احتمالية تضخم الطبيعة الغاز محطات توليد الطاقة في المناطق البحرية الإنتاج

ويشهد إنتاج الطاقة في الخارج تحولاً عميقاً، حيث أن الطلب العالمي على الطاقة ما زال يرتفع، وتواجه البنية التحتية القائمة على الأراضي قيوداً متزايدة - من حيث السماح بالتأخيرات في مواجهة المعارضة البيئية - تتجه الصناعة إلى البحر من أجل حلول مبتكرة، ومن بين التطورات الواعدة جداً محطة توليد الطاقة في المناطق الساحلية العائمة: وهي مرفق مكتفي ذاتياً ومنظم لتوليد الطاقة يمكن نشره مباشرة في قاع البحر، ومرتبط بوحدات التنقل في المناطق الساحلية أو في كابلات المستهلكين المحلية.

ما هي نباتات الطاقة الغازية الطبيعية؟

ومحطة طاقة غازية طبيعية عائمة هي أساسا محطة طاقة متنقلة مجهزة على منصة عائمة - وهي على شكل حداد أو هيكل شبه مصغر - تأوين الغازات الغازية أو وحدات الدراجات المشتركة لتوليد الكهرباء - وتتقبل هذه النباتات الغاز الطبيعي المسكَّل أو الغاز الطبيعي المكسور كوقود، الذي يخزن على متن صهاريج مصممة خصيصا.

أنواع المنبر

• Barge-mounted plants:] Rectangular, shallow-draft barges are the most common formation, they offer low cost, easy of construction in shipyards, and straightforward tow-to-site deployment. Suitable for cool waters such as sheltered bays or river mouths.
• Ship-shaped (floaters):] Based on converted or purpose-built tanker hulls, these provide better seakeeping in open ocean conditions. they can be used for larger power capacities (300 MW+) and can integrate onboard LNG storage.
• Semi-submersible platforms:] Used for harsh environments (e.g., North Sea, deep water), these are more stable but also more expensive. They are common for floating production storage and offloading (FPSO) units adapted for power generation.

كواشف توليد الطاقة

وتستخدم محطات الغاز الطبيعي المفلورة عادة أو المطاطين الغازية ذات الدراجات البسيطة (المشتقاة أو الصناعية) في ذروة الرسوم ومواجهتها السريعة، أو تشكيلات الدراجات المشتركة من أجل زيادة كفاءة عمليات التحميل الأساسي، وتلتقط محطات الدراجات المجمّعة حرارة العادم لحمل توربينات البخار، مما يعزز الكفاءة العامة فوق 55 في المائة (المركبات الحية الحية الحية)، ويحد من استهلاك الوقود والانبعاثات لكل ميغاه.

معالجة الوقود وتخزينه

وتخزن هذه المحطة في خزانات مبردة عند - 162 درجة مئوية. وتشمل المحطة وحدة لإعادة التكرار التي تبخر الغاز المميت قبل إرساله إلى توربينات الغاز، أما بالنسبة للشبكة الوطنية للغاز، فتستخدم سفن تخزين عالية الضغط، ولكن الشبكة الوطنية للغاز لديها كثافة طاقة أقل، وهي عادة لا تكون قادرة إلا على قطع مسافات أقصر.

أهم مزايا محطات توليد الطاقة الغازية الطبيعية

وتوفر محطات توليد الطاقة الكهربائية المفلورة مجموعة فريدة من الفوائد التي تعالج بعض أكثر التحديات إلحاحا في مجال تطوير الهياكل الأساسية للطاقة.

النشر السريع والتقسيم

ونظراً لأن المصنع يُبنى في ساحنة خاضعة للمراقبة، فإن التركيب الموقعي يقتصر على الحشد والربط بالكابلات يقلل من الأطر الزمنية للمشروع، وفي حين أن محطة الغاز البرية يمكن أن تستغرق ما بين ثلاث وخمس سنوات للسماح بالبناء، فإن محطة عائمة يمكن تشغيلها في غضون فترة تتراوح بين 18 و24 شهراً من الترتيب، ويمكن إضافة وحدات إضافية بعد ذلك إلى القدرة على قياس الحجم، مما يجعلها مثالية لنمو الطلب غير المؤكد.

التنقل والتقلب

ويمكن سحب محطات التدفئة إلى موقع جديد إذا تحول الطلب على الطاقة أو إذا أصبح الموقع الأصلي غير مستقر اقتصاديا أو سياسيا، وهذا التنقل ذو قيمة لدعم الاحتياجات المؤقتة من الطاقة (مثلا أثناء الانتعاش بعد الكوارث، وبناء مرافق صناعية كبيرة) أو لمتابعة أنشطة الاستكشاف في الخارج، وبعض المشغلين يستأجرون محطات عائمة إلى بلدان متعددة طوال حياتها.

انخفاض الاحتياجات من الهياكل الأساسية على اليابسة

كما أن محطات الغاز الطبيعي المزدحمة تزيل الحاجة إلى حيازة الأراضي وإعداد المواقع والسماح المكثف للمرافق الساحلية، وتتجنب أيضا تكلفة بناء خطوط أنابيب الغاز الطويلة من الساحل، التي يمكن أن تشكل حاجزا رئيسيا للدول النامية، بل يمكن تسليم الغازات العائمة مباشرة إلى المصنع العائم، مما يبسط سلسلة إمدادات الوقود.

المنافع البيئية والمتعلقة بالسلامة

وتجهز محطات الغاز العائم الحديثة بنظم متقدمة لمراقبة الانبعاثات (الحرقات المنخفضة جداً، والخفض الحافز الانتقائي) ويمكن أن تحقق مستويات منخفضة جداً من النيتروز وثاني أكسيد الكربون، ولأنها تقع في الخارج، فإن الضوضاء والآثار البصرية ضئيلة، وفي حالة تسرب الغاز، يؤدي التشتُّت في المياه إلى الحد من مخاطر الانفجار مقارنة بالمرافق البرية، وبالإضافة إلى ذلك، يمكن تصميم محطات العائمة بحيث تتلاءم مع العواصفات والبنى التحتية الثابتة.

التكامل مع التجديدات

ويمكن لمصانع الغاز المفلورة أن تكون بمثابة دعم مرن لمصادر متجددة متغيرة مثل الرياح البحرية والسعر الشمسي، إذ إن سرعة التفشي عند سقوط الرياح، تتيح زيادة تغل مصادر الطاقة المتجددة مع الحفاظ على استقرار الشبكة، ويجري بالفعل دراسة النظم الهجينة التي تجمع بين محطة غاز طبيعية عائمة مع تخزين البطاريات والمتجددات.

التحديات التقنية والحلول الهندسية

وعلى الرغم من وعدها، تواجه محطات توليد الطاقة الغازية الطبيعية العائمة عقبات تقنية كبيرة، ويتطلب تكييف تكنولوجيا توربين الغازات البرية إلى بيئة بحرية متحركة ومتآكلة وجود هندسة قوية.

التنقل والاستقرار

وتؤثر حركة الدفعات التي تحركها الموجات على مواءمتها مع توربين الغازات، مع تحمل الأداء، ونوعية الوقود، وتشمل الحلول نظماً للمسح المتناغم، وتحقيق الاستقرار النشط (الطقوس الرطوبة أو الصابورة)، واستخدام التوربينات الغازية التي تُقدر بالبحر، والتي تهدف إلى التسامح مع حركة التكتل الكبيرة المتوافقة مع الدراجات، والمولدات الحرارية المولدة.

التحلل المراسلي والمادي

ويتسبب الهواء المسلّح في تسارع التآكل في نصلات التربين، ومبادلات الحرارة، والعناصر الكهربائية، كما أن المعاطف المتقدمة (مثلا، الأشعة الحرارية البلازمية، والحواجز الحرارية الخزفية)، والسكك الحديدية الخاصة (الفولاذ اللاصق، والإيكونيل)، ونظم التموين الجوي التي تزيل الغبار والملح، هي عوامل أساسية، حيث تكون فترات الصيانة المنتظمة أقصر من النباتات الساحلية.

إدارة السلامة والغاز

فالغاز الطبيعي قابل للاشتعال ويمكن أن يشكل خلائط متفجرة مع الهواء، ويجب أن تشمل محطات التزحلق كشف الغاز، ونظم إطفاء الحرائق (ضباب المياه، والكيميائية الجافة)، ونظم التفجير لغاز التهوية بأمان في حالات الطوارئ، وتضيف قواعد تخزين الغازات المبردة (الحرق الباردة، والانتقال السريع) والمعايير الدولية مثل المدونة الدولية لسلامة السفن التي تستخدم الغازات أو غيرها من أنواع الوقود ذات النوافذ المنخفضة.

السوقيات والصيانة

ويتطلب الإمداد بالوقود جدولاً موثوقاً به لشبكة الكهرباء والكهرباء أو لشبكة النقل الوطني، يمكن تعطيلها بالطقس، ويجب أن يتم الصيانة في الموقع أو في حوض جفاف، مما يؤدي إلى فترات توقف أطول مقارنة بالمصانع التي يمكن للفنيين الوصول إليها بسهولة، ويستخدم بعض المشغلين نموذجاً " التبديل " حيث يحل محل منشأة عائمة بوحدة جديدة بينما يُعمد فيها أصلاً.

مقارنة مع خيارات الطاقة الخارجية الأخرى

وتتنافس محطات توليد الطاقة الغازية الطبيعية المفلورة مع تكنولوجيات توليد أخرى في الخارج، بما في ذلك رياح وشمسية وموجات وتربينات الغاز في البحر.

أوف شور ويند

فالمزارع الريحية البحرية أصبحت الآن قادرة على تحمل التكاليف في مناطق كثيرة، حيث تقل تكلفة الطاقة المرتدة عن 50 دولاراً/ميغاواط، غير أن الرياح متقطعة وتتطلب بطاريات كبيرة أو نقلاً إلى توازن، كما أن محطات الغاز المفلورة توفر قوة ثابتة يمكن إرسالها ويمكن أن تكون قريبة من مراكز التحميل دون بدائل خارجية، وهي مكملة وليست منافسة مباشرة.

فلوريس سولار

إن منظومات الطاقة الشمسية المفلورة ذات الطاقة الشمسية رخيصة ولكنها متقطعة أيضاً، مع عوامل قدرة أقل من محطات الغاز، وهي تتطلب مناطق سطحية كبيرة للمياه ولا يمكنها أن تضاهي ناتج توربين الغاز الذي يبلغ طوله 24/7، ويمكن أن توفر مجموعة من الغازات الشمسية العائمة التي تحتوي على مخزن للبطارية حمولة أساسية منخفضة الكربون.

Subsea Gas Turbines

وتوضع توربينات الغاز في البحر (مثلا من أكر سولوتس أو أحد المناطق الفرعية) ويمكنها أن تعمل في ضغط مرتفع على القيادة المباشرة للمضغطين، وتقضي على الحاجة إلى منصة على أعلى، ولكنها تنطوي على نقل معقد للطاقة في أعماق البحار، أما بالنسبة لتوليد الطاقة النقية إلى الشبكة، فإن النباتات العائمة هي أبسط وأثبت.

محطات توليد الطاقة النووية

فالغاز النووي المتدفق (مثل أكاديميك لومونوسوف) في روسيا يوفر حمولة أساسية خالية من الكربون، ولكنه يواجه عقبات تنظيمية صارمة، وتكاليف رأسمالية مرتفعة، ومعارضة عامة، فالغاز الطبيعي أسهل بكثير من الترخيص به ونشره، ولا ينتج نفايات مشعة.

دراسات الحالة والنشرات التشغيلية

وهناك عدة محطات عائمة لتوليد الطاقة الغازية الطبيعية تعمل أو قيد البناء في جميع أنحاء العالم، وتوضح الأمثلة التالية مدى تعارضها.

أسطول الطاقة التركي

وقد استخدمت تركيا عدة محطات لتوليد الطاقة الغازية ذات الصخور لمعالجة النقص في الطلب على الذروة والشبكة، ففي عام 2017، يمكن أن تكون الأسطول (وهي شركة تركية) قد نشرت عدة 200 محطة عائمة تابعة لشبكة MW قبالة ساحل إزمير، مما يوفر استجابة سريعة لعجز القدرات. ]

Pioneering Project in Indonesia

وفي عام 2019، كلفت إندونيسيا مصنعاً لتوليد الطاقة الغازية العائمة يبلغ 120 ميغاواط بتوريد الكهرباء إلى جزيرة لومبوك، وهي منطقة محدودة من حيث الطلب على الأراضي والسياحة، واستعيض عن المصانع التي بُنيت بصناعات ثقيلة من طراز ، باستخدام تشكيلة مشتركة من الدراجات، وهي مُنَزَّجة في خليج محمي، واستبدلت مولدات وقودية متطورة.

البرازيل الغازات من الشاطئ إلى الدول

وتعمل بتروبرا محطات توليد الطاقة العائمة كجزء من استراتيجيتها لتوليد الغازات البحرية، وفي حوض سانتوس، يجري تجهيز الغاز الطبيعي من آبار فرعية وإحراقه في مصنع عائم للتربين الغازي (على نظام كهرباء معدل) لتوفير الطاقة للمنابر البحرية، مع تصدير فائض عبر كابل تحت البحر إلى البر الرئيسي، مما يتفادى بناء خطوط أنابيب باهظة التكلفة.

المشاريع المقبلة في أفريقيا والشرق الأوسط

وتقوم بلدان أفريقية عديدة ذات شبكات صغيرة )مثل غانا وموزامبيق( بتقييم مشاريع عائمة من أجل الطاقة الكهربائية من أجل القفز من البداية، كما تقوم الشرق الأوسط بالتحقيق في النباتات العائمة لتدفئة النفايات المستخدمة في المياه البحرية لإنتاج المياه العذبة.

الاعتبارات البيئية والتنظيمية

وفي حين أن الغاز الطبيعي أنظف من الفحم، فإنه لا يزال يُنبعث من ثاني أكسيد الكربون ومن الملوثات المعيارية، فلا بد أن تستوفي محطات التخصيب الأنظمة العالمية والمحلية.

الانبعاثات

ويحقق توربينات الغاز الحديثة انبعاثات ثاني أكسيد الكربون حوالي 400 إلى 500 كغم/ميغاواط (دورة مشتركة)، أي نصف تقريباً من مصنع الفحم. وتخضع انبعاثات أكسيد النيتروز للرقابة إلى أقل من 25 مليون متراً باستخدام أجهزة الحرق الجاف ذات النيتروز المنخفض.

التلوث البحري

ويمكن أن تنتج العمليات مياهاً رشيقة ومياه باهتة ونفايات صلبة، وتنظم المنظمة البحرية الدولية تصريف النفايات بموجب المرفق الأول والرابع والخامس من الاتفاقية الدولية لمنع التلوث الناجم عن السفن. ويجب أن تشمل محطات التزحلق نظماً لمعالجة المياه النفطية ومياه الصرف الصحي.

الحياة البحرية

ويمكن أن تؤدي الضوضاء تحت الماء من التربينات الغازية ونظم الرعي إلى إزعاج الثدييات البحرية، وتشمل التخفيف من آثارها شظايا الصوت، وعزلة اليقظة، ولتحديد مواعيد أنشطة البناء خلال مواسم منخفضة الحدة، وتقييمات الأثر البيئي إلزامية في معظم الولايات القضائية.

الأطر التنظيمية

وتصنف محطات توليد الطاقة المفلورة عادة على أنها سفن أو منشآت بحرية، تقع ضمن اختصاص دول العلم والدول الساحلية، وتشمل الأنظمة الرئيسية مدونة IGF ] للسفن الوقودية، والأنظمة الوطنية للنفط والغاز، والسلطات المحلية للموانئ والكهرباء، وفي الولايات المتحدة، يجب أن تحصل المشاريع على ترخيص من الإدارة البحرية (MARAD) وأن تمتثل لقانون السياسات البيئية الوطنية.

The Future of Offshore Energy: Integrating Gas with Renewables

ومن غير المرجح أن تكون محطات توليد الطاقة الغازية الطبيعية العائمة طويلة الأجل، بدلا من ذلك، جزءا من النظم الهجينة التي تجمع بين توليد الغاز وتخزين البطاريات ومصادر الطاقة المتجددة مثل الرياح العائمة والشمس، ويمكن لهذه التشكيلات أن توفر طاقة خالية من الكربون لفترات طويلة، مع تشغيل وحدة الغاز فقط عندما تكون مصادر الطاقة المتجددة غير كافية، بل إن بعض المفاهيم تقترح استخدام المحطة العائمة لإنتاج الهيدروجين الخفيف بواسطة الكهرباء الكهربي باستخدام التحلل النظيف.

وثمة حدود أخرى هي احتجاز الكربون واستخدامه وتخزينه، حيث يمكن أن يجعل تجهيز محطة غاز عائمة تضم وحدات احتجاز مأمونة وتخزين ثاني أكسيد الكربون في التكوينات الجيولوجية الفرعية قريبة من الصفر، كما أن مشاريع رائدة تجري مناقشتها في البحر الشمالي وخليج المكسيك.

ومع الضغط على زيادة الكربون، يمكن أن يتحول دور الغاز الطبيعي من حمولة أساسية إلى وقود انتقالي واحتياطي مرن، وتوفر محطات التزلّج القدرة على التقليص أو الانتقال مع تهيّل مصادر الطاقة المتجددة، وتجنّب الأصول المتقطعة.

خاتمة

إن محطات توليد الطاقة الغازية الطبيعية التي تضاءل إلى حد كبير، تمثل حلا قابلا للتكرار بسرعة لإنتاج الطاقة في المناطق البحرية، وهي تتغلب على القيود التي تفرضها الهياكل الأساسية البرية، وتوفر قدرة ثابتة على دعم التكامل المتجدد، ويمكن نشرها في مختلف البيئات الجغرافية والتنظيمية، وفي حين أن التحديات لا تزال قائمة، فإن القدرة على تحمل عبء الطاقة، والتآكل، والسلامة، والانبعاثات - التقدم المحرز في معالجة هذه المشاكل، وعندما يقترن ذلك بالمناظروف الطبيعية، وفي نهاية المطاف، فإن محطات الغاز العائمة يمكن أن تكون بمثابة جسرا.