أثر التقلب محطات الطاقة الشمسية على المجتمعات المحلية النائية

Understanding Floating Solar Power Plants

وقد تمثل محطات توليد الطاقة الشمسية، المعروفة أيضاً بنظم الطاقة الكهربائية العائمة، نهجاً تحوّلاً لتوليد الطاقة المتجددة، بدلاً من أن تكون مركبة على الأرض أو أسطحها، يتم تركيب الألواح الشمسية على منابر مائية ترتكز على سطح أجسام المياه الهادئة مثل شبكات المستودعات والبحيرات والثبان وحتى المجارير، وتُرتَّب هذه الألواح في شكل صفائف

وتشبه الميكانيكيات الأساسية الطاقة الشمسية الأرضية: فالخلايا الضوئية تحول ضوء الشمس إلى كهرباء حالية مباشرة، ثم تحول إلى تيار متناوب للاستخدام أو التخزين، غير أن البيئة المائية تُدخل اعتبارات هندسية فريدة، ويجب أن تكون هياكل التزحلق مقاوما للتآكل، وأن تكون دائمة ضد الأمواج والريح، وأن تكون مصممة للسماح بتقلبات مستوى المياه.

لماذا تُطغى الأمور الشمسية على المجتمعات المحلية النائية

وتُعرَّف المجتمعات المحلية النائية في كثير من الأحيان بأنها مستوطنات معزولة جغرافياً عن المراكز السكانية الرئيسية والتحديات المركزية في مجال الطاقة الأساسية - التي تواجه الهياكل الأساسية المركزية للطاقة المزمنة، ويعتمد الكثير منها على مولدات الديزل الباهظة التكلفة أو الملوِّثة أو نظم هدرو صغيرة محدودة قد لا يمكن الاعتماد عليها خلال المواسم الجافة، ويتيح التذبذبذب الشمسي بديلاً مقنعاً يعالج العديد من نقاط الألم هذه في آن واحد.

الحصول على الطاقة والاستقلال

وبالنسبة لقرية نائية لا ترتبط بشبكة وطنية، يجب توليد كل كيلوواط ساعة من الكهرباء محليا، ويمكن نشر المنشآت الشمسية المفلورة بسرعة نسبيا مقارنة ببناء خط انتقال أو سد كبير من المياه، وهي توفر مصدرا ثابتا للطاقة المتجددة خلال ساعات النهار، يمكن أن يقترن بخزن البطاريات أو مختلط مع مولدات الديزل القائمة لخلق إعالة على الأنهار بدرجة أكبر، مما يؤدي إلى خفض تكاليف الوقود التشغيلي.

Land Conservation in Scarce Environments

كما أن العديد من المناطق النائية - وخاصة تلك الواقعة في المناطق الجبلية أو الجزر الصغيرة أو الغابات المدارية الكثيفة - لها أرض محدودة جداً ويمكن استخدامها، كما أن المزارع الشمسية المزروعة حول الأرض يمكن أن تتنافس مع الزراعة أو المساكن أو النظم الإيكولوجية المحمية، وتطوف هذه المناطق كلياً باستخدام أقساط المياه التي لا تستخدم إنتاجية أخرى في كثير من الأحيان، وفي الدول الجزرية مثل ملديف أو فيجي، حيث تكون الأرض شحيحة للغاية ومكلفة، وتطفو الشمس على السواحلة أو شبه ساحلية.

دال - مزايا الأداء من التبريد في المياه

وتتوفر لدى الألواح الضوئية معامل حرارة سالب موثق جيدا: ففي كل درجة من درجات سيليسيوس فوق درجة حرارة 25 درجة مئوية، تهبط الكفاءة عادة بنحو 0.4 إلى 5.5 في المائة، وفي يوم حار، يمكن أن تصل درجة الحرارة المدارية إلى 65 درجة مئوية أو أكثر، مما يتسبب في فقدان الكفاءة بنسبة 15 إلى 20 في المائة.

المياه

وتتوقف المجتمعات النائية المعرضة للجفاف في كثير من الأحيان على خزانات مياه الشرب والري، وتخفض الطوافات الشمسية التبخرة عن طريق التظليل على سطح الماء وتخفض سرعة الرياح، وتشير التقديرات إلى أن تغطية 10-30 في المائة فقط من خزان مع ألواح عائمة يمكن أن تقلل من التبخر بنسبة تتراوح بين 20 و40 في المائة في المناطق التي تُعد كبح المياه مثل الأراضي الجافة في أفريقيا جنوب الصحراء الكبرى أو أجزاء من الإثراء

المنافع الرئيسية لمجتمعات الخلاص في التجزئة

توليد الطاقة القابلة للثقة والمقدار

فبخلاف الرياح الصغيرة أو المياه، لا تتوقف الطاقة الشمسية العائمة على أنماط الطقس الموسمية أو تدفقات الأنهار، فهي تولد الطاقة بصورة موثوقة خلال ساعات النهار، التي كثيرا ما تتوافق مع فترات الذروة في الطلب على استخدام الأسر المعيشية والأعمال التجارية الصغيرة، ويمكن التوسع تدريجيا في النظم، إذ يمكن لمجموعة صغيرة من ٥٠ إلى ١٠٠ لوح أن تولد عيادة ومدرسة في القرية، بينما يمكن أن يؤدي تركيب تركيب أكبر متعدد الميغاوات إلى دعم بلد كامل خارج نطاقه.

الحد من الأخطار الصحية والبيئية

ولا تكون مولدات الديزل مكلفة فقط للعمل (التي تكلف غالبا 0.30-0.80 دولار لكل كيلوواط في المناطق النائية)، بل تنتج أيضا انبعاثات ضارة تسهم في أمراض الجهاز التنفسي وتلوث الهواء المحلي، ولا تنتج الطاقة الشمسية أي انبعاثات أثناء التشغيل، بل إنها تؤدي، عن طريق تفكيك الديزل، إلى تحسين نوعية الهواء داخل المناطق وخارجها في المجتمعات التي يعيش فيها الناس ويعملون في قرب من المولدات الكهربائية.

الفرص الاقتصادية والعمالة المحلية

ويتطلب تركيب وصيانة نظام شمسي عائم العمل المحلي من أجل المرساة، والأسلاك، وألواح التنظيف، ورصد الأداء، مما يخلق وظائف مهرة لم تكن موجودة من قبل، وفي بعض المشاريع، شكلت المجتمعات تعاونيات لتملك وتشغيل المصنع الشمسي، مما يدر إيرادات يمكن أن تعود إلى الاستثمار في التعليم أو الرعاية الصحية أو الهياكل الأساسية، ويقدر البنك الدولي أنه يمكن إنشاء أكثر من ٠٠٠ ٨٠ وظيفة على الصعيد العالمي في القطاع الشمسي العائم بحلول عام ٢٠٣٠.

التكامل مع الهياكل الأساسية المائية القائمة

وتوجد لدى العديد من المجتمعات النائية بالفعل خزانات لإمدادات المياه أو الري أو الهيدرولوريد، وهذه الهيئات المائية الحالية مرشحة مثالية للطاقة الشمسية العائمة، وتشير الوكالة الدولية للطاقة المتجددة إلى أن الطاقة الشمسية العائمة يمكن إعادة استخدامها في متغيرات الطاقة الكهرمائية إلى إنشاء نظم هجينة تستخدم نفس البنية التحتية للبث والتوازن.

التحديات والنظر في المسألة

التكاليف الرأسمالية الأولية والتمويل

وتتحمل النظم الشمسية المفلورة حالياً تكلفة أولية أعلى من النظم الأرضية، ويعود ذلك عادة إلى 15 إلى 25 في المائة بسبب الدمج المتخصص، والنباتات، وكابلات المياه الجوفية، وبالنسبة للمجتمعات المحلية النائية التي تُستغل في إطار نظام النقد، وحتى مع تحقيق وفورات في الوقود على المدى الطويل، يمكن أن يكون تأمين الاستثمار الأولي صعباً، غير أن نماذج التمويل المبتكرة آخذة في الظهور: نظم الدفع أولاً بأول، ونماذج الخدمات المجتمعية، والتمويل المختلط من المصارف الإنمائية.

الآثار البيئية على النظم الإيكولوجية المائية

فإحكام سطح الماء مع الألواح الشمسية يقلل من تغلغل الشمس ويمكن أن يغير درجة حرارة المياه ومستويات الأكسجين ونمو الطحالب، ولا تزال الآثار الإيكولوجية الطويلة الأجل تدرس، وفي بعض الحالات، يمكن أن تؤدي الطاقة الشمسية العائمة إلى الحد من البلورات الطحالب الضارة عن طريق الحد من التخثر الضوئي المغذي؛ وفي حالات أخرى قد تؤدي إلى تضييق الغطاء النباتي المائي المائي.

تشغيل وصيانة المواقع عن بعد

فالوصول إلى أفرقة للتنظيف أو التفتيش أو الإصلاح أكثر تعقيداً على المياه من الأرض، فالعمال بحاجة إلى قوارب أو ممرات، وإزالة لوحة متضررة تتطلب معدات خاصة، وقد تفتقر المواقع النائية إلى التقنيين المهرة وقطع الغيار، ويمكن أن تكون تكاليف الصيانة 1-2 في المائة من الاستثمار الرأسمالي سنوياً، غير أن أجهزة التنظيف المستقلة ونظم الرصد عن بعد يجري تطويرها للحد من العمل، كما يمكن للمجتمعات المحلية أن تدرب السكان المحليين في الصيانة الأساسية، بدعم من الزيارات الدورية من خلال زيارات الطاقة الشمسية الإقليمية.

التحديات التقنية: التنقل والريح والتغير في مستوى المياه

إن انتقاء صفيفة عائمة أكثر تعقيداً من الألواح المتصاعدة على هيكل ثابت، ويمكن أن تتباين مستويات المياه بعدة مستويات موسمية، مما يتطلب نظماً للصيد تسمح بالتحرك الرأسي، كما أن الرياح الكبيرة والموجات - من العواصف أو المخاطر الهيكلية التي يتعرض لها الممون - التصريف - لا تزال معايير التصميم آخذة في التطور، ولكن منظمات مثل مبادئ توجيهية بشأن الطاقة المتجددة

دراسات الحالة والأمثلة الحقيقية على الصعيد العالمي

الهند: باناسورا ساغار servoir

وفي مقاطعة كيرالا النائية في الهند، تم تركيب 500 كيلوواط في خزان بانسورا ساغار، وهو أحد أكبر السدود الأرضية في البلد، وقد تم تشغيل مشروع الهند في عام 2017، وهو يزود الكهرباء للقرى الريفية القريبة التي كانت تواجه في السابق تخفيضات متكررة في الطاقة الكهربائية، ولا تغطي مجموعة التليفزيون سوى حوالي 0.5 في المائة من مساحة المستودعات الصغيرة، ولا يوجد أي عاملين محليين في مجال تنظيف الأسماك أو السياحة.

الصين: مزرعة هوانينغ الشمسية

إن الصين قائد عالمي في مجال الطاقة الشمسية العائمة، حيث توجد منشآت ضخمة على البحيرات الفرعية لتعدين الفحم وخزانات الطاقة الكهرمائية، ومن الأمثلة البارزة على ذلك مزرعة الطاقة الشمسية التي تبلغ 150 ميغاواط والتي تطفو على بحيرة داتونج للتعدين الفحمي في مقاطعة شانسي، بينما لا يوجد في مجتمع نائي في حد ذاته، فإن المشروع يبين قدرة التكنولوجيا على البقاء في المناطق التي تتدهور فيها الأراضي وتكثت فيها أسطح المياه.

البرازيل: مجتمعات نهر الأمازون

وفي حالة الأمازوناس، بالبرازيل، اشترك معهد الدي إنرجيس رينوفافيس التابع للمنظمات غير الحكومية مع المجتمعات المحلية في تركيب نظم شمسية عائمة صغيرة الحجم على الأنهار وبحيرات الفيضانات، وتخفض هذه النظم مضخات مياه الطاقة الكهربائية لزراعة الأسماك الحرفية، والإضاءة للمباني المجتمعية، ووحدات التبريد الصغيرة للإمدادات الطبية، وتصمم هذه المشاريع لتتميز بمستويات متحركة وخامة.

إندونيسيا: كهرباء جماعة الجزر

On the remote island of Sumba in Indonesia, a pilot project has placed floating solar panels on a natural freshwater crater lake. The 20 kW system powers a village health clinic, school, and several households. The project faced challenges in transporting materials to the island and training locals in operation, but it has become a model for other island communities in the archipelago. The United Nations Development Programme highlighted

التوقعات المستقبلية والتوسع في الإمكانات

التقدم التكنولوجي

وهناك عدة ابتكارات تتجه نحو خفض التكاليف وتحسين موثوقية التطبيقات النائية، ويجري اختبار الأفلام الفوتوغرافية المرنة التي يمكن نشرها على عوامات منخفضة التكلفة، كما أن تصميمات التعبئة التي تقلل من الضغط على المكونات يجري تطويرها، كما أن نظم تخزين البطاريات المتكاملة التي تقام في بعض الأحيان على منابر عائمة يمكن أن توفر الطاقة بعد حلولاً مظلمة، مما يجعل من الشمس تطفو على مدار الساعة عندما تدار بزيارات ذكية.

اتجاهات السياسات والاستثمار

وتتزايد اعتراف الحكومات ومؤسسات تمويل التنمية بدور الطاقة الشمسية العائمة في تحقيق الوصول العالمي إلى الطاقة، وتشمل البعثة الوطنية للطاقة الشمسية الهندية أهدافا محددة تتعلق بالقدرات الشمسية العائمة، وقد تعهد البنك الدولي بتقديم ما يزيد على ٢٠٠ مليون دولار للمساعدة التقنية والتمويل اللازمين للشمس العائمة في البلدان النامية، بما في ذلك عدة مشاريع تستهدف السكان المعزولين، وأنشأ التحالف الدولي للطاقة الشمسية فريقا عاملا معنيا بالشمس العائمة في الدول الجزرية والنائية.

توقعات النمو في الأسواق

ووفقا لتقرير أعدته الشركة الاستشارية ووود ماكنزي ٢٠٢٣، يتوقع أن تنمو السوق العالمية للطاقة الشمسية العائمة بمعدل سنوي متوسطه ٢٢ في المائة حتى عام ٢٠٣٠، ويقوده إلى حد كبير آسيا والمحيط الهادئ، ولكن مع الطلب الناشئ الكبير في أفريقيا وأمريكا اللاتينية، ومع زيادة القدرة، يتوقع أن تستمر التكاليف في الانخفاض، مما يؤدي إلى زيادة التكلفة المرتفعة للكهرباء من الطاقة الشمسية العائمة التي تقل عن ٠,٥ كيلو وه في مناطق كثيرة.

التكامل مع مصادر أخرى جديدة ومتوسطة

ويمكن أن تكون الطاقة الشمسية العائمة في المناطق النائية في نظم هجينة، إذ أن الجمع بين الطاقة الشمسية العائمة مع الطاقة المائية الصغيرة الموجودة أو توربينات الرياح أو مولدات الكتلة الأحيائية يمكن أن يخلق ثلجاً صغيراً أكثر توازناً وموثوقية، وعلى سبيل المثال، يمكن للمستودع الذي يحتوي على طاقة شمسية ومائية أن يستخدم الهيدرولوحة كبطارية افتراضية: ففي الساعات المشمسة، تلبّد النباتات الشمسية كمية من الماء.

الاستنتاج: إيجاد حل قابل للتوسع للحصول على الطاقة

فعمليات توليد الطاقة الشمسية التي تتدفق إلى العالم ليست حلاً للحلول، ولكنها تمثل واحداً من أكثر التكنولوجيات واعدة في إيصال الكهرباء النظيفة والميسورة التكلفة إلى المجتمعات النائية في جميع أنحاء العالم، فهي تستخدم بشكل منتج أسطح المياه العقيمة بطريقة أخرى، وتتجنب الصراعات التي كثيراً ما تعطل المشاريع الشمسية، ويعزز أثر التبريد الطبيعي الناتج، بينما يخفض التحلل - وهو فائدة مزدوجة قيمة في المناطق التي تُعَطَّر فيها المياه.

وبالنسبة لمقرري السياسات والمنظمات الإنمائية وقادة المجتمعات المحلية، فإن الحتمية واضحة: ينبغي إدراج الطاقة الشمسية العائمة كخيار رئيسي في مجموعة أدوات الطاقة المتجددة للمناطق النائية والخارجة من الشبكة، ويمكن لهذه التكنولوجيا، بدعم محدد الأهداف ومشاريع تجريبية وتبادل المعارف، أن تساعد على سد الفجوة في الوصول إلى الطاقة مع الإسهام في التخفيف من حدة المناخ وحفظ المياه، ولا يشمل المسار المستقبل الحلول التقنية فحسب، بل يشمل أيضا مشاركة المجتمعات المحلية، والتمويل المناسب، والتصميم المتسم بالمسؤولية الإيكولوجية.