مشروع تسخين المياه بالطاقة الشمسية بجامعة شيآن للتكنولوجيا

انطلاقًا من أهداف الصين المتعلقة بـ"ثنائية الكربون" (بلوغ ذروة الكربون بحلول عام 2030، وتحقيق الحياد الكربوني بحلول عام 2060) وتطوير الحرم الجامعي الأخضر، تستكشف الجامعات، التي تُعدّ أساسيةً لاستهلاك الطاقة والتثقيف البيئي، تطبيقات الطاقة المتجددة. أطلقت جامعة شيان للتكنولوجيا، مستفيدةً من موارد شنشي الشمسية الوفيرة وتلبيةً لاحتياجات المعلمين والطلاب من الماء الساخن، مشروعًا لتسخين الماء بالطاقة الشمسية بسعة 10 أطنان يوميًا. توفر هذه المبادرة طاقةً مستقرةً ونظيفةً للحياة الجامعية، وتُجسّد مفاهيم منخفضة الكربون، وتُقدّم نموذجًا قابلًا للتكرار لتحويل الطاقة في الجامعات.

أولا: خلفية المشروع: الطلب والمسؤولية

باعتبارها جامعة شاملة تضم عشرات الآلاف من(المعلمين والطلاب)شهدت جامعة شيان للتكنولوجيا طلبًا يوميًا هائلًا على الماء الساخن. في السابق، اعتمدت الجامعة على غلايات الغاز والسخانات الكهربائية التقليدية، مما أدى إلى ارتفاع استهلاك الطاقة والتكاليف وانبعاثات الكربون وصيانتها. مع تزايد متطلبات جودة المعيشة وتشديد المعايير الجامعية الخضراء الوطنية، فشل النظام القديم في تحقيق أهداف "توفير الطاقة، والمحافظة على البيئة، والكفاءة".

تتمتع مدينة شيآن، شنشي، بموارد شمسية غنية: 2000-2600 ساعة سطوع شمسي سنوية، و4500-5000 ميجا جول/متر مربع من الإشعاع الشمسي السنوي. وقد مكّن هذا الجامعة من استخدام مشروع الطاقة الشمسية لتطوير هيكل الطاقة لديها، وحل مشاكل توفير المياه الساخنة وتكلفتها، مع الوفاء بالمسؤوليات البيئية وتعزيز التنمية الخضراء للحرم الجامعي.

الحل التقني الثاني: تصميم ١٠ أطنان يوميًا

ولموازنة الطلب والكفاءة، دخلت الجامعة في شراكة مع شركات الطاقة الشمسية لإنشاء نظام مخصص بقدرة 10 أطنان يوميًا، مع التركيز على "جمع الحرارة وتخزينها والتدفئة المساعدة".

تجميع الحرارة: تم تركيب مجمعات حرارية مسطحة عالية الكفاءة بمساحة 120 مترًا مربعًا على أسطح مباني السكن الجامعي والتدريس. بفضل طلاءاتها عالية الامتصاص، تحافظ هذه المجمعات على كفاءتها التي تزيد عن 60% حتى في شتاء شيآن، مما يضمن تدفئة أساسية في الأيام الغائمة. عند توصيلها على التوالي، تُحوّل هذه المجمعات الطاقة الشمسية إلى حرارة، تُنقل إلى خزانات التخزين عبر مادة مانعة للتجمد.

تخزين الحرارة: خزانان معزولان سعة 5 طن مع رغوة البولي يوريثان يقللان من فقدان الحرارة (انخفاض ≥3 درجة مئوية خلال 24 ساعة عند درجة حرارة محيطة تبلغ 5 درجات مئوية). سعة كبيرة لتخزين الماء الساخن أثناء النهار للاستخدام في أوقات الذروة في الليل/الصباح الباكر وتجنب تقلبات درجات الحرارة.

التدفئة الإضافية: أُضيفت مضخات حرارية تعمل بالهواء خلال فترات انخفاض أشعة الشمس في شيآن خلال فصل الشتاء. عندما لا تصل حرارة الشمس إلى 55 درجة مئوية (درجة الحرارة المحددة)، تُفعّل المضخات لضمان إمداد مستمر على مدار العام، مما يُجنّب تكاليف التدفئة الكهربائية المرتفعة والاعتماد على الطاقة الشمسية في حالات الطقس.

التحكم الذكي: تراقب أجهزة الاستشعار درجة الحرارة ومستوى المياه والاستخدام، وتضبط المضخات والسخانات تلقائيًا.(المعلمين والطلاب)التحقق من العرض عبر تطبيق الحرم الجامعي؛ حيث يقوم المديرون باستكشاف الأخطاء وإصلاحها عن بعد، مما يحسن كفاءة الصيانة.

ثالثًا: النتائج التشغيلية: فوائد ثلاثية

لقد عمل النظام بشكل مستقر لمدة عامين تقريبًا، وحقق مكاسب اقتصادية وبيئية واجتماعية.

الفوائد الاقتصادية: يُنهي هذا النظام الإمداد التقليدي عالي التكلفة، مُولِّدًا ما يُعادل حوالي 48,000 كيلوواط/ساعة من الكهرباء سنويًا، مُوفرًا حوالي 18,000 متر مكعب من الغاز الطبيعي وأكثر من 60,000 يوان من تكاليف الطاقة السنوية. مع عمر افتراضي يبلغ 15 عامًا، يُوفر النظام ما يقرب من 900,000 يوان، مع فترة استرداد تصل إلى 5 سنوات. يُخفِّض التصميم المعياري تكاليف الصيانة السنوية بحوالي 12,000 يوان مُقارنةً بالغلايات.

الفوائد البيئية: يُخفّض انبعاثات ثاني أكسيد الكربون السنوية بحوالي 48 طنًا (ما يعادل 16 طنًا من الفحم القياسي)، وغاز ثاني أكسيد الكبريت بحوالي 1.4 طن، وغاز ثاني أكسيد النيتروجين بحوالي 0.7 طن، أي ما يعادل زراعة 2600 شجرة. كما يُخفّض ضوضاء الغلايات والعادم، مما يُسهم في خلق حرم جامعي أنظف.

الفوائد الاجتماعية: الماء الساخن أصبح الآن "حسب الطلب" (55-60 درجة مئوية، ضغط مستقر) بنسبة >95٪(المعلمين والطلاب)إشباع. "ركن تعميم الطاقة الشمسية" يقوم بالتثقيف عبر شاشات العرض ورموز الاستجابة السريعة؛ وتدير الأندية الطلابية أنشطة صديقة للبيئة، وتنشر أفكارًا منخفضة الكربون وتجمع بين "تحويل الطاقة" و"التعليم".

رابعًا: النظرة المستقبلية: من الممارسة إلى الترقية

يُتيح نجاح المشروع خبرةً قيّمة. تخطط الجامعة لتوسيع نطاق النظام ليشمل المقاصف والصالات الرياضية، وزيادة الإمداد إلى 25 طنًا يوميًا، وخفض استخدام الطاقة الأحفورية؛ واستكشاف "الطاقة الشمسية وتخزينها" من خلال مشاريع الطاقة الشمسية الكهروضوئية في الحرم الجامعي، لبناء نظام صديق للبيئة "طاقة شمسية حرارية + طاقة شمسية كهروضوئية" لتوفير إمدادات نظيفة ومتنوعة.

يهدف المشروع أيضًا إلى التعاون مع الجامعات والشركات المحلية لتبادل الخبرات، وتعزيز استخدام الطاقة الشمسية في التعليم. وبصفته رائدًا في مجال الطاقة في الحرم الجامعي بمقاطعة شنشي، يُثبت المشروع أن الطاقة المتجددة - عند مواءمتها مع الموارد والاحتياجات الإقليمية - تُحسّن الحياة الجامعية وتُعزز التنمية الخضراء، مما يُسهم في بناء "حرم جامعي ومدن خالية من الكربون".