التقييم الاقتصادي والبيئي لمحطات الطاقة الشمسية المتكاملة ذات الدورة المركبة: دراسة مقارنة مع تقنيات الطاقة الأحفورية والشمسية المستقلة

الملخص

تمثل محطات الطاقة الشمسية المتكاملة ذات الدورة المركبة (ISMC) تقنية هجينة واعدة تجمع بين الطاقة الشمسية المركزة وأنظمة الدورة المركبة التي تعمل بالغاز الطبيعي، وذلك لتحسين الجدوى الاقتصادية والأداء البيئي لتوليد الكهرباء الحرارية الشمسية. تقدم هذه الدراسة تحليلًا تقنيًا واقتصاديًا شاملًا يقارن محطات ISMC بمحطات الطاقة الشمسية المركزة المستقلة (FSP) ومحطات الدورة المركبة المتكاملة التي تعمل بالغاز الطبيعي (NGIC). تم تطوير نموذج ديناميكي حراري لمحاكاة العمليات الساعية لمحطة ISMC بقدرة 550 ميجاواط - تتألف من محطة NGIC بقدرة 500 ميجاواط وحقل شمسي ذي أحواض مكافئة بقدرة 50 ميجاواط - في خمسة مواقع تمثيلية في الولايات المتحدة الأمريكية ذات موارد شمسية ودرجات حرارة محيطة متفاوتة. تم حساب التكلفة المُعدّلة للكهرباء (LCOE) وتكلفة خفض انبعاثات ثاني أكسيد الكربون (CoD) في ظل سيناريوهات مختلفة لأسعار الغاز الطبيعي وافتراضات مالية. تُظهر النتائج أن دمج حقل طاقة شمسية مركّز في دورة مركبة تعمل بالغاز الطبيعي يُقلل من التكلفة المُستوية للكهرباء المُولّدة من الطاقة الشمسية بنسبة 35-40% مقارنةً بمحطات الطاقة الشمسية المركّزة المستقلة، مع توفير إمكانية تحكم أفضل في الطاقة. عند أسعار الغاز الطبيعي البالغة 8.5 دولار/مليون وحدة حرارية بريطانية، تُحقق دورة الطاقة الشمسية المركّزة المتكاملة تكاليف أقل لخفض انبعاثات ثاني أكسيد الكربون مقارنةً بمحطات دورة الغاز الطبيعي المركبة المستقلة، مع فوائد بيئية كبيرة عند احتساب انبعاثات الكربون. يكشف التحليل أيضًا أن عوامل القدرة، والموارد الشمسية، وتغيرات درجة الحرارة المحيطة، وتخفيضات التكاليف الرأسمالية تُؤثر بشكل كبير على القدرة التنافسية الاقتصادية لتقنية دورة الطاقة الشمسية المركّزة المتكاملة. يُقدّم هذا العمل رؤى أساسية لمخططي الطاقة الذين يُفكّرون في دمج الطاقة الشمسية في محافظ توليد الطاقة المستقبلية في المناطق ذات الإمكانات الشمسية العالية.