ثورة الطاقة النظيفة: استكشاف الحلول المستدامة التي تشكل عالمنا الجديد

المقدمة:

بينما يزداد الطلب العالمي على الطاقة، تتجه الأنظار نحو المصادر النظيفة والمستدامة لتحقيق التوازن بين التطور والبيئة.

في هذا المقال، نستكشف أهم تقنيات الطاقة النظيفة التي تُعيد رسم مستقبلنا، بالإضافة إلى نظرة على بدائل واعدة تسعى للظهور على الساحة.

العالم يتغير بسرعة، والبحث عن حلول مستدامة أصبح أكثر إلحاحًا من أي وقت مضى. الطاقة النظيفة هي المفتاح إلى مستقبل أكثر إشراقًا.

"الركائز الجديدة للطاقة العالمية: مصادر نظيفة تغير مشهد الإنتاج وتدعم الاستدامة!!"

1- الطاقة الشمسية: شمس لا تنطفئ

هل تعلم أن الشمس تمدنا في ساعة واحدة بطاقة تكفي البشرية لعام كامل؟ ومع ذلك، يعتمد العالم حتى اليوم بشكل كبير على الوقود الأحفوري الملوث.

الطاقة الشمسية أكبر مصدر للطاقة المتجددة، وتُعتبر الأكثر استدامة، حيث يمكن استغلال أشعة الشمس لإنتاج الكهرباء والتدفئة. وتكلفة الطاقة الشمسية انخفضت بنسبة 80% خلال العقد الماضي. وهي طاقة متجددة بالكامل وقادرة على توفير الكهرباء حتى في المناطق النائية.

وقد أثبتت جدواها في السنوات الماضية، فكانت ولازالت الحل الأكثر توفراً في الظروف المختلفة والأزمات التي عصفت بكثير من المناطق على كوكبنا والتي كان من أبرز مشاكلها هو نقص الطاقة.

هناك نوعان رئيسيان من الأنظمة الشمسية: التقليدية والمركزة، ولكل منهما مميزات وعيوب تجعله مناسبًا لتطبيقات معينة.

الخلايا الشمسية التقليدية (PV)

تعتمد على تحويل الضوء مباشرة إلى كهرباء باستخدام خلايا شمسية مصنوعة من مواد شبه موصلة مثل السيليكون، تتألف من ألواح شمسية تتكون من مجموعة من الخلايا الشمسية متصلة ببعضها البعض، كفاءة الخلايا الشمسية التقليدية تتراوح بين 15% إلى 20%.

هذا النوع من الأنظمة سهلة التركيب والصيانة، ومتوفرة بأسعار معقولة، من ميزاتها أنها تعمل بشكل جيد في ظروف الإضاءة المنخفضة.

ولكنها تحتاج إلى مساحة كبيرة لإنتاج كمية كبيرة من الطاقة، وكفاءتها أقل مقارنة بالأنظمة المركزة.

الأنظمة الكهروضوئية المركزة (CPV)

تعتمد على تركيز ضوء الشمس على مساحة صغيرة باستخدام عدسات أو مرايا، ثم توجيه هذا الضوء المركّز إلى خلايا شمسية عالية الكفاءة. تتكون من مرايا أو عدسات تركيز، ومتتبعات للشمس، وخلايا شمسية عالية الكفاءة.

يمكن أن تصل كفاءة الأنظمة الكهروضوئية المركزة إلى 40% أو أكثر، وهي ذات كفاءة عالية في تحويل الطاقة الشمسية إلى كهرباء، وتحتاج إلى مساحة أقل لإنتاج نفس كمية الطاقة التي تنتجها الأنظمة التقليدية.

لكن من عيوبها أنها ذات تكلفة عالية مقارنة بالأنظمة التقليدية، وذات حساسية للأتربة والظلال، وتحتاج إلى تنظيف دوري. وتتطلب تقنية متقدمة في التصنيع والتركيب. وتعمل بشكل أفضل في المناطق ذات الإشعاع الشمسي العالي.

وبشكل عام، تعتبر الأنظمة الكهروضوئية المركزة هي المستقبل للطاقة الشمسية، ولكنها لا تزال في مرحلة تطوير وتتطلب المزيد من الاستثمار.

شهدت صناعة الطاقة الشمسية نمواً هائلاً في السنوات الأخيرة. وبناءً على ذلك، تم إنشاء العديد من محطات الطاقة الشمسية الضخمة في مختلف أنحاء العالم.

من بين أكبر وأهم محطات الطاقة الشمسية في العالم حاليًا:

1- محطة "الظفرة للطاقة الشمسية الكهروضوئية" - الإمارات العربية المتحدة: بسعة 2 جيجاواط، وتعتبر أكبر محطة طاقة شمسية مستقلة في العالم حتى الآن، تقع في أبوظبي، وتساهم في تقليل انبعاثات الكربون بشكل كبير.

2- محطة "نور أبوظبي" - الإمارات العربية المتحدة: بسعة 1.2 جيجاواط كانت أكبر محطة طاقة شمسية فردية في العالم عند تشغيلها، وتقع في أبوظبي، تلبي احتياجات مئات الآلاف من المنازل من الكهرباء النظيفة.

3- مجمع محمد بن راشد للطاقة الشمسية – دبي: بسعة مستهدفة 5 جيجاواط بحلول 2030 (حاليًا أكثر من 1.5 جيجاواط)، وهي أحد أكبر المشاريع الشمسية المتعددة المراحل في العالم.

4- مشروع "نور ورزازات" – المغرب: بسعة 580 ميجاواط (مع إمكانية التوسعة)، أكبر محطة للطاقة الشمسية المركزة (CSP) في العالم، وهي نموذج عالمي في استثمار الطاقة النظيفة في إفريقيا.

5- مزرعة شينجيانغ للطاقة الشمسية – الصين بسعة حوالي 2 جيجاواط (تقديريًا، قد تتوسع مستقبلاً)، وهي تدعم الشبكات المحلية وتحقيق أهداف خفض الكربون.

6- محطة كاموثي للطاقة الشمسية – الهند بسعة 648 ميجاواط، تقع في تاميل نادو، الهند، وتولد الكهرباء لحوالي 265000 منزل في ولاية تاميل نادو.

7- محطة "شمس" - الإمارات العربية المتحدة: بسعة 100 ميجاواط، واحدة من أولى محطات الطاقة الشمسية المركزة (CSP) في المنطقة، تقع في أبوظبي.

محطات قد تكون أكبر أو تتوسع بشكل أكبر:

- محطة "بهادلا للطاقة الشمسية" – الهند بسعة: أكثر من 2.25 جيجاواط، في ولاية راجستان، الهند، وتعد حاليًا أكبر محطة شمسية في العالم من حيث القدرة المركّبة، وهي تساهم بشكل كبير في جعل الهند مركزًا عالميًا للطاقة الشمسية.

- "ألفارا للطاقة الشمسية" – الصين بأكثر من 2.2 جيجاواط، في مقاطعة تشينغهاي، الصين، وهي جزء من خطة الصين لتحويل مقاطعاتها النائية إلى مراكز طاقة شمسية ضخمة.

- مشروع "الطاقة الشمسية في غوبالي" – الهند بسعة مخططة 3 جيجاواط (في مراحل الإنشاء)، في ولاية غوبالي، الهند، وقد تصبح أكبر محطة فردية للطاقة الشمسية عند اكتمالها.

- مشروع "صحراء نيفادا للطاقة الشمسية" - الولايات المتحدة بسعة: حوالي 1.9 جيجاواط (متوقعة)، في ولاية نيفادا، الولايات المتحدة، وهو مشروع استراتيجي لدعم الشبكة الكهربائية الأمريكية بالطاقة النظيفة.

مستقبل الطاقة الشمسية:

من المتوقع أن يشهد قطاع الطاقة الشمسية نمواً متسارعاً في السنوات المقبلة، مدفوعاً بالتطورات التكنولوجية وانخفاض التكاليف وزيادة الوعي بأهمية الطاقة المتجددة.

ويواجه قطاع الطاقة الشمسية تحديات عدة منها أنها لا تزال أعلى من تكلفة بعض مصادر الطاقة التقليدية، وكذلك مشكلة التخزين فإنه لا يمكن تخزين الطاقة الشمسية بسهولة، مما يتطلب تطوير حلول تخزين فعالة، وهناك مشكلة التكامل مع الشبكة الكهربائية حيث يتطلب دمج كميات كبيرة من الطاقة الشمسية في الشبكة الكهربائية إجراء تعديلات كبيرة على البنية التحتية.

2- طاقة الرياح: تسخير الرياح لصالحنا

مصدر موثوق للطاقة المتجددة، تتحول فيه طاقة الرياح الحركية إلى طاقة كهربائية من خلال توربينات الرياح، والتي تقوم بتحويل حركة الرياح إلى طاقة ميكانيكية تدور مولدًا كهربائيًا.

في العديد من المدن الذكية والمشاريع المعمارية المستدامة، يتم استغلال طاقة الرياح لتقليل التكاليف التشغيلية وتقليل انبعاثات الكربون.

تتطلب مزارع الرياح مساحات واسعة من الأراضي، خاصة للمشاريع الكبيرة. لذلك يمكن الاستفادة من الأراضي غير الصالحة للزراعة، مثل المناطق الساحلية أو الصحراوية. كما تحتاج مزارع الرياح إلى مناطق ذات رياح قوية ومستمرة. وتعتبر المناطق الساحلية والتلال والمناطق المفتوحة بشكل عام هي الأفضل لتوليد طاقة الرياح.

انخفضت تكلفة توليد طاقة الرياح بشكل كبير في السنوات الأخيرة مع التطور التكنولوجي، مما جعلها تنافسية مع مصادر الطاقة التقليدية في العديد من المناطق.

تُنتج الدنمارك حوالي 50% من احتياجاتها الكهربائية من طاقة الرياح.

ومن أهم مزارع الرياح والتي تعتبر مثالاً يحتذى نذكر تجربة المملكة المتحدة في هذا المجال:

محطة هورنسي 2 (Hornsea 2) : تقع قبالة الساحل الشرقي للمملكة المتحدة في بحر الشمال، على بُعد حوالي 89 كيلومترًا من ساحل يوركشاير الشرقي في إنجلترا. تُعتبر واحدة من أكبر محطات طاقة الرياح البحرية في العالم، وهذه المحطة تمثل إنجازًا تقنيًا وبيئيًا هائلًا في إطار التحول نحو مصادر الطاقة النظيفة.

تصل قدرة المحطة إلى 1.3 جيجاواط، ما يكفي لتزويد حوالي 1.3 مليون منزل بالكهرباء النظيفة، وتحتوي المحطة على 165 توربينًا من طراز "Siemens Gamesa SG 8.0-167 DD".ويبلغ ارتفاع كل توربين حوالي 200 متر.

تغطي المحطة مساحة 462 كيلومترًا مربعًا، بلغت تكلفة إنشاء المشروع حوالي 6 مليارات دولار أمريكي.

تُساهم المحطة بشكل كبير في تحقيق هدف المملكة المتحدة للوصول إلى صفر انبعاثات كربونية بحلول عام 2050. وتُعتبر جزءًا أساسيًا من خطة الحكومة لتوسيع قدرة طاقة الرياح البحرية إلى 40 جيجاواط بحلول عام 2030.

من المتوقع أن تساهم المحطة في تقليل انبعاثات ثاني أكسيد الكربون بمقدار 1.6 مليون طن سنويًا، ما يعادل إزالة حوالي 800,000 سيارة من الطرق سنويًا.

تستخدم المحطة تقنيات متقدمة في نقل وتوزيع الطاقة، بما في ذلك نظام الكابلات البحرية عالي الجهد لتوصيل الكهرباء إلى شبكة المملكة المتحدة.

هورنسي 1: كانت سابقًا أكبر محطة رياح بحرية في العالم بقدرة 1.2 جيجاواط. وهورنسي 2 تجاوزت هورنسي 1 لتصبح الأكبر بقدرة 1.3 جيجاواط، مع تطور في الكفاءة وزيادة في الإنتاجية.

هورنسي 3 و4: يتم التخطيط لمرحلتي هورنسي 3 و4، واللتين من المتوقع أن تزيدا من قدرة طاقة الرياح البحرية في المنطقة بشكل كبير.

وللمزيد من المعلومات الموسعة حول هذا الموضوع اقرأ مقالنا (كيف تُحرك الرياح عجلة الابتكار في العمارة المستدامة) للتوسع حول هذا المحور الهام جداً.

3- الطاقة الحرارية الأرضية: كنوز باطن الأرض (كنوز الحرارة تحت أقدامنا)

الطاقة الحرارية الأرضية (Geothermal Energy) هي الطاقة الحرارية المخزنة في باطن الأرض، طاقة متجددة تُستخرج من الحرارة الموجودة تحت سطح الأرض، يتم استثمارها باستخدام تقنيات محددة لتحويل الحرارة الجوفية إلى طاقة حرارية أو كهربائية قابلة للاستخدام.

تستخدم غالباً الطاقة الحرارية الارضية في توليد الكهرباء، حيث يمكن استخدام البخار الساخن أو الماء الساخن لتدوير توربينات توليد الكهرباء. وكذلك في التدفئة فيمكن استخدام المياه الساخنة مباشرة لتدفئة المباني والمنازل، كما تستخدم أيضاً المياه الحارة في الزراعة في المناطق الباردة، لتوفير بيئة دافئة للمحاصيل.

تتميز الطاقة الأرضية الحرارية بأنها من مصادر الطاقة المتجددة التي لا تنضب، وأنها صديقة للبيئة لا تنتج أي انبعاثات ضارة، وهي موثوقة يمكن استمرار توليدها على مدار العام، بغض النظر عن الظروف الجوية.

لا يخلو استثمار الطاقة الحرارية الأرضية من تحديات مثل التكلفة حيث تتطلب إنشاء محطات الطاقة الحرارية الأرضية استثمارات كبيرة، وأيضاً مواقع المحطات فالطاقة الحرارية الأرضية لا تتوفر في جميع المناطق، حيث تتطلب وجود مصادر حرارية قريبة من السطح. ولا يخلو الأمر من بعض التأثيرات البيئية بسبب عمليات الحفر واستخراج المياه الساخنة فقد يتسبب الحفر العميق في زلازل صغيرة أو إطلاق غازات محبوسة.

المستقبل:

تعتبر الطاقة الحرارية الأرضية من أهم مصادر الطاقة المتجددة التي يمكن أن تساهم في تحقيق أهداف الاستدامة العالمية. ومع التطورات التكنولوجية المستمرة، من المتوقع أن تزداد الكفاءة والكلفة تنافسية للطاقة الحرارية الأرضية في المستقبل.

لمحة عن آلية الاستخراج والاستثمار:

يتم اختيار المواقع ذات النشاط الجيولوجي المرتفع (مثل مناطق الصدوع والبراكين) التي تحتوي على مياه جوفية ساخنة أو صخور شديدة السخونة، ثم يتم المسح الجيوفيزيائي بالتصوير الزلزالي والاستشعار عن بُعد لتحديد جيوب الطاقة الحرارية.

يتم حفر آبار تتراوح أعماقها بين 1-3 كيلومترات للوصول إلى خزانات الماء الساخن أو البخار، وتكون الأنظمة الحرارية على نوعين: (خزانات مائية ساخنة: تحتوي على مياه شديدة السخونة، والصخور الجافة الساخنة: تحتاج إلى ضخ المياه لإنتاج البخار).

تعتمد أنظمة استثمار الطاقة الحرارية الأرضية على تحويل الحرارة إلى طاقة كهربائية أو استخدام الحرارة بشكل مباشر. ولضمان استدامة المصدر، يتم إعادة ضخ المياه الباردة الناتجة عن التبريد إلى الأرض للحفاظ على الضغط في الخزان الحراري.

تجارب ناجحة:

- محطة "هيلشايدي" الحرارية في آيسلندا: واحدة من أكبر محطات الطاقة الحرارية الأرضية في العالم 300 ميجاواط من الكهرباء، ما يكفي لتزويد 120,000 منزل.

- كينيا: نجحت كينيا في دمج الطاقة الحرارية الأرضية في مزيج الكهرباء لديها، حيث تُشكّل 47% من طاقتها المتجددة. يُعد هذا النجاح نموذجًا لتسخير إمكانات هذا المصدر النظيف في القارة الأفريقية.

- إندونيسيا: تُعد إندونيسيا من الدول الرائدة في هذا المجال، حيث شهدت زيادة في القدرة الإنتاجية للطاقة الحرارية الأرضية بمقدار 193 ميجاواط.

- الصين: أطلقت شركة "Sinopec" أول مشروع تجريبي لإنتاج الطاقة الحرارية الأرضية، متصلةً بالشبكة الكهربائية، انعكاساً للتقدم التكنولوجي في هذا المجال.

- محطة Geysers في كاليفورنيا: أكبر مشروع حراري أرضي في العالم بطاقة 725 ميجاواط، تُنتج ما يكفي من الكهرباء لتغذية 725,000 منزل. مستخدمةً الأنظمة الجافة والبخار الجوفي، وبشكل عام فإن الولايات المتحدة هي الرائدة عالميًا، مع قدرة تتجاوز 3.7 جيجاواط.

إحصائيات عالمية:

بلغت القدرة الانتاجية المركبة للطاقة الحرارية الأرضية عالميًا حوالي 14,877 ميجاواط في عام 2022، مقارنةً بـ14,696 ميجاواط في عام 2021، مما يشير إلى نمو مستمر في هذا القطاع.

ومن المتوقع أن ترتفع القدرة الإنتاجية للطاقة الحرارية الأرضية بنسبة 92% لتصل إلى 27 جيجاواط، إذا تم تنفيذ جميع المشروعات المعلنة قيد التطوير.

تُسهم الطاقة الحرارية الأرضية حاليًا بأقل من 1% من الطلب العالمي على الكهرباء، ويتركز معظم الإنتاج في دول مثل الولايات المتحدة، إندونيسيا، والفلبين.

تكلفة إنتاج الكهرباء من الطاقة الحرارية الأرضية تتراوح بين 0.05-0.10 دولار/كيلوواط ساعة.

ومع التقدم التكنولوجي وزيادة الاهتمام بالطاقة المتجددة، هناك فرص كبيرة لتوسيع استخدام الطاقة الحرارية الأرضية، خاصةً في المناطق ذات النشاط الجيولوجي المرتفع.

4- الطاقة الكهرومائية (Hydropower): قوة الماء الجبارة

تعتمد على استغلال حركة المياه (الأنهار والشلالات والسدود) لتشغيل التوربينات وتوليد الكهرباء، وتُعتبر من أكثر مصادر الطاقة المتجددة استخدامًا عالميًا.

وهي مستدامة طالما أن الأنهار والمياه العذبة مستمرة، مصدر طاقة موثوق ومناسب للمناطق ذات الموارد المائية الوفيرة.

لكن الإفراط في بناء السدود قد يؤثر على النظم البيئية.

يتم بناء سدود على الأنهار أو الخزانات لتخزين كميات كبيرة من المياه. المياه المخزنة في السد تحتوي على طاقة كامنة بسبب ارتفاعها.

عندما يتم فتح بوابات السد، تتدفق المياه بقوة إلى أسفل من خلال أنابيب مخصصة. قوة تدفق المياه تتحول إلى طاقة حركية، الماء المتدفق يدفع شفرات التوربينات المتصلة بمولد كهربائي. حركة التوربينات تحول الطاقة الحركية إلى طاقة ميكانيكية. المولد الكهربائي (Generator) يستخدم الطاقة الميكانيكية لتوليد الكهرباء. مما يولد تيارًا كهربائيًا.

وهناك الطاقة الكهرومائية بالضخ (Pumped Hydroelectric Energy Storage) وهي تقنية متقدمة تُستخدم لتخزين الطاقة وإنتاجها حسب الطلب، وهي تعمل كـ"بطارية كبيرة" تستخدم المياه لتخزين الكهرباء، عندما يكون هناك فائض من الكهرباء (مثل أوقات انخفاض الطلب أو وجود طاقة متجددة زائدة من الشمس أو الرياح)، يتم استخدام الكهرباء لتشغيل مضخات تقوم بنقل المياه من خزان منخفض الارتفاع إلى خزان أعلى، هذه العملية تخزن الطاقة على شكل طاقة كامنة في المياه الموجودة بالخزان الأعلى.

بلغت اليوم القدرة الإنتاجية للطاقة الكهرومائية حوالي 1,270 جيجاواط، وفي عام 2015، ولّدت الطاقة الكهرومائية 16.6% من إجمالي الكهرباء في العالم و70% من إجمالي الطاقة المتجددة المنتجة، وتتصدر الصين قائمة الدول المنتجة للطاقة الكهرومائية بقدرة تبلغ 391 جيجاواط، تليها البرازيل (109 جيجاواط)، الولايات المتحدة (102 جيجاواط)، وكندا (82 جيجاواط).

محطات كهرومائية بارزة:

سد الممرات الثلاثة (Three Gorges Dam) - الصين: بقدرة إنتاجية حوالي 22.5 جيجاواط، تقع على نهر اليانغتسي، مقاطعة هوبي، ويُعتبر أكبر محطة كهرومائية في العالم من حيث القدرة الإنتاجية.

محطة إيتايبو (Itaipu Dam) - البرازيل/الباراغواي: بقدرة إنتاجية 14 جيجاواط، تقع على نهر بارانا على الحدود بين البرازيل والباراغواي، وكانت أكبر محطة كهرومائية في العالم قبل بناء سد الممرات الثلاثة.

محطة فنغنينغ للطاقة الكهرومائية بالضخ - الصين: بقدرة إنتاجية 3.6 جيجاواط، تقع في مقاطعة خبي، وهي أكبر محطة كهرومائية بالضخ في العالم، تُستخدم لتخزين الطاقة وتنظيم الشبكة الكهربائية.

سد "روفيجي" في تنزانيا: مشروع حديث بقيمة 2.9 مليار دولار يوفر الكهرباء لملايين الأشخاص.

وهناك مشاريع طاقة المياه الصغيرة: وذلك بإنشاء محطات كهرومائية صغيرة للمجتمعات الريفية، كما هو الحال في تجارب في مشاريع محلية في النرويج.

الطاقة الكهرومائية مصدر متجدد ونظيف، ولا تنتج انبعاثات كربونية أثناء التشغيل بسبب عدم حرق أي وقود فهي تعتمد بشكل كامل على دورة الماء الطبيعية، وتتميز باستقرار الشبكة الكهربائية مما يوفر قدرة على تلبية ذروة الطلب بفضل إمكانية التحكم في تدفق المياه، كما تتميز المحطات الكهرومائية بعمر تشغيل افتراضي يمتد لعقود مع صيانة دورية.

ولكن استثمارها بشكل غير منظم قد تؤثر على النظم البيئية والموائل الطبيعية، كما أنها تتطلب استثمارات كبيرة في البنية التحتية، وتتأثر بالتغيرات المناخية إذ أنها تعتمد على توفر المياه، مما يجعلها حساسة للجفاف والتغيرات المناخية.

5- طاقة المحيطات (Ocean Energy)

طاقة المحيطات تُعدّ من المصادر الواعدة للطاقة المتجددة، حيث تستغل الحركة الطبيعية للمياه لتوليد الكهرباء. تتضمن هذه الطاقة عدة تقنيات، منها طاقة الأمواج، طاقة المد والجزر، الطاقة الحرارية للمحيطات، وطاقة الملوحة.

آليات توليد طاقة المحيطات:

طاقة الأمواج:

تستفيد من حركة الأمواج السطحية لتشغيل مولدات كهربائية، وذلك إما:

بتقنية العوامات الطافية التي تتحرك مع الأمواج. هذه الحركة تستخدم لتحريك مكابس هيدروليكية أو توربينات تولد الكهرباء.

أو الأجهزة المثبتة تحت الماء التي تستغل تغيرات الضغط الناتجة عن الأمواج، هذه التغيرات في الضغط تدفع الهواء أو الماء عبر توربينات لتوليد الكهرباء.

أو الأجهزة المثبتة على الشاطئ وتستخدم حركة الأمواج لتدفع الهواء عبر أنابيب مغلقة، الهواء المضغوط يدير توربينات تولد الكهرباء.

طاقة الملوحة:

تستفيد من الفروقات في تركيز الملوحة بين المياه المالحة والعذبة لتوليد الكهرباء عبر أغشية خاصة.

طاقة الملوحة (Salinity Gradient Energy) تعتمد على الفرق في تركيز الملح بين المياه المالحة (مثل مياه البحر) والمياه العذبة (مثل مياه الأنهار). عندما يلتقي هذان النوعان من المياه، يمكن استغلال الفرق في التركيز لإنتاج طاقة.

تُقدّر الإمكانات النظرية لطاقة الملوحة بحوالي 2 تيراواط على مستوى العالم، أي ما يكفي لتزويد العالم بحوالي 10% من احتياجاته الكهربائية.

من المواقع المناسبة المُحتملة دلتا الأنهار (مثل نهر الميكونغ في فيتنام)، ومصبات الأنهار الكبيرة.

ومن التحديات ارتفاع تكلفة الأغشية الخاصة وانخفاض عمرها التشغيلي. وصعوبة التوسع التجاري مقارنة بمصادر الطاقة الأخرى.

القدرة الإنتاجية العالمية لطاقة المحيطات:

تُقدر الإمكانات العالمية للطاقة البحرية بأكثر من 20,000 تيراواط ساعة سنويًا.

وتُشير التقديرات إلى أن طاقة الأمواج يمكن أن تولد 8,000 تيراواط ساعة سنويًا، بينما يمكن للطاقة الحرارية للمحيطات أن تولد حوالي 10,000 تيراواط ساعة سنويًا.

بلغت القدرة الإنتاجية العالمية لطاقة المحيطات حوالي 548 ميجاواط في عام 2020، مع هيمنة تقنية الحواجز المدية بقدرة 521.5 ميجاواط.

تتوزع القدرات الأخرى بين تقنيات التيار المدي (10.6 ميجاواط)، طاقة الأمواج (2.31 ميجاواط)، تحويل الطاقة الحرارية للمحيطات (0.23 ميجاواط)، وتقنيات أخرى (13.2 ميجاواط).

من المتوقع أن تصل القدرة الإنتاجية لطاقة المحيطات إلى 10 جيجاواط بحلول عام 2030.

تُعدّ أوروبا الرائدة في تطوير مشاريع طاقة المحيطات، حيث تستحوذ على 55% من المشاريع قيد الإنجاز، تليها آسيا ومنطقة المحيط الهادئ بنسبة 28%.

6- طاقة الجاذبية (Gravity Energy)

وهي تقنية تخزين طاقة حديثة قيد التطوير، لإيجاد حلول تخزين طاقة طويلة الأمد. تعتمد على تخزين الطاقة من خلال رفع كتل ثقيلة إلى ارتفاعات معينة، باستخدام الطاقة الكهربائية، ثم إطلاقها عند الحاجة إلى طاقة لتوليد الكهرباء بفعل الجاذبية. مما يُدير مولدًا كهربائيًا عبر التوربينات أو أنظمة الكابلات والبكرات. بعض الشركات تعمل على استخدام هذه الفكرة في أبراج تخزين طاقة خاصة، مثل تخزين الطاقة في المناجم المهجورة أو الأبراج المصممة خصيصًا لرفع وخفض الكتل.

تحويل طاقة الجاذبية إلى كهرباء هو مفهوم ناشئ لاستخدام الجاذبية كوسيلة لتخزين الطاقة وتحويلها إلى كهرباء فيما بعد. وهي تشبه إلى حد كبير -من حيث المبدأ- محطات الطاقة الكهرومائية بالضخ (Pumped Hydropower Storage) التي ذكرناها سابقاً.

وكمثال على ذلك: شركة "Energy Vault" - سويسرا: تعتمد على رفع كتل خرسانية باستخدام رافعات عندما يتوفر فائض من الطاقة، وتوليد الكهرباء بإطلاقها إلى الأسفل عند الحاجة. مما يوفر طاقة تصل إلى 35 ميجاواط بسعة تخزين طويلة الأمد. أما توقعات الأداء فهي فعالية تصل إلى 80-90% من الطاقة المخزنة.

الإمكانات المستقبلية:

تُعد هذه التقنية وسيلة تخزين للطاقة النظيفة البديلة عن البطاريات الكيميائية، خاصة في المناطق النائية أو التي تفتقر إلى الظروف المناسبة لمصادر الطاقة الأخرى. وهناك دراسة من وكالة الطاقة الدولية (IEA) تُشير إلى أن تخزين الطاقة بالجاذبية قد يُسهم بنسبة كبيرة في دعم الشبكات الكهربائية المستقبلية.

ومن التحديات التي تواجه هذه التقنية المساحة والبنية التحتية فهي تتطلب مساحات كبيرة أو مواقع محددة مثل المناجم المهجورة أو السدود، والتكاليف الأولية المرتفعة نسبيًا مقارنة بالبطاريات الكيميائية، بالإضافة إلى اعتماد فعالية الأنظمة على التصميم من حيث حجم الأوزان، وارتفاع السقوط.

ومع تطور التقنيات وتوسيع نطاق المشاريع، قد تصبح بديلاً فعّالاً أو مكملاً لأنظمة التخزين الأخرى مثل البطاريات.

   المصادر المستدامة بشرط الإدارة السليمة

الطاقة الحيوية (Biomass Energy)

تعتمد على استخدام المواد العضوية (المحاصيل أو النفايات النباتية والحيوانية ومخلفات الصناعات الغذائية) لتحويلها إلى طاقة. من خلال الحرق المباشر أو المعالجة الميكانيكية/الكيميائية/البيولوجية لإنتاج وقود حيوي مثل الإيثانول والديزل الحيوي(Biogas)، لإنتاج الميثان من النفايات العضوية.

هي مصدر متجدد يساعد في إدارة النفايات بطريقة مستدامة. فهي تعتمد على المواد العضوية مثل النباتات والنفايات الحيوانية. وهي مستدامة إذا تم تجديد المصادر (مثل زراعة الأشجار لتعويض الوقود الحيوي المشتق من الأخشاب).

تساهم بحوالي 5-10% من الطاقة المتجددة عالميًا (بحسب وكالة الطاقة الدولية). أهم الدول المستثمرة الولايات المتحدة، الصين، الهند، البرازيل، والاتحاد الأوروبي.

تساهم هذه التقنية في تخفيض انبعاثات الكربون. وتعزيز الأمن الطاقي من خلال تنويع مصادر الطاقة. ولكنها سبب لاستهلاك الأراضي الزراعية يمكن أن ينافس إنتاج الغذاء. وكذلك تحتاج إلى تقنيات متقدمة لتقليل الانبعاثات غير المرغوب بها.

وهناك بعض التجارب العالمية ضمن هذا المجال مثل: مصنع "دونغ إنيرجي" (Dong Energy) في الدنمارك يستخدم تقنية التغويز لتحويل النفايات العضوية إلى طاقة. وكذلك تقنية الهضم اللاهوائي في الهند في مشروع واسع لتحويل النفايات الزراعية إلى غاز حيوي. وبرنامج الوقود الحيوي في البرازيل يعتمد على قصب السكر لإنتاج الإيثانول الحيوي الذي يساهم بنسبة كبيرة في قطاع النقل. كما نذكر أكبر مشروع Drax Biomass في المملكة المتحدة. يستخدم تقنية حرق الكتلة الحيوية لإنتاج الغاز الحيوي.

الهيدروجين الأخضر (Green Hydrogen) الوقود المستدام القادم

يُنتج الهيدروجين من الماء بالتحليل الكهربائي، باستخدام الكهرباء المتولدة من مصادر متجددة (مثل الطاقة الشمسية أو الرياح). ويُعتبر وقودًا نظيفًا تماماً، لأن ناتج احتراقه هو الماء، يمكن استخدامه في النقل والطيران والصناعات الثقيلة وتوليد الكهرباء. خالٍ تمامًا من الانبعاثات عند الاستخدام. وهو مستدام بشرط أن يُنتج باستخدام الكهرباء من مصادر متجددة.

يشكل استثمار هذه التقنية أقل من 1% حاليًا من المساهمة في انتاج الطاقة، لكن هناك خطط لزيادة كبيرة خلال العقد القادم. ويُتوقع أن يُشكل 12% من إجمالي استهلاك الطاقة العالمي بحلول 2050.

أهم الدول المستثمرة: ألمانيا، اليابان، أستراليا، السعودية، والهند.

وهو ليس خالٍ من انبعاثات الكربون فحسب، وإنما قابل للتخزين والنقل. ولكن لا زالت تكلفة إنتاجه عالية، ويحتاج إلى بنية تحتية مخصصة. ولكن من المتوقع انخفاض تكاليف الإنتاج بفضل الابتكار والتوسع في استخدام الكهرباء المتجددة، وتطوير شبكات توزيع عالمية للهيدروجين.

نذكر من المشاريع الحالية مشروع الهيدروجين الأخضر" في السعودية وهو استثمار بقيمة 5 مليارات دولار لإنتاج وقود نظيف.

طاقة الوقود الحيوي المتقدم (Advanced Biofuels)

يتم إنتاجها من مصادر غير غذائية مثل زيوت الطحالب أو النفايات العضوية والزراعية. ويمكن استخدامها كوقود للطائرات والمركبات الثقيلة، ويعد مصدر مستدام إذا اعتمد على مخلفات زراعية وصناعية دون التسبب في إزالة الغابات أو التنافس مع إنتاج الغذاء.

وهو وقود منخفض الانبعاثات يُستخدم في النقل الجوي والبري والبحري. ويساهم اليوم بحوالي 0.3% من الوقود المستخدم في قطاع النقل عالميًا. وأهم الدول المستثمرة: الولايات المتحدة، البرازيل، السويد، وكندا.

وهذه التقنية تقلل المنافسة مع مصادر الغذاء باستخدام المخلفات غير المستغلة. ولكن تكاليف الإنتاج مرتفعة مقارنة بالوقود التقليدي. والتوسع التجاري ما زال محدودًا. ومن المتوقع تطوير تقنيات أكثر كفاءة وتوسيع نطاق الإنتاج واستبدال تدريجي للوقود التقليدي في النقل الثقيل والطيران.

من أهم المشاريع الحالية برامج وقود الطائرات في الولايات المتحدة.

     المصادر التي تعتمد على عوامل إضافية

الطاقة النووية النظيفة (Nuclear Energy)

تُستخدم الانشطار النووي لتوليد كميات هائلة من الكهرباء باستخدام اليورانيوم أو البلوتونيوم، وتعد مصدرًا للطاقة مركّز ومنخفض الانبعاثات ويعمل على مدار الساعة، لكنه يواجه تحديات مرتبطة بالتكلفة والتخلص الآمن من النفايات المشعة.

تُعتبر "نظيفة" لانخفاض انبعاثاتها، لكنها ليست مستدامة تمامًا لأنها تعتمد على اليورانيوم، وهو مورد غير متجدد. وهناك تحديات في إدارة النفايات النووية وضمان أمان التشغيل. ويستخدم في هذا المجال تقنيات الانشطار النووي و مفاعلات الجيل الرابع والطاقة النووية الصغيرة المعيارية (Small Modular Reactors).

يساهم بحوالي 10% من إنتاج الكهرباء عالميًا. وأهم الدول المستثمرة: الولايات المتحدة، فرنسا، الصين، روسيا، والهند. ومن المتوقع مستقبلاً تطوير مفاعلات أكثر أمانًا وتقنيات لمعالجة النفايات. وزيادة الاعتماد على المفاعلات الصغيرة المعيارية.

فرنسا: أكثر من 70% من احتياجاتها للطاقة تأتي من المفاعلات النووية، بتقنية مفاعلات الجيل الرابع. وهي فعّالة في المناطق ذات الطلب العالي على الطاقة.

من الأمثلة على ذلك أيضاً مفاعل "باركوي" في المملكة المتحدة.

طاقة الهواء المضغوط (Compressed Air Energy Storage - CAES)

تخزين الطاقة من مصادر متجددة عن طريق ضغط الهواء في خزانات أو كهوف تحت الأرض. وإطلاق الهواء المضغوط لتشغيل توربينات وإنتاج الكهرباء عند الحاجة. تعتمد على تقنيات حديثة تتكامل مع مصادر الطاقة المتجددة.

وهي فعّالة في تخزين الطاقة على نطاق واسع لتغطية فترات ذروة الطلب. وتدعم استقرار شبكات الكهرباء.

لا تزال في مراحل التجريب والتوسع، لكنها تُستخدم بشكل محدود في بعض الدول. مثل الولايات المتحدة، ألمانيا، الصين، وكندا. ومن ميزاتها قدرة التخزين العالية. وتكاليف تشغيل منخفضة. إلا أن كفاءتها أقل مقارنة ببعض تقنيات التخزين الأخرى (50%-70%).وتحتاج إلى مواقع جيولوجية مناسبة.

ويتوقع مستقبلاً تحسين الكفاءة من خلال دمج التقنيات الحرارية. وزيادة الاستثمارات في المناطق ذات البنية الجيولوجية المناسبة.

من المشاريع الرائدة مشروع: محطة Huntorf في ألمانيا.

طاقة الأمونيا النظيفة (Clean Ammonia Energy)

يمكن استخدام الأمونيا كوقود خالٍ من الكربون في الصناعات الثقيلة والنقل البحري. وهي مستدامة إذا أُنتجت باستخدام مصادر متجددة (مثل الهيدروجين الأخضر) والكهرباء المتجددة، وتستخدم كبديل للطاقة الهيدروجينية.

وهي توفر وقودًا خاليًا من الكربون للنقل البحري والصناعات الثقيلة. سهلة التخزين والنقل مقارنة بالهيدروجين. وهي تقنية ناشئة حاليًا، لكنها تشهد اهتمامًا متزايدًا بسبب تطبيقاتها المتعددة. أهم الدول المستثمرة: اليابان، أستراليا، السعودية، والاتحاد الأوروبي.

تتميز بمرونة عالية في الاستخدام والتخزين. تقليل الانبعاثات في القطاعات التي يصعب فيها تقليل الكربون. إلا أنها ذات تكلفة إنتاج مرتفعة بسبب اعتمادها على الهيدروجين الأخضر. وتحتاج إلى تطوير البنية التحتية للتخزين والنقل.

ومن المتوقع زيادة الإنتاج التجاري وتطوير أسواق جديدة. وخفض تكاليف الإنتاج مع توسع الهيدروجين الأخضر.

مشروع Blue Ammonia في السعودية.

أما النسب الفعلية اليوم لمساهمة الطاقة المختلفة:

ووفقًا لبيانات عام 2021، تتوزع نسبة مساهمة كل مصدر في إنتاج الكهرباء عالميًا على النحو التالي:

· الفحم: حوالي 36% من إنتاج الكهرباء العالمي.

· الغاز الطبيعي: حوالي 23.7%.

· النفط: حوالي 2.5%.

· الطاقة النووية: حوالي 10%.

· الطاقة الكهرومائية: حوالي 15.5%.

· الطاقة المتجددة الأخرى (الرياح، الشمسية، والكتلة الحيوية): حوالي 12.3%.

حقائق وإحصائيات أخرى:

-الاستثمار العالمي: في عام 2023، تجاوزت الاستثمارات في الطاقة النظيفة 1.7 تريليون دولار.

-قطاع الطاقة النظيفة يدعم حاليًا أكثر من 12 مليون وظيفة عالميًا.

-يُتوقع أن تخفض الطاقة المتجددة انبعاثات الكربون بحوالي 70% بحلول عام 2050.

أخيراً: مستقبل مشرق مع الطاقة المستدامة

بينما نحلم بمستقبل أكثر اخضرارًا، تدعونا الطاقة النظيفة لنتحد من أجل بيئة مستدامة. الاستثمار في هذه التقنيات ليس مجرد اختيار، بل ضرورة لبقاء الكوكب.

ومع تطور التقنيات وتزايد الحاجة للطاقة النظيفة، تصبح هذه المصادر والبدائل ركيزة مستقبلنا. ما هي الطاقة التي تظنون أنها ستحقق الثورة الأكبر؟ وهل نرى حلولاً جديدة ستظهر لتغيّر المعادلة؟ شاركنا رؤيتك.

Share the post

Subscribe to our newsletters

طاقة المد والجزر:

تعتمد على الفروقات في منسوب المياه بين المد والجزر لتوليد الكهرباء، إما عن طريق السدود المدية التي تحجز المياه أثناء المد وتطلقها عبر توربينات أثناء الجزر. أو التوربينات المثبتة في قاع البحر التي تستغل التيارات المدية.

محطة "سيهوا" لطاقة المد والجزر - كوريا الجنوبية- تُعتبر أكبر محطة لطاقة المد والجزر في العالم بقدرة إنتاجية تبلغ 254 ميجاواط.

مشروع "ماي جن" MeyGen - اسكتلندا - أول محطة للطاقة المدّية يهدف إلى تطوير قدرة إنتاجية تصل إلى 398 ميجاواط من خلال استغلال تيارات المد والجزر.

الطاقة الحرارية للمحيطات (OTEC):

تستغل الفروقات في درجات الحرارة بين سطح المحيط والأعماق لتشغيل دورة حرارية تولد الكهرباء. حيث يتم نقل المياه السطحية الدافئة والمياه العميقة الباردة عبر مبادلات حرارية لتشغيل توربينات.

هذه التقنية تُعتبر من المصادر المتجددة والمستدامة للطاقة، خصوصاً في المناطق المدارية.

الطاقة الحرارية الكامنة في المحيطات تُقدّر بحوالي 100,000 تيراواط ساعة سنويًا. وتُعتبر المناطق المدارية (بين خطي عرض 23.5 شمالاً وجنوباً) الأنسب للتطبيق بسبب الفارق الكبير في درجات الحرارة بين السطح والعمق.

مشاريع عالمية:

مشروع "كاواي" في هاواي، الولايات المتحدة طاقة 105 كيلوواط.

محطة OTEC في اليابان لتوفير الطاقة للجزر النائية.

مشروع OTEC في كوريا الجنوبية يهدف لإنتاج 20 ميجاواط بحلول عام 2030.

مشاريع في المالديف لتوليد الطاقة وإنتاج المياه العذبة.

من التحديات التي تواجه هذه التقنيات التكاليف المرتفعة في إنشاء بنية تحتية مقارنة بمصادر الطاقة الأخرى. والموقع الجغرافي المحدود إذ تعتمد على توفر فارق حراري كبير، ما يجعلها محدودة بالمناطق المدارية. بالإضافة إلى التأثير البيئي لأن ضخ المياه الباردة من الأعماق قد يؤثر على البيئة البحرية والتوازن البيئي.

ولكن مع التقدم في تقنيات التوربينات الحرارية وتقليل التكاليف، قد تصبح منافسًا قويًا لمصادر الطاقة المتجددة الأخرى، إذ أن الجمع بين إنتاج الطاقة وتحلية المياه يُعزز من القيمة الاقتصادية لهذه المشاريع.