اقتصاديات الصهر بالحث الشمسي: متى يُحقق عائدًا على الاستثمار وكم من الوقت يستغرق؟
أصبحت جدوى تقنية الصهر بالحث الشمسي جذابة بشكل متزايد في الأسواق التي تتمتع بموارد شمسية وفيرة وتكاليف طاقة كهربائية مرتفعة من الشبكة. انخفض متوسط تكلفة الكهرباء من نظام الطاقة الشمسية مع البطاريات من 0.15 إلى 0.20 دولار أمريكي لكل كيلوواط/ساعة في عام 2018 إلى 0.05 إلى 0.10 دولار أمريكي لكل كيلوواط/ساعة في عام 2024، ومن المتوقع أن ينخفض إلى 0.03 إلى 0.06 دولار أمريكي لكل كيلوواط/ساعة بحلول عام 2028. ويشهد العديد من الأسواق حاليًا تحولًا ملحوظًا نحو الطاقة الكهربائية من الشبكة، ولم يعد السؤال هو ما إذا كان الصهر بالحث الشمسي مجديًا، بل متى يصبح العائد على الاستثمار قصيرًا بما يكفي لتبريره.
مكونات التكلفة
تتكون تكلفة نظام الصهر الحثي الشمسي مع التخزين من ثلاثة مكونات رئيسية: مصفوفة الخلايا الكهروضوئية الشمسية، ونظام تخزين الطاقة بالبطاريات، ونظام تحويل الطاقة. وقد انخفضت تكلفة كل مكون منها بشكل ملحوظ خلال السنوات الخمس الماضية.
تكلفة الطاقة الشمسية الكهروضوئية: من 0.4 إلى 0.6 دولار أمريكي لكل واط مُركّب لأنظمة التتبع أحادية المحور واسعة النطاق. تبلغ تكلفة مصفوفة كهروضوئية بقدرة 10 ميغاواط من 4 إلى 6 ملايين دولار أمريكي، شاملةً الألواح، والتركيب، والمحولات، والربط بالشبكة.
تكلفة أنظمة تخزين الطاقة بالبطاريات: تتراوح بين 200 و350 دولارًا أمريكيًا لكل كيلوواط ساعة مُركّبة لأنظمة بطاريات فوسفات الحديد الليثيوم مع نظام إدارة البطارية، ونظام إدارة الحرارة، ونظام الحماية من الحرائق. أما نظام تخزين الطاقة بالبطاريات بسعة 10 ميغاواط ساعة، فتتراوح تكلفته بين 2 و3.5 مليون دولار أمريكي، شاملةً البطاريات، والحاويات، ونظام التكييف، وأنظمة السلامة.
تكلفة نظام تحويل الطاقة: من 0.10 إلى 0.15 دولار أمريكي لكل واط مُركّب للمحولات ثنائية الاتجاه على نطاق المرافق. تبلغ تكلفة نظام تحويل الطاقة بقدرة 5 ميغاواط من 0.5 إلى 0.75 مليون دولار أمريكي، شاملةً العاكس والمحول الكهربائي ولوحة التوزيع.
التكلفة الإجمالية لنظام طاقة شمسية مع تخزين بقدرة 5 ميغاواط (10 ميغاواط كهروضوئية، 10 ميغاواط ساعة تخزين طاقة، 5 ميغاواط نظام تحويل الطاقة): تتراوح بين 6.5 و10 ملايين دولار أمريكي، حسب الموقع وتصميم النظام. وتتراوح تكلفة الكيلوواط الواحد من سعة الفرن بين 1.3 و2.0 مليون دولار أمريكي لكل ميغاواط.
التكلفة المُعدّلة للكهرباء (LCOE)
تُحسب التكلفة المُعدّلة للكهرباء (LCOE) من نظام الطاقة الشمسية مع التخزين بقسمة التكلفة الإجمالية للنظام طوال عمره على إجمالي الكهرباء المُنتجة. الصيغة هي:
تكلفة الطاقة المُستوية = (العائد على رأس المال * النفقات الرأسمالية + النفقات التشغيلية) / الطاقة السنوية
حيث CRF هو عامل استرداد رأس المال (وهو دالة لمعدل الخصم وعمر النظام)، وCapEx هي التكلفة الرأسمالية الإجمالية، وOpEx هي تكلفة التشغيل السنوية، وAnnualEnergy هي الكهرباء المنتجة سنوياً.
بالنسبة لنظام طاقة شمسية بالإضافة إلى نظام تخزين بقدرة 5 ميجاوات مع 10 ميجاوات من الخلايا الكهروضوئية، و10 ميجاوات من نظام تخزين الطاقة بالبطاريات، وعمر افتراضي 25 عامًا، ومعدل خصم 8%، ونفقات تشغيل سنوية بنسبة 0.5% كجزء من النفقات الرأسمالية:
CRF = 0.08 * (1.08)^25 / ((1.08)^25 - 1) = 0.0937
تكلفة إنتاج الكهرباء (LCOE) = (0.0937 × 8 ملايين + 0.005 × 8 ملايين) / 18 جيجاواط ساعة = 0.046 دولار أمريكي لكل كيلوواط ساعة
يُعدّ متوسط تكلفة إنتاج الطاقة (LCOE) البالغ 0.046 دولار أمريكي لكل كيلوواط/ساعة منافسًا لتكلفة الطاقة من الشبكة التي تتراوح بين 0.05 و0.10 دولار أمريكي لكل كيلوواط/ساعة في معظم الأسواق. أما في الأسواق التي تتجاوز فيها تكلفة الطاقة من الشبكة 0.08 دولار أمريكي لكل كيلوواط/ساعة، فيتمتع نظام الطاقة الشمسية مع التخزين بميزة واضحة من حيث التكلفة.
حساب فترة السداد
تُحسب فترة استرداد التكلفة بقسمة التكلفة الرأسمالية الإضافية لنظام الطاقة الشمسية مع التخزين على الوفورات السنوية في استهلاك الطاقة من الشبكة. بالنسبة لتركيب نظام طاقة شمسية مع تخزين بقدرة 5 ميغاواط في سوق تبلغ فيه تكلفة الطاقة من الشبكة 0.10 دولار أمريكي لكل كيلوواط ساعة:
الإنتاج السنوي من الطاقة: 18 جيجاواط ساعة بمعامل قدرة 0.04، ولكن 60% فقط من استهلاك الفرن يتم توفيره بواسطة الطاقة الشمسية = 18 × 0.60 = 10.8 جيجاواط ساعة
لحظة، يجب عكس هذه المعادلة. إذا كان النظام ينتج 18 جيجاواط/ساعة سنويًا، ويستهلك الفرن 30 جيجاواط/ساعة سنويًا، فإن مساهمة الطاقة الشمسية تبلغ 18/30 = 60%. وبالتالي، فإن وفورات تكلفة الطاقة السنوية تبلغ 18 جيجاواط/ساعة × (0.10 - 0.046) دولار أمريكي لكل كيلوواط/ساعة = 0.97 مليون دولار أمريكي سنويًا.
تبلغ فترة استرداد تكلفة النظام البالغ 8 ملايين دولار أمريكي 8 / 0.97 = 8.2 سنوات. وهذا مقبول بالنسبة لأصل عمره 25 عامًا، ولكنه أطول من فترة الاسترداد الصناعية النموذجية التي تتراوح بين 3 و5 سنوات. ولتقصير فترة الاسترداد، يجب تحسين حجم النظام، أو رفع تكلفة الطاقة الكهربائية من الشبكة.
إذا كانت تكلفة الطاقة من الشبكة 0.15 دولار أمريكي لكل كيلوواط ساعة (سوق التكلفة المرتفعة)، فإن الوفورات السنوية تبلغ 18 × (0.15 - 0.046) = 1.87 مليون دولار أمريكي سنويًا، وفترة استرداد التكلفة هي 8 / 1.87 = 4.3 سنوات. وهذا يُعدّ تنافسيًا مع معظم معايير الاستثمار الصناعي.
تحليل الحساسية
يتأثر العائد بعدة عوامل، أهمها:
تكلفة الطاقة الكهربائية من الشبكة: تنخفض فترة استرداد التكلفة بمقدار عام واحد لكل زيادة قدرها 0.02 دولار أمريكي لكل كيلوواط/ساعة في تكلفة الطاقة الكهربائية من الشبكة. في الأسواق التي تبلغ فيها تكلفة الطاقة الكهربائية من الشبكة 0.15 دولار أمريكي لكل كيلوواط/ساعة أو أكثر، تتراوح فترة استرداد التكلفة بين 4 و 5 سنوات.
الموارد الشمسية: ينخفض وقت استرداد التكاليف بمقدار 0.5 إلى سنة واحدة لكل زيادة بنسبة 10% في الإنتاج الشمسي السنوي. في المناطق ذات الإشعاع الشمسي العالي (الشرق الأوسط، جنوب غرب الولايات المتحدة، منغوليا الداخلية)، يكون الإنتاج الشمسي أعلى بنسبة 25 إلى 35% من المتوسط، ويكون وقت استرداد التكاليف أقصر بمقدار سنة إلى سنتين.
تكلفة أنظمة تخزين الطاقة بالبطاريات: ينخفض وقت استرداد التكلفة بمقدار نصف عام لكل انخفاض قدره 50 دولارًا أمريكيًا لكل كيلوواط/ساعة في تكلفة هذه الأنظمة. ومن المتوقع أن تنخفض تكلفة أنظمة تخزين الطاقة بالبطاريات بنسبة تتراوح بين 30 و50% بحلول عام 2028، وأن ينخفض وقت استرداد التكلفة بمقدار عام إلى عام ونصف خلال تلك الفترة.
تكلفة الطاقة الشمسية الكهروضوئية: ينخفض وقت استرداد التكلفة بمقدار 0.3 سنة لكل انخفاض قدره 0.10 دولار أمريكي لكل واط في تكلفة الطاقة الشمسية الكهروضوئية. ومن المتوقع أن تنخفض تكلفة الطاقة الشمسية الكهروضوئية بنسبة تتراوح بين 20 و30 بالمائة بحلول عام 2028، وأن ينخفض وقت استرداد التكلفة بمقدار يتراوح بين 0.5 و1 سنة خلال تلك الفترة.
تسعير الكربون: في الأسواق التي تطبق تسعير الكربون (مثل سوق الكربون في الاتحاد الأوروبي، وسوق الكربون في الولايات المتحدة، وسوق الكربون في الصين)، ترتفع تكلفة الطاقة الكهربائية الفعلية من الشبكة بمقدار 0.01 إلى 0.05 دولار أمريكي لكل كيلوواط/ساعة. وينخفض وقت استرداد التكلفة بمقدار 0.5 إلى سنتين، وذلك تبعاً لمستوى سعر الكربون.
الحجم الأمثل للنظام
ليس الحجم الأمثل للنظام هو بالضرورة الأكبر. فالنظام المصمم لتوفير 100% من الطاقة السنوية يتطلب تكلفة رأسمالية أعلى وفترة استرداد أطول. أما النظام المصمم لتوفير ما بين 60% و80% من الطاقة السنوية (مع دعم الشبكة للنسبة المتبقية من 20% إلى 40%) فيتطلب تكلفة رأسمالية أقل وفترة استرداد أقصر.
يعتمد الحجم الأمثل على تكلفة الطاقة الكهربائية من الشبكة وتسعير الكربون. في الأسواق ذات التكلفة المرتفعة للطاقة الكهربائية من الشبكة وتسعير الكربون المرتفع، يتراوح الحجم الأمثل بين 80 و100% من الطاقة السنوية. أما في الأسواق ذات التكلفة المتوسطة للطاقة الكهربائية من الشبكة وبدون تسعير للكربون، فيتراوح الحجم الأمثل بين 50 و70%.
تستخدم شركة مونتي إنتليجنس نموذجًا ماليًا لتحسين حجم النظام لكل مشروع. يأخذ النموذج في الاعتبار موارد الطاقة الشمسية في الموقع، وتكلفة الطاقة من الشبكة المحلية، وتسعير الكربون، وتكلفة نظام تخزين الطاقة بالبطاريات، ومعدل الخصم، ويُخرج سعة الطاقة الشمسية الكهروضوئية المثلى، وسعة نظام تخزين الطاقة بالبطاريات المثلى، وفترة استرداد التكاليف.
التمويل والحوافز
تتوفر العديد من خيارات التمويل والحوافز التي تُسهم في تقصير فترة استرداد تكلفة تركيب نظام صهر الحث الشمسي مع التخزين. ومن أكثرها شيوعًا ما يلي:
السندات الخضراء: سندات تتراوح مدتها بين 10 و20 عامًا بفائدة تتراوح بين 3 و6%، تُستخدم لتمويل مشاريع الطاقة المتجددة. ويكون سعر الفائدة أقل من تكلفة رأس المال للمسبك، وتُقسّم الوفورات بين مُصدر السندات والمسبك.
اتفاقيات شراء الطاقة (PPAs): اتفاقيات تتراوح مدتها بين 10 و20 عامًا مع مطور خارجي يتولى تمويل وبناء وتشغيل نظام الطاقة الشمسية مع التخزين. يدفع المصنع سعرًا ثابتًا للكهرباء (عادةً من 0.05 إلى 0.10 دولار أمريكي لكل كيلوواط ساعة)، ويتحمل المطور مخاطر الأداء والائتمان.
الحوافز الحكومية: تقدم العديد من الدول إعفاءات ضريبية أو منحاً أو تعريفات تغذية لمشاريع الطاقة المتجددة. يغطي الإعفاء الضريبي للاستثمار في الولايات المتحدة 30% من تكلفة النظام، ولدى الاتحاد الأوروبي برامج مماثلة ضمن آلية التعافي والمرونة.
تمويل بنوك التنمية: يقدم كل من البنك الدولي، وبنك التنمية الأفريقي، وبنك التنمية الآسيوي، وبنك التنمية للبلدان الأمريكية، تمويلاً ميسراً لمشاريع الطاقة المتجددة في الأسواق النامية. ويتراوح سعر الفائدة عادةً بين 2 و5 بالمئة، مع مدة سداد تتراوح بين 15 و25 عاماً.
تحدث إلى مونتي إنتليجنس حول اقتصاديات الطاقة الشمسية الحثية
بالنسبة للمشترين الذين يفكرون في تركيب نظام صهر بالحث مع نظام طاقة شمسية وتخزين، يمكن لشركة مونتي إنتليجنس الهندسية إجراء نموذج مالي يشمل تكلفة الطاقة من الشبكة المحلية، وموارد الطاقة الشمسية، وتكلفة نظام تخزين الطاقة، وتسعير الكربون. يُخرج النموذج الحجم الأمثل للنظام، وتكلفة الطاقة السنوية، وفترة استرداد التكلفة، ومعدل العائد الداخلي. تفضل بزيارةwww.cnlymonte.com/products-solar-induction-furnace.html للحصول على مواصفات المنتج. لمناقشة مشروع، يرجى إرسال بريد إلكتروني إلى helenxu@cnlymonte.com بعنوان "جدوى الطاقة الشمسية الحثية" مع تفاصيل عن موقعك، وحجم الفرن، وتكلفة الطاقة من الشبكة، وتسعير الكربون.
