PowerPoint Presentation

النسخ

1 استثمار معهد بحوث علم المواد البحث في الصناعة

2 ورشة عمل التوجهات الحديثة للمواصفات القياسية لمصابيح اإلنارة 9 شعبان 1436 ه - 27 مايو 2015 الرياض - المملكة العربية السعودية نظرة اقتصادية لتقنيات اإلضاءة للطاقة الم ر ش دة د. منير بن محمود الدسوقي المشرف على معهد بحوث علم أستاذ بحث مشارك في تقنية النانو مدير البرنامج المشترك لإلضاءة مدير مركز تميز تقنية النانو المواد

3 العناوين الرئيسة معدل زيادة استهالك الطاقة في المملكة العربية السعودية استهالك اإلضاءة للطاقة اقتصاد اإلضاءة المرشدة للطاقة دورة حياة منتجات اإلضاءة وآثارها البيئية عوائق االستخدام واالنتشار في السوق بعض أبحاثنا في اإلضاءة المرشدة للطاقة نقاط ختامية

4 مليون برميل نفط مكافئ من الطاقة يوميا Source: SEC, ECRA, Saudi Aramco, SABIC, Lit search, MEEP team analysis معدل زيادة االستهالك اليومي للطاقة في المملكة 8 أكثر من 8 ماليين برميل نفط مكافئ يوميا بحلول عام 2030 م 6 4 االستهالك الحالي 4.2 مليون برميل نفط مكافئ من الطاقة يوميا

5 طن نفط مكافئ من الطاقة سنويا للفرد International Energy Agency (IEA Statistics OECD/IEA, حصة الفرد من االستهالك السنوي برميل 48 للشخص في السنة المعدل العالمي المملكة العربية السعودية 4 أضعاف المعدل العالمي

6 حصة الفرد من االستهالك السنوي المشكلة تزداد تضخما مع رخص أسعار الكهرباء ومع شدة درجات الحرارة مما يؤدي إلى زيادة الطلب من المستخدم كجم نفط مكافئ من الطاقة سنويا للفرد أكثر من 10,000 5,001 إلى 10,000 2,501 إلى 5,000 1,001 إلى 2, إلى 1000 صفر إلى 500 International Energy Agency (IEA Statistics OECD/IEA,

8 لماذا االهتمام باإلضاءة 600( )%8( اإلضاءة تكلف تقريبا %0.72 من الناتج اإلجمالي العالمي بليون دوالر أمريكي( قرابة %20 من الكهرباء المنتجة عالميا أكثر من 1,144 تيرا واط تلوث بيئي 410 مليون طن اإلضاءة المنزلية وإضاءة الشوارع تستهلك %9 من طاقة المملكة بكفاءة منخفضة انبعاثات حرارية عالية تؤدي إلى استخدام المزيد من الطاقة في التبريد )%10( J. Y. Tsao et al., Solid-state lighting: an energy-economics perspective, J. Phys. D: Appl. Phys, 43, L. Brown, Word on the Edge: How to Prevent Environmental and Economic Collapse. New York: W. W. Norton & Company, Ahmad Alkhowaiter, KAUST-UCSB-NSF SSL Workshop, Jim Speck, KACST-KAUST-UCSB proposal, 2012.

9 لماذا االهتمام باإلضاءة 600( )%8( اإلضاءة تكلف تقريبا %0.72 من الناتج اإلجمالي العالمي بليون دوالر أمريكي( قرابة %20 من الكهرباء المنتجة عالميا أكثر من 1,144 تيرا واط تلوث بيئي 410 مليون طن يقدر أن عدد المصابيح المتوهجة في العالم يفوق مليار! اإلضاءة المنزلية وإضاءة الشوارع تستهلك %9 من طاقة المملكة بكفاءة منخفضة انبعاثات حرارية عالية تؤدي إلى استخدام المزيد من الطاقة في التبريد )%10( 12 أسرع طريقة لتوفير طاقة اإلضاءة هي التخلص التدريجي من المصابيح المتوهجة J. Y. Tsao et al., Solid-state lighting: an energy-economics perspective, J. Phys. D: Appl. Phys, 43, L. Brown, Word on the Edge: How to Prevent Environmental and Economic Collapse. New York: W. W. Norton & Company, Ahmad Alkhowaiter, KAUST-UCSB-NSF SSL Workshop, Jim Speck, KACST-KAUST-UCSB proposal, 2012.

10 فرص التوفير من اإلضاءة )على مستوى العالم( التوفير في اإلضاءة بمعدل %65 سيخفض االستهالك العالمي من %20 إلى %7 أي ما يعادل إغالق 705 محطة توليد الكهرباء بالفحم توفير %49 صناعة %18 توفير %40 توفير %79 خارجية %8 سكنية %31 تجارية %43 توفير %66 L. Brown, Word on the Edge: How to Prevent Environmental and Economic Collapse. New York: W. W. Norton & Company, 2010.

11 فرص التوفير من اإلضاءة في أمريكا توفير سنوي 21.7 دوالر أمريكي مليار تيرا-واط 217 المتوقع توفيره باستخدام اإلضاءة المرشدة للطاقة بحلول عام 2025 م )بتسعيرة $0.1 للكيلواط.ساعة( )بافتراض انتشار %60 لالضاءة المرشدة في السوق وبكفاءة 200 لومن للواط( Solid-State Lighting Research and Development Multi-Year Program Plan, US DOE, May 2014 %100 من الكهرباء المتوقع توليدها من الرياح 12 ضعف الكهرباء المتوقع توليدها من الطاقة الشمسية 20 مليون عدد المنازل التي يمكن أن تزود بالكهرباء

12 UNEP/GEF en.lighten initiative (2012) فرص التوفير من روسيا في اإلضاءة تم توفير %7 من اجمالي استهالك الطاقة قبل بعد التوفير استهالك اإلضاءة للكهرباء تيرا واط 50.2 تيرا واط % 42 التلوث البيئي الناتج عن اإلضاءة اإلضاءة تكلفة )صيانة وكهرباء( 38.9 ميجا طن 16.3 ميجا طن % 42 $ 14 مليار $ 8 مليار % محطة توليد الكهرباء بالفحم تيرا واط توفير $6 مليار سنويا توفير 69.3 إزالة 5.6 مليون سيارة من الطريق تقليل االنبعاثات ب 22.6 ميغا طن استرداد قيمة االستثمار في خالل 6 أشهر

13 هيئة االمارات للمواصفات والمقاييس النظام اإلماراتي للرقابة على منتجات اإلضاءة

14 Regional report on efficient lighting in MENA, en.lighten UNEP, 2011 فرص التوفير من فقط( )من المنطقة في اإلضاءة CFL الدولة توفير الطاقة )تيرا واط في السنة( التوفير في االنبعاثات )ميغا طن في السنة( عدد آالف السيارات المزالة من الطريق التوفير السنوي )مليون دوالر أمريكي( قيمة االستثمار )مليون دوالر أمريكي( استرداد قيمة االستثمار )سنة( مصر الجزائر السعودية المغرب تركيا االمارات األردن لبنان تونس الكويت عمان قطر

15 العناوين الرئيسة معدل زيادة استهالك الطاقة في المملكة العربية السعودية استهالك اإلضاءة للطاقة اقتصاد اإلضاءة المرشدة للطاقة دورة حياة منتجات اإلضاءة وآثارها البيئية سوق اإلضاءة المرشدة للطاقة عوائق االستخدام واالنتشار في السوق بعض أبحاثنا في اإلضاءة المرشدة للطاقة نقاط ختامية

16 Life-Cycle Assessment of Energy and Environmental Impacts of LED Lighting Products, U.S. DoE, 2012 فعالية أنواع اإلضاءة المنزلية عدد المصابيح الالزمة للوصول إلى عمر استخدام يكافئ 20 مليون لومن-ساعة المصابيح الفلورية المدمجة المصابيح الثنائية الباعثة للضوء )LEDs( (CFLs) 12.5 واط لومن 15 واط لومن عمر 25,000 ساعة عمر 8,500 ساعة المصابيح المتوهجة )INDs( 60 واط لومن عمر 1,000 ساعة حوالي 1 حوالي 3 مصباح مصابيح مصباح حوالي 22 تم اختيار 20 مليون لومن-ساعة نظرا لوجود اختالف في عمر وشدة إضاءة المصابيح

17 توزيع الحرارة في أنواع المصابيح مصدر الضوء الحرارة % 90 المصابيح المتوهجة % 40 المصابيح الفلورية المدمجة % 10 المصابيح الثنائية الباعثة للضوء الصادرة المصابيح المتوهجة المصابيح الفلورية المدمجة (CFLs) المصابيح الثنائية الباعثة للضوء )LEDs( )INDs(

18 لاير) 7 Solid-State Lighting Research and Development Multi-Year Program Plan, US DOE, May 2014 أضعاف اقتصاد اإلضاءة مصدر الضوء مصابيح هالوجينية )43 واط 750 لومن( 9 المصابيح الفلورية المدمجة )13 واط 800 لومن( 8 %60 المصابيح الفلورية المدمجة )13 واط 800 لومن( بتحكم في شدة اإلضاءة 38 المصابيح الثنائية الباعثة للضوء )12 واط 800 لومن( بتحكم في شدة اإلضاءة 60 السعر لكل كيلو لومن( المصابيح الثنائية الباعثة للضوء تحتاج إلى 18 شهر )بافتراض 3 لتصل إلى تكافئ في السعر مقارنة بالمصابيح الهالوجينية ساعات استخدام يوميا ( في حال انخفض سعر المصابيح الثنائية الباعثة للضوء ليصبح سعرها 23 لاير لكل كيلو لومن ستحتاج إلى 6 أشهر )بافتراض 3 ساعات استخدام يوميا ( لتصل إلى تكافئ في السعر مقارنة بالمصابيح الهالوجينية

19 لاير) 7 Solid-State Lighting Research and Development Multi-Year Program Plan, US DOE, May 2014 أضعاف اقتصاد اإلضاءة مصدر الضوء مصابيح هالوجينية )43 واط 750 لومن( 9 للتكلفة الكلية المصابيح الفلورية المدمجة )13 واط 800 لومن( 8 %60 يجب اعتبار: -. 1 سعر الشراء المصابيح الفلورية المدمجة )13 واط 800 لومن( بتحكم في شدة اإلضاءة 38 المصابيح الثنائية الباعثة للضوء )12 واط 800 لومن( بتحكم في شدة اإلضاءة تكلفة الطاقة. 3 تكلفة الصيانة واالستبدال المصابيح الثنائية الباعثة للضوء تحتاج إلى 18 شهر )بافتراض 3 لتصل إلى تكافئ في السعر مقارنة بالمصابيح الهالوجينية. السعر لكل كيلو لومن( ساعات استخدام يوميا ( في حال توفرت المعونات الحكومية لدعم المصابيح الثنائية الباعثة للضوء ليصبح سعرها 23 لاير لكل كيلو لومن فهذه الحال تحتاج إلى 6 أشهر )بافتراض 3 ساعات استخدام يوميا ( لتصل إلى تكافئ في السعر مقارنة بالمصابيح الهالوجينية.

20 لاير سعودي التكلفة )لشريحة 5 الكلية هلالت للكيلو واط في الساعة( االستهالك LED CFL IND 60 واط 12 واط 5 واط العمر ساعة 40,000 ساعة 80 المصابيح المتوهجة )INDs( المصابيح الفلورية المدمجة (CFLs) 20 المصابيح الثنائية الباعثة للضوء )LEDs( 24 شهر باستخدام 7 ساعات في اليوم ألف ساعة تشغيل

21 تفاصيل تكلفة المصابيح الثنائية الباعثة للضوء %5 للتجميع %11 للعدسة للشريحة %19 لإللكترونيات %45 %20 لألجزاء الخارجية

22 أساليب التوفير رفع كفاءة الصناعة إنتاجية أعلى تقليل تكلفة المواد تصنيع بكميات أكبر... تحسين أداء المصابيح كفاءة أعلى إضاءة أعلى حرارة أقل... السعر باللاير التكلفة = شدة اإلضاءة باللومن

23 السعر سعر الرقيقة )لاير لكل كيلو لومن( )لاير لكل كيلو لومن( توقعات انخفاض سعر الثنائية الباعثة للضوء الرقيقة وسعر المصابيح )LEDs) أبيض بارد السنة أبيض دافئ الفاعلية )لومن لكل واط( المصابيح الفلورية المدمجة (CFLs) Solid-State Lighting Research and Development Multi-Year Program Plan, US DOE, May 2014

24 النسبة النسبة )%( )%( توقعات نمو سوق المصابيح الثنائية الباعثة للضوء )LEDs) في أمريكا والصين 8 المصابيح الفلورية المدمجة (CFLs) المصابيح المتوهجة توسع المصابيح الثنائية الباعثة للضوء )LEDs) في السوق الصيني %8.9 المصابيح الثنائية الباعثة للضوء )LEDs( )INDs( % %0.6 % تطبيق إضاءة ال LED على 3500 مشروع في 37 مدينة 11.5 مليون مصباح بتوفير 2.4 تيرا واط سنويا Solid-State Lighting Research and Development Multi-Year Program Plan, US DOE, May السوق األمريكي للقطاع السكني

25 نمو سوق اإلضاءة الثنائية الباعثة للضوء )LEDs) في المنطقة سوق اإلضاءة في الشرق األوسط )مليون دوالر أمريكي( سوق اإلضاءة في الخليج )مليون دوالر أمريكي( سوق اإلضاءة في المملكة )مليون دوالر أمريكي( فنادق صناعة عمارة محالت مكاتب خارجية فنادق صناعة عمارة محالت مكاتب خارجية فنادق صناعة عمارة محالت مكاتب خارجية 131 منزلية 255 منزلية 536 منزلية Oliver Wyman LED Report, 2014

26 دراسة أداء المصابيح الموفرة )جامعة الملك سعود 2010 م( المقارنة بين 38 نوع من المصابيح 10 حبات من كل نوع تشغيل بمجموع 10,100 ساعة علي محمد التملي عبد الرحمن إبراهيم العوله نزر مالك محمد جمعه يوسف "مشروع استخدام المصابيح الموفرة بدال من المصابيح غير الموفرة" جامعة الملك سعود ممول من وزارة المياه والكهرباء السعودية 2010 م

27 مقارنة بين المصابيح المتوهجة والموفرة لشقة سكنية صغيرة وشريحة استهالك 5 هلالت للكيلوواط علي محمد التملي عبد الرحمن إبراهيم العوله نزر مالك محمد جمعه يوسف "مشروع استخدام المصابيح الموفرة بدال من المصابيح غير الموفرة" جامعة الملك سعود ممول من وزارة المياه والكهرباء السعودية 2010 م

29 Life-Cycle Assessment of Energy and Environmental Impacts of LED Lighting Products, U.S. DoE, 2012 دورة حياة منتجات اإلضاءة مراحل حياة المنتجات التصنيع والتجميع االستخدام إعادة تدوير المواد تكرير المواد الخام نهاية العمر استرجاع المواد األولية

30 استهالك الطاقة )جيجا جول لكل 20 مليون لومن ساعة(. استهالك الطاقة خالل دورة حياة منتجات اإلضاءة مرحلة االستخدام تستهلك أكثر من %90 لكل أنواع اإلضاءة الطاقة المستهلكة في دورة حياة اإلضاءة المرشدة CFL( )LED & ربع استهالك اإلضاءة التقليدية من المتوقع أن تقل إلى النصف )LED( مع نهاية العام الحالي تكافئ حوالي النقل تصنيع المواد تصنيع الرقائق االستخدام 2 IND 22 هالوجين 27 CFL 3 LED Life-Cycle Assessment of Energy and Environmental Impacts of LED Lighting Products, U.S. DoE, 2012 LED

31 األثار البيئية خالل مراحل الصناعة ))CFL( %70 األثر األكبر على البيئة يأتي خالل مرحلة االستخدام المصابيح المتوهجة أكثر ضررا للبيئة مصابيح )LED( األقل ضررا للبيئة ) 2017 م أقل ب %50 من عام 2012 م وأقل ب من أثار على الهواء األكسدة الضوئية استنفاد طبقة األوزون االحتباس الحراري التحمض أثار على الموارد مكب النفايات الخطرة مكب النفايات المشعة مكب النفايات غير الخطرة السمومية معامل لالنسان استنزاف الموارد غير األحيائية السمومية معامل للماء العذب السمومية معامل األرضي السمومية معامل أثار على المياه لماء البحر التشبع الغذائي LED 2017 ضرر النظام البيئي استخدام األراضي IND CFL LED أثار على التربة 2012 Life-Cycle Assessment of Energy and Environmental Impacts of LED Lighting Products, U.S. DoE, 2012

32 Life-Cycle Assessment of Energy and Environmental Impacts of LED Lighting Products, U.S. DoE, 2012 النسبة من حد التركيز الكلي المسموح في والية كاليفورنيا االختبارات البيئة كل منتجات اإلضاءة تتعدى بعض حدود التركيز )كتركيز النحاس( نسب التركيز في اإلضاءة المرشدة يماثل نسب التركيز في أجهزة الهاتف الجوال والكثير من اإللكترونيات الحديثة الهاتف الجوال CFL IND LED

34 عوائق االستخدام واالنتشار في السوق باإلضافة إلى سعر الشراء قلة الوعي عن تكلفة الطاقة المستخدمة في اإلضاءة التقليدية وذلك لعدم ظهور التكلفة الحقيقة على الفاتورة اختالفات في العمر االفتراضي للمنتج: األعطال مازالت تحت الدراسة )كتغير اللون تدني كفاءة العدسة تآكل لحام التوصيالت الكهربائية تدني كفاءة التصريف الحراري الكترونيات لتحويل الفولتية بعمر أقل من عمر رقيقة اإلضاءة( اللون: مازال بعض المستهلكين يعتقد أن اإلضاءة المرشدة ال تتوفر اال بألوان باردة )أبيض مزرق( عدم انتشار نظم للتحكم بشدة اإلضاءة مخاوف من األعراض البيئية لوجود الزئبق )4 ملجم( مع أن أثرها على البيئة أقل بكثير من االنبعاثات الكربونية الناتجة عن استهالك الطاقة في اإلضاءة التقليدية Regional report on efficient lighting in MENA, en.lighten UNEP, 2011 Solid-State Lighting Research and Development Multi-Year Program Plan, US DOE, May 2014

35 العناوين الرئيسة معدل زيادة استهالك الطاقة في المملكة العربية السعودية استهالك اإلضاءة للطاقة اقتصاد اإلضاءة المرشدة للطاقة دورة حياة منتجات اإلضاءة وآثارها البيئية عقبات االستخدام واالنتشار في السوق بعض أبحاثنا في اإلضاءة المرشدة للطاقة نقاط ختامية

36 معهد بحوث علم المواد مختبرات وطنية بأفضل التجهيزات

37 تقنية المواد لخدمة الطاقة تصميم أول مصباح ليزر في العالم من شريحة الكترونية واحدة بإضاءة تعادل 75 واط )10 براءات اختراع خالل سنة( خاليا شمسية للضوء المركز )2000 وحدة شمسية( مركبة في العيينة والخفجي )18 براءة اختراع( وتقنيات االسطح الطاردة للغبار والماء للتنظيف الذاتي خاليا شمسية عالية الكفاءة )%30( وخاليا شمسية مرنه ذات طبقه رقيقه من السيليكون بكفاءة بلغت %23 )35 براءة اختراع(

38 تعاون ثالثي ألبحاث اإلضاءة المرشدة للطاقة 11 براءة اختراع في السنة األولى تم انشاء البرنامج عام 2013 م بين مدينة الملك عبدالعزيز للعلوم والتقنية مع جامعة الملك عبدهللا للعلوم والتقنية وجامعة كاليفورنيا سانتا باربرا )الجامعة التي يعمل بها سوجي ناكامورا( عدد الباحثين في البرنامج = من مدينة الملك عبدالعزيز للعلوم والتقنية 6 من جامعة الملك عبدهللا للعلوم والتقنية 6 من جامعة كاليفورنيا سانتا باربرا المبتعثين السعوديين = 7 4 طلبة دكتوراه 3 طلبة ماجيستير جميعهم في معامل سوجي ناكامورا

39 جائزة نوبل في الفيزياء عام 2014 م إيسامو أكاساكي وهيروشي أمانو وسوجي ناكامورا الختراعهم تقنية إل إي دي الذي يشع الضوء األزرق مما أدى إلى توفير مصابيح ال إي دي البيضاء التي تستخدم اليوم لإلضاءة المرشدة للطاقة بتقنيات أطول عمرا وصديقة للبيئة ال إل

40 برامج توعوية

41 تجربة التوصيل الكهربائي للجرافيت

42 تجربة التوصيل الكهربائي للجرافيت

43 في أسبوع العلوم والتقنية سنتين على التوالي في ثالث مدن

44 مقارنة النتائج IND LED لومن للمتر لومن للمتر واط 17 واط الفرق انخفاض %39 ارتفاع %35 7 أضعاف IND LED لومن للمتر لومن للمتر واط 17.5 واط شدة االضاءة الحرارة االستهالك قراءة أولى قراءة ثانية IND LED

45 نقاط ختامية أسعار اإلضاءة الم ر ش دة في هبوط مستمر مما سيؤدي إلى زيادة انتشارها في المستقبل القريب اإلضاءة الم ر ش دة للطاقة في انتشار واسع في معظم الدول المتقدمة )النمو إلى الضعف بين 2012 م و 2013 م في أمريكا( فرص توفير هائلة في الطاقة )1.8 مليار في أمريكا عام 2013 م( الحاجة إلى: وضع مواصفات لجودة منتجات اإلضاءة الم ر ش دة للطاقة ودراسة خواص المنتجات التي توجد في السوق استمرار الدعم لألبحاث العلمية ذات العالقة تشجيع رجال االعمال والقطاع الصناعي لالستثمار إضافة سياسات لترشيد استهالك اإلضاءة للطاقة نشر الوعي بين المستهلكين

46 معهد بحوث علم المواد 580 ورقة علمية 160 براءة اختراع 30 منتج 48 دكتور 320 موظف مادة محفزة نانوية إلنتاج وقود نظيف طالء الذهب الخاص بكسوة الكعبة ليحد من كمود اللون المواد المركبة والخزفيات المقاومة للعوامل القاسية وتقنيات االسطح الطاردة للغبار والماء للتنظيف الذاتي كاميرات فائقة السرعة والحساسية لتطبيقات األقمار الصناعية مادة للتكسير الحفزي لتحويل الزيوت الثقيلة أول مادة بوليمرية حرارية قابلة إلعادة التدوير المواد فائقة التوصيل لتطوير محرك توربين أنظمة الليزر الطبية متعددة الطيف مصباح ليزر بإضاءة تعادل 75 واط