احتمالية الطاقة الحرارية الأرضية إلى محطة الطاقة الجماعات غير المتمتعة بالحكم الذاتي

Understanding Geothermal Energy

الطاقة الحرارية الأرضية مستمدة من داخل الأرض هذه الطاقة الحرارية من التكوين الأصلي للكوكب ومن التحلل الإشعاعي للمعادن، قلب الأرض، مع درجات حرارة مماثلة لسطح الشمس، يولد تدفق حراري مستمر ينتقل نحو السطح، ويمكن استغلال هذه الطاقة الحرارية واستخدامها في مجموعة متنوعة من التطبيقات، من التدفئة المباشرة وإستحمامها إلى توليد الكهرباء.

الفرق الرئيسي بين مصادر الطاقة الحرارية الأرضية وغيرها من المصادر المتجددة مثل الطاقة الشمسية أو الرياح هو استقلالها عن الأحوال الجوية، حرارة الأرض متاحة على مدار الساعة، 365 يوما في السنة، مما يوفر قدرة على توليد الطاقة على أساس لا يمكن أن تتطابق مع المصادر المتقطعة دون حلول تخزين باهظة التكلفة، وبالنسبة للمجتمعات النائية وغير المستوية، فإن هذه الموثوقية هي ميزة تحولية، والناتج الحراري من مستودع حراري جيوسفيري يمكن التنبؤ به على مدى عقود.

How Geothermal Power Generation Works

وتستعمل محطات الطاقة الحرارية الأرضية الحرارة من الأرض لتوليد البخار، الذي يُشغل توربيناً ملحقاً بمولد، وهناك ثلاثة أنواع رئيسية من تكنولوجيات محطات توليد الطاقة الكهربائية الحرارية الأرضية على نطاق واسع: البخار الجاف والبخار الوميض ودورة السائل الثنائي، وتُخفض نباتات البخار الجافة مباشرة من الكسور في الأرض وتستخدمها لتوليد ضغط الحافظة.

وبالنسبة للتطبيقات الصغيرة وغير الحوضية، فإن محطات الدورة الثنائية واعدة بشكل خاص، ويمكن أن تعمل في درجات حرارة أقل من محطات البخار الخفيف أو الجاف، مما يجعلها قابلة للتطبيق في مجموعة أوسع من البيئات الجيولوجية، وهذه النظم هي أيضا أكثر عدلا ويمكن توسيعها بحيث تتناسب مع احتياجات الطاقة لمجتمع صغير، ويمكن أن تُستخدم في المئات من الأماكن التي لا تتطلب بناء هياكل أساسية ضخمة.

أنواع الموارد الحرارية الأرضية

ولا توجد جميع الموارد الحرارية الأرضية على قدم المساواة، فالموارد العالية الجودة، التي توجد عادة في حدود الصفائح التكتونية أو البقع الساخنة البركانية، لها درجات حرارة مرتفعة ومعدلات تدفق عالية، وهي مثالية لمصانع البخار الضوئي، غير أن موارد درجة الحرارة المنخفضة، التي توجد على نطاق أوسع في جميع أنحاء العالم، مناسبة لمحطات الدورة الثنائية، وبالإضافة إلى ذلك، يجري تطوير نظم حرارية جغرافية معززة لخلقات في الصخور جاف.

وبالنسبة للمجتمعات النائية، يحدد نوع الموارد المحدد اختيار التكنولوجيا والجدوى الاقتصادية، إذ أن دراسة جيولوجية دقيقة هي الخطوة الأولى، وتشمل تحليل البيانات الموجودة حالياً عن البئر، وإجراء دراسات استقصائية عن الزلازل، وحفر الآبار لقياس درجات الحرارة والسلوك السائب، وتقدم منظمات مثل المختبر الوطني للطاقة المتجددة المساعدة التقنية لهذه التقييمات، علماً بأن الفشل في وضع مواقع قياسية هو أهم عامل في نجاح المشروع.

لماذا الطاقة الحرارية الأرضية مناسبة بشكل مثالي للمجتمعات المحلية النائية والخارجة من القريد

فالتحديات التي تواجهها المجتمعات النائية في تأمين الطاقة النظيفة الموثوقة والميسورة التكلفة موثقة توثيقا جيدا، إذ أن المسافات الطويلة من ممرات النقل الحالية تجعل توسيع الشبكة باهظ التكلفة، ولا تزال مولدات الديزل هي الخيار غير المتوفر، ولكنها تفرض تكاليف وقود عالية، ومواطن الضعف في سلسلة الإمداد، وتلحق أضرارا بيئية كبيرة، وتفسح الطاقة الحرارية الأرضية الطريق لكسر هذه الدورة، وترتبط خصائصها الفريدة تماما باحتياجات المستوطنات المعزولة.

الموثوقية الأساسية - القاعدة

فالمجتمعات المحلية النائية تحتاج إلى طاقة تعمل على مدار الساعة، ولا تنتج صفائف الشمس شيئا بعد حلول الظلام، وتقطع الطوابق الريحية، ويمكن أن يؤدي تخزين البطاريات إلى سد هذه التقلبات، ولكنه يضيف نفقات كبيرة، كما أن مصنعا للحرارة الأرضية، على النقيض من ذلك، يُستخدم باستمرار في إنتاج ثابت، وهذه القدرة على التحميل الأساسي تعني التبريد من أجل الغذاء والدواء، وضخ المياه من أجل المرافق الصحية، والاتصالات، وخدمات التصوير المجتمعية الأساسية مثل العيادات الصحية.

النظم الصغيرة الحجم والنموذجية

ويمكن أن تنتج النباتات الحرارية الأرضية الكبيرة التقليدية مئات من الميغاوات، وتحتاج إلى استثمارات ضخمة، غير أن النظم الحرارية الأرضية الموحّدة والمصممة لتطبيقات خارج نطاق الشبكة والمجتمع المحلي متاحة الآن تجاريا، ويمكن نشر هذه الوحدات على مراحل، بدءا بنموذج واحد لتلبية الاحتياجات الفورية، وإضافة القدرات مع نمو المجتمع المحلي أو زيادة الطلب على الطاقة، وهذا النهج النموذجي يقلل من المخاطر المالية التي تنطوي عليها الحاجة الأولية إلى الاستثمار ألف - 5.

انخفاض الاعتماد على الوقود الأحفوري

فالعديد من المجتمعات النائية، ولا سيما في المناطق الشمالية والجزر، تعتمد حاليا اعتمادا كاملا تقريبا على الديزل المستورد وزيت الوقود الثقيل للكهرباء والتدفئة، وهذا الاعتماد يخلق الضعف الاقتصادي، وأسعار تقلبات الديزل في أسواق النفط العالمية، ويمكن تعطيل سلاسل الإمداد بالأخطار الجوية أو الصراع أو الإخفاقات السوقية، ويجب على المجتمعات المحلية تخزين كميات كبيرة من الوقود، مما يخلق مخاطر انسكاب بيئية.

أهم مزايا الطاقة الحرارية الأرضية للمناطق النائية

إن العديد من المزايا المحددة، التي تتجاوز الفوائد الرئيسية، تجعل الطاقة الحرارية الأرضية ملحة بشكل خاص للمجتمعات المحلية غير الحائزة، وتترجم هذه القوى مباشرة إلى تحسين نوعية الحياة والتنمية الاقتصادية وحماية البيئة.

الموثوقية والاتساق

فبعد القدرة على تحميل القاعدة، توفر الطاقة الحرارية الأرضية توليدا يمكن التنبؤ به وإرساله، ويعرف مشغلي الأحجار ومديرو الطاقة في المجتمعات المحلية تماما مدى توافر الطاقة في أي ساعة من الزمن، ويتيح هذا التنبؤ الإدارة المثلى لأصول أخرى، مثل مولدات الديزل الاحتياطية أو تخزين البطاريات، وفي المجتمعات التي تُستخدم فيها فترات انقطاع الكهرباء في الأيام، يمكن للمصانع الحرارية الأرضية أن توفر الكهرباء المستمرة، مما يتيح التبريد لللقات وللأفة، وللتلام، وللت، وللتوجيه، وللت، وللت، وللت، وللت، وللت، وللت، وللت، وللتجارة، وللأغذية، وللأغذية، وللأغذية، وللأغذية، وللأغذية، وللأغذية، وللأغذية،

فعالية التكلفة الطويلة الأجل

وتقابل ارتفاع تكلفة رأس المال الأولي للتنمية الحرارية الأرضية تكاليف تشغيل منخفضة جدا على مدى حياة المصنع، التي يمكن أن تتجاوز 30 إلى 50 سنة، وتنشأ عن هذه الدورة من مشاريع الطاقة الحرارية الأرضية، ولا سيما عندما تزيل الديزل، مشاريع ذات وفورات في الأجل الطويل، وتدفع قرية ألاسكا من بعد 1 إلى 2 دولار في الساعة الواحدة لتوليد الديزل، وهي منشأة ذات طاقة ثابتة ذات قيمة منخفضة في كل 000 10 دولار.

Environmental Stewardship

وينتج توليد الطاقة الحرارية الأرضية كميات لا تذكر من انبعاثات غازات الدفيئة مقارنة بالديزل، ولا تُنشر محطة حديثة ذات دورة ثنائية تقريباً أي شيء في الغلاف الجوي، مما يتوافق مع الحركة العالمية المتزايدة نحو إزالة الكربون والأهداف البيئية المحددة لكثير من المجتمعات الأصلية والنائية التي تربطها صلات ثقافية وحيوية وحيوية عميقة بأراضيها، وقد يكون لمصانع الطاقة الأرضية أثر مادي صغير على إنتاجها من الطاقة.

سيادة الطاقة

ولعل أكثر المنافع شيوعا هو سيادة الطاقة، إذ أن المجتمعات المحلية النائية، التي غالبا ما تكون موجودة في مناطق ذات تاريخ من استخراج الموارد الخارجية التي لم تحظ بفوائد محلية ضئيلة، يمكنها أن تمتلك وتدير توليد الطاقة الذاتية للمجتمع المحلي، حيث تدار النباتات الحرارية الأرضية بواسطة فائدة محلية أو تعاونية محلية، تكفل بقاء الفوائد الاقتصادية على الصعيد المحلي، وتنشأ فرص عمل في تشغيل النباتات وصيانتها للمقيمين المحليين، وتُدر عائدات بيعات الطاقة في المجتمع المحلي، بدلا من مصادر القدرة على التكيف مع الهياكل الأساسية.

التحديات والحواجز أمام التبني

ورغم وعدها بأن نشر الطاقة الحرارية الأرضية في المجتمعات النائية يواجه عقبات كبيرة، وهي ليست قابلة للتجاوز، ولكنها تتطلب اعترافا صادقا وتخطيطا استراتيجيا للتغلب عليه، ومن المرجح أن يفشل المشروع الذي لا يخطط لهذه التحديات كليا.

التكاليف الرأسمالية العليا

تكلفة آبار الحفر للاستكشاف والإنتاج هي أكبر حاجز، إذ يمكن أن يكلف حفر بئر حراري واحد 2-10 ملايين دولار، تبعاً للعمق والجيولوجيا، وبالنسبة لمجتمع صغير لديه قاعدة ضريبية محدودة، فإن رفع رأس المال هذا مستحيل بدون دعم خارجي، وخطر وجود ثقب جاف (ب) 8212؛ ودفع قيمة في موقع لا ينتج عنه طاقة كافية أو برمجة متطورة،

المخاطر الجيولوجية والملاءمة الموقعية

ولا يوجد كل مجتمع نائي في مورد حراري جيولوجي قابل للاستمرار، ولا بد من إجراء تقييم شامل ومكلف للمواقع للتأكد من وجود خزان مناسب له درجة حرارة كافية (على الأقل 80 درجة مئوية من كليسيس لمصانع الدورة الثنائية) وقابلية التحمل وحجم السائل، وهذا التقييم ينطوي عادة على استقصاءات جيوفيزيائية، وأخذ عينات جيوكيميائية من الينابيع الساخنة، وفي نهاية المطاف حفر فتحات ذات درجات حرارة.

القيود التقنية وقوام القوى العاملة

ويتطلب تركيب وصيانة مصنع للحرارة الأرضية معارف تقنية متخصصة غير متاحة في كثير من الأحيان في المجتمعات النائية، وفي حين يمكن تدريب المشغلين على إدارة مصنع ثنائي، فإن الإصلاحات الرئيسية أو فرز المشاكل تتطلب عادة تقنيين ومهندسين يسافرون على مسافات طويلة، مما يؤدي إلى تأخيرات وتكاليف خدمة عالية، كما أن نقل الطاقة من الآبار إلى المصنع ومن المصنع إلى المجتمع المحلي يتطلب هياكل أساسية كهربائية محلية قد لا تحتاج إلى تحسين.

التطبيقات العالمية الحقيقية وقصوات النجاح

ويتحقق من المزايا النظرية للطاقة الحرارية الأرضية للمجتمعات النائية عدد متزايد من المشاريع الناجحة في جميع أنحاء العالم، وتوفر هذه الدراسات دروساً واستلهاماً ملموسين لعمليات النشر في المستقبل.

أيسلندا - أمة حرارية جغرافية

إن أيسلندا هي أبرز مثال على النجاح في مجال الطاقة الحرارية الأرضية، رغم أن ظروفها فريدة، فالبلاد هو مستودع جيولوجي ساخن ذو موارد عالية الحرارة، ويظهر نحو 70 في المائة من استهلاك الطاقة الأولية في أيسلندا من مصادر الطاقة الحرارية الأرضية، ويستخدم في توليد الكهرباء وتدفئة المناطق، وتسخين المزارع النائية والقرى الصغيرة في أيسلندا مباشرة من المياه الحرارية الأرضية الساخنة دون أي وقود أحفوري أدنى(ب)().

كينيا - الطاقة الحرارية الأرضية للكهرباء الريفية

وقد أصبحت كينيا أكبر منتج للطاقة الحرارية الأرضية في أفريقيا، حيث كان أكثر من 800 ميغاوات من الطاقة المركبة، وكان مجمع أوكلاريا بالقرب من حديقة بوابة الجحيم الوطنية هو قلب هذا التطور، ومن المفارقات أن الحكومة الكينية استخدمت الطاقة الحرارية الأرضية وحدها لتوسيع الكهرباء الموثوق بها لتشمل المناطق الريفية والمناطق النائية من خلال توسيع الشبكة الوطنية، وقد أنشئت شركة تنمية الطاقة الحرارية الأرضية خصيصا لتقليل مستوى الاستكشاف والتنقيب في المناطق الريفية.

Alaska and Canada - Remote Northern Communities

Chena Hot Springs, Alaska

وقد قدمت شركة شينا هوت سبرنغ دليلا قويا على مفهوم الطاقة الحرارية الأرضية الصغيرة في بيئة نائية قاسية، حيث أن مجتمع المنتجع الذي يقع على بعد 60 ميلا شمال شرق فيربانكس، غير محسوم تماما، وفي عام 2006، قامت بتركيب محطة للطاقة الحرارية الأرضية ذات الـ 400 كيلوات، وهي أقل محطة للحرارة الأرضية في العالم في ذلك الوقت (التي تعمل على 73 درجة من مياه كليروس).

حصن ليارد، الأقاليم الشمالية الغربية، كندا

إن حصن ليارد، وهو مجتمع محلي صغير من الشعوب الأصلية في أقاليم شمال غرب كندا، قد زود بمحطة صغيرة للحرارة الأرضية منذ التسعينات، وتستخدم النباتات بئر حرفي متدفق طبيعيا من المياه الساخنة لتوليد الكهرباء وتوفير الحرارة المباشرة للمباني المجتمعية مثل المدرسة والمركز الصحي، وبينما تم تعطيل النظام بمرور الوقت بسبب مسائل التدفق، فإنه يبين الإمكانات الطويلة الأجل، والحاجة إلى إدارة حافظة حرارية دقيقة.

إندونيسيا - تنمية الطاقة الحرارية الأرضية في الجزر

إن إندونيسيا تمتلك أكبر إمكانات الطاقة الحرارية الأرضية في العالم، وتقع معظمها في جزر نائية ذات بنية أساسية محدودة، وقد أعطت الحكومة الأولوية للحرارة الأرضية لتوفير الطاقة للمجتمعات المحلية خارج المناطق في مناطق مثل سومطرة وسوليويزي، ومصنع لاهيندونغ للحرارة الأرضية في شمال سولاويسي يزود الشبكة الإقليمية بالطاقة، ويدعم مباشرة جهود الكهربة الريفية في الجزيرة، وفي حين أن مشاريع إندونيسيا غالبا ما تستخدم نموذجاً في جميع أنحاء العالم.

الابتكارات والتكنولوجيات الناشئة

إن صناعة الطاقة الحرارية الأرضية ليست ثابتة، إذ إن العديد من الابتكارات التكنولوجية والتشغيلية توسع نطاق الموارد القابلة للاستمرار وتخفض تكاليف التنمية، مما يجعل من الممكن أكثر للمجتمعات المحلية النائية أن تعتمد مصدر الطاقة هذا.

Enhanced Geothermal Systems (EGS)

"الطاقة غير المُستحلة" "يُمكن أن تُعمم المياه من خلال هذا الخزان المُهندس" "المُسخن" "المُسخن"

التقنيات المتقدمة للتنقية

(د) تكاليف الحفر هي الغالبة على اقتصاديات مشاريع الطاقة الحرارية الأرضية: يجري تكييف الابتكارات من قطاع النفط والغاز لتقليل تكاليف الحفر، وتشمل هذه الاتجاهات قطعاً من اتفاق متعدد الكريستالات بشأن الماس، تحفر بسرعة، وتحفر مساراً توجيهياً يتيح آبار متعددة من رصيف واحد، وتثقيف الضغط المنظم الذي يقلل تكاليف التجديد، وقد ساعد اعتماد تقنيات الحفر المتقدمة على تخفيض التكاليف في بعض المشاريع بتكلفة إضافية بنسبة تتراوح بين 20 و30 في المائة.

النظم الهجينة المتجددة

إن الطاقة الحرارية الأرضية شريك ممتاز في مصادر متجددة أخرى، ويمكن أن يستخدم نظام هجينة الطاقة الحرارية الأرضية لتحميل الطاقة الأساسية مع إضافة مادة فلطية شمسية لتكييف الطلب في أوقات الذروة، كما أن المعمل الحراري الجيوائي يمكن أن يوفر الحرارة لمبردات الاستيعاب، مما يتيح التبريد الشمسي أو حرارة العمليات للصناعة، ويخلق الحد الأدنى من الطاقة المزودة بالطاقة الشمسية، وهو أقل تكلفة.

مسارات السياسة العامة والتمويل للانتشار

ولن تُغلق التكنولوجيا وحدها الفجوة بين إمكانات الطاقة الحرارية الأرضية والنشر الفعلي في المجتمعات النائية، فالأطر السياساتية المحررة وآليات التمويل المبتكرة أساسية، والحكومات التي تعالج الطاقة الحرارية الأرضية المجتمعية كأداة للتنمية الريفية وإنصاف الطاقة هي التي ترى التقدم الأكبر.

وتشكل صناديق تخفيف المخاطر، التي كثيرا ما ترسمها الحكومات الوطنية أو حكومات الولايات، الأداة الوحيدة الأكثر فعالية في مجال السياسات، إذ تغطي جزءا من تكاليف الحفر الاستكشافي، تقلل هذه الأموال من المقامرة التي لا يمكن أن تتحملها المجتمعات المحلية وحدها، وتضع تعريفات ضوئية أو اتفاقات مضمونة لشراء الطاقة تدفع ثمنا ثابتا للكهرباء الحرارية الأرضية مما يتطلبه المقرضون الماليون الذين يعانون من أخطاء في البيئة، ويستهدفون تحديدا توفير خدمات الاتصالات الجغرافية الصغيرة.

كما أن المصارف الإنمائية الدولية والصناديق المناخية تزيد من تركيزها على الطاقة الحرارية الأرضية، وقد دعم الصندوق الأخضر للمناخ والبنك الدولي والمصارف الإنمائية الإقليمية مشاريع الطاقة الحرارية الأرضية في العالم النامي، وبالنسبة للمجتمعات المحلية النائية في البلدان المنخفضة الدخل، فإن التمويل التساهلي يبلغ 8212؛ والقروض المنخفضة الفائدة على المدى الطويل مع فترات النعمة(ب)8212؛ والفرق بين المشروع الممكن والحلم النظري.

آفاق المجتمعات المحلية النائية

إن الطريق إلى الأمام نحو الطاقة الحرارية الأرضية في المجتمعات المحلية النائية والخارجة عن الشبكة هو أحد التقدم التدريجي ولكن المتسارع، إذ أن تقارب تكنولوجيات محطات الطاقة الأكثر مرونة، وبيئات السياسات الأكثر استنارة، ونمو مجموعة المشاريع الناجحة، يولد زخما، فحتمية الحد من التبعية الديزلية، التي تدفعها الأهداف المناخية وأسعار الوقود المتقلبة، تعطي المجتمعات النائية موقعا تفاوضيا أقوى مع وكالات التمويل والمطورين أكثر من أي وقت مضى.

وبالنسبة لمجتمع يُنظر في مسألة الطاقة الحرارية الأرضية، يبدأ التسلسل الموصى به بإجراء دراسة متدنية التكلفة قبل تحقيق الجدوى لتقييم المعلومات الجيولوجية المتاحة والطلب على الطاقة المجتمعية، وإذا كان التقييم الأولي واعدا، ينبغي تشكيل شراكة مع مطور حراري جيولوجي قابل للذوبان أو مقدم مساعدة تقنية لمتابعة تمويل الاستكشاف، أولها خطوة تنطوي على أعلى درجة من المخاطر، ولكنه أيضاً هو الذي يوفر الرد النهائي.

ولا يمكن أن يكون استخدام الطاقة الحرارية الأرضية هو الخيار الصحيح لكل مجتمع نائي، بل يجب أن تكون الظروف الجيولوجية مناسبة، ويجب أن تحشد رأس المال، ولكن بالنسبة للمجتمعات المحلية التي لديها موارد جيدة بعيدة عن أي بنية أساسية للطاقة، فإن الطاقة الحرارية الأرضية توفر مزيجا فريدا من الموثوقية، واستقرار التكاليف، والأداء البيئي، والتحكم المحلي الذي لا يمكن أن يضاهيه، ومع استمرار التكنولوجيا في التقدم ونمو الخبرة في مجال النشر، ستتحول الطاقة الحرارية الأرضية إلى خيار متزايد القابلية.