هل المولد الكهربائي الغازي أكثر توفيرًا للطاقة من غيره؟

كيف تتفاوت كفاءة المولدات الغازية بالمقارنة مع المولدات الديزلية وأنظمة الوقود الأخرى

مقاييس الكفاءة الحرارية في المولدات الغازية الطبيعية مقابل المولدات الديزلية

من حيث الكفاءة الحرارية، فإن المولدات العاملة بالديزل تتفوق عادةً على نظيراتها العاملة بالغاز الطبيعي بنسبة تتراوح بين 20 إلى 40 بالمئة. لماذا؟ لأن الديزل يحتوي على طاقة أكثر بكثير لكل وحدة حجم. فكّر في الأمر: يمتلك الديزل كثافة طاقية تبلغ 138,700 وحدة حرارية بريطانية لكل جالون، في حين لا يحقق الغاز الطبيعي سوى 37 وحدة حرارية بريطانية لكل قدم مكعب. وهذا يُحدث فرقاً كبيراً في مدة التشغيل لكل نوع. عادةً ما تستمر وحدات الغاز الطبيعي من 8 إلى 12 ساعة عند الحمل النصفي، في حين تواصل محركات الديزل العمل من 12 إلى 18 ساعة في ظل ظروف مماثلة. ولكن لا تستبعد الغاز الطبيعي بعد. تُنتج الطرازات الأحدث انبعاثات أقل بكثير وتعمل بهدوء أكبر بكثير. غالبًا ما تُفضّل المدن ذات المعايير الصارمة لجودة الهواء هذه البدائل الأكثر نظافة من حيث الاحتراق، خاصة بالقرب من المناطق السكنية حيث يكون التلوث الضوضائي أيضًا مصدر قلق.

مقارنة استهلاك الوقود: الغاز، والديزل، والبنزين، والبروبان

تستهلك المولدات التي تعمل بالبنزين 25–35% أكثر من الوقود مقارنةً بالديزل لنفس إنتاج الطاقة، في حين تتطلب أنظمة البروبان خزانات تخزين أكبر بسبب انخفاض الكثافة الطاقية الحجمية. وتُلغي الغاز الطبيعي الحاجة إلى تخزين الوقود في الموقع، لكنها تعتمد على البنية التحتية للأنابيب.

مزايا كفاءة الاحتراق في مولدات الغاز الطبيعي

يمكن للمولدات الكهربائية التي تعمل بالغاز الطبيعي وتعتمد على احتراق الهواء النقي اليوم أن تصل إلى كفاءة احتراق تبلغ حوالي 95%، وهي أعلى بحوالي 15 نقطة مئوية مما نراه في المحركات الديزلية العادية. ما يعنيه هذا عمليًا هو انخفاض كبير في مستويات التلوث. وتقلل هذه الأنظمة من الهيدروكربونات غير المحترقة بنسبة تقارب 90%، بينما تخفض انبعاثات أكاسيد النيتروجين الضارة بنحو 40% عند مقارنتها مباشرةً بالبدائل الديزلية. وميزة أخرى كبيرة هي نظافة تشغيلها. وبما أن هناك تراكمًا أقل للرواسب الكربونية داخل الجهاز، فإن هذه المولدات تحتاج إلى صيانة بشكل أقل كثيرًا. ويجد معظم المشغلين أنفسهم يقومون بصيانتها مرة واحدة فقط كل 500 إلى 1000 ساعة من التشغيل. وهذا يعادل تقريبًا ضعف المدة مقارنةً بفترة الصيانة المعتادة البالغة من 250 إلى 500 ساعة المطلوبة في الأنظمة الديزلية التقليدية.

المدخرات التشغيلية وطوال دورة حياة المولدات الغازية

متطلبات الصيانة والخسائر التشغيلية: الغاز مقابل الديزل

تُعد تكاليف صيانة المولدات العاملة بالغاز الطبيعي أرخص بنحو 30٪ مقارنةً بالنظم العاملة بالديزل. ويرجع ذلك أساسًا إلى أن هذه المولدات تتعرض لتراكم أقل للجسيمات، كما أنها لا تحتاج إلى تغيير الزيت بشكل متكرر أو تنظيف الحقن بانتظام أو صيانة مستمرة لنظام التبريد. وقد أجرت دراسة حديثة أجرتها شركة PowerSmart USA في عام 2023 تقييمًا لكفاءة المولدات ووجدت نتيجة مثيرة للاهتمام. إذ بعد تشغيلها لمدة حوالي 10,000 ساعة، ظلت الوحدات العاملة بالغاز تحتفظ بكفاءة حرارية تبلغ نحو 90٪ من كفاءتها الحرارية الأصلية. أما المولدات العاملة بالديزل فقد انخفضت كفاءتها إلى 82٪ فقط خلال نفس الفترة. وتُرجمت هذه الأرقام إلى فوائد فعلية في العالم الواقعي. وعمومًا، تدوم النظم العاملة بالغاز الطبيعي لفترة أطول قبل الحاجة إلى إصلاحات كبيرة، وتشهد انخفاضًا سنويًا بنسبة 15٪ تقريبًا في أوقات التوقف وفقًا للخبراء في هذا المجال.

الفوائد طويلة الأجل من حيث التكلفة وحفظ الطاقة للوحدات العاملة بالغاز الطبيعي

بالنظر إلى أدائهم على مدى حوالي 20 عامًا، فإن مولدات الغاز الطبيعي تقلل من تكاليف الوقود بنسبة تقارب 40 بالمئة مقارنةً بالخيارات العاملة بالديزل، حتى بعد احتساب أي تكاليف إضافية للإعداد. والسبب؟ تستخدم هذه الأنظمة ما يُعرف بتقنية الاحتراق النحيف (lean-burn) التي تجعل كفاءتها التشغيلية حوالي 38٪ بشكل إجمالي، متقدمةً بذلك على النماذج المماثلة العاملة بالديزل بحوالي ستة إلى ثمانية نقاط مئوية. وفقًا للتقارير الصناعية، فإن معظم الوحدات تستمر لمدة نحو 50,000 ساعة تشغيل قبل أن تحتاج إلى صيانة كبيرة. ومن المثير للاهتمام أن الدراسات تُظهر أن حوالي سبعة من كل عشر وحدات تعمل بالغاز والتي تتلقى صيانة دورية تستمر فعليًا لأكثر من 25 عامًا في المصانع والمنشآت المنتشرة عبر البلاد. وكل هذا يعني أنها لا تحتاج إلى الاستبدال بشكل متكرر، مما يقلل أيضًا من الانبعاثات—حيث يتم توفير ما يقارب 22 طنًا متريًا من ثاني أكسيد الكربون لكل مولد على مدار عمره الافتراضي.

المولدات العاملة بالغاز مقابل الطاقة الشمسية: الكفاءة، الموثوقية، والإمكانات الهجينة

الكفاءة والموثوقية في استهلاك الطاقة: المولدات الغازية مقابل المولدات الشمسية

تتمكن المولدات التي تعمل بالغاز الطبيعي من تحويل ما بين 35 إلى 40 بالمئة من وقودها إلى كهرباء قابلة للاستخدام، وهي نسبة تفوق فعليًا ما تحققه معظم الألواح الشمسية حاليًا. إذ لا تحقق الألواح الشمسية عادةً سوى كفاءة تتراوح بين 22 و23 بالمئة من أشعة الشمس. ويتمثل أحد المزايا الكبيرة للمولدات الغازية في أنها تستمر في العمل بغض النظر عن الظروف الجوية. أما الطاقة الشمسية فهي لا تعمل عندما يحل الظلام أو تتكاثف السحب في السماء. صحيح أن الأنظمة الغازية تحتاج إلى إمداد مستمر من الوقود، لكنها أثبتت موثوقية جيدة حتى خلال انقطاعات الكهرباء الطويلة. أما الأنظمة الشمسية فقصتها مختلفة. فهي تحتاج إلى بطاريات لتخزين الطاقة لاستخدامها لاحقًا، وهذه البطاريات تنطوي بدورها على مشكلات مثل التكلفة العالية والسعة المحدودة للتخزين. وغالبًا ما يجد الكثيرون أنفسهم عالقين بين رغبتهم في الحصول على طاقة نظيفة والتعامل مع القيود العملية للتكنولوجيا الحالية.

تحليل التكلفة لأنظمة الغاز والطاقة الشمسية على مدى فترة عشر سنوات

تتراوح التكلفة الأولية لمولدات الغاز الطبيعي بين سبعة آلاف وخمسة عشر ألف دولار، وهي بالتأكيد أرخص من أنظمة الطاقة الشمسية مع التخزين التي قد تصل تكلفتها إلى ما بين عشرين إلى ثلاثين ألف دولار. ولكن المفارقة هنا هي أن الطاقة الشمسية تقضي على فواتير الوقود المتكررة بالكامل، وبالتالي فإن الشركات بعد مرور عشر سنوات أو نحو ذلك تنفق أقل بنسبة تتراوح بين 60 و80 بالمئة على العمليات مقارنة بما كانت ستُنفقه مع الغاز. دعونا نُلقِ نظرة سريعة على الحسابات: تبلغ تكلفة مولدات الغاز حوالي 1200 إلى 2500 دولار سنويًا للوقود بالإضافة إلى أعمال الصيانة الدورية. أما الأنظمة الشمسية؟ فهي في معظمها تحتاج فقط إلى بطاريات جديدة كل 8 إلى 10 سنوات، وعادة ما تتراوح أسعارها بين ألفين وخمسة آلاف دولار. وهذا يعني أنه حتى لو استلزمت الطاقة الشمسية إنفاق مبلغ أكبر في البداية، فإنها في النهاية توفر الكثير من المال على المدى الطويل عندما نأخذ في الاعتبار جميع المصروفات المُترتبة على الوقود والتي يتم تجنبها.

الحلول الهجينة: الجمع بين الغاز والطاقة الشمسية لتحقيق أقصى وفورات في استهلاك الطاقة

عند دمج مولدات الغاز الطبيعي مع الألواح الشمسية، فإن هذه الأنظمة الهجينة تحقق فعلاً التوازن المثالي بين إمدادات الطاقة الموثوقة والتشغيل الفعّال. في الأيام المشمسة، تقوم المكونات الشمسية عادةً بتخفيض استهلاك الوقود بنسبة تتراوح بين 60 إلى 75 بالمئة، ما يعني تقليل الانبعاثات وانخفاض تكاليف التشغيل بالنسبة لمشغلي المرافق. ما يجعل هذه الأنظمة فعّالة إلى هذا الحد هو الطريقة التي تعمل بها بشكل متزامن وسلس. عندما تظهر السحب أو أثناء الليل، يبدأ المولد الغازي بالعمل تلقائياً دون أي انقطاع في تدفق الكهرباء. ومن منظور أوسع، تميل المرافق التي تستخدم هذا المزيج إلى حرق ما بين 40 إلى 50 بالمئة أقل من الوقود على المدى الطويل مقارنةً بتلك التي تعتمد فقط على الغاز الطبيعي. بالإضافة إلى ذلك، تبقى هذه الأنظمة موثوقة بغض النظر عن الظروف الجوية القاسية التي تفرضها الطبيعة، من موجات الحر الشديدة إلى العواصف المفاجئة.

الأثر البيئي واستدامة مولدات الغاز

ملف ثاني أكسيد الكربون والانبعاثات: الغاز الطبيعي مقابل الديزل والبنزين

من حيث الانبعاثات، تُنتج مولدات الغاز الطبيعي حوالي نصف إلى ثلثي كمية ثاني أكسيد الكربون لكل كيلوواط في الساعة مقارنةً بمحطات الفحم التقليدية. كما أنها تقلل من أكاسيد النيتروجين بنسبة تتراوح بين عشرين إلى ثلاثين بالمئة عند مقارنتها بالمحركات العاملة بالديزل. أما انبعاثات أكاسيد الكبريت فهي عمليًا شبه معدومة من هذه الأنظمة، بينما تنخفض المواد الجسيمية بشكل كبير — بنحو خمسة وتسعين بالمئة أقل مما نراه في أنظمة الديزل القديمة. ومع ذلك، هناك جانب سلبي هنا. فتسرب الميثان يحدث على طول سلسلة التوريد بدءًا من الاستخراج وصولاً إلى شبكات التوزيع. والميثان ليس مجرد مشكلة غاز دفيء أخرى. إذ إن تأثيره الحراري أقوى بنحو 28 مرة من ثاني أكسيد الكربون العادي على مدى قرن واحد وفقًا للعلماء المناخيين. وهذا يجعل منع التسرب أمرًا بالغ الأهمية إذا أردنا أن يكون الغاز الطبيعي جزءًا من أي حل مستدام للطاقة النظيفة على المدى الطويل.

دور الغاز الطبيعي في استراتيجيات الطاقة الانتقالية للشركات

بالنسبة للشركات التي تسعى إلى تقليل البصمة الكربونية الخاصة بها، فإن مولدات الغاز الطبيعي تمثل حجر أساس مهمًا نحو حلول طاقة أنظف. تعمل هذه المولدات بشكل جيد مع خلطات تحتوي على حوالي 20٪ من الغاز الطبيعي المتجدد، الذي يُستخرج من مصادر مثل الغاز الحيوي. وهذا يعني أن الشركات يمكنها تقليل انبعاثاتها إلى حد ما دون الحاجة إلى إعادة هيكلة كاملة لمعداتها الحالية. وعند دمجها مع الطاقة الشمسية في أنظمة مختلطة، تساعد هذه المولدات في خفض الانبعاثات بنسبة تتراوح بين 40 و60 بالمئة عند ذروة الطلب. وفي الواقع، تحول الأنظمة العاملة بالغاز الحيوي المنتجات الناتجة عن المزارع أو المكبات إلى طاقة قابلة للاستخدام. ويمنع هذا الإجراء تسرب غاز الميثان الضار إلى الجو، ويساعد في الحفاظ على استقرار شبكة الكهرباء عندما تكون هناك عدم كفاية في الرياح أو أشعة الشمس. ويرى العديد من الصناعات أن هذه الاستراتيجية تمثل وسيلة ذكية توفر حلًا وسطًا، تتيح لهم تحقيق أهداف بيئية على المدى القصير مع الانتقال التدريجي نحو مستقبل يعمل بالكامل بالطاقة المتجددة.