــــع:
(1) Ren Ling-zhi: Cost-benefit evolution for concentrated solar power in China, Journal of Cleaner Production ,Volume 190, 20 July 2018, Pages 471.
([2]) Olcay Genc et al: Circular eco-industrial park design inspired by nature: An integrated non-linear optimization, location, and food web analysis, Journal of Environmental ManagementVolume 270, 15, 2020.
([3])M.A. Butturi et al,. Renewable energy in eco-industrial parks and urban-industrial symbiosis: A literature review and a conceptual synthesis, Applied Energy, 255, 2019.
([4])Kasra Mohammadi et al: Hybrid concentrated solar power (CSP)-desalination systems: A review, Desalination ,Volume 468, 2019.
([5])Kody M.Powell: Hybrid concentrated solar thermal power systems: A review, Renewable and Sustainable Energy Reviews Volume 80, 2017.
([6])Xinhai Xu et al: Prospects and problems of concentrating solar power technologies for power generation in the desert regions, Renewable and Sustainable Energy Reviews, Volume 53, January 2016, Pages 1106–1131.
([7])Yasunori Kikuchi et al, Industrial Symbiosis Centered on a Regional Cogeneration Power Plant Utilizing Available Local Resources A Case Study of Tanegashima, Journal of Industrial Ecology, Volume 20, Number 2,2015.
([8])Barriers to Promoting Eco-Industrial Parks Development in China Perspectives from Senior Officials at National Industrial Parks, Journal of Industrial Ecologym Volume 19, Issue 3, pages 457–467, 2015.
([10])Shishir Kumar Behera et al: Evolution of ‘designed’ industrial symbiosis networks in the Ulsan Eco-industrial Park: ‘research and development into business’ as the enabling framework, Journal of Cleaner Production, 29-30 ,(2012).
([11])T.E Gradel & B.R Allenby: Industrial Ecology and sustainable Engineering, published by pearson Education,Inc,USA.2010,P32.
([12]) world Bank Group: An International Framework For
Eco-Industrial Parks, https://openknowledge.worldbank.org/bitstream/handle/10986/29110/122179-WP-PUBLIC-AnInternationalFrameworkforEcoIndustrialParks.pdf?sequence=1&isAllowed=y, 2017, P21
([13])Pei Zhong, Weili Xia & Bing Xu: Study on energy efficiency model in Xi'an High-tech eco-industrial park,Published in 2010 Asia-Pacific Power and Energy Engineering Conference,P1.
([14]( Brian Baldassarre: Industrial Symbiosis: towards a design process for eco-industrial clusters by integrating Circular Economy and Industrial Ecology perspectives, Journal of Cleaner Production,Volume 216, 2019, Pages 446-447.
([15])Shishir Kumar Behera et al: Evolution of ‘designed’ industrial symbiosis networks in the Ulsan Eco-industrial Park: ‘research and development into business’ as the enabling framework, Journal of Cleaner Production, 29-30 ,(2012), P107.
([17])Gang Wang: novel approach for stability analysis of industrial symbiosis systems, Journal of Cleaner Production, Volume 39, January 2013, Pages 9.
([18])Murat Mirata: Industrial Symbiosis A tool for more sustainable regions?, Doctoral dissertation, Lund University, Sweden, 2005, P48.
([19])Raymond P. Coˆte´ & E. Cohen-Rosenthal: Designing eco-industrial parks: a synthesis of some experiences, Journal of Cleaner Production , 6 , 1998 P 182.
([21])Salah M. El-Haggar: Sustainable Industrial Design and Waste Management Cradle-to-cradle for Sustainable Development, The American University of Cairo, Elsevier Academic Press,2007,P92.
([22]) Alfredo Valentino: Eco-industrial parks: the international state of art, Eco-Industrial Parks: A Green and Place Marketing Approach , Luiss University Press,2015, from P24-P41.
([23])H.L. Zhang et al: Concentrated solar power plants: Review and design methodology,Renewable and Sustainable Energy Reviews 22(2013),P467.
[24] Mukhtar Ahmad: Operation and Control of Renewable Energy Systems, chapter 5, John Wiley & Sons, Ltd, 2017,P95
([27])Dan Einstein: Steam Systems in Industry: Energy Use and Energy Efficiency Improvement Potentials,aceee.org/files/proceedings/.../SS01_Panel1_Paper46.pd,P538.
([28])IRENA : Solar Heat for Industrial Processes -Technology Brief, www.irena.org, January 2015, P15
([29])Sargent & Lundy LLC Consulting Group Chicago, Illinois: Assessment of Parabolic Trough and Power Tower Solar Technology Cost and Performance Forecasts, www.nrel.gov/docs/fy04osti/34440.pd,2003,P2-5
[30]الباحث.
Main Subjects
|
|
|
|
|
AUCES |
استخدام المناطق الصناعية الايکولوجية فى تخفيض تکاليف الطاقة الشمسية الحرارية
Using Eco- industrial Park in reducing
The costs of Concentrating Solar Power
محمود سيد على الصادق
دکتوراه في الايکولوجيا الصناعية ، جامعة عين شمس ، ممثل مصر فى الشبکة الافريقية للاقتصاد الدائرى ACEN ،
خبير معتمد فى ادارة الطاقة PA-CEMP ، خبير معتمد فى اقتصاديات البيئة والمحاسبة البيئية ،
ملخص البحث:
يهدف هذا البحث إلى تقليل تکاليف الاستثمار فى الطاقة الشمسية الحرارية من خلال الترکيز على التطبيقات الصناعية مثل استخدام البخار والحرارة والکهرباء بالاعتماد على منطقة صناعية ايکولوجية تقوم على مبادئ وأساليب علم الايکولوجيا الصناعية من خلال المشارکة والتعاون بين عدد من الصناعات المتجاورة والتي تتطلب تطبيقات مختلفة يمکن توفيرها عن طريق محطة الطاقة الشمسية الحرارية.
فمن خلال اکتشاف العلاقات التکافلية لمجموعة من الصناعات المتجاورة يمکن تحقيق وفورات في تکاليف الإنتاج وفوائد جماعية تمکن من التغلب على المعوقات الفنية والمالية التي تواجه الشرکات الفردية عند الاستثمار فى الطاقة الشمسية الحرارية.
وتبين من خلال الدراسة النظرية والتطبيقية للبحث انه يمکن تخفيض تکاليف استخدام الطاقة الشمسية الحرارية بشکل کبير عن طريق استخدمها ضمن المناطق الصناعية الايکولوجية التى تقوم على التآزر بين مجموعة من الشرکات الصناعية ، کما يمکن للحکومات أن تکون شريک من خلال تقديم الحوافز اللازمة للنجاح مثل الإعفاء من تکلفة الأراضي ، کما بينت الدراسة أهمية توزيع وتفصيل تکاليف مشروعات الطاقة الشمسية الحرارية للبحث فى التکاليف الممکن تجنبها ، کما أوضحت أنه يمکن استخدام أنواع الوقود الاحفورى کتکاليف رأسمالية لتخفيض تکاليف الطاقة الشمسية .
المبحث الأول: الإطار العام للبحث
1) مقدمة ومشکلة البحث :
تمثل عوامل التکلفة والفوائد المتوقعة للطاقة الشمسية الحرارية محور الاهتمام لصنع السياسات وقرارات الاستثمار، و تمتلک الطاقة الشمسية الحرارية إمکانات کبيرة في الحد من تکاليف الکيلوات ساعة على طول عمر المشروع LCOE ويعتمد ذلک على عوامل کثيرة مثل التقدم التقني وتراکم الخبرة ، واختيار المواقع ذات الإشعاع الطبيعي المباشر العالي ، والإعفاء من تکلفة الأراضي أمر بالغ الأهمية لتحسين تطور التکلفة والعائد في الطاقة الشمسية الحرارية ([1]).
ويرکز هذا البحث على تقليل تکاليف الاستثمار فى الطاقة الشمسية الحرارية من خلال الترکيز على التطبيقات الصناعية من خلال استخدام البخار والحرارة في العمليات الصناعية بالإضافة إلى الطاقة الکهربائية بالاعتماد على منطقة صناعية ايکولوجية تقوم على منهج مبتکر من المشارکة
والتعاون بين عدد من الصناعات المتجاورة والتي تتطلب تطبيقات مختلفة يمکن توفيرها عن طريق محطة الطاقة الشمسية الحرارية.
وتقوم فکرة البحث على التکامل بين المناطق الصناعية الايکولوجية القائمة على مبادئ علم الايکولوجيا الصناعية ، بحيث تکون تطبيقات الطاقة الشمسية الحرارية جزء هام من بنية وتصميم المنطقة الصناعية الايکولوجية التى تضم مجموعة من الصناعات المتجاورة والتي تتبادل المواد والطاقة والمياه والنفايات والمرافق ، والتوليد المشترک للطاقة ، وتحقيق وفورات تکاليف الإنتاج للمجمع الصناعي ، وکفاءة استخدام الطاقة ، والتهجين الممکن بين الطاقة الشمسية والوقود غير المتجدد ، وتقديم تصور لتقليل تکاليف استخدام تقنيات الطاقة الشمسية الحرارية.
2) أهداف البحث
يتمثل الهدف الرئيسى للبحث فى وضع تصور فعال لاستخدام الطاقة الشمسية الحرارية القائمة على اقتصاديات المناطق الصناعية الايکولوجية ، وتحقيق الأهداف الفرعية التالية:
3) أهمية البحث:
4) المعالجة المنهجية للبحث:
التحليل المتعمق لأدبيات البحث في موضوعات الايکولوجيا الصناعية والمناطق الصناعية الايکولوجية ، وتکنولوجيات الطاقة الشمسية الحرارية مع تقديم تصور مقترح لتحقيق التکامل بين فکر تصميم المناطق الصناعية الايکولوجية وتقنيات الطاقة الشمسية الحرارية.
5) تقسيم البحث:
6) الدراسات والحالات التطبيقية السابقة:
1) دراسـة et al 2020 ([2])Olcay Genc
ساهمت هذه الدراسة في إعداد دليل لتصميم المناطق الصناعية الايکولوجية باستخدام نموذج محاکاة شبکة غذائية في النظام الايکولوجي الطبيعي ، وقدم النموذج ثلاثة مساهمات منهجية تتمثل فى :
1- تحديد واختيار تطبيقات التکافل الصناعي .
2- طريقة مبتکرة لتصميم منطقة صناعية بناءً على أهداف وقيود مستوحاة من الطبيعة .
3- تخطيط المنطقة الصناعية الايکولوجية، وهذه المساهمات تعتبر أداة صنع قرار هامة لمصممي وواضعي سياسات تصميم المناطق الصناعية الايکولوجية ، وأهمية الدراسة فى تقديمها تقنية جديدة لتحقيق الانتقال من الاقتصاد الخطى إلى الاقتصاد الدائري مثل اختيار أماکن الشرکات الصناعية بحيث تکون بالقرب من أماکن إنتاج النفايات بدلاً من الموارد التقليدية.
2) دراسـة ([3]) M.A. Butturi et al, 2019 ,
تقدم هذه الدراسة استعراض المؤلفات العلمية حول التآزر Synergies في مجال الطاقة داخل المجمعات الصناعية الايکولوجية ، والتي تسهل استخدام مصادر الطاقة المتجددة على المستوى الصناعي ، مما يحتمل أن يخلق تکافل الطاقة فى المناطق الحضرية الصناعية ، وسلطت الدراسة الضوء على أربعة مسارات رئيسية لتنفيذ التآزر في مجال الطاقة المتجددة لوضع حلول قابلة للتطبيق لتحسين استخدام مصادر الطاقة المتجددة على المستوى الصناعي والمسارات الاربعة هى تبادل الطاقة بين الشرکات ، والشراء الجماعى للطاقة المتجددة ، وادارة الانتاج الجماعى للطاقة المتجددة ، وخدمات المبانى والمرافق المشترکة.
3) دراسـة ([4])Kasra Mohammadi et al, 2019 ,
قدمت هذه الدراسة مراجعة لاستخدام الطاقة الشمسية الحرارية فى تحلية مياه البحر وتوليد الطاقة الکهربائية فى وقت واحد ، وبسبب قدرة المحطات الشمسية الحرارية فى انتاج الکهرباء وانتاج الحرارة فانه يمکن استخدام مجموعة متنوعة من أنظمة تحلية المياه ، وهناک العديد من الطرق المحتملة لتهجين خدمات الطاقة مع أنظمة تحلية المياه من خلال تعظيم الکفاءة الحرارية وتقليل التکاليف ، وتوفير وسيلة محتملة لتسريع تسويق هذه المحطات الهجينة بشکل عام ، وتعتبرمحطات تحلية مياه البحرجذابة تقنياً وبيئياً باستخدام أنظمة الطاقة الشمسية المرکزة ، وتستخدم العديد منمقاييس الأداء فى دراسة الجدوى الاقتصادية مثل LCOE ، LCOW ، الکفاءة الحرارية الشاملة ، قدرة الطاقة ، والقدرة على إنتاج المياه العذبة .
4) دراسـة ([5])Kody M.Powell et al, 2017 ,
بينت هذه الدراسة بعض فوائد تهجين الطاقة الشمسية الحرارية مع الوقود التقليدى ( الوقود الهيدروکربونى فمن خلال هذا التازر يمکن الحصول على کفاءة أعلى من خلال استغلال التآزر بين شکلين الطاقة له العديد من الفوائد بما في ذلک( زيادة کفاءة مکونات محطات الطاقة الشمسية الحرارية مقارنة مع المحطات القائمة بذاتها والتى تعمل بالطاقة الشمسية فقط – التقليل من اجمالى تکاليف توليد الطاقة LCOE مقارنة بالمحطات التى تعمل بالطاقة الشمسية فقط - مرونة فى التشغيل تسمح بتحقيق الأداء الأمثل - تحقيق عامل قدرة عالية - قدرة عالية فى استيعاب حصة شمسية أکبر - تحقيق انبعاثات أقل مقارنةً بالمحطات التى يعتمد على الوقود الهيدروکربونى فقط .
5) دراسة mXinhai Xu et al , 2016 ([6]).
استعرض هذا البحث صعوبات وفوائد تکنولوجيات الطاقة الشمسية الحرارية في المناطق الصحراوية من خلال مراجعة الدراسات ذات الصلة ، وبيانات الأرصاد الجوية ، وظهرت التحديات في جوانب شملت الاستثمارات الکبيرة ، تخزين الطاقة الحرارية ، استهلاک المياه ، تصميم المواد اللازمة لنقل الحرارة ، أنظمة استقبال الحرارة ، والتأثيرات البيئية، ويجرى تطوير أنظمة الطاقة الشمسية الحرارية ومکوناتها مع الترکيز على الأداء ، والموثوقية ،والتکلفة من قبل هيئات حکومية ، والشرکاء في الصناعة.
6) دراسـة([7]) Yasunori Kikuchi et al, 2015 ,
طبقت هذه الدراسة في جزيرة Tanegashima اليابانية ، حيث هدفت الى إيجاد تکافل صناعى فعال يقوم على استخدام الحرارة الزائدة من أحد مصانع السکر التي تستخدم الباجاس کمصدر للطاقة ، وبتحليل تدفقات الطاقة وجد تجاهل لکميات کبيرة من الحرارة ذات النوعية الجيدة والغير مستخدمة والتي يمکن أن تستخدم لسد الطلب على الطاقة الکهربائية أو الحرارية لإستخدامات أخرى ، کما اشارت الدراسة الى أنه يمکن استخدام محطة الطاقة في وقت توقف مصنع السکر عن العمل بالإعتماد على المصادر المتجددة من المخلفات الزراعية ونشارة ومخلفات الاخشاب في إنتاج الطاقة لدعم الشبکة المحلية.
7) دراسة Qinghua Zhu et al, 2015([8]).
تناولت هذه الدراسة المعوقات الداخلية والخارجية التي واجهة کبار مسئولي المناطق الصناعية التقليدية في الصين بالرغم من إدراکهم لمفهوم المناطق الصناعية الايکولوجية وأهم تلک الصعوبات هي بناء القدرات المطلوبة لتنفيذ تلک المناطق والعراقيل التکنولوجية ، وفى ظل تلک النتائج أدرکت الحکومة الصينية أهمية الابتکار التکنولوجى وبناء القدرات لأجل تنفيذ المناطق الصناعية الايکولوجية ، وفى هذا الإطار فقد قامت الحکومة الصينية بتقديم الدعم المالى للإبتکار التکنولوجى في مجال استهلاک الطاقة والحد من التلوث ، وتشجيع التنمية التکنولوجية والتعاون بين الشرکات.
8) دراسـة حالة صناعة الالبان بالهند ([9] ).
تناولت هذه الحالة قيام شرکة Mahanand باستخدام الطاقة الشمسية لتلبية احتياجاتها من الطاقة الحرارية اللازمة لعملية البسترة ، بالاعتماد على مرجل شمسي لشرکة ARUN وهى شرکة يديرها خريجي المعهد الهندي للتقنية ، حيث قامت الشرکة بتثبيت تکنولوجيا الدش ( الطبق ) الشمسي لبسترة 3000 طن من الحليب الأمر الذي أدى إلى توفير 20000 لتر من زيت الافران سنويا .
وکانت أهم الصعوبات التي واجهت الشرکة هي طول الفترة الزمنية التي تحتاجها الطاقة الشمسية لإتمام عملية البسترة ( 8-10 ساعة ) مقابل 3 ساعات بالطاقة التقليدية.
9) دراسة Shishir Kumar Behera et al, 2012,([10]).
استنتجت هذه الدراسة أن نجاح شبکات التکافل والتبادل لتصميم وإنشاء المناطق الصناعية الايکولوجية يحتاج إلى قنوات اتصال فعالة بين الشرکات وبعضها البعض ، وذلک لتنسيق الجهود التي تهدف إلى تحويل المجمعات الصناعية التقليدية إلى مجمعات إيکولوجية ، کما أشارت کمثال لذلک إلى ما قامت به کوريا الجنوبية من إنشاء مؤسسة حکومية للمجمعات الصناعية حيث يتم تعيين فريق لکل مجمع تحت إشراف مدير خبير ومؤهل ولدية إلمام عميق بثقافة الإيکولوجيا الصناعية.
المبحث الثانى: اقتصاديات المناطق الصناعية الايکولوجية
1) تعريف الإيکولوجيا الصناعية:
تشمل الإيکولوجيا الصناعية مجموعة واسعة من الأدوات والأساليب مثل تحليل تدفق المواد ، والتمثيل الغذائي الحضري ، وعلى نطاق أوسع ، تطبيق نموذج النظام الإيکولوجي على الأنظمة الصناعية (على سبيل المثال ، التعايش الصناعي) ينبثق بشکل طبيعي من منظور البيئة الصناعية. وبالمثل ، غالبًا ما يتم تنفيذ تقييم دورة الحياة (LCA) للمنتجات والعمليات في سياق أهداف البيئة الصناعية الأساسية - تقليل النفايات والتلوث ، وتعظيم الکفاءة ، وتعزيز التدفقات الدورية. في الآونة الأخيرة ، تم تطوير المفهوم الناشئ للاقتصاد الدائري من خلال تطوير مؤشرات کمية متزايدة تعکس القيم المبکرة للإيکولوجيا الصناعية من أجل "إغلاق الحلقة" من خلال تعظيم التدفقات الدورية
)Bocken، Olivetti، Cullen، Potting، & Lifset، 2017.(
هى الطريقة المدروسة والعقلانية التي تستخدم من قبل الشرکات والاقتصاديات والمجتمعات للحفاظ على القدرة التنافسية الاقتصادية والبيئية والاجتماعية ، وتتطلب الايکولوجيا الصناعية رؤية النظم الصناعية کجزء من السياق الاجتماعي والثقافي والبيئي لتساعد في تحسين استهلاک الطاقة والمواد على مستوى العمليات الصناعية ومکونات ومرافق خطوط الإنتاج([11]).
2) تعريف المناطق الصناعية الايکولوجية:
3) إيجاد العلاقات التکافلية للمناطق الصناعية الايکولوجية:
يعرف التکافل الصناعي بأنه نهج جماعي للميزة التنافسية حيث تتبادل الصناعات المنفصلة المواد والطاقة والمياه و/ أو المنتجات الثانوية ، ويؤدى التکافل الصناعي دورًا مهمًا في الانتقال نحو التنمية المستدامة، وعلى وجه التحديد ، يعالج القضايا المتعلقة باستنفاد الموارد وإدارة النفايات والتلوث باستخدام تدفقات النفايات لتوليد قيمة أکثر کفاءة عبر شبکات الشرکات الصناعية ، ومن أهم أسس التکافل الصناعي هو التعاون المشترک فيما يتعلق بالإمکانيات التي يتيحها القرب الجغرافي([14]). ويوضح الشکل رقم (01) إطار مخصص لاکتشاف شبکات التکافل الصناعى بکوريا الجنوبية([15]).
شکل رقم (01): إطار مخصص لاکتشاف شبکات التکافل الصناعى بکوريا الجنوبية ([16])
4) أرباح التـکافل الصـناعى:
يتم تعريف صافى الربح فيما يتعلق بعملية التکافل کما فى المعادلة التالية:
حيث أن مجموع أرباح النظام الإيکولوجى الصناعى هى E , والربح الأصلى للوحدة هو حيث لا يکون هناک تکافل صناعى، ويعکس ربح التکافل جوهر التفاعل بين الوحدات والتى ينتج عنها ربح جديد لنظام التکافل([17])، ومن أهـم العوامـل المؤثرة فى تطوير وتشـغيل شـبکات التـکافل الصناعى يوضحها الجدول رقم (01).
جدول رقم (01): العوامل المؤثرة فى تطوير وتشغيل شبکات التکافل الصناعي([18])
|
العوامل |
خصائصه |
المجالات المحتملة للتأثير |
|
الفنية |
-السمات الفيزيائية والکيميائية والمکانية لتدفقات المدخلات والمخرجات. -التوافق بين الاحتياجات والقدرات. -تکلفة التکنولوجيات الفعالة وتوافر الموثوقية. |
- عدد وتنوع الروابط التکافلية المحتملة. - حجم المکاسب الاجتماعية والاقتصادية والبيئية. - حجم الاستثمار المطلوب لتنفيذ والحفاظ على التعاون. |
|
الاقتصادىة |
- تکاليف المواد الأولية. - قيمة النفايات والمنتجات المتدفقة ( مدخلات ومخرجات). - تکاليف الأعمال التجارية. - حجم الاستثمار الرأسمالى وأسعار الخصم. |
- حجم الاستفادة الاقتصادية والقدرة التنافسية المکتسبة. - الحاجة إلى بدائل التمويل.
|
|
السياسىية |
- السياسات البيئية الشاملة. - طبيعة وآثار القوانين والأنظمة ذات الصلة. - العناصر الحالية ذات الصلة (الضرائب والغرامات والإعانات). |
- الابتکار والتنمية المباشرة. - حوافز التکنولوجيا البيئية بما فيها تشکيل الروابط التکافلية. - تقديم المساعدة للتعاون غير القانونى المضاف إلى تکاليف المعاملات التجارية. |
|
المعلوماتية |
- الوصول للمعلومات ذات الصلة -توافر المعلومات الموثوقة فى الوقت المناسب من طيف واسع من الأطراف. - المراجعة المستمرة للمعلومات. |
- قدرات تحديد أوجه التعاون والتآزر. - قدرات محتملة لتفعيل التعاون والتآزر. القدرة على فهم وملاحظة مخاطر الشرکات. |
5) تخطيط المنطقة الصناعية الإيکولوجية EIP Eco-Industrial Park
يقترح Ayres أن النظام الإيکولوجى الصناعى ( المنطقة الصناعية الإيکولوجية ) يجب أن تشمل شرکة رئيسية واحدة على الأقل تستقبل الخامات أو المواد المصنعة متصلة بواحدة أو أکثر من الشرکات التى لها القدرة على الاستفادة من أنواع کثيرة من النفايات الرئيسية التى من شأنها تحويل العديد من النفايات إلى منتجات قابلة للاستخدام ومن شأن التعاون أن يکون أيسر من خلال التنسيق وتبادل المعلومات ([19]).
فوائد المنطقة الصناعية الإيکولوجية ([20]):
1) إنشاء أعمال تجارية محلية جديدة مع توسع المنشآت القائمة.
2) التطوير الوظيفى لمجموعة واسعة من المهارات مع مجموعة واسعة من الأجور.
3) استخدام المواد الثانوية والنفايات والطاقة المفقودة.
4) استرداد القيمة الاقتصادية للعديد من المواد والمنتجات التى تلقى فى مقالب النفايات.
5) الاستفادة من الفاقد فى المنتجات الزراعية والغذائية.
الإدارة الفعالة للمنطقة الصناعية الإيکولوجية:
1) الحفاظ على مزيج من الشرکات المطلوبة لتکوين أفضل استخدام متبادل بين بعضهم البعض من المنتجات الثانوية ، مع دعم التحسين فى الأداء البيئى بشکل فردى والمنطقة بشکل جماعى.
2) يعتمد نجـاح إقامة منطقة صناعيـة إيکولوجية عـلى ( القدرة على الابتکار - الوصول إلى الأسواق - القدرة على مقابلة شروط الربح وقيود التکلفة فى تحقيق تعاون بين مختلف الشرکات والمنشآت الصناعية ).
3) اقتصادياً: تخفيض تکلفة المواد الخام والطاقة وإدارة ومعالجة النفايات وزيادة القدرة التنافسية فى السوق العالمية.
4) بيئيا: الحد من الطلب على الموارد المحدودة وجعل الموارد الطبيعية متجددة وتقليل الانبعاثات والنفايات لتتوافق مع الأنظمة البيئية وأيضاً صنع التنمية المستدامة.
5) اجتماعيا: خلق فرص عمل جديدة، وتطوير فرص الأعمال التجارية، وزيادة التعاون والمشارکة بين محتلف الصناعات.
6) حکوميا: تخفيض تکاليف التدهور البيئى، وتخفيض الطلب على الموارد الطبيعية، وتخفيض الطلب على البنية التحتية البلدية وزيادة الإيرادات الضريبية للحکومة ([21]).
6) نقاط القوة لبعض المناطق الصناعية الايکولوجية الأخرى طبقا للجدول رقم (02):
1) المنطقة الصناعية الايکولوجية مدينة Kalundborg بالدنمارک.
2) المنطقة الصناعية الايکولوجية Value Park المانيا.
3) منطقة Crewe Business Park بمدينة تشيشير – إنجلترا.
4) منطقة Environment Park in Turin– إيطاليا .
5) منطقة Vreten Park in Stockholm– السويد.
جدول رقم ( 02) : تحليل نقاط القوة وانجازات بعض المناطق الصناعية الايکولوجية([22])
|
الحالة |
نقاط القوة |
تحليل خمسة مميزات المناطق الضناعية الايکولوجية |
||||
|
تدوير وإعادة استخدام النفايات الصناعية |
کفاءة الموارد |
المباني المستدامة |
حماية المناظر الطبيعية |
الإجراءات البيئية |
||
|
(1) |
- وجود العديد من الشرکات الکبرى في المنطقة. - قصر المسافة بين الشرکات الموجودة بالمنطقة. - غياب المنافسة بين الشرکات. - وجود حوافز اقتصادية للشرکات فيما يخص البيئة والتلوث. - عدم وجود عوائق قانونية. - عدم وجود هيکل هرمى داخل المنطقة. - المهمة الرئيسية لمجلس ادارة المنطقة هو تعزيز العلاقات بين الشرکات مع استقلال کل شرکة.
|
√ |
√ |
|
|
√ |
|
(2) |
- وجود شبکة عمودية من الشرکات العاملة في نفس الصناعة التي ترتبط بعلاقات تجارية بالشرکة الرئيسية. - الموقع الجغرافى والقرب من الأسواق. - وفورات التکاليف الناتجة عن تقاسم الموارد والبنى التحتية. - الحد من التلوث وتکاليف خفض النفايات. - تقاسم المعرفة والابتکارات الجديدة من خلال مرکز الأبحاث والتطوير. - المزايا المالية المرتبطة بالتاجير للشرکات والمکاتب الاستشارية. |
√ |
√ |
|
|
|
|
(3) |
- توجد 30 شرکة أهمها شرکة يابانية في تکنولوجيا المعلومات والاتصالات وشرکة دولية لمنتجات الکيماويات. - مراعاة المناظر الطبيعية للمکان. - جودة حياة عالية بالمنطقة. - وفورات في التکاليف والمزايا المالية في استئجار المکاتب بخصم يصل الى 30%. - الصورة الدولية للمنطقة وجذب العملاء والصناعات بسبب الأنشطة الصديقة للبيئة. |
|
|
|
√ |
|
|
(4) |
- أول منطقة صناعية ايکولوجية تکتفى ذاتيا من الطاقة من خلال استخدام المصادر المتجددة. - توجد منظمات عامة وخاصة تعمل مع بعضها البعض. - تقاسم المعرفة والتکنولوجيا. - المنطقة مجهزة بمحطة کهرومائية صغيرة. - نظام لانتاج الهيدروجين. - توجد ثلاثة مراکز لکفاءة الطاقة والنقل المستدام. - تشترک الشرکات في نفس المستودعات ومراکز الخدمات اللوجستية. |
√ |
√ |
|
|
|
|
(5) |
- انخفاض استهلاک المياه 10%. - انخفاض استهلاک الطاقة 30%. - انخفاض تکاليف التخلض من النفايات الصناعية 60% . |
√ |
√ |
√ |
|
√ |
المبحث الثالث
إمکانيات استخدام الطاقة الشمسية الحرارية مع المناطق الصناعية الايکولوجية.
1) الطاقة الشمسية Solar energy :
هي تحويل أشعة الشمس إلى طاقة قابلة للاستخدام ، وهى طاقة طبيعية غير مستقرة سواء داخل اليوم (الليل والنهار والغيوم) وخـلال السـنة (الشتاء والصيف)، ويعتبر تخزين الطاقة الشمسية أمر بالغ الاهمية إذا ما کان سيتم الاعتماد على الشمس في انتاج الطاقة الکهربائية والحرارية ([23]).
وتتوفر الطاقة الشمسية مباشرة من الطاقة التي تنتجها الشمس ويتم استخدامها في إنتاج الکهرباء والحرارة والضوء في أنظمة الطاقة الشمسية ، وتستمد الشمس طاقتها من الاندماج النووي عن طريق تحويل ملايين الأطنان من الهيدروجين إلى الهيليوم وتحويل الفرق في الکتلة إلى طاقة ، والمتوسط السنوي للطاقة المنبعثة من الشمس للأرض يبلغ حوالي 1.3 إلى 1.4 کيلو وات / م2 ([24]).
2) أهم تقنيات الطاقة الشمسية الحرارية أو المرکزة:
|
التکنولوجيا ذات القطع المکافئ الاسطوانى Parabolic Trough System |
تکنولوجيا الأبراج الشمسية Solar Power Tower |
|
الوصف |
الوصف |
|
هو النـظام الأکثر شـيوعاً على المستوى التجارى، يتم فى هذا النـظام وضـع أنبـوب المـتلقى Receiver على الخط البؤرى من کل عاکس على شکل قطع مکافىء حيث يتم تسخين السائل الناقل للحرارة ليقوم بتحويل الماء إلى بخار لتوليد الکهرباء([25]). |
تستخدم هذه التکنولوجيا برج الطاقة ويقع تحت البرج العديد من المرايا المسطحة التى تقوم بتتبع الشمس وتوجيه الأشعة نحو المستقبل أعلى البرج ويتم رفع درجة حرارة السائل الذى يستخدم فى توليد البخار لتشغيل التوربينات التى تستخدم فى تشغيل المولدات، وتستحدم هذه الأبراج نوع من أنواع تخزين الحرارة لتوليد الکهرباء أثناء غروب الشمس ([26]).
|
3) استخدام أنظمة البخار :
تمثل أنظمة البخار حوالى 30% من الوقود الاحفورى الذى يتم حرقه في الصناعة على مستوى العالم ، حيث يستخدم في عمليات التسخين ، وعمليات استخلاص السوائل ،وتشغيل التوربينات البخارية لانتاج الطاقة الکهربائية ويوضح الجدول رقم (07) تقديرات استخدام البخار في الصناعات المختلفة([27]).
4) استخدام الحرارة والحرارة المفقودة لصناعات اخرى :
يمکن للطاقة الشمسية الحرارية توفير قدر کبير من الطلب على الحرارة في العمليات الصناعية الغذائية والزراعية والموضح بعضها في الجدول رقم (08)([28]).
جدول رقم (06): تقديرات استخدام البخار في الصناعات المختلفة
|
القطاع الصناعى |
نسبة البخار من الطاقة المستخدمة في القطاع الصناعى |
|
صناعة الورق ومنتجاته |
35.3% |
|
صناعة المنتجات الکيميائية |
22.9% |
|
المنتجات البترولية والفحم |
12.2% |
|
تکرير البترول |
11.9% |
|
الصناعات الغذائية |
11.1% |
|
المنتجات الخشبية |
4.9% |
|
صناعة التعدين |
4.1% |
|
منتجات الصلب |
3.5% |
|
صناعة النسيج |
2.2% |
|
البلاستيک والمطاط |
1.2% |
جدول رقم (07):العمليات الصناعية ودرجات الحرارة المطلوبة من الطاقة الشمسية المرکزة
|
مدى درجة الحرارة °C |
العملية الصناعية |
القطاع الصناعى |
|
30-90 60-90 60-80 95-105 110-120 40-60 |
التجفيف Drying الغسيل Washing البسترة Pasteurising الغليان Boiling التعفيم Sterilising المعالجة الحرارية Heat Treatment |
الصناعات الغذائية |
|
60-80 60-90 130-150 |
الطبخ والتجفيف Cooking and Drying تغذية الغليات Boiler feed water التبييض Bleaching |
صناعة الورق |
|
60-100 70-90 100-130 40-80 |
التبييض Bleaching التجفيف Dyeing التجفيف وإزالة الشحوم Drying, De-greasing الغسيل Washing |
صناعة المنسوجات |
5) تهجين الطاقة الشمسية الحرارية مع الوقود الاحفورى
هناک العديد من التحسينات الاقتصادية فى التکاليف والأداء وتقليل مخاطر المشروع لتهجين الطاقة الشمسية الحرارية مع الأنظمة التي تعمل بالغاز الطبيعى أو أنظمة الدورة التي تعمل بالفحم أو المواد البترولية ([29]). ويؤدى هذا الأسلوب الى تقليل التکاليف بشکل کبير وتجنب تکاليف بعض البنود مثل تکاليف تخزين الحرارة من ناحية وزيادة الحقل الشمسى وأنظمة التخزين نفسها.
6) دراسة تجريبية لدمج الطاقة الشمسية الحرارية مع مخطط لمنطقة صناعية ايکولوجية:
شکل (08) شبکة التکافل الصناعى ( المنطقة الصناعية الإيکولوجية)
حول محطة الکهرباء الهجين ( فحم + طاقة شمسية)[30]
جدول رقم (08): تقديرات الطاقة الشمسية الحرارية مع الفحم الحجرى
|
التعليق |
الرد |
السؤال |
|
يمکن خفض تلک التکاليف بدخول مقاولين ومکونات محلية
|
Total CAPEX is about 2,800,000,000 € for 2,100 MWnet electric
|
An estimation of the total cost of coal – solar project 2000 MW. تقدير التکاليف الاولية |
|
کفاءة عالية تصل الى 40%
لا توجد محطة تصل الى هذه الکفاءة فى الوقت الحالى بمصر
|
Hybridization is THE approach to convert fossil fuel power economy to a sustainable affordable and environmental friendly one. Efficiency of hybridization would be high, because large scale coal power plants benefit from high efficiencies in the power block of more than 40% + - when injecting solar produced steam in the life-steam path of the coal fired facility, the solar steam is then converted at high efficiency, e. g. 40% depending on the cooling. However solar field too close to the coal fired power plant would suffer from the blocking of the water steam clouds coming out of the cooling towers- best would be to cool with Nile-water. |
The efficiency of hybridization کفاءة التهجين – فحم + أشعة شمسية |
|
تقدير تکاليف المشروع ککل بالمحتوى الشمسى 7 مليار يورو ويمکن خفض تلک التکاليف الى 5 مليار يورو عن طريق مقاولى باطن محليين أو مقاول صينى ومکونات محلية تکلفة الکيلو وات ساعة على طول عمر المشروع 40 سنة 65-95 قرش ويمکن خفضها طبقا لطرق التمويل والظروف المحلية |
Total Project volume for the solar tower would be approx. 4,200,000,000 € for the solar steam production (to produce solar steam at 700 MWel equivalent-share for the power block of the coal plant at max. capacity of 2,100 MWnet) + 2,800,000,000 € for the coal plant (making at peak 2,1 GW when some days are without solar) = 7,000,000,000 Generating approx. § Total annual electric energy: 15,400,000 MWh § Levelized Cost of Electricity: 65 – 90 €/MWhel (Depending on financing, coal price and carbon credits) § Emission: 580-650 t_CO2/MWh,el |
Your opinion about the ratio of 65% coal and 35% of solar.
تکاليف المحتوى الشمسى ثم تکاليف المشروع ککل |
|
فى حالة استخدام الحرارة المفقودة فى تحلية المياة الجوفية سيعود ذلک اقتصاديا على تکلفة الکهرباء |
For the water desalination this fully depends on the local conditions, but would be commercially beneficial for the project, so levelized cost of electricity could be decreased additionally significantly. |
The positive effect of the project from the side of water desalination |
الخلاصة :
ثبت من هذا البحث انه يمکن تخفيض تکاليف استخدام الطاقة الشمسية الحرارية بشکل کبير عن طريق استخدمها ضمن المناطق الصناعية الايکولوجية التى تقوم على التعاون والتازر بين مجموعة من الشرکات الصناعية ، کما يمکن للحکومات أن تکون شريک فى المناطق الصناعية الايکولوجية وتقديم الحوافز اللازمة لنجاح استخدام الطاقة الشمسية الحرارية ومن أهم النتائج الاخرى:
1) يمکن استخدام المناطق الصناعية الايکولوجية کأسلوب لخفض تکاليف الصناعة.
2) دمج المناطق الصناعية الايکولوجية مع استخدام الطاقة الشمسة يدعم القدرة التنافسية للصناعات المتجاورة.
3) يمکن استخدام مصادر الطاقة غير المتجددة کتکلفة راسمالية لتقليل تکاليف استخدام الطاقة الشمسية بشکل مؤقت حتى الوصول الى تکنولوجيات أقل تکلفة لاستخدام الطاقة الشمسية بنسبة 100%.
4) يجب الترکيز على مناطق السطوع الشمسى العالية للتقليل من أنواع الطاقة الاخرى وتقليل تکاليف الإنتاج داخل المجمع الصناعى الايکولوجى.
5) هناک فرص کبيرة لنجاح تصنيع مکونات الطاقة الشمسية الحرارية.
6) أهمية إعداد دراسات موسعة لتحليل المدخلات والمخرجات تدفقات المواد والطاقة للصناعات المختلفة التي يمکن بناءً عليها تصميم المناطق الصناعية الايکولوجية في المناطق و الدول العربية استناداً على الطاقة الشمسية الحرارية.
7) أهمية الدراسة الدقيقة لتوزيع وتفصيل تکاليف مشروعات الطاقة الشمسية الحرارية للبحث فى التکاليف الممکن تجنبها أو تخفيضها للوصول إلى التعادل مع توليد الطاقة من المصادر الأحفورية.
8) أهمية دراسة استخدام تکنولوجيا الطاقة الشمسية الحرارية فى تطبيقات صناعية اخرى غير توليد الکهرباء مثل استخدام البخار، والحرارة ، وتحلية مياه البحر.
9) إنشاء الآلية المؤسسية القادرة على تخطيط المناطق الصناعية الإيکولوجية بالاسترشاد بالآليات الموجودة فى الدول المتقدمة مثل الدانمارک وکوريا الجنوبية وغيرها.
10) تأهيل خبراء ومخططى الإيکولوجيا الصناعية بحيث يکون لديهم القدرة على الربط بين الکيانات المحتلفة وقواعد الموارد الطبيعية وإنتاج الأفکار الجديدة فى مجال الإيکولوجيا الصناعية والطاقة الشمسية الحرارية والضوئية.
REFERENCES:
(1) Ren Ling-zhi: Cost-benefit evolution for concentrated solar power in China, Journal of Cleaner Production ,Volume 190, 20 July 2018, Pages 471.
(2) Olcay Genc et al: Circular eco-industrial park design inspired by nature: An integrated non-linear optimization, location, and food web analysis, Journal of Environmental ManagementVolume 270, 15, 2020.
(3)M.A. Butturi et al,. Renewable energy in eco-industrial parks and urban-industrial symbiosis: A literature review and a conceptual synthesis, Applied Energy, 255, 2019.
(4) Kasra Mohammadi et al: Hybrid concentrated solar power (CSP)-desalination systems: A review, Desalination ,Volume 468, 2019.
(5)Kody M.Powell: Hybrid concentrated solar thermal power systems: A review, Renewable and Sustainable Energy Reviews Volume 80, 2017.
(6)Xinhai Xu et al: Prospects and problems of concentrating solar power technologies for power generation in the desert regions, Renewable and Sustainable Energy Reviews, Volume 53, January 2016, Pages 1106–1131.
(7)Yasunori Kikuchi et al, Industrial Symbiosis Centered on a Regional Cogeneration Power Plant Utilizing Available Local Resources A Case Study of Tanegashima, Journal of Industrial Ecology, Volume 20, Number 2,2015.
(8)Barriers to Promoting Eco-Industrial Parks Development in China Perspectives from Senior Officials at National Industrial Parks, Journal of Industrial Ecologym Volume 19, Issue 3, pages 457–467, 2015.
(9)http://www.cliquesolar.com/DairyIndustry.aspx
(10)Shishir Kumar Behera et al: Evolution of ‘designed’ industrial symbiosis networks in the Ulsan Eco-industrial Park: ‘research and development into business’ as the enabling framework, Journal of Cleaner Production, 29-30 ,(2012).
(11) T.E Gradel & B.R Allenby: Industrial Ecology and sustainable Engineering, published by pearson Education,Inc,USA.2010,P32.
(12) world Bank Group: An International Framework For Eco-Industrial Parks, https://openknowledge.worldbank.org/bitstream/handle/10986/29110/122179-WP-PUBLIC-AnInternationalFrameworkforEcoIndustrialParks.pdf?sequence=1&isAllowed=y, 2017, P21
(13)Pei Zhong, Weili Xia & Bing Xu: Study on energy efficiency model in Xi'an High-tech eco-industrial park, Published in 2010 Asia-Pacific Power and Energy Engineering Conference,P1.
(14) Brian Baldassarre: Industrial Symbiosis: towards a design process for eco-industrial clusters by integrating Circular Economy and Industrial Ecology perspectives, Journal of Cleaner Production,Volume 216, 2019, Pages 446-447.
(15)Shishir Kumar Behera et al: Evolution of ‘designed’ industrial symbiosis networks in the Ulsan Eco-industrial Park: ‘research and development into business’ as the enabling framework, Journal of Cleaner Production, 29-30 ,(2012), P107.
(16) Shishir Kumar Behera et al:, P107.
(17)Gang Wang: novel approach for stability analysis of industrial symbiosis systems, Journal of Cleaner Production, Volume 39, January 2013, Pages 9.
(18) Murat Mirata: Industrial Symbiosis A tool for more sustainable regions?, Doctoral dissertation, Lund University, Sweden, 2005, P48.
(19)Raymond P. Coˆte´ & E. Cohen-Rosenthal: Designing eco-industrial parks: a synthesis of some experiences, Journal of Cleaner Production , 6 , 1998 P 182.
(20)Raymond P. Coˆte´ & E. Cohen-Rosenthal: P 182.
(21)Salah M. El-Haggar: Sustainable Industrial Design and Waste Management Cradle-to-cradle for Sustainable Development, The American University of Cairo, Elsevier Academic Press,2007,P92.
(22) Alfredo Valentino: Eco-industrial parks: the international state of art, Eco-Industrial Parks: A Green and Place Marketing Approach , Luiss University Press,2015, from P24-P41.
(23)H.L. Zhang et al: Concentrated solar power plants: Review and design methodology,Renewable and Sustainable Energy Reviews 22(2013),P467.
(24) Mukhtar Ahmad: Operation and Control of Renewable Energy Systems, chapter 5, John Wiley & Sons, Ltd, 2017,P95
(26)http://en.wikipedia.org/wiki/PS20_solar_power_plant
(27)Dan Einstein: Steam Systems in Industry: Energy Use and Energy Efficiency Improvement Potentials,aceee.org/files/proceedings/.../SS01_Panel1_Paper46.pd,P538.
(28)IRENA : Solar Heat for Industrial Processes -Technology Brief, www.irena.org, January 2015, P15
(29)Sargent & Lundy LLC Consulting Group Chicago, Illinois: Assessment of Parabolic Trough and Power Tower Solar Technology Cost and Performance Forecasts, www.nrel.gov/docs/fy04osti/34440.pd,2003,P2-5
(30) الباحث
(31) Dipl. Eng Johannes Schrufer - Spin-off Company IA TECH from the Solar-Institute Juelich of Aachen University of Applied Sciences – Germany.
Using Eco- industrial Park in reducing
The costs of Concentrating Solar Power
Mahmoud Sayed Ali Alsadk
PhD in Industrial Ecology, Ain Shams University, Representative of Egypt in the African Circular Economy Network ACEN,
PA-CEMP Certified Expert in Energy Management, Certified Expert in Environmental Economics and Environmental Accounting,
mahmoud_sayed101074@yahoo.com
ABSTRACT:
This research aims to reduce investment costs of Solar thermal energy Applications such as steam, heat and electricity within eco-industrial park as an example of industrial symbiosis development to reduce resource consumption and waste or pollution generation in eco-industrial park.
This research sets up a model of synergistic effect based on Solar thermal energy Applications and exchange materials and energies in the park between industries in Qena governorate.
The results show that the costs of using solar thermal energy can be significantly reduced by using it within the eco-industrial park based on synergies between a group of industrial companies, and government could play a critical role to drive this concept for success by providing the necessary incentives, such as free cost land. It also showed that fossil fuels can be used as capital costs to reduce solar energy costs .
المراجـــــــع:
(1) Ren Ling-zhi: Cost-benefit evolution for concentrated solar power in China, Journal of Cleaner Production ,Volume 190, 20 July 2018, Pages 471.
([2]) Olcay Genc et al: Circular eco-industrial park design inspired by nature: An integrated non-linear optimization, location, and food web analysis, Journal of Environmental ManagementVolume 270, 15, 2020.
([3])M.A. Butturi et al,. Renewable energy in eco-industrial parks and urban-industrial symbiosis: A literature review and a conceptual synthesis, Applied Energy, 255, 2019.
([4])Kasra Mohammadi et al: Hybrid concentrated solar power (CSP)-desalination systems: A review, Desalination ,Volume 468, 2019.
([5])Kody M.Powell: Hybrid concentrated solar thermal power systems: A review, Renewable and Sustainable Energy Reviews Volume 80, 2017.
([6])Xinhai Xu et al: Prospects and problems of concentrating solar power technologies for power generation in the desert regions, Renewable and Sustainable Energy Reviews, Volume 53, January 2016, Pages 1106–1131.
([7])Yasunori Kikuchi et al, Industrial Symbiosis Centered on a Regional Cogeneration Power Plant Utilizing Available Local Resources A Case Study of Tanegashima, Journal of Industrial Ecology, Volume 20, Number 2,2015.
([8])Barriers to Promoting Eco-Industrial Parks Development in China Perspectives from Senior Officials at National Industrial Parks, Journal of Industrial Ecologym Volume 19, Issue 3, pages 457–467, 2015.
([10])Shishir Kumar Behera et al: Evolution of ‘designed’ industrial symbiosis networks in the Ulsan Eco-industrial Park: ‘research and development into business’ as the enabling framework, Journal of Cleaner Production, 29-30 ,(2012).
([11])T.E Gradel & B.R Allenby: Industrial Ecology and sustainable Engineering, published by pearson Education,Inc,USA.2010,P32.
([12]) world Bank Group: An International Framework For
Eco-Industrial Parks, https://openknowledge.worldbank.org/bitstream/handle/10986/29110/122179-WP-PUBLIC-AnInternationalFrameworkforEcoIndustrialParks.pdf?sequence=1&isAllowed=y, 2017, P21
([13])Pei Zhong, Weili Xia & Bing Xu: Study on energy efficiency model in Xi'an High-tech eco-industrial park,Published in 2010 Asia-Pacific Power and Energy Engineering Conference,P1.
([14]( Brian Baldassarre: Industrial Symbiosis: towards a design process for eco-industrial clusters by integrating Circular Economy and Industrial Ecology perspectives, Journal of Cleaner Production,Volume 216, 2019, Pages 446-447.
([15])Shishir Kumar Behera et al: Evolution of ‘designed’ industrial symbiosis networks in the Ulsan Eco-industrial Park: ‘research and development into business’ as the enabling framework, Journal of Cleaner Production, 29-30 ,(2012), P107.
([17])Gang Wang: novel approach for stability analysis of industrial symbiosis systems, Journal of Cleaner Production, Volume 39, January 2013, Pages 9.
([18])Murat Mirata: Industrial Symbiosis A tool for more sustainable regions?, Doctoral dissertation, Lund University, Sweden, 2005, P48.
([19])Raymond P. Coˆte´ & E. Cohen-Rosenthal: Designing eco-industrial parks: a synthesis of some experiences, Journal of Cleaner Production , 6 , 1998 P 182.
([21])Salah M. El-Haggar: Sustainable Industrial Design and Waste Management Cradle-to-cradle for Sustainable Development, The American University of Cairo, Elsevier Academic Press,2007,P92.
([22]) Alfredo Valentino: Eco-industrial parks: the international state of art, Eco-Industrial Parks: A Green and Place Marketing Approach , Luiss University Press,2015, from P24-P41.
([23])H.L. Zhang et al: Concentrated solar power plants: Review and design methodology,Renewable and Sustainable Energy Reviews 22(2013),P467.
[24] Mukhtar Ahmad: Operation and Control of Renewable Energy Systems, chapter 5, John Wiley & Sons, Ltd, 2017,P95
([27])Dan Einstein: Steam Systems in Industry: Energy Use and Energy Efficiency Improvement Potentials,aceee.org/files/proceedings/.../SS01_Panel1_Paper46.pd,P538.
([28])IRENA : Solar Heat for Industrial Processes -Technology Brief, www.irena.org, January 2015, P15
([29])Sargent & Lundy LLC Consulting Group Chicago, Illinois: Assessment of Parabolic Trough and Power Tower Solar Technology Cost and Performance Forecasts, www.nrel.gov/docs/fy04osti/34440.pd,2003,P2-5
[30]الباحث.
)
View on SCiNiTO