احتمال حرارة المحيط تحويل الطاقة إلى توليد الطاقة

The Potential of Ocean Thermal Energy Conversion for Power Generation

إن تحويل الطاقة الحرارية للمحيطات يمثل أحد أكثر أشكال الطاقة المتجددة التي لا تُستخدم إلا بشكل كاف، إذ أنه باستغلال الفرق في درجات الحرارة الطبيعية بين المياه السطحية الدافئ وطبقات المحيطات العميقة الباردة، يمكن أن تولد الكهرباء باستمرار ونهارا وليلا، ومستقلة عن الطقس أو ضوء الشمس، وتوفر هذه التكنولوجيا مصدرا مستقرا ومستحكما للطاقة، يناسب بوجه خاص الدول الجزرية الاستوائية والمناطق الساحلية التي يمكن الوصول إلى أعماق المحيطات.

المبدأ الأساسي وراء منظمة التعاون الاقتصادي

ويعتمد هذا المقياس الحراري للمحيطات، وبالنسبة للتشغيل الفعال، يلزم وجود فرق في درجة الحرارة لا يقل عن ٢٠ درجة مئوية )٣٦ درجة مئوية( بين المياه السطحية )٥٢-٣٠ درجة مئوية( والمياه العميقة عند العمق بحوالي ٨٠٠-٠٠٠ ١ متر )٤-٦ درجة مئوية( وهذا التدرج موجود بصورة متسقة في خطوط العرض المدارية ودون المدارية بين ٢٠ درجة شمالا و ٢٠ درجة مئوية.

وتشمل الدورة الأساسية ثلاث خطوات رئيسية: التبخر والتوسع والتكثيف، وتستخدم مياه البحر المدفأة لتسخين سوائل العمل، التي تتوسع وتقود تربين، وتضخ مياه البحر الباردة لتكدس سائل العمل في سائل، وتكمل الدورة، وينتج ناتج العمل الصافي - الفرق بين الطاقة المضافة والمستخرجة - ما ينتج الكهرباء.

cle OTEC

وفي نظم الدراجات المغلقة، يُبخر سائل عامل ذي نقطة تغلي منخفضة (مثل الأمونيا أو البروبان أو الثلاجة) بمياه سطحية دافئة في مبادلات حرارية، ويتوسع البواب المُضَعَّل من خلال توربين مقرونة بمولد، ثم يُحتَزَم بخار إكست باستخدام مياه بحرية باردة، ويُضخّ السائل إلى مصانع السائلة ذات كفاءة.

الدورة المفتوحة

وتستخدم نظم الدورة المفتوحة مياه البحر السطحية الدافئ نفسها كسائل عامل، فالماء يتدفق بسرعة في غرفة فراغ تحت ضغط منخفض، ينتج البخار الذي يقود توربينات، ويتصل البخار ثم بالمياه العميقة الباردة ويعاد إلى المياه العذبة - وهو منتج ثانوي قيم، وبينما يمكن لمصانع الدراجات المفتوحة أن تنتج مياها مائية مائية مائية مائية ملوثة، فإنه يتطلب تربينات أكبر وإدارة دقيقة للبخار.

Hybrid OTEC

وتجمع النظم الهجينة بين خصائص كل من الدورات المغلقة والمفتوحة، ومن المعتاد أن يكون الماء الدافئ أول متدفق لإنتاج البخار (مثل دورة مفتوحة)، وأن البخار يستخدم لبخار سائل العمل في حلقة ثانوية مغلقة، ويمكن أن يؤدي هذا النهج إلى تحسين الكفاءة العامة في الوقت الذي لا يزال ينتج فيه المياه العذبة، ولا تزال التصميمات الهجينة في مرحلة البحث والتجربة التجريبية.

السياق التاريخي والتقدم العالمي

إن مفهوم " أوتيك " ليس جديدا، فقد اقترح المهندس الفرنسي جاك - آرسيند أرسونفال الفكرة في عام ١٨٨١، وقام طالبه جورج كلود ببناء أول محطة تجريبية في كوبا في عام ١٩٣٠، واستطاعت محطة كلود إنتاج ٢٢ كيلوواط من الكهرباء، ولكن التحديات التقنية - ولا سيما الحاجة إلى أنبوب كبير من المياه الباردة - منع الاستغلال التجاري الفوري للفوائد كوقود أحفوري رخيص.

وقد أدى تجدد الاهتمام في أزمة النفط التي وقعت في السبعينات إلى إجراء بحوث جديدة، وقامت وزارة الطاقة في الولايات المتحدة بتمويل عدة اختبارات صغيرة في هاواي، بما في ذلك مرفق مختبر الطاقة الطبيعية التابع لهيئة هاواي، الذي لا يزال موقعاً بحثياً رئيسياً اليوم، كما استثمرت اليابان والهند وكوريا في مشاريع إيضاحية في إطار برنامج أوتيك، وفي عام 2013، اكتملت محطة توليد الطاقة الكهربائية في جمهورية كيريباس، و100 منشأة في العالم.

أهم مزايا تحويل الطاقة الحرارية للمحيطات

وتقدم اللجنة عدة فوائد متميزة تجعلها جذابة لحافظات الطاقة المستدامة.

الطاقة المتجددة

وعلى عكس الطاقة الشمسية أو الرياح المتقطعة، يمكن أن توفر الطاقة الكهربائية المستمرة والمرسلة، وقد أصبح معدل درجات الحرارة في المحيطات الاستوائية في الوقت الحاضر 24/7، مع وجود أدنى قدر من التباين الموسمي، مما يجعل من " أوتيك " مصدرا موثوقا به للطاقة الأساسية يمكن أن يكمل المتغيرات المتجددة.

منخفض الكربون

وتنتج محطات الطاقة الكهربائية الكهربية انبعاثات غازات الدفيئة المباشرة التي لا تذكر، والمدخل الرئيسي للطاقة هو تأثير المضخات الحرارية من مياه البحر الحارة والباردة؛ ولا يحدث أي احتراق، ويبين تحليل دورة الحياة أن البصمة الكربونية التي تحملها أوتيك لكل كيلوواط قابلة للمقارنة بالمتجددات البحرية الأخرى وأقل بكثير من الوقود الأحفوري.

المنتجات المشتركة: المياه العذبة، وتربية الأحياء المائية، والتبريد

وتنتج نظم الدورة المفتوحة والهيجينة للمياه العذبة كمنتج ثانوي - وهو مورد حيوي للمجتمعات الجزرية القاحلة، وبالإضافة إلى ذلك، يمكن استخدام المياه العميقة الغنية بالمغذيات التي تُجلب إلى السطح في تربية الأحياء المائية (مثل الطحالب الزراعية والسمك المسيل) وتكييف الهواء في مياه البحر، وهذه المنتجات المشتركة تحسن من القدرة الاقتصادية على البقاء لمشاريع منظمة أوتيك.

مخططات الجسد

وتشغل منابر المياه الجوفية البحرية مساحة سطحية صغيرة نسبيا مقارنة بالمزارع الشمسية أو الأربان الريحية لنفس القدرة، والبنى التحتية الأساسية هي النباتات العائمة أو البرية، وأنبوب المياه الباردة يهبط بمئات الأمتار، وهذا النوع من العادات يسمح بالتوسع من النباتات الصغيرة على مستوى المجتمع المحلي إلى عدة مئات من الميغاواط.

التحديات والحواجز التقنية

وعلى الرغم من وعد اللجنة الأوروبية للطاقة الذرية، فإنها تواجه حواجز كبيرة أدت إلى إبطاء الانتشار التجاري.

التكاليف الرأسمالية المرتفعة

وأكبر تكلفة هي أنبوب المياه الباردة - وهو عادة هيكل طوله كيلومتر، ذي مقياس كبير، يجب أن يصمد في تيارات المحيطات والعواصف والحفرة الأحيائية، ومواد البناء )البلاز، الصلب، الألياف( باهظة التكلفة، ويتطلب التركيب عمليات بحرية متخصصة، وتزيد تكاليف النباتات لكل كيلوواط في الوقت الراهن بمقدار ٢ إلى ٥ أضعاف من الوقود الأحفوري القابل للمقارنة أو مشاريع الرياح.

انخفاض الكفاءة الحرارية

ونظراً لأن الفرق في درجات الحرارة لا يتجاوز 20 درجة مئوية، فإن الحد الأقصى النظري للكفاءة في كارنو أقل من 7 في المائة، وتتراوح الكفاءة العملية بين 1 في المائة و4 في المائة، وهذا يعني أن هناك حاجة إلى تدفق كبير من المياه لكل وحدة من الكهرباء المنتجة، مما يتطلب مضخات قوية تستهلك جزءاً من الطاقة المتولدة (الحمولة شبه السالفة).

الشواغل البيئية والتشغيلية

إن إلقاء كميات ضخمة من مياه أعماق المحيطات يمكن أن يزعج النظم الإيكولوجية البحرية، والعوالق النباتية، والإطلاق من ثاني أكسيد الكربون المذوب من الطبقات العميقة، كما أن التخلص من السباكات الدافئ أو المختلط قد يغير درجة الحرارة والملوحة المحلية، ومن الضروري اتخاذ تدابير ملائمة للجلوس والتخفيف (المرشات، والموزعات، والنماذج) كما أن الضغط الحيوي على مبادلات الحرارة والأنابيب يقلل من الكفاءة ويستلزم التنظيف.

الأثر البيئي والتخفيض

ويعتبر التكتيك منخفضاً بوجه عام، ولكن يلزم إجراء تقييمات بيئية شاملة، أما بالنسبة لمصانع الدراجات المفتوحة، فإن تصريف الرنين المحلى قد يؤثر على الملوحة المحلية، ويجب أن تمنع محطات الدراجة المغلقة التي تستخدم الأمونيا تسربات، غير أنه، مقارنة باستخراج الوقود الأحفوري أو السدود الكهرمائية، فإن آثار التكتيك قابلة للتأثر بالوضع المحلي والقابلية للعكس، كما أن الرصد في الطيارين الحاليين (مثل، ممارسات هاواي، وأوك، تشير إلى الأذمة الطويلة الأجل).

كما يمكن أن تخلق المياه العميقة الباردة الغنية بالمغذيات مناطق تربوية اصطناعية تعزز الإنتاجية الأولية وتجذب الأسماك، ويجادل بعض الباحثين بأن ذلك يمكن أن يعزز مصائد الأسماك المحلية، وإن كان يمكن أن يستحدث أيضا أنواعا متفشية، كما أن المبادئ التوجيهية الدولية من نظم الطاقة في المحيط ] تقدم استراتيجيات للتخفيف من حدة الآثار.

Economic Viability and Future Outlook

وتقدر حاليا التكلفة المخفضة للكهرباء بالنسبة لشبكة الطاقة الكهربائية في منطقة البحر الأبيض المتوسط بمبلغ ٠٢,٠ دولار لكل كيلوواط مقابل محطات تجريبية، بالمقارنة بمبلغ ٠٥,٠٥ دولار - ٠١ بالنسبة للريح الساحلية، غير أن التكاليف يتوقع أن تهبط بدرجة كبيرة مع مقياسات أكبر )٠٠١ ميغاواط وما فوق( والتحسينات التكنولوجية في مواد الأنابيب، ومبادلات الحرارة، وكفاءة المضخات، ويمكن أن تؤدي إيرادات المنتجات المشتركة )المياه العذبة، والتربية المائية، والارتجات الأخرى، الى تحسين حالة التبريد(.

وقد تزايدت الفائدة من الجهات الفاعلة في القطاع الخاص، إذ أن الشركات مثل شركة " FLT:0 " العالمية لشبكة أوتيك وماكاي هندسة المحيطات تقومان بوضع تصميمات الجيل القادم، وتفيد الوكالة الدولية للطاقة بأن شركة أوتيك يمكن أن توفر ما يصل إلى 10 في المائة من الكهرباء العالمية بحلول عام 2050 إذا ما تسارعت البحوث والاستثمارات.

منظمة الأمم الجزرية بوصفها أسواقا رئيسية

وبالنسبة للدول الجزرية الاستوائية التي تعتمد حاليا على الديزل المستورد، تقدم المنظمة الأوروبية للطاقة الذرية الاستقلالية في مجال الطاقة واستقرار الأسعار، وقد أعربت دول جزر ملديف وسيشيل والمحيط الهادئ عن اهتمامها الشديد، وفي عام 2024، أُعلن عن مصنع واحد من طراز MW في الخارج تابع لمؤسسة أوتيك، يهدف إلى خفض استهلاك الديزل بنسبة 80 في المائة، ويجري استكشاف مشاريع مماثلة في منطقة البحر الكاريبي وجنوب شرق آسيا.

الاستنتاج: دور اللجنة في مستقبل الطاقة النظيفة

إن تحويل الطاقة الحرارية للمحيطات ليس ضربة فضية، ولكنه يملأ مكانا حرجا في طيف الطاقة المتجددة: الطاقة المستمرة، والحجم الأساسي، والطاقة المنخفضة الكربون التي تنتج أيضا المياه العذبة وتدعم الصناعة البحرية، وفي حين أن التحديات التقنية والاقتصادية لا تزال قائمة، فإن التنمية النظيفة، إلى جانب السياسات الصالحة والتسعير الكربوني، يمكن أن تفتح إمكانيات " أوتيك " ، وبالنسبة لملايين الناس الذين يعيشون في المجتمعات الساحلية الاستوائية، يمكن أن تحول إمكانية الحصول على الطاقة المستدامة،