إن التحول العالمي إلى الطاقة المتجددة آخذ في التسارع، وتؤدي الطاقة الريحية الخارجية دورا محوريا في إزالة الكربون من شبكات الكهرباء، وفي حين أن التوربينات التقليدية الثابتة القارات أثبتت فعاليتها في المياه الضحلة، فإن مناطق واسعة في أعماق المحيط، حيث يقيم أكثر من 80 في المائة من موارد العالم من الرياح البحرية، دون أن يُستغل، فإن التوربينات الريحية المتطورة توفر حلاً تحويلياً يمكّن من الحصول على رياح أقوى وأكثر اتساقاً في المياه.

ما هي "فلورينت ويند توربينز"؟

وعلى عكس نظرائهم من القذارة الثابتة الذين يتجهون إلى قاع البحار، فإن التوربينات العائمة للرياح تُقام على منابر مائية مرسَّمة إلى قاع البحار بواسطة خطوط متنقلة، وترمي هذه المنصات إلى الحفاظ على الاستقرار، مع السماح للتربين بالعمل بكفاءة في أعماق المياه العميقة، بما يتجاوز عمق 60 متراً، وتُشغل التركيبات التربينية نفسها بزوعة تصل إلى مائة موقع عائم.

ويجري حالياً وضع أربعة أنواع رئيسية من تصميمات منصات العائمة:

Spar-Buoy Platforms

وتستخدم منابر " سبار " أسطوانة عمودية ثقيلة طويلة مليئة بالباليهات لتقليص مركز الجاذبية وتحقيق الاستقرار، وهي بسيطة وفعالة من حيث التكلفة بالنسبة للمياه العميقة، ولكنها تتطلب حزما عميقة للتجمع ولها مشروع كبير، ومشروع هيويند اسكتلندا، وهو أول مزرعة رياح عائمة في العالم، يستخدم تكنولوجيا " سبار بووي " التي طورتها إكينور.

المنهاجات شبه العضوية

وتتألف المواد شبه الفرعية من أعمدة متعددة مرتبطة بالبنادق، وتستخدم هذه المواد الطفرة الموزعة والباليهات المائية لتحقيق الاستقرار، وتتوفر لهذه المنصات مسودة ضحلة تتيح التجمع في الموانئ والتركيب في أعماق متوسطة، ويستخدم مشروع ويندوفلات الأطلسي هذا التصميم، ويفضل العديد من المطورين ذلك من أجل التقلبات وانخفاض تكاليف التركيب.

منابر القدماء

وتُربط هذه البرامج العمودية بقاع البحار باستخدام المنافذ المتوترة، وهي توفر قدراً كبيراً من الاستقرار، مع الحد الأدنى من الحركة، وهو ما يناسب التوربينات الكبيرة، والتصميم هو وزن خفيف ولكنه يتطلب تركيباً معقداً ومرسباً، وهناك عدة مفاهيم من قبيل مفهوم " TLP " الذي وضعته شركة GICON، وهي قيد الاختبار.

منابر بارغي - تيب

فالقضبان هي هياكل ترويحية بسيطة أو على شكل من الطوابق تعتمد على منطقة كبيرة من مناطق المياه من أجل الاستقرار، وقد جهزت مسودة سطحية وأسهلت نسيجها، ولكنها يمكن أن تشهد حركة أكثر استثارة من الموجات، واستعان مشروع إشاعة فوكوشيما المزدحمة في المناطق الساحلية المتجهة إلى مناطق شاسعة منصة الشوارع.

مزايا توربيناتز ويند

Access to strongerer, More Consistent Winds

وترتفع سرعة الرياح عموماً وتزيد من اضطرابها في المناطق البحرية، ويمكن وضع التوربينات المزخرفة في المياه العميقة حيث تكون الرياح أكثر اتساقاً، وتحسين عوامل القدرة، وتشير الدراسات إلى أن مزارع الرياح العائمة يمكن أن تحقق عوامل قدرة تتجاوز 50 في المائة، مقارنة بحوالي 35 إلى 45 في المائة بالنسبة للعديد من المواقع الثابتة القاعية، مما يترجم مباشرة إلى إنتاج للطاقة أعلى لكل توربين.

خيارات النشر الموسعة

وتقتصر التوربينات الثابتة على أعماق المياه التي تبلغ 30 إلى 60 متراً، باستثناء الرفوف القارية الواسعة والمياه الساحلية العميقة، وتفتح مناطق الاضطرابات السطحية مثل الساحل الغربي للولايات المتحدة واليابان والبرتغال وعمق المياه في البحر الأبيض المتوسط حيث تنخفض المياه بشكل حاد بالقرب من الشاطئ، ووفقاً لـ ] يمكن للوكالة الدولية للطاقة [FLT: open]، أن تطفو على نحو 000 1 رياح.

انخفاض الاضطرابات الافتراضية والبيئية

ونظراً إلى إمكانية وضع العديد من الكيلومترات من الشاطئ، فإن التوربينات العائمة للرياح لا تُستخف في كثير من الأحيان من الساحل، مما يقلل من الاعتراضات الجمالية التي يمكن أن تُعطل المشاريع على الشاطئ والشاطىء، وبالإضافة إلى ذلك، لا تتطلب المؤسسات إعداداً لمركبات الصواريخ أو قاع البحار، مما يقلل كثيراً من الضوضاء واضطرابات الموائل أثناء التركيب.

Scalability and Efficient Installation

ويمكن تجميع المنصات بالكامل وإصدار تكليفات بها في الميناء، ثم سحبها إلى الموقع مما يخفف من الحاجة إلى سفن شحن ثقيلة باهظة التكلفة وإلى التشييد في الخارج، وهذا النهج النموذجي يعجل بتركيب العناصر الموحدة ويتيح إنتاجها المسلسل، ويمهد الطريق أمام خفض التكاليف عن طريق وفورات الحجم.

التحديات التقنية والاقتصادية

التكاليف الرأسمالية المرتفعة

وفي الوقت الراهن، تكون توربينات الرياح العائمة أكثر تكلفة من ثاني أكسيد الكربون إلى ثلاث مرات من التوربينات الثابتة - القاع - وتدفع التكاليف من منابر فولاذية متخصصة، ونظم متحركة معقدة، وكابلات تصدير دينامية يجب أن تزدهر بالحركة الموجية، وتقدر تكلفة التوسع في الطاقة بالنسبة للرياح العائمة بمبلغ يتراوح بين 150 و200 دولار لكل ميغاواط، مقارنة بتصميمات الريح الثابتة.

التعقيد والقابلية للاعتماد

إن تصميم هياكل عائمة يمكن أن تتحمل موجات متطرفة وتيارات وتحميل الرياح لمدة 25 سنة، يتطلب هندسة متقدمة، ويمكن أن يفرض اقتراح المنهاج أعباء إضافية على مكونات التربين، مما يقلل من الموثوقية، كما أن الكابلات الدينامية - التي يجب أن تصمد أمام القفزات الدورية والتوتر - هي نقطة فشل حرجة، وتركز على نظم الصابورة النشطة، ومواد الوزن الخفيف، وتصميمات القوية.

التركيب والصيانة

وفي حين أن التجمّع في الموانئ يبسط التركيب الأولي، فإن الصيانة الجارية في المياه العميقة أمر صعب، إذ يتطلب الوصول إلى التربينات سفناً متخصصة وقد تكون محدودة بواسطة نوافذ الطقس، ويقوم المطورون باستكشاف طائرات التفتيش المستقلة، ورصد الأوضاع عن بعد، وتصميمات عناصر التغيير السريع لخفض وقت التعطل وتكاليف التشغيل.() وتمثّل مختبر الطاقة المتجددة الوطني [FLT:] 25 في المائة من تكاليف التشغيل المبكرة.

Grid Connection

ويتطلب نقل الطاقة من التربينات العائمة البعيدة كابلات دينامية يمكن أن تعالج مسألة العمق وحركة الموجات، وهذه الكابلات أكثر تكلفة وأقل كفاءة من تلك التي تتسم بالثبات، وقد يلزم وجود نظم عالية الفولطية مباشرة للمسافات الطويلة، مما يضيف إلى تكاليف الهياكل الأساسية، وتقوم المبادرات التعاونية بوضع تصميمات ثابتة للكابلات العائمة، ووضع بدائل لمعالجة هذه التحديات.

الأثر البيئي والبحري

إن فيضانات الرياح له آثار بيئية أخف من البذر الثابت بسبب الحد الأدنى من التدخل في قاع البحار، ويمكن أن تؤدي نظم الأنكور وخطوط الرعي إلى إحداث آثار في الشعاب الصناعية، مما قد يفيد الحياة البحرية المحلية، غير أن الجلوس بعناية أمر أساسي لتجنب الموائل الحساسة، وطرق الهجرة، وأسباب الصيد، حيث إن الضوضاء على البناء تقتصر إلى حد كبير على تجميع الموانئ ووضع الكابلات.

المشاريع الرائدة وشركة الصناعة

Hywind Scotland

ومنذ عام 2017، لا تزال منطقة إيكونور هيويند سكوتلاندا التي تبلغ 30 ميغاواط أطول مزرعة رياح عائمة تجارية تجري في الأجل الطويل، وهناك 5 6 ميغاواط سيمينس تربينات مجهزة على ممرات سبار تُحقق متوسط عوامل القدرة فوق 50 في المائة، مما يثبت قدرة التكنولوجيا على البقاء في ظروف قاسية في بحر الشمال، وتُبلغ الدروس المستفادة من هايويند مشاريع أكبر، بما في ذلك مزرعة هيويند تامبن (88 ميغاد) المقترحة في كوريا.

WindFloat Atlantic

قبالة ساحل البرتغال، يستخدم مشروع " ويند فلوات الأطلسي " البالغ 25 ميغاواط ثلاث منابر شبه فرعية مع مركبتين من طراز MHI Fstas 8.4 MW turbines، وقد أثبت، حسبما أُجري في عام 2020، ارتفاع الأداء والقدرة على التكيف، مع طول 20 مترا خلال العواصف، وحفز نجاح المشروع على تطوير مزرعة ويند الشتية الريحية الـة 30 MWeFelshore Wind In Scotlotland, also employing technology.

مبادرات رئيسية أخرى

وتمضي فرنسا قدما بمشاريع تجريبية متعددة، مثل بروفينس غراند لارج (3 توربينات، و 25 ميغاواط) و EolMed (3 توربينات، و 30 ميغاواط) وفي اليابان، اختبر مشروع فوكوشيما فورور وحدة شبه مائية، وقد حدد مكتب إدارة الطاقة في المحيط في الولايات المتحدة مناطق الإيجار المحتملة خارج كاليفورنيا، حيث تكون الرياح العائمة الخيار الوحيد القابل للبقاء نظراً لقيمة تصميم المياه العميقة.

الآفاق المستقبلية والارتقاء

ومن المتوقع أن تنمو سوق الرياح العائمة من أقل من 200 ميغاواط اليوم إلى أكثر من 20 ميغاواط بحلول عام 2035، وفقاً للإسقاطات الصناعية، وتمثل أوروبا وآسيا والمحيط الهادئ والساحل الغربي بالولايات المتحدة أكبر الأسواق المباشرة، مثل تمويل الابتكار، ومزادات الطاقة المتجددة مع انقطاعات خاصة بالنقل العائم، وترشيد الإتاحة الحاسمة لاستثمارات المراحل المبكرة من المخاطر، وتضع الجهات المصنعة على نحو متفاوت.

وتشمل مسارات خفض التكاليف تصنيع تركيبات الوصلات، واستخدام مواد أخف (الخرسانة بدلا من الفولاذ من أجل الصابورة)، وتكنولوجيا الرعي المتقدمة، والكابلات الدينامية الموحدة، ويمكن للهياكل الأساسية للشبكات المشتركة، والغطاءات الفرعية العائمة أن تخفض نفقات النقل، وإذا ما تحققت هذه الاتجاهات، فإن الرياح العائمة يمكن أن تحقق التكافؤ بين الشبكات والمتجددات الأخرى في غضون عقد من الزمن، مما يفتح موارد ضخمة للطاقة النظيفة حيوية لتلبية أهداف صافية.

خاتمة

إن تمزق الريح الريحية ليس مجرد تحسين تدريجي على التصميمات الثابتة على أساس القاع؛ بل يمثل تحولاً نموذجياً في انتشار الريح في الخارج، ومن خلال إزالة القيود العميقة، يفتحون أعمق المناطق المحيطية وأريحها أمام توليد الطاقة المتجددة على نطاق واسع، وفي حين أن التكاليف الحالية والعقبات التقنية لا تزال تقدماً تكنولوجياً كبيراً وسريعاً، وزيادة ثقة المستثمرين، ودعماً قوياً في السياسات، تؤدي إلى دفع الصناعة قدماً.