الطاقة الشمسية في الولاية الشمالية: أنظمة ري ومضخات وتخزين هجين

الولاية الشمالية هي أكثر ولايات السودان اعتماداً على الري المستمر: شريط زراعي ضيق على ضفتي النيل يمتد من الدبة إلى دنقلا وكريمة ومروي، وخلفه ظهير صحراوي تُسحب مياهه من آبار الحجر الرملي النوبي. القمح والفول والبرسيم والبصل والتمور محاصيل لا تحتمل انقطاع الري يومين متتاليين، والمضخة هنا ليست معدة مساعدة بل هي خط الإنتاج نفسه. لذلك كان الديزل تاريخياً أكبر بند متغير في تكلفة الفدان، ولذلك تحديداً صارت الولاية أوسع سوق للضخ الشمسي في البلاد.

نعمل في شمس النيل على أساس قياسات الموقع لا على جداول عامة: الرفع الكلي للبئر أو لمأخذ النهر، وهبوط منسوب الماء أثناء التشغيل، والتصرف المطلوب بالمتر المكعب يومياً لكل فدان، ثم مطابقة ذلك مع أضعف شهر شمسي في السنة. يبدأ العمل بزيارة موقع ومسح فني، وينتهي بعرض مكتوب يوضح المكونات والأداء المتوقع شهراً بشهر وقطع الغيار الموصى بحفظها في المزرعة. راجع ضخ المياه بالطاقة الشمسية وأسعار الأنظمة الشمسية في السودان قبل طلب العرض.

الإشعاع الشمسي في الولاية من الأعلى عالمياً، بمتوسط سنوي يقارب 6.5 كيلوواط ساعة لكل متر مربع يومياً، لكن هذا الرقم يخدع من يصمم عليه مباشرة. حرارة الخلية في الصيف تتجاوز 65 درجة مئوية، وهو ما يقتطع بين 12 و18 بالمئة من قدرة اللوح الاسمية، بينما تفقد المُغيّرات جزءاً من قدرتها عند تجاوز حرارة الظل 45 درجة. لهذا نصمم المصفوفة بهامش فوق قدرة المضخة الاسمية، ونضع المُغيّر في حيز مظلل جيد التهوية بدلاً من تعليقه تحت الشمس المباشرة.

الحمل الأثقل هنا يقع في الشتاء لا في الصيف. موسم القمح من نوفمبر إلى مارس هو ذروة الطلب على الري، وهو نفسه الموسم الذي ينخفض فيه عدد ساعات الشمس المكافئة من نحو 7 ساعات في مايو إلى نحو 5 ساعات في ديسمبر ويناير، مع زاوية سقوط أقل. أي نظام يُحسب على المتوسط السنوي سيعجز عن ري المساحة كاملة في الشهر الذي لا يحتمل العجز. نحن نحسب على شهر ديسمبر أولاً، ثم نتحقق من أن باقي السنة يعمل ضمن حدود المضخة والمواسير.

يبقى الغبار والرمل والتأريض. العواصف الترابية وزحف الرمال تفرض رفع القاعدة عن سطح الأرض بمسافة كافية لمنع تراكم الرمل تحت الصف الأول، وميلاً قريباً من خط العرض يساعد على انزلاق الغبار، وهياكل مجلفنة تتحمل أحمال الرياح. أما التربة الرملية الجافة فمقاومتها النوعية عالية، والتأريض التقليدي بقضيب واحد لا يكفي لحماية المُغيّر من الصواعق والاندفاعات، فنستخدم شبكة تأريض موسّعة مع مواد خافضة للمقاومة ومانعات اندفاع على طرفي التيار المستمر والمتردد.

مضخة ديزل بقدرة تقارب 25 حصاناً تعمل 8 ساعات يومياً تستهلك عملياً بين 4 و6 لترات في الساعة، أي ما بين 1000 و1400 لتر شهرياً. بأسعار الوقود الحالية وتكلفة نقله إلى المزارع البعيدة عن الطريق الرئيسي، يقع بند الوقود وحده غالباً بين 900 و1600 دولار في الشهر، قبل الزيوت والفلاتر وأعمال العمرة السنوية. وتبقى التكلفة الأخطر غير مكتوبة في الفواتير: أيام التوقف بانتظار الوقود في منتصف موسم الري.

في المقابل، نظام ضخ شمسي يحل محل هذه المضخة يقع عادة بين 12000 و25000 دولار مركّباً، والفارق بين طرفي هذا المدى يحدده الرفع الكلي ونوع المصدر أكثر مما تحدده مساحة المزرعة. بئر عميقة برفع 60 متراً تحتاج قدرة أعلى بكثير من مأخذ نهري برفع 12 متراً لنفس التصرف. لهذا لا نعطي سعراً قبل قياس الرفع والهبوط الديناميكي في الموقع، وتفصيل بنود التكلفة موجود في صفحة الأسعار.

فترة الاسترداد في المزارع التي تعمل موسمين تقع غالباً بين 18 و36 شهراً حسب سعر الوقود وساعات التشغيل. بعدها يبقى الحساب على العمر الافتراضي: الألواح تُنتج لعقود مع تدهور سنوي محدود، والمُغيّر الشمسي يحتاج استبدالاً بعد سنوات، وطرف المضخة يحتاج عمرة دورية مثل أي مضخة أخرى. الخطر الحقيقي على الجدوى ليس السعر بل التصميم الناقص الذي يجبر المزارع على تشغيل الديزل مجدداً في ذروة الموسم.

الولاية ليست سوقاً جديدة على هذه التقنية. على مستوى السوق، ركّب برنامج تمويلي نحو 1440 مضخة شمسية في الولاية بين 2016 و2021، وهذه خلفية سوق لا مرجع لعملنا. أهميتها العملية أنها تركت خلفها أنماط أعطال معروفة وفنيين يعرفون هذه المعدات، ولكن أيضاً أنظمة متوقفة بسبب سوء تحديد المقاس أو غياب قطعة غيار واحدة. الدرس المستفاد أن نجاح النظام يُحسم في التصميم وخطة الغيار، لا في يوم التركيب.

البُعد الجغرافي جزء من الهندسة هنا. المزرعة على مسافة تزيد على 500 كيلومتر من الخرطوم، والمعدات المستوردة تدخل عبر بورتسودان، ما يعني أن انتظار مُغيّر بديل قد يكلف أسبوعين من الري المفقود. لذلك نصمم بمكونات قياسية متوفرة لا بمنظومات مغلقة، ونحدد في العرض قائمة غيار حرجة تبقى في المخزن: كرت تحكم أو مُغيّر احتياطي في المشاريع الكبيرة، طرف مضخة، كابل غاطس، ومانعات اندفاع.

أما التشغيل اليومي فيقوم على ثلاثة أشياء: جدول غسيل يتكثف في مواسم الغبار، فحص دوري لعزم ربط الوصلات لأن التمدد الحراري يرخيها، ومتابعة الإنتاج شهرياً لاكتشاف الانخفاض التدريجي قبل أن يصبح توقفاً. ندرّب مشغل المزرعة أو فني المصنع على هذه الأعمال ونوثقها في دليل مختصر، ونتفق على زيارات مجدولة تشمل الفحص الكهربائي والحراري. لمنشآت الإنتاج المستمر راجع الأنظمة الشمسية للمنشآت والمصانع.