أثر المناخ التغير في البنية التحتية لنظم الطاقة المرونة

The growingwing threat of Climate Change to Power Grids

ويؤثر تغير المناخ بشكل متزايد على قدرة الهياكل الأساسية لنظم الطاقة في جميع أنحاء العالم، حيث أن أنماط الطقس تصبح أكثر استحالة، فإن خطر إلحاق الضرر بالشبكات الكهربائية ونباتات الطاقة يرتفع بدرجة كبيرة، ويكتسي فهم هذه الآثار أهمية حاسمة لوضع استراتيجيات لحماية نظم الطاقة وضمان الإمداد بالطاقة الموثوق بها، ويجب أن يتكيف قطاع الطاقة مع واقع تشهده الأحداث الجوية البالغة الشدة - التي تعتبر نادرة - الآن بقدر أكبر من التواتر والشدة، دون الاستثمار الاستباقي في القدرة على التكيف، والخسائر الاقتصادية، والفشل في السنة.

وتتمحور نظم الطاقة حول المعايير المناخية التاريخية، وتمتد الظروف المتغيرة إلى تلك الافتراضات، فعلى سبيل المثال، يتم تقييم المحولات وخطوط الانتقال بالنسبة لمختلف درجات الحرارة، وعندما تتجاوز هذه النطاقات، تنخفض القدرة وترتفع معدلات الفشل، وبالمثل، فإن خرائط الفيضانات المستخدمة في المحطات الفرعية للمواقع قد لا تكون دقيقة مع تحول مستويات سطح البحر وأنماط سقوط الأمطار، ولم تكن الحاجة إلى نهج شامل يراعي المناخ في تخطيط الشبكات أكثر إلحاحاحا.

How Climate Change Direct Damages Power Infrastructure

وقد أصبحت الأحداث الجوية الشديدة مثل الأعاصير والفيضانات والموجات الحرارية والعواصف الجليدية أكثر تواتراً وشدّة بسبب تغير المناخ، وقد تتسبب هذه الأحداث في إلحاق أضرار مادية مباشرة بخطوط الطاقة، والفرعيات، ومرافق توليد الطاقة، وبالإضافة إلى ذلك، يمكن أن تؤدي الموجات الحرارية المطولة إلى زيادة الطلب على الكهرباء، وإلى إجهاد الهياكل الأساسية القائمة، ويورد التحليل التالي تفاصيل الآليات الرئيسية:

الهوريات والعواصف الاستوائية

Hurricanes bring a combination of high winds, storm rise, and heavy rain. Wind speeds exceeding 100 mph can topple transmission towers and snap power poles. Storm fls coastal substations, often submerging sensitive electrical equipment in saltwater, which causes corrosion and short circuits. The U.S. National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAAAAA) notes that past storm increased intensity

ارتفاع مستوى سطح البحر

فالفيضانات هي أحد أكثر التهديدات انتشاراً في البنية التحتية للطاقة، فالأراضي والبرقيات الجوفية عرضة للفيضانات، مما قد يسبب انقطاعاً في المياه وفشلاً في المعدات، حيث أن الفيضانات في البر تزداد شيوعاً بسبب وجود مناخ أكثر دفئاً، وهو ما يلحق أضراراً بالطرق التي تتجه إلى الوصول، مما يجعل من الصعب إصلاحها، ويزيد من الضغط الطويل الأجل: محطات توليد الطاقة الساحلية، ولا سيما مرافق الوقود النووي والحفوري التي تعتمد على مياه المحيطات.

موجات الحرارة والدرجات القصوى

Elevated temperatures reduce the efficiency of cooling systems in power plants and transformers, risking overheating and failures. For thermal power plants — coal, gas, nuclear — higher ambient temperatures reduce the available cooling capacity, forcing output reductions or shutdowns. Solar panels also lose efficiency above about 25°C (77°F). Transmission lines sag under high temperatures because metal conductors expand, reducing clearance and increasing the risk of arcing or wildfires. During the 2021 Pacific Northwest heatwave, hundreds of thousands lost power as transformers failed from overheating and demand spiked for air conditioning.

العواصف النتية وحرائق المطر

وفي حين أن تغير المناخ يرتبط في كثير من الأحيان بالاحترار، فإنه يعطل أيضا مسارات الطائرات العمودية، مما يؤدي إلى أحداث باردة للغاية في بعض المناطق، ويمكن للعواصف الشتوية أن تُغذّي خطوط الطاقة بالثلج، مما يضيف وزنا هائلا يكسر الأعمدة وأجهزة معالجة أطقم السفن، كما أن العاصفة الشتوية التي عصفت في شباط/فبراير 2021 في تكساس تسببت في أكثر من 200 وفاة وبل خسائر اقتصادية، كما تسببت في آبار الغاز الطبيعي المجمّد، وفي تربينات الرياح، وفي ريح الرياح، وفي فشل الريح الريحات الجليدية.

إطلاق النار

وفي مناطق كثيرة، تهدد حرائق الغابات خطوط الطاقة والهياكل الأساسية، وتجبر عمليات الإغلاق والإصلاح، وتزيد الظروف الجافة والمثيرة - التي تفاقمت بسبب تغير المناخ - من خطر إطلاق النار، ويمكن لخطوط الطاقة أن تشعل النيران إذا ما اتصلت بالنباتات الجافة أو إذا سقطت الموصلات، وفي كاليفورنيا، نفذت المرافق عمليات إغلاق الطاقة العامة في أثناء ظروف شديدة الخطورة، مما يبرز القدرة على منع حدوث أي خلل في السلامة.

الآثار المركبة على عمليات النظام

فبعد الضرر المادي المباشر، يضغط تغير المناخ على نظم الطاقة بطرق غير مباشرة، إذ تزيد درجات الحرارة من الطلب على الكهرباء للتبريد، وكثيرا ما تتزامن مع بعض الأوقات عندما تخفض القدرة على توليد الطاقة (بسبب القيود الحرارية)، مما يخلق مخاطرة من اختلالات الطلب على الإمدادات، وفي الوقت نفسه، تتأثر مصادر الطاقة المتجددة مثل الطاقة الكهرمائية بتغير أنماط التهطال - وتخفض حالات الجفاف إنتاج المياه، بينما تتطلب الأمطار المفرطة في عمليات الإمداد بالدم.

Reduced Transmission Capacity

فخطوط النقل لها حدود حرارية، حيث ارتفاع درجات الحرارة المحيطة، يمكن أن تبلغ حدها الحالي دون انخفاضات في الحرارة، وفي بعض الحالات، يمكن تخفيض القدرة بنسبة 10-20 في المائة خلال الموجات الحرارية، ويجب على مشغلي الشبكات أن يخفضوا درجة الارتداد أو الفشل، وهذا التأثير يثير إشكالية خاصة عندما يكون الطلب أعلى، عندما تكون الحاجة إلى خطوط.

زيادة تواتر حالات الفشل في تصريف المقذوفات

وكثيرا ما تؤثر الأحداث المتصلة بالمناخ على مناطق جغرافية واسعة في آن واحد، مما يخلق إمكانية حدوث إخفاقات في التكسير، وعندما يتم التأكيد على عناصر متعددة - مثلا إعصار يسقط عدة خطوط نقل ومحطة لتوليد الطاقة الساحلية - يمكن أن تصبح الشبكة غير مستقرة وانهيار في رد فعل متسلسل، وقد أوضح انقطاع الكهرباء عن الشمال الشرقي في عام 2003، على الرغم من عدم تحركه مناخيا، كيف يمكن أن يؤدي الفشل في خط واحد إلى تفاقم هذا الخطر بسبب مهاجمة لأجزاء متعددة من النظام.

استراتيجيات تعزيز القدرة على التكيف

وللتخفيف من هذه الآثار، تعتمد المرافق والحكومات استراتيجيات مختلفة لمرونة الكوارث، ويعني هذا الانتكاس هنا القدرة على التنبؤ بالأحداث المعطلة واستيعابها والتكيف معها والتعافي منها بسرعة، ويجري نشر النهج التالية على الصعيد العالمي:

هـاء - هـاء -

:: تعزيز الهياكل المادية لتحمل الظواهر الجوية البالغة الشدة، بما في ذلك استبدال الأعمدة الخشبية بالخرسانة أو الفولاذ، ودفن خطوط التوزيع في المناطق الشديدة الخطورة، ورفع مستوى البنى فوق مستويات الفيضانات، وتعزيز أبراج النقل لمعالجة سرعة الرياح العالية، والارتفاع في الهبوط فعال من حيث التكلفة على المدى الطويل عندما يطبق في المناطق التي تنطوي على تعرض شديد للمخاطر.

Smart Grid Technologies

:: تنفيذ أجهزة الاستشعار المتقدمة والتشغيل الآلي لكشف وعزل الأخطاء بسرعة، كما أن مكونات الشبكة الذكية - مثل مفاتيح التبديل الآلية، والرصد عن بعد، والمحللين في الوقت الحقيقي - تتيح للمشغلين إعادة توجيه الطاقة حول الأقسام المتضررة، والحد من مدة التجاوزات. كما توفر البنية التحتية المتقدمة للتعديلات وضوحا أفضل في ظروف الطلب والفولط، فعلى سبيل المثال، استثمرت إدارة الطاقة التابعة للولايات المتحدة في مشاريع تحديث الشبكات التي تستخدم خطوط الاتصال.

التوليد الموزع والموجات الدقيقة

وباستخدام مصادر الطاقة المحلية مثل الألواح الشمسية والبطاريات للحد من الاعتماد على النظم المركزية، وعندما تفشل الشبكة الرئيسية، يمكن للزجاجات الصغرى أن تُستخدم في الجزر وأن تواصل تقديم حمولات حرجة مثل المستشفيات، ومحطات الإطفاء، ومحطات معالجة المياه، فالشمس المزروعة مع تخزين البطاريات قيمة بوجه خاص لأنها توفر الطاقة عندما تشرق الشمس ويمكن أن تخزن فائضا عن فترات الليل أو الغيوم، وتزداد الجراثيمات المجهرية في المناطق المعرضة للأعا.

Climate-Resilient Planning and Design

(ج) إدراج تقييمات مخاطر المناخ في تصميم الهياكل الأساسية وتخطيط المواقع - تستخدم المرافق الآن خرائط للفيضانات المحتملة، والإسقاطات المستقبلية لدرجات الحرارة، ونماذج مخاطر إطلاق النار البرية إلى مواقع فرعية جديدة، وتحسين المعدات القائمة، ووضع جداول الصيانة، وهذا التحول من الاعتماد على البيانات التاريخية إلى استخدام سيناريوهات مناخية تطلعية، وتوصي الجمعية الأمريكية للمهندسين المدنيين بتصميم البنية التحتية اللازمة لمواكبة التغيرات المناخية التي تبلغ 100 سنة بالإضافة إلى عوامل تغير المناخ.

الأطر السياساتية والاستثمارية والتنظيمية

إن السياسات الفعالة وزيادة الاستثمار أمران حيويان لبناء نظم قدرة قادرة على التكيف، ويجب على الحكومات أن تعطي الأولوية لتدابير التكيف مع المناخ وأن تدعم البحوث في مجال التكنولوجيات المبتكرة، ويمكن للشراكات بين القطاعين العام والخاص أن تعجل بنشر الهياكل الأساسية الملائمة، بما يكفل أمن الطاقة في ظل تغير المناخ.

المعايير الاتحادية ومعايير قدرة الدولة على التكيف

وقد بدأت بعض الولايات القضائية في مطالبة المرافق بتقديم خطط لمرونة المناخ والكشف عن تعرضها للمخاطر المناخية، وقد عقدت اللجنة الاتحادية لتنظيم الطاقة التابعة للولايات المتحدة مؤتمرات تقنية بشأن قدرة الشبكات على التكيف، كما أن هناك عدة ولايات - منها كاليفورنيا ونيويورك وفلوريدا - لديها تشريعات تُلزم بإجراء تقييمات للمخاطر المناخية، ويمكن أن تنسق اللوائح القائمة على الأداء، حيث تكسب المرافق عائداً لتلبية مقاييس القدرة على التكيف (مثل تقليل ساعات العمل العامة أثناء العواصف).

آليات التمويل والتمويل

وهناك حاجة إلى رأس مال كبير لتحسين الهياكل الأساسية الناشئة، حيث يخصص قانون الولايات المتحدة للاستثمار في الهياكل الأساسية والوظائف (2021) بلاييناً لتحديث الشبكات ومرونتها، وبالمثل، تتضمن خطة الاتحاد الأوروبي المتعلقة بشبكة الطاقة المتجددة تمويل تعزيزات الشبكة العابرة للحدود التي يمكن أن تعالج المزيد من مصادر الطاقة المتجددة والصدمات المناخية، وتبرز السندات الخضراء وسندات القدرة على التكيف كأدوات لاجتذاب رأس المال الخاص للاستثمارات التي تقلل من تكاليف الكوارث في المستقبل.

التعاون الدولي وتبادل المعارف

إن تغير المناخ مشكلة عالمية، كما أن قدرة نظام الطاقة على التكيف تحد مشترك، إذ أن منظمات مثل الوكالة الدولية للطاقة والوكالة الدولية للطاقة المتجددة تيسر تبادل أفضل الممارسات، فعلى سبيل المثال، فإن تجربة اليابان مع شبكات مقاومة الزلازل قد أبلغت المناطق المعرضة للأعاصير في منطقة البحر الكاريبي، كما أن مبادرة " الظلم المقاوم للإصابة " في إطار اتفاقية الأمم المتحدة الإطارية بشأن تغير المناخ تشجع البلدان النامية على اعتماد تصميمات مرنة.

دراسات الحالة: التطبيقات العالمية الحقيقية

ويوفر بحث كيفية استجابة مختلف المناطق للأحداث التي تحركها المناخ دروسا قيمة.

بورتوريكو بعد إعصار ماريا

وقد دمر إعصار ماريا في عام 2017 معظم شبكة بورتوريكو، مما ترك الملايين دون طاقة لمدة أشهر، وشملت الاستجابة تحولا نحو توزيع الطاقة الشمسية والصغرى، حيث تدعم الأموال الاتحادية النظم الفوتوغرافية السطحية وتخزين البطاريات للمرافق الحرجة، ويقضي قانون السياسة العامة للطاقة في بورتوريكو الآن بـ 100 في المائة من الكهرباء المتجددة بحلول عام 2050، مع القدرة على التكيف كهدف أساسي، مما يدل على أن الحدث الكارث يمكن أن يحفز التغيير المنهجي.

كاليفورنيا لتخفيف حرائق برية

وقد استثمرت المرافق المملوكة للمستثمرين في كاليفورنيا استثمارات كبيرة في إدارة النباتات، وتعزيز الوعي بالحالة السائدة )مثل محطات الطقس، والكاميرات، وأجهزة الاستخبارات الجوية، والكشف عن السقوط(، وتجفيف خطوط في المناطق ذات المخاطر العالية، وتشرف شعبة السلامة من الحرائق البرية في الولاية على الامتثال والمقاييس، وفي حين أحرز تقدم، فإن التكاليف ضخمة - وهي تكلفة الكهرباء التي تنفق على ٥ بلايين دولار لتخفيف حدة الحرائق البرية في السنوات الأخيرة.

الهياكل الأساسية المأهولة

إن هولندا، وهي بلد منخفض يواجه ارتفاعا في البحار، قد أدرجت قدرة الفيضان على الصمود في نظم الطاقة، وتبنى طبقات أساسية حرجة على أساس المليارات الاصطناعية، والكابلات مائية، وتصمم مرافق توليد لتحمل الفيضانات التي تدوم سنة واحدة في كل 000 10 سنة، ويركز النهج الهولندي على التخطيط المكاني - تجنب بناء الهياكل الأساسية الحيوية في الفيضانات - والوصلات الزائدة عن الحاجة بحيث يمكن أن تتغلب على خط واحد.

الابتكارات التكنولوجية في الأفق

وتتعهد التكنولوجيات الناشئة بزيادة تعزيز قدرة الشبكة على التكيف في عالم يسخن.

الرنين على الخط الديناميكي

وبدلا من استخدام الحدود الحرارية الثابتة، يستخدم تقدير خط الديناميكية بيانات الطقس في الوقت الحقيقي (الدرجة الحرارة، سرعة الرياح، الإشعاع الشمسي) لحساب القدرة الفعلية لخط انتقال في أي لحظة، وفي أي أيام هادئة، يمكن للخطوط أن تحمل المزيد من الوقت؛ وفي الأيام الساخنة والهدوءية، أقل مما يسمح للمشغلين بالاستفادة القصوى من الطاقة المأمونة والحد من التخفيضات أثناء الموجات الحرارية.

المحتالون

ومع تزايد التغلغل في الشبكات المتجددة، يصبح استقرار الشبكة أكثر صعوبة لأن المحاولات الشمسية والريحية تعتمد عادة على الترددات الشبكية للتزامن، ويمكن أن تعمل المحاصد التي تقوم على تكوين الأحجار مثل المولدات التقليدية، وتوفر الدعم بالفولط والتواتر حتى في ظروف ضعف الشبكة، وهذا أمر حاسم بالنسبة للزجاجات الدقيقة والجزر التي قد تحتاج إلى العمل بشكل مستقل خلال حالات الطوارئ.

تخزين الطاقة المتقدم

ويؤدي تخزين البطاريات بالفعل دورا رئيسيا في استيعاب الجيل المتجدد الفائض والتدمير أثناء ذروة الطلب أو أخطاء الشبكة، وسيمكن تخزينها لمدة طويلة (مثل بطاريات التدفق، والهواء المضغوط، والهيدروجين الأخضر) من القدرة على التكيف عبر أحداث الطقس المتعددة الأيام، مثل الإعصار الذي يُحدث انتقالا لعدة أيام.

دور الحلول القائمة على الطبيعة

ويمكن للبنية التحتية الخضراء أيضاً أن تدعم قدرة نظام الطاقة على التكيف، إذ يمكن أن يؤدي زرع الأشجار على طول الممرات إلى الحد من آثار الرياح وإلى التبريد، ويمكن أن يؤدي إصلاح الأراضي الرطبة بالقرب من المناطق الساحلية الفرعية إلى حدوث زيادة في العواصف، وكثيراً ما توفر هذه النُهج القائمة على الطبيعة منافع مشتركة مثل عزل الكربون وحفظ الموائل، مما يجعلها فعالة من حيث التكلفة عندما تدمج مع الهندسة التقليدية.

خاتمة

إن تغير المناخ يمثل تحديات كبيرة أمام قدرة الهياكل الأساسية لنظم الطاقة على التكيف، إذ أن فهم هذه الآثار وتنفيذ الحلول الاستراتيجية - من السلاسل المتشددة والذكية إلى الجيل الموزع والسياسات التي تكيف المناخ - يمكن للمجتمعات أن تستعد على نحو أفضل لتجاوزات الطقس في المستقبل، بما يضمن توفير طاقة موثوقة ومستدامة للجميع، وينقص نطاق العمل: فكل سنة من فترات التأخير يعني المزيد من التراجع والتجاوزات المتكررة، والاستثمارات الإيجابية في القدرة على التكيف ليست مجرد ضرورة هندسية؛ بل هي ضرورة اقتصادية وملزمة في القرن الواحد والعشرين.