احتمالية الإنزال بالريح النباتات لحلول سكارة المياه

كما يمكن أن تفيد نظم تحلية حراري، وإن كانت أقل شيوعاً لتكامل الرياح، وفي هذه الإنشاءات، تولد التوربينات الريحية الكهرباء التي تُقوى حرارة كهربائية أو مضخات حرارية، أو نظم ضغط العجلات الميكانيكية التي تحركها الرياح، وهي تستخدم المنافذ الدوارة مباشرة لحمل الحامضات، وتُنشر هذه التشكيلات عادة حيث توجد مياه كهرباء عالية أو مستويات تلوث تُعِبِّدُها بسرعة.

كما أن التصميمات ذات الطاقة الشمسية تستفيد من الهيكل النموذجي ].() ويمكن توسيع نطاق وحدات التربينات والتحلية بشكل مستقل، وقد يبدأ المجتمع المحلي في تربين واحد ووحدة صغيرة من وحدات عمليات البحث والتطوير، ثم يتوسع في الوقت الذي ينمو فيه الطلب أو يوضع فيه توربينات إضافية، وهذا الحد من مخاطر رأس المال الأولية ويتيح إمكانية التطوير التدريجي لها.

Direct Mechanical Coupling vs. Electrical Generation

ويتفادى النهج الناشئ تحويل الطاقة الريحية إلى الكهرباء بالكامل، ففي التقلبات الميكانيكية المباشرة، يدفع دوارة توربين الرياح مضخة أو مضغطة من خلال صندوق معدات أو نقل هيدروليكي، مما يزيل المولدات، واللافتات، والخسائر في النقل، ويزيد من الكفاءة العامة بنسبة تتراوح بين 10 و 20 في المائة، وتبدو نظم التلقيح المباشر مناسبة بشكل خاص للتطبيقات الجزرية البعيدة أو التي تستخدم تحت سطح الأرض حيث تكون ذات موثوقية عالية وصغيرة.

وتكتسب التشكيلات الهجينة التي تجمع بين الضخ الآلي المباشر والمساندة الكهربائية الاهتمام، وفي هذه التصميمات، تضغط الطاقة الريحية مباشرة على المياه العذبة عندما تكون سرعة الرياح صالحة، ويسيطر على نظام للمحركات الكهربائية أو البطارية أثناء التلويح، مما يكفل استمرار إنتاج المياه مع زيادة استخدام الطاقة المتجددة إلى أقصى حد، وتحتاج نظم التحكم في هذه النباتات الهجينة إلى مصادر خام متقدمة للتنبؤ بأنماط الريحية وإدارة مستويات التخزين.

مزايا محطات التسريح ذات القدرة الريحية

وتوفر إزالة الملوحة ذات الطاقة الشمسية مزايا ملموسة تتجاوز الحد من الكربون، وهذه الفوائد تجعله خياراً جذاباً بصورة متزايدة بالنسبة لمخططي المياه، لا سيما في المناطق التي تتوفر فيها موارد رياحية قوية ومتسقة.

الاستدامة وخفض الانبعاثات

إن محطات تحلية المياه التقليدية هي محطات للطاقة الكثيفة، فهي تُنتج على الصعيد العالمي حوالي 76 مليون طن من ثاني أكسيد الكربون سنوياً، بما يعادل انبعاثات 16 محطة للطاقة العاملة بالفحم، ويمكن أن تخفض هذه الانبعاثات إلى ما يقرب من الصفر، وعندما تقترن هذه الالتزامات باستعادة الطاقة وأجهزة القياس الفعالة، فإن الأثر الكربوني المتولد عن دورة الحياة لمصنع RO مزود بالطاقة الرياح يمكن أن يكون أقل بنسبة 90 في المائة من الأهداف التي تحققت في نفس الوقت.

فبخلاف الكربون، فإن تحلية الطاقة الريحية تقلل من الأعباء البيئية الأخرى، وكثيرا ما تعتمد إزالة التربة التقليدية على الغاز الطبيعي أو النفط، مع ما يرتبط بذلك من مخاطر الانسكابات وتلوث الهواء، وتقضي الطاقة المتجددة على نقل الوقود وحرقه، وتخفض من خطر التلوث في البيئات الساحلية والبحرية، وهذا يهم بصفة خاصة بالنسبة لمصانع التحلية الموجودة في النظم الإيكولوجية الحساسة مثل الشعاب المرجانية، وأشجار المانغروف، أو المصابيح.

فعالية التكاليف على المدى الطويل

وتبلغ تكلفة الطاقة ٣٠-٥٠ في المائة من مجموع تكلفة التشغيل لمصنع إزالة تقليدي، إذ لا تتحمل الطاقة الريحية تكلفة الوقود، وعندما يتم تركيب توربين الرياح، فإن التكلفة الهامشية لتوليد الكهرباء تقترب من الصفر، وتكاليف الصيانة يمكن التنبؤ بها، فخلال فترة عشرين عاما، يمكن أن يقلل هذا من التكلفة المتكافئة للمياه )LCOW( بنسبة ٢٥-٤٠ في المائة مقارنة بالنباتات الوقودية، رهنا بنوعية الموارد الريحية وبأسعار التمويلية.

وهذه الوفورات ليست آلية؛ فهي تتطلب اختيار مواقع دقيقة وتصميم نظم، ويجب أن تُدرج التوربينات الفائزة بحيث تضاهي الطلب على تحلية المياه وأنماط الرياح المحلية، وأن تزيد التكاليف الرأسمالية دون تحقيق مكاسب متناسبة في إنتاج المياه، وأن يؤدي النقص إلى تكرار عمليات شراء الديزل أو الشبكة، وأن تُنتج البقعة الحلوة في العادة عامل قدرة يتراوح بين 30 و 40 في المائة، مما يعني أن تُنتج الأرنب بنسبة تتراوح بين 30 و 40 في المائة من قدرتها التنافسية في المتوسط.

استقلال الطاقة في المجتمعات المحلية النائية والجزرية

(ب) يعيش أكثر من 700 مليون شخص دون وصول موثوق به إلى الشبكة [(FLT:1])، والكثير منهم في المناطق الساحلية أو الجزرية التي تُعد مجهزة بالمياه، وكثيرا ما تعتمد هذه المجتمعات على مولدات الديزل الباهظة التكلفة لكل من الكهرباء والمياه، وتُتيح النظم ذات الطاقة الشمسية وسيلة لكسر هذا التبعية، ويمكن أن تعمل الدول التي تُحتضن بوحدة تحلية على نحو غير مباشر.

التكاليف الرأسمالية الأولية والتمويل

وتحتاج محطات تحلية تعمل بالطاقة الشمسية إلى استثمار أعلى من البدائل الوقود الأحفوري، وتزيد توربين الرياح 1.5 إلى 3 ملايين دولار لكل ميغاوات من القدرات، بالإضافة إلى تكلفة وحدة التحلية، والتخزين، ومكونات موازين النظام، وفي حالة وجود مصنع على نطاق المجتمع المحلي ينتج مليون لتر يوميا، فإن مجموع تكاليف رأس المال قد تتراوح بين 3 و 8 ملايين دولار.

وتتطور آليات التمويل لمعالجة هذه الفجوة، إذ أن السندات الخضراء، وصناديق التكيف مع المناخ، والقروض التساهلية من المصارف الإنمائية تستهدف بصورة متزايدة مشاريع الربط بين المياه والطاقة، ويمكن للشراكات بين القطاعين العام والخاص أن تنشر المخاطر وتخفف العبء على الحكومات المحلية، كما أن التعريفات الجمركية أو اتفاقات شراء الطاقة للكهرباء المولدة للريح يمكن أن تحسن أيضا من اقتصاد المشاريع عن طريق إنشاء تدفق للفوائض من الطاقة التي تباع إلى الشبكة، مع ارتفاع تكاليف النمو التكنولوجي وحجم.

الصيانة والقدرات التقنية

وتحتاج نظم التوربينات والتحلية الريحية إلى صيانة متخصصة، وتحتاج صناديق معدات التربين والمولدات الكهربائية واللوحات إلى تفتيش وإصلاح دوريين، وتحتاج أجهزة التنظيف والاستبدال كل ٣-٥ سنوات، ويمكن أن تؤدي أجهزة التنظيف قبل المعالجة، والتدفئة المضادة للماء، والرقابة الكيمائية والتشغيلية المستمرة التي تُبطل مفعولها، في المناطق النائية، إلى إيجاد تقنيين مدربين وإلى قطع غيار.

وتشمل الحلول نظم الرصد عن بعد، والصيانة التنبؤية باستخدام التعلم الآلي، والتصميمات النموذجية التي تسمح بالمبادلات السريعة للمكونات، وتدريب المشغلين المحليين أمر حاسم؛ وتشمل مشاريع ناجحة كثيرة برامج شاملة لبناء القدرات تمتد لعدة سنوات بعد التركيب، كما أن توحيد تصميمات النظم في جميع المناطق يمكن أن يبسط أيضا اللوجستيات ويقلل من الحاجة إلى الخبرة المتخصصة، كما أن بعض المصنّعين يقدمون وحدات تشخيصية تعمل بالطاقة الريحية وتتطلب الحد الأدنى من التجمّع.

Environmental Impact of Wind Turbines

وتكتسي التوربينات الشتوية ذاتها اعتبارات بيئية، إذ إن عمليات الاصطدام والضرب والضوضاء والأثر البصري واستخدام الأراضي هي شواغل مشروعة، أما بالنسبة لمصانع تحلية السواحل، فإن هذه الترابات الريحية البحرية التي تقام على أسس ثابتة أو منابر عائمة، فهي يمكن أن تقلل من النزاعات المتعلقة باستخدام الأراضي، وتستفيد من الريح البحرية الأقوى وأكثر اتساقاً، إلا أن تركيب الرياح البحرية أكثر تكلفة وتعقيداً من المناطق الساحلية.

ومن الناحية الإيجابية، فإن تحلية الطاقة الريحية تزيل التلوث الحراري وقضايا تصريف الفضلات المركّزة التي تصيب بعض محطات تحلية أكبر، والتركيب البيئي العام لنظام تحلية مجهز بالطاقة الرياح يقل كثيرا عن النظام المستخدم في مصنع تقليدي، حتى عندما يُعزى ذلك إلى آثار تربوية.

أمثلة على العالم الحقيقي ودراسات الحالات الإفرادية

وهناك عدة محطات للتحلية تعمل بالطاقة الريحية توفر دليلا على مفهوم ودروس النشر في المستقبل، وتمتد هذه المشاريع إلى مستويات مختلفة، وجغرافيات، ونُهج تقنية.

The Kwinana Desalination Plant, Australia

"منشأة جنوب "بيرث "محطة "كوينانا" هي واحدة من أكبر مرافق التحلية بالرياح المتجددة في العالم، تنتج 140 مليون لتر من الماء يومياً وتُزود بالكهرباء من مزرعة "إيمو داونز ويند" التي تتكون من 48 توربينات رياحية ذات طاقة إجمالية 80 ميغاواط

جزيرة هيرورو، جزر الكناري، إسبانيا

ويعرض مشروع غورونا ديل فينتو نموذجاً لمياه الطاقة المتجددة واستقلال الطاقة، ويجمع بين 11.5 ميغاواط ومزرعة مضخة لتخزين المياه، ويُظهر ضخ الطاقة الريحية في خزان أعلى، وخلال فترات منخفضة، يتدفق الماء المخزن من خلال التوربينات لتوليد الكهرباء، ويُمكن النظام من توليد الطاقة الكهربائية في كل مصانع توليد الكهرباء التي تنتج عن 5 لترات.

محطة "سيدني" للتحلي، أستراليا

"مصنع "سيدني للتحلية" "مُدارة تشغيلية منذ عام 2010" "يُمكن أن يُستخدم بالكامل من الكهرباء من مزرعة "رأس المال" في "بونغندور" في "نيو ساوث ويلز"

المشاريع المجتمعية الصغيرة

وبالإضافة إلى النظم البلدية الكبيرة، تعمل وحدات إزالة تحلية ذات طاقة الرياح الصغيرة في المجتمعات النائية، ففي جزر رياو بإندونيسيا، مثلا، توجد وحدة من طراز RO تنتج 000 3 لتر في اليوم لطائفة تضم 200 شخص، وفي باجا كاليفورنيا، المكسيك، يوفر نظام هجين من المدار الريحي المياه لقرية صيد كانت تعتمد سابقا على عمليات الإمداد بالمياه الأسبوعية بواسطة التكييف.

التوقعات المستقبلية والموضوع التكنولوجي

تحلية الرياح تتجه نحو نمو كبير خلال العقد القادم، مدفوعاً بخفض تكاليف التوربينات والبطاريات الريحية، وزيادة الضغط على المياه، ودعم السياسات المتعلقة بإزالة الكربون، ستشكل اتجاهات عديدة تطور التكنولوجيا.

النظم الهجينة المتجددة

فالرياح المصاحبة للفولطيات الشمسية توفر صورا تكميلية للجيل، وكثيرا ما تهب الرياح بقوة في الليل وخلال الشتاء، بينما تكون الذروة الشمسية خلال النهار والصيف، ويمكن أن يوفر نظاما هجينا من المدار الرياح قدرة أكثر اتساقا على مصنع للتحلية، مما يقلل من الحاجة إلى التخزين، وقد انخفضت التكلفة المستقرة للنظم المتجددة الهجينة إلى أدنى من مستوى نظم التحميل الوحيدة المصدر في مواقع كثيرة، ونظم التحكم المتكاملة

ريح البحر المتدفق للتحلل

إن موارد الرياح البحرية أقوى وأكثر اتساقاً من الشاطئ، ولا سيما في المناطق المدارية ودون المدارية حيث تكون ندرة المياه أشد حدة، حيث أن تضخم تكنولوجيا التربينات الريحية في المراحل التجارية المبكرة - تنتشر في أعماق المياه تتجاوز 60 متراً، وتفتح مساحات شاسعة من المحيط لتوليد الطاقة، وتنتج عن ذلك مباشرة مشاريع تربوية سريعة ذات مواضع تطفو أو شبه ساحلية.

Advanced Energy Storage Integration

وتستمر تكاليف تخزين البطاريات في الانخفاض، حيث تبلغ التوقعات 100 إلى 150 دولار لكل كيلوواط في عام 2030، وفي هذه المستويات من الأسعار، فإن التوربينات الريحية المتجمعة مع نظم البطاريات المجهزة لأربعة إلى ثماني ساعات من التخزين تصبح جذابة اقتصادياً للعديد من تطبيقات التحلية، وفيما عدا البطاريات، فيما يتعلق بنظم المياه الجوفية ، وتُستكشف أشكال النسيج الطاقة

نظم مراقبة المتزوجات والتوائم الرقمية

إن التعلم من الآلات والتحسين في الوقت الحقيقي يؤديان إلى تحويل عمليات تحلية تعمل بالطاقة الريحية، كما أن التواؤم الرقمية - الارتداد الحيوي للنباتات المادية - المشغلات المتدنية - إلى تحفيز سيناريوهات مختلفة للريح، والتنبؤ بالاحتياجات من الصيانة، وتحقيق الإنتاج الأمثل للمياه في الوقت الحقيقي، ويمكن لهذه النظم أن تدمج التنبؤات الجوية، وأسعار الكهرباء السوقية، وبيانات الطلب على المياه في الجدول الزمني للإنتاج عندما يكون إنتاج الرياح وافعاً ورخيصاًاًاًاً وكهربائياً.

سائقو السياسات والأسواق

وتتوفر سياسات حكومية تدعم بشكل متزايد تحلية الطاقة المتجددة، ويضع التوجيه الإطاري للمياه الصادر عن الاتحاد الأوروبي والتوجيه المتعلق بالطاقة المتجددة حوافز للدول الأعضاء للاستثمار في حلول إمدادات المياه المنخفضة الكربون، وفي الولايات المتحدة، يقوم مكتب برنامج البحوث المتعلقة بالتخلي عن الطاقة الريحية والمياه بتمويل مشاريع تجريبية للتحلية ذات القدرة الريحية، ولا سيما في حوض نهر كولورادو المكسور الجفاف، الذي يضم بلداناً شرقية مدمجة.

خاتمة

وتوفر محطات تحلية تعمل بالطاقة الشمسية مسارا عمليا ومستداما لمعالجة ندرة المياه في المناطق الساحلية والنائية، ومن خلال تسخير الطاقة الريحية الوفيرة إلى عمليات الارتداد الحراري والتحلية الحرارية، يمكن لهذه النظم أن تنتج مياها جديدة بأقل قدر من انبعاثات الكربون، وتخفض تكاليف التشغيل الطويلة الأجل، وتثبت التكنولوجيا عبر مجموعة من المقاييس - من نظم المجتمعات المحلية الصغيرة إلى محطات محلية كبيرة توفر ملايين الليتر يوميا.

وبالنسبة لمخططي المياه، وواضعي السياسات، وقادة المجتمعات المحلية الذين يواجهون ضغوطا متزايدة على المياه، ينبغي أن يكون تحلية الطاقة الريحية جزءا من حافظة الحلول، وهي ليست جوا عالميا؛ وقد تكون المناطق التي تعاني من ضعف في الموارد الريحية أو محدودية القدرة التقنية أفضل من تكنولوجيات أخرى، ولكن بالنسبة للعديد من المجتمعات الساحلية والجزرية التي تعاني من ندرة في الرياح والمياه، فإن تحلية الطاقة المتجددة في المستقبل لا تمثل سوى تكاليف قابلة للبقاء ومتدرجة ومتزايدة التكلفة.