نشرت مجلة “IEEE” التابعة لمعهد مهندسي الكهرباء والإلكترونيات بمنهاتن، نيويورك، في مجلدها 28، العدد الرابع، الصادر يونيو 2018، دراسة بعنوان “تقنية جديدة لاستخدام المواد فائقة التوصيل لمعالجة المشاكل التقنية في أنظمة طاقة الرياح”، تقدم الورقة البحثية جهاز يعتمد على المواد فائقة التوصيل للكهرباء؛ لتعمل كمخزن للطاقة، بالإضافة إلى حده من الأعطال التي يمكن أن تحدث في الشبكة الكهربائية ومنظومة طاقة الرياح.
ولقد صمم الجهاز الجديد ليحقق نقل الطاقة بكفاءة بين؛ الموصلات فائقة التوصيل، والشبكة الكهربائية، ونظام توربينات الرياح، أثناء عملية التشغيل؛ مما ييسر عملية إنتاج الطاقة الكهربية من مزارع توليد الرياح.
شارك في الورقة البحثية كل من؛ ضياء الدين منصور أستاذ الهندسة بجامعة طنطا، مريم الشيخ أستاذ الهندسة بجامعة طنطا، ومجموعة من الباحثين في معهد مهندسي الكهرباء والإلكترونيات بمنهاتن، نيويورك.
ووفق ما أوضحه ضياء الدين منصور أستاذ الهندسة الكهربية والآلات بجامعة طنطا، وأحد القائمين على الورقة البحثية المذكورة، فإن التوسع سواء العالمي أو المصري في استخدام الطاقة المتجددة وطاقة الرياح خاصة، جعلهم يفكرون في معالجة بعض المشاكل التي تواجهها مزارع الرياح لتوليد الطاقة الكهربائية، مشيرًا إلى مشكلتين أساسيتين؛ التغير في الطاقة الناتجة عن الرياح، وحدوث الأعطال أثناء عملية تشغيل مزارع الرياح لتوليد الطاقة، وربطها بالشبكة الكهربائية.
وأكد ضياء في حديثه أن تغير الطاقة يقصد به التغير في سرعات الرياح؛ مما يؤدي إلى تغير واضح في الناتج الكهربائي من عملية توليد الطاقة، موضحًا أن الأعطال تشابه تلك التي تحدث أثناء انقطاع الكابلات الرئيسية المغذية لشبكات الكهرباء، مما ينتج عنها انقطاع التيار عن بعض المناطق، مشيرًا إلى أن تلك الأعطال تؤثر بشكل كبير في منظومة توليد الطاقة الكهربائية من الرياح، ومن الممكن أن يحدث ذلك أضرار جسيمة بالمنظومة كلها.
وبحسب الورقة البحثية فإن المواد فائقة التوصيل المستخدمة في الجهاز الجديد، قد نجحت في حل مشكلتي توليد الطاقة الكهربائية من الرياح، وفي هذا أوضح ضياء الدين أن الجهاز في حالة التشغيل العادي يقوم بتخزين الطاقة الكهربائية الناتجة من توربينات الرياح بصورة فعالة. كما يؤدي وظيفته الثانية أثناء حدوث الأعطال، فيقوم بتبطيء وإخماد التيار الكهربائي المسبب للعطل، مما يحافظ على الشبكة ومنظومة الرياح.
ووفق ما ذكر في الورقة البحثية فإن التكلفة العالية للمواد فائقة التوصيل كانت مصدر قلق للباحثين أثناء عملية التجارب، وبعدها اعتمادها بصورة واسعة في جميع مزارع توليد الكهرباء. وهذا ما أكده الباحث ضياء الدين، موضحًا أن التكلفة العالية أثناء التجارب منعتهم من تنفيذ المشروع على أرض الواقع بصورة فعلية، واكتفوا بالتجارب المعملية فقط.
ووضح ضياء الدين أن التكلفة المادية انقسمت إلى شقين؛ تكلفة الجهاز الجديد والمعتمد في الأساس على المواد فائقة التوصيل، والمعروفة بارتفاع أسعارها، أما الشق الثاني فتمثل في حل مشكلتين أساسيتين من مشاكل توليد الطاقة من مزارع الرياح بتكلفة جهاز واحد فقط، دون الحاجة إلى جهازين منفصلين.
وعن إمكانية التوسع في الاعتماد على تلك التقنية في المستقبل، قال ضياء الدين: “خلال السنوات القادمة ستنخفض أسعار المواد فائقة التوصيل، وبحسب الدراسات الخاصة في هذا المجال، فإنه بحلول عام 2030 ستصل أسعار المواد فائقة التوصيل إلى 5% من سعرها الحالي”.
وعن وضع مصر من هذه التقنية، نفى ضياء الدين إمكانية تطبيقها في مصر في الوقت الحالي، رغم توسع الدولة في استخدام الطاقة المتجددة، نظرًا لتكلفتها العالية، مؤكدًا أنه خلال 5 أو 6 سنوات من الآن يمكن الاعتماد عليها، حتى يكون مردودها الاقتصادي مناسب مع تكلفتها الفعلية.
وأشار إلى طبيعة الرياح في مصر، وتوزيع مزارع الرياح وفقًا للأطلس العالمي للرياح، والذي يحدد المناطق التي تصلح لإنشاء مزارع بها، مؤكدًا أن مناطق؛ ساحل البحر الأحمر، خليج السويس، سفاجا، من أكثر الأماكن التي تناسب مزارع الرياح، حيث لا تقل سرعة الرياح في هذه المناطق عن 4 متر.
وأكد ضياء الدين أن التوسع في استخدام طاقة الرياح مرهون بسرعة الرياح، لذا لا يمكن التوسع في استخدامها، كالطاقة الشمسية، والاعتماد عليها في المنازل، أو المناطق السكنية، فهي بالأساس مرتبطة بأماكن معينة ومحددة مسبقًا.
وفي نهاية حديثه أضاف ضياء الدين إلى إمكانية التقنية الجديدة، والمواد فائقة التوصيل في محطات الطاقة الشمسية، لتخزين الطاقة أثناء التشغيل العادي، والحد من الأعطال الفنية أثناء التشغيل.