معهد بحوث الطاقة ينقل التقنيات الملائمة والمتطورة للمملكة

يعرض لإنجازات مدينة الملك عبدالعزيز للعلوم والتقنية:

ينفذ معهد بحوث الطاقة، أحد معاهد البحوث بمدينة الملك عبدالعزيز للعلوم والتقنية، مشروعات بحثية مختلفة منذ أكثر من عقدين في مجال الطاقة وتقنياتها وقد اصدر تقارير فنية ونشر أبحاثاً علمية في هذا المجال.ويقوم المعهد بتنفيذ برامج وطنية مختلفة سواء في مجال الطاقة الشمسية كمشروع القرية الشمسية أو برنامج أبحاث الهيدروجين، أو تطبيقات الطاقة المتجددة في المناطق النائية إضافة إلى الدراسات والبحوث الخاصة بمصادر الطاقة التقليدية.
ونقدم هناك صورة موجزة لبرامج البحث العلمي التي ينفذها المعهد حالياً في مجالات مشاريع الطاقة التقليدية والمتجددة وقواعد المعلومات الخاصة بالطاقة وترشيد استهلاكها ورفع كفاءة استخدامها.
أهمية الطاقة
تحتل الطاقة بمختلف مصادرها وأنواعها مكانا بارزاً في حياتنا، كما تعد مؤشراً اقتصادياً هاماً في مجالات الصناعة والزراعة والنقل، وقد أدى التطور الحضاري المتزايد إلى ارتفاع معدلات الطلب على الطاقة بصورة كبيرة ورافق ذلك نحو شامل في معظم القطاعات الحيوية في البلاد.
لقد أصبحت دراسات وأبحاث الطاقة أمراً حيوياً وقضية ملحة ومطلوبة في مختلف بلدان العالم المتقدمة والنامية، حيث تشمل بحوث الطاقة على سبيل المثال تطوير المصادر وطرق الاستغلال والتطبيق، بحيث تغطي التقنيات الناجحة للطاقات التقليدية (كالنفط والغاز الطبيعي والفحم) والمتجددة (كالشمسية والرياح وحرارة جوف الأرض ومساقط المياه) ولهذا فإن مدينة الملك عبدالعزيز للعلوم والتقنية ممثلة بمعهد بحوث الطاقة تتابع باهتمام إجراء البحوث التطبيقية المتعلقة بتطوير استغلال الطاقات التقليدية والمتجددة من خلال مشاريع وطنية وبرامج تعاون دولية، والذي بدوره سيساعد على توثيق الترابط بين مراكز بحوث التطوير والتطبيقات الميدانية في المملكة .
تعريف المعهد
هو أحد معاهد البحوث في مدينة الملك عبدالعزيز للعلوم والتقنية والذي تم اعتماده ضمن هيكلها التنظيمي، وقد وضعت خطة متكاملة لتأسيسه من خلال تنظيم يهدف إلى تفعيل الأنشطة العلمية التطبيقية في مجالات الطاقة التقليدية والمتجددة.وتتلخص المهام الرئيسية للمعهد في الآتي تحديد الصعوبات المتعلقة باستغلال الطاقة وإيجاد الحلول المناسبة لها، نقل وتطوير تقنيات الطاقة الملائمة لطبيعة المملكة اجتماعياً وبيئياً، إعداد الدراسات والبحوث المرتبطة بترشيد استهلاك الطاقة وحسن استخدامها، مسح مصادر الطاقة المتجددة وتوزعها في المملكة، مساعدة القطاع الخاص في تحسين استغلال موارد الطاقة في القطاعات المختلفة، المساهمة في رفع المستوى العلمي للقدرات البشرية العاملة في مجال شؤون الطاقة، نشر التوعية العلمية في ميدان استغلال مصادر الطاقة.ويضم معهد بحوث الطاقة عدداً من الاقسام والوحدات والنشاطات الرئيسية سنتناولها فيما يلي :
قسم الطاقة التقليدية
يتولى هذا القسم دراسة نظم الطاقة المختلفة التي تعتمد على مصادر الطاقة التقليدية وتحسين كفاءتها وإيجاد الطرق الكفيلة لترشيد استهلاك الطاقة وإدارة الأحمال وذلك من خلال الوحدات والبرامج المتخصصة ومنها :
وحدة إدارة الطاقة
تهدف الوحدة إلى متابعة البحوث في مجال اختيار النظم الفعالة للتحكم في إزاحة الأحمال الكهربائية في المرافق العامة والمباني السكنية في فترات الذروة اليومية والشهرية والسنوية ومن أهم أنشطة هذه الوحدة مشروع تخزين الطاقة.
وبين هذا المشروع بعض الطرق والحلول المناسبة لتقليل أحمال الذروة وإزاحتها لأوقات غير ذروية مثل تقنية آلية تخزين الماء البارد لمقابلة أحمال الذروة الحادة أو المفاجئة، على اعتبار ان التبريد يمثل الحمل الكهربائي الرئيسي في معظم المنشآت الصناعية والتجارية والحكومية.
- وحدة ترشيد استهلاك الطاقة وتهتم هذه الوحدة بعمل البحوث المرتبطة بدراسات الطلب على الطاقة وطرق ترشيدها وخفضها باستخدام مواد العزل الحراري ومعالجة تسرب الهواء والتحكم بنوعيته وجودته، وكذلك إيجاد السبل الملائمة لتحسين أداء الأجهزة الكهربائية ورفع كفاءتها وخاصة نظم التكييف. أيضاً تركز الوحدة على إجراء دراسات وبحوث علمية في مجال تحسين الكفاءة في محطات توليد وتوزيع الطاقة الكهربائية. وتقوم الوحدة حالياً بتنفيذ عدد من المشاريع البحثية التطبيقية وهي كما يلي
- تحسين معامل القدرة الكهربائية لكبار المستهلكين وتقليل التوافقيات وتحسين نوعية الطاقة في شبكات الكهرباء، ومشروع الاداء الحراري للفناء الداخلي للمساكن، ودراسة أداء العوازل الحرارية في مناطق المملكة المختلفة مناخياً.
قسم الطاقة المتجددة
يتابع القسم نشاطات وبحوثا متعددة تهدف إلى تطوير استغلال مصادر الطاقة المتجددة وخاصة الطاقة الشمسية وطاقة الرياح وطاقة الهيدروجين، ويتمثل ذلك بالوحدات البحثية الآتية
معمل ووحدة الحراريات تختص هذه الوحدة بتطوير وتطويع تقنية الحراريات الشمسية وذلك بإيجاد التقنيات والوسائل الملائمة لتطبيقها في هذه البلاد بالاستفادة من التجهيزات المتوفرة بالمختبرات التابعة لها ومن البرامج الحاسوبية المتوفرة ويحتوي معمل الحراريات الذي أنشىء في القرية الشمسية على جهاز المماثل الشمسي حيث تمت الاستفادة منه في تصميم واختبار السخانات الشمسية للمياه سواء المصنعة في القرية الشمسية أو سخانات القطاع الخاص والمجففات الزراعية تحت ظروف معيارية لتحديد الأداء الحراري.
كما يحتوي هذا المعمل على جهاز لقياس النفاذية والانعكاسية، حيث استخدم في اختبار أغطية البيوت المحمية والأسطح العاكسة، وعدة أنواع من الطلاء وذلك لأغراض البحث العلمي، كما يوجد في المعمل غرفة التحكم البيئي حيث تم الاستفادة منها في اختبار عينات من الخلايا الكهروضوئية والتمور عند درجات حرارة ورطوبة محددة وذلك لأغراض البحث العلمي.مختبر ووحدة الكهروضوئيات وتشمل نشاطات هذه الوحدة بحوثاً تطبيقية في نظم الخلايا الكهروضوئية وخاصة تلك المتعلقة بتطوير نظم ضخ وتحلية المياه في المناطق النائية، وكذلك اختبار أداء المولدات الكهروضوئية المربوطة مع شبكة الكهرباء وتطوير كفاءة النظم الكهروضوئية المختلفة (رياح +كهروضوئي+ديزل) إضافة إلى الدراسات والبحوث المتعلقة بتصنيع الخلايا الكهروضوئية.ومختبر الكهروضوئيات يوجد حالياً في القرية الشمسية ويحتوي على أجهزة مختلفة تخص اختبار الخلايا واللوحات الكهروضوئية الواردة من جهات ومصانع مختلفة في المملكة، حيث يتم تعيين الخواص الكهربائية والضوئية باستخدام المماثل الشمسي (النبضي) هذا وتتم كافة الاختبارات بطريقة آلية مبرمجة.
ضخ وتحلية المياه بالطاقة الشمسية
تم إنشاء هذه المحطة في قرية سدوس التي تبعد سبعين كيلو متراً شمال غرب الرياض وذلك لدراسة جدوى النظم الكهروضوئية لضخ وتحلية المياه في المناطق النائية. وتتكون المحطة من مضخة مائية غاطسة ووحدة تحلية تعلم بالتناضح العكسي ومجمعات كهروضوئية وبطاريات تخزين. ويتم تعديل وتطوير هذه المحطة بصورة دورية عن طريق تحسين شروط التشغيل وذلك لإيجاد التصميم الأمثل لاستخدامها في الريف والمناطق النائية.
وحدة تقييم مصادر الطاقة وتختص الوحدة بدراسات تقييم موارد الإشعاع الشمسي وتوزعها الجغرافي في المملكة العربية السعودية لتحديث الأطلس الشمسي، وقد تم مؤخراً تشغيل اثنتي عشرة محطة موزعة على كافة مناطق المملكة بغرض قياس وتجميع البيانات لمتعلقة بمكونات الإشعاع الشمسي، كما تقوم الوحدة بإعداد قاعدة معلومات للإشعاع الشمسي غضافة إلى الدراسات اللازمة لتقدير الإشعاع الشمسي باستخدام صور الأقمار الصناعية ومقارنة ذلك بالبيانات المسجلة من المحطات الأرضية.
محطات طاقة الرياح تم بناء خمس محطات حديثة لقياس ورصد سرعة الرياح واتجاهها موزعة جغرافياً على بعض أنحاء المملكة وهي الرياض (القرية الشمسية) والظهران وعرعر وينبع والقصيم، وسوف يتم تغطية مناطق آخرى في وقت لاحق كما تتم الصيانة الدورية بصورة مستمرة بواسطة فريق عمل متخصص من منسوبي المعهد.
وحدة طاقة الهيدروجين
تختص هذه الوحدة بإعداد الدراسات والبحوث المرتبطة بإنتاج غاز الهيدروجين بالطاقة الشمسية واستخدماته وقد تم تنفيذ دراسات البحث والتطوير في مجال تقنية إنتاج الهيدروجين بالطاقة الشمسية بدءاً من اختبار المحلل الكهروليتي والخلايا الكهروضوئية وأنظمة تخزين الهيدروجين حيث يعتبر الهيدروجين وسيلة مناسبة لتخزين الطاقة الشمسية ومصدرا نظيفاً للطاقة.
مختبر خلايا الوقود أنشىء هذا المختبر في موقع المعهد بهدف تطوير خلايا الوقود الفسفورية والتي تمثل أحد أهم الاستخدامات العملية لطاقة الهيدروجين وقد تم فعلا تصميم وتصنيع وتشغيل خلايا وقود أحادية ومصفوفات متعددة الخلايا بقدرة تتراوح بين 100 إلى 1000 وات. كما يحتوي المختبر على مواد كيميائية مختلفة (كالمساحي، والأحماض، والقلويات وغيرها) تساعد على تطوير خلايا وقود جديدة بغرض تحسين الكفاءة وتقليل التكلفة ويجري الآن العمل على أنواع أخرى من خلايا الوقود أكثر كفاءة.
وحدة معلومات الطاقة
تشمل مهام هذه الوحدة تطوير ما يلي مكتبة المعهد وقواعد المعلومات تمثل المكتبة قاعدة المعلومات الأساس التي توفر خدمات علمية لمنسوبي المعهد وإلى المهتمين من داخل المدينة وخارجها وهي تحتوي على عدد من المكتب الجديدة التي تخضع للتصنيف والتوثيق وهي توفر أيضاً الشرائح الضوئية والافلام العلمية والبحثية والرسائل العلمية من ماجستير ودكتوراه وغيرها وتم تصميم وتنفيذ عدد من قواعد المعلومات المتخصصة في شؤون الطاقة.
القرية الشمسية
يعود إنشاء هذا المرفق المهم إلى عام 1400ه (1980م) تحت مسمى مشروع القرية الشمسية وذلك لتوفير الكهرباء بقدرة 350 كيلو وات لبعض القرى حول مدينة الرياض وهي العيينة والجبيلة والهجرة. ثم تطورت بعد ذلك لتمثل أول محطة بحثية تجريبية لتنفيذ مشاريع الطاقة الشمسية على المستويين المحلي والإقليمي. تبعد القرية الشمسية عن مدينة الرياض مسافة خمسة وأربعين كيلو متراً حيث تعبر عن إنجاز متميز للمدينة في مجال البحوث التطبيقية الميدانية، كما تمثل القرية الشمسية أول ثمرة ناجحة للتعاون الفني السعودي الأمريكي في مجال استغلال الطاقة الشمسية في المناطق النائية.
الإنجازات
الاستفادة من الطاقة الشمسية في عدة مجالات، زيادة الوعي العلمي من خلال الزيارات، موقع مميز لإجراء البحوث العلمية الخاصة بالطاقة الشمسية، نقل التقنية والمعرفة من خلال البرامج المشتركة والتي كانت القرية الشمسية من نتائجها، تأهيل كوادر سعودية للعمل في مجال الطاقة خصوصاً الشمسية.وتتكون القرية حالياً من الورشة الهندسية ومعلم الحاسب الآلي والمستودع والمخيم الشمسي.