يركز معظم الناس حاليًا على خفض انبعاثات الكربون من المباني الدائمة. ولا توجد دراسات كافية حول تدابير خفض انبعاثات الكربون للمباني المؤقتة في مواقع البناء. وتستخدم إدارات المشاريع في مواقع البناء، التي لا تتجاوز مدة خدمتها خمس سنوات، عادةً منازل معيارية قابلة لإعادة الاستخدام، مما يساهم في تقليل هدر مواد البناء وخفض انبعاثات الكربون.
بهدف خفض انبعاثات الكربون بشكل أكبر، يطور هذا المشروع نظامًا كهروضوئيًا معياريًا قابلًا للدوران لمشروع المنازل الجاهزة، لتوفير طاقة نظيفة أثناء تشغيلها. وقد تم تركيب النظام الكهروضوئي نفسه على المبنى المؤقت لقسم المشروع في موقع البناء، حيث تم تصميم دعامة النظام الكهروضوئي ونظامه الكهروضوئي بشكل معياري، مع مراعاة مواصفات محددة للوحدة المعيارية، لتشكيل منتج تقني متكامل وقابل للفصل والتدوير. يُحسّن هذا المنتج كفاءة استهلاك الطاقة في قسم المشروع من خلال "تقنية التخزين الشمسي المباشر المرنة"، ويقلل من انبعاثات الكربون أثناء تشغيل المباني المؤقتة في موقع البناء، ويوفر دعمًا تقنيًا لتحقيق هدف المباني شبه الخالية من الكربون.
الطاقة الموزعة هي أسلوب لتوفير الطاقة يدمج إنتاج الطاقة واستهلاكها من جانب المستخدم، مما يقلل الفاقد أثناء نقلها. تستخدم المباني، باعتبارها المستهلك الرئيسي للطاقة، الطاقة المولدة من الألواح الكهروضوئية على أسطحها لتحقيق الاستهلاك الذاتي، مما يعزز تطوير تخزين الطاقة الموزعة ويستجيب لهدف خفض الانبعاثات الكربونية المزدوجة على المستوى الوطني ومقترح الخطة الخمسية الرابعة عشرة. ويمكن للاستهلاك الذاتي للطاقة في المباني أن يعزز دور قطاع البناء في تحقيق أهداف خفض الانبعاثات الكربونية المزدوجة على مستوى الدولة.
تتناول هذه الدراسة أثر الاستهلاك الذاتي لتوليد الطاقة الكهروضوئية في المباني المؤقتة بمواقع البناء، وتستكشف أثر تقنية الخلايا الكهروضوئية المعيارية في خفض انبعاثات الكربون. وتركز الدراسة بشكل أساسي على قسم تصميم المنازل المعيارية في مواقع البناء. فمن جهة، ونظرًا لأن موقع البناء عبارة عن مبنى مؤقت، فمن السهل إغفاله في عملية التصميم. وعادةً ما يكون استهلاك الطاقة لكل وحدة مساحة في المباني المؤقتة مرتفعًا. وبعد تحسين التصميم، يمكن خفض انبعاثات الكربون بشكل فعال. ومن جهة أخرى، يمكن إعادة تدوير المباني المؤقتة ومرافق الخلايا الكهروضوئية المعيارية. فبالإضافة إلى توليد الطاقة الكهروضوئية لخفض انبعاثات الكربون، تُسهم إعادة استخدام مواد البناء أيضًا في خفضها بشكل كبير.
تُعد تقنية "تخزين الطاقة الشمسية، والمرونة المباشرة" وسيلة تقنية مهمة وطريقة فعالة لتحقيق الحياد الكربوني في المباني
تُجري الصين حاليًا تعديلات فعّالة على هيكل الطاقة، وتُعزز التنمية منخفضة الكربون. ففي سبتمبر/أيلول 2020، اقترح الرئيس شي جين بينغ هدفًا مزدوجًا للكربون خلال الدورة الخامسة والسبعين للجمعية العامة للأمم المتحدة. وتهدف الصين إلى بلوغ ذروة انبعاثات ثاني أكسيد الكربون بحلول عام 2030، وتحقيق الحياد الكربوني بحلول عام 2060. وقد أشارت "مقترحات اللجنة المركزية للحزب الشيوعي الصيني بشأن صياغة الخطة الخمسية الرابعة عشرة للتنمية الاقتصادية والاجتماعية الوطنية والأهداف طويلة الأجل لعام 2035" إلى ضرورة تعزيز ثورة الطاقة، وتحسين قدرة استهلاك وتخزين الطاقة الجديدة، وتسريع وتيرة التنمية منخفضة الكربون، وتطوير المباني الخضراء، وخفض كثافة انبعاثات الكربون. وبالتركيز على هدفي الحياد الكربوني المزدوجين، وتوصيات الخطة الخمسية الرابعة عشرة، قامت العديد من الوزارات واللجان الوطنية بتبني سياسات ترويجية محددة، من بينها الطاقة الموزعة وتخزين الطاقة الموزعة، وهما من أهم اتجاهات التنمية.
تشير الإحصاءات إلى أن انبعاثات الكربون الناتجة عن عمليات البناء تُشكّل 22% من إجمالي انبعاثات الكربون في البلاد. وقد ازداد استهلاك الطاقة لكل وحدة مساحة في المباني العامة مع إنشاء مبانٍ ضخمة وأنظمة مركزية واسعة النطاق في المدن خلال السنوات الأخيرة. لذا، يُعدّ تحقيق الحياد الكربوني في المباني جزءًا أساسيًا من استراتيجية الدولة لتحقيق الحياد الكربوني. ومن بين التوجهات الرئيسية لقطاع البناء استجابةً للاستراتيجية الوطنية للحياد الكربوني، بناء نظام كهربائي جديد يعتمد على "الخلايا الكهروضوئية + الشحن ثنائي الاتجاه + التيار المستمر + التحكم المرن" (التخزين الكهروضوئي المرن المباشر) في ظل التحول الشامل لاستهلاك الطاقة في قطاع البناء نحو الكهرباء. وتشير التقديرات إلى أن تقنية "التخزين الشمسي المرن المباشر" قادرة على خفض انبعاثات الكربون بنحو 25% في عمليات البناء. وبالتالي، تُعدّ هذه التقنية أساسية لتحقيق استقرار شبكة الكهرباء في قطاع البناء، والاستفادة من نسبة كبيرة من الطاقة المتجددة، ورفع كفاءة الطاقة الكهربائية في المباني المستقبلية. إنها وسيلة تقنية مهمة وطريقة فعالة لتحقيق الحياد الكربوني في المباني.
نظام كهروضوئي معياري
تعتمد المباني المؤقتة في مواقع البناء في الغالب على منازل معيارية قابلة لإعادة الاستخدام، لذا صُمم نظام وحدات كهروضوئية معيارية قابلة للدوران خصيصًا لهذه المنازل. يستخدم هذا المنتج الكهروضوئي المؤقت، الخالي من الانبعاثات الكربونية، تقنية الوحدات المعيارية لتصميم دعامات وأنظمة كهروضوئية موحدة. يعتمد النظام أولًا على مواصفاتين: منزل قياسي (6×3×3) ومنزل ممر (6×2×3). يتم تركيب الألواح الكهروضوئية بشكل متداخل على سطح المنزل المعياري، وتُوضع ألواح السيليكون أحادية البلورة على كل وحدة معيارية. تُوضع الألواح الكهروضوئية على دعامة أسفلها لتشكيل وحدة كهروضوئية معيارية متكاملة، تُرفع كوحدة واحدة لتسهيل النقل والتركيب.
يتكون نظام توليد الطاقة الكهروضوئية بشكل أساسي من وحدات كهروضوئية، وجهاز تحكم متكامل بالعكس، وبطارية. تتألف المجموعة من منزلين قياسيين ومنزل ذي ممر لتشكيل وحدة متكاملة، وتُدمج ست وحدات في وحدات مساحة مختلفة ضمن أقسام المشروع، وذلك للتكيف مع التخطيط المكاني لكل قسم وتشكيل مخطط مشروع مسبق الصنع خالٍ من الكربون. يمكن تنويع المنتجات المعيارية وتكييفها بحرية مع مشاريع ومواقع محددة، واستخدام تقنية BIPV لتقليل انبعاثات الكربون من نظام الطاقة الكلي للمبنى، مما يتيح للمباني العامة في مختلف المناطق والمناخات تحقيق أهداف الحياد الكربوني. (المسار التقني للاسترشاد به).
1. التصميم المعياري
يُنفذ التصميم المعياري المتكامل باستخدام وحدات نمطية بأبعاد 6×3 أمتار و6×2 أمتار، مما يُسهّل عملية النقل والتحميل. ويضمن هذا التصميم سرعة وصول المنتج، واستقرار التشغيل، وانخفاض تكاليف التشغيل، وتقليل وقت الإنشاء في الموقع. كما يُتيح التصميم المعياري إمكانية التجهيز المسبق للمصنع المُجمّع، والتخزين والنقل، والرفع والربط، مما يُحسّن الكفاءة، ويُبسّط عملية الإنشاء، ويُقلّل مدة الإنشاء، ويُخفّض التأثير على موقع البناء.
التقنيات المعيارية الرئيسية:
(1) تعتبر تجهيزات الزاوية المتوافقة مع المنزل ذي النمط المعياري ملائمة لتوصيل دعامة الخلايا الكهروضوئية المعيارية بالمنزل ذي النمط المعياري الموجود أسفلها؛
(2) يتجنب تصميم الخلايا الكهروضوئية المساحة الموجودة فوق تركيبات الزاوية، بحيث يمكن تكديس أقواس الخلايا الكهروضوئية معًا للنقل؛
(3) إطار جسر معياري، وهو مناسب للتخطيط القياسي لكابلات الطاقة الشمسية الكهروضوئية؛
(4) يساهم الجمع المعياري 2A+B في الإنتاج الموحد ويقلل من المكونات المخصصة؛
(5) يتم دمج ست وحدات 2A+B في وحدة صغيرة مع عاكس صغير، ويتم دمج وحدتين صغيرتين في وحدة كبيرة مع عاكس أكبر.
2. تصميم منخفض الكربون
استنادًا إلى تقنية انعدام الكربون، يُصمّم هذا البحث منتجات بناء مؤقتة تعمل بالطاقة الشمسية في مواقع البناء، تتميز بتصميم معياري وإنتاج موحد، ونظام متكامل للطاقة الشمسية، بالإضافة إلى معدات داعمة للتحويل المعياري وتخزين الطاقة، تشمل وحدات الطاقة الشمسية ووحدات العاكس ووحدات البطاريات، لتشكيل نظام طاقة شمسية يحقق انبعاثات صفرية للكربون أثناء تشغيل قسم مشروع موقع البناء. يمكن تفكيك وحدات الطاقة الشمسية ووحدات العاكس ووحدات البطاريات وإعادة تركيبها بسهولة، مما يُسهّل عملية تسليم المشاريع مع المنازل الجاهزة. تتكيف المنتجات المعيارية مع احتياجات الأحجام المختلفة من خلال تغيير الكمية. تُساهم فكرة التصميم المعياري القابل للفصل والتركيب في تحسين كفاءة الإنتاج، وتقليل انبعاثات الكربون، وتعزيز تحقيق أهداف الحياد الكربوني.
3. تصميم نظام توليد الطاقة الكهروضوئية
يتكون نظام توليد الطاقة الكهروضوئية بشكل أساسي من وحدات كهروضوئية، وجهاز تحكم عاكس متكامل، وبطارية. يتم تركيب الألواح الكهروضوئية في المنزل ذي التصميم المعياري على السطح بشكل متداخل. تحتوي كل حاوية قياسية على 8 ألواح كهروضوئية من السيليكون أحادي البلورة بأبعاد 1924×1038×35 مم، بينما تحتوي كل حاوية ممرية على 5 ألواح كهروضوئية من السيليكون أحادي البلورة بنفس الأبعاد.
خلال النهار، تُولّد الألواح الكهروضوئية الكهرباء، ويقوم جهاز التحكم والعاكس بتحويل التيار المستمر إلى تيار متردد لتشغيل الأحمال. يُعطي النظام الأولوية لتزويد الأحمال بالطاقة الكهربائية. عندما تتجاوز الطاقة الكهربائية المُولّدة من الألواح الكهروضوئية قدرة الأحمال، تُشحن الطاقة الزائدة في البطارية عبر وحدة التحكم بالشحن والتفريغ. أما في حال ضعف الإضاءة أو في الليل، فلا تُولّد الألواح الكهروضوئية الكهرباء، وتمر البطارية عبر جهاز التحكم المتكامل للعاكس. تُحوّل الطاقة الكهربائية المُخزّنة في البطارية إلى تيار متردد لتشغيل الأحمال.
ملخص
تم تطبيق تقنية الخلايا الكهروضوئية المعيارية في منطقة المكاتب ومنطقة المعيشة التابعة لقسم المشروع في موقع بناء المباني من 4 إلى 6 في مجمع بينغشان الصناعي للسيارات والطاقة الجديدة، شنتشن. تم ترتيب 49 مجموعة في المجموعة 2A+B (انظر الشكل 5)، مزودة بـ 8 محولات. تبلغ القدرة المركبة الإجمالية 421.89 كيلوواط، ويبلغ متوسط إنتاج الطاقة السنوي 427,000 كيلوواط ساعة، وانبعاثات الكربون 0.3748 كيلوغرام من ثاني أكسيد الكربون لكل كيلوواط ساعة، ويبلغ خفض انبعاثات الكربون السنوي لقسم المشروع 160 طنًا من ثاني أكسيد الكربون.
تُساهم تقنية الخلايا الكهروضوئية المعيارية بفعالية في خفض انبعاثات الكربون في مواقع البناء، مُعوضةً بذلك إهمال خفض الانبعاثات في المراحل الأولى من إنشاء المباني. ويُمكن للنمطية والتوحيد والتكامل والتشغيل الآلي أن تُقلل بشكل كبير من هدر مواد البناء، وتُحسّن كفاءة الاستخدام، وتُخفض انبعاثات الكربون. وسيُحقق تطبيق هذه التقنية في مشاريع الطاقة الجديدة معدل استهلاك يزيد عن 90% من الطاقة النظيفة المُوزعة في المبنى، ورضا يزيد عن 90% من المستفيدين، وخفض انبعاثات الكربون في المشروع بأكثر من 20% سنويًا. إضافةً إلى خفض انبعاثات الكربون من نظام الطاقة في المشروع، تُوفر تقنية الخلايا الكهروضوئية المُدمجة في المباني (BIPV) نموذجًا تقنيًا مرجعيًا للمباني العامة في مختلف المناطق والظروف المناخية لتحقيق أهداف الحياد الكربوني. إن إجراء البحوث اللازمة في هذا المجال في الوقت المناسب واغتنام هذه الفرصة النادرة قد يُمكّن بلدنا من الريادة في هذا التغيير الجذري.
تاريخ النشر: 17-07-23