ومع تعجيل عملية الانتقال في مجال الطاقة على الصعيد العالمي، تستكشف المجتمعات المحلية بصورة متزايدة نظم الطاقة المتجددة اللامركزية التي تقلل من الاعتماد على الوقود الأحفوري وتعزز القدرة على مواجهة الطاقة، ومن بين هذه الخيارات، تكتسب وحدات الطاقة الحرارية الأرضية الصغيرة اهتماما لقدرتها على توفير الكهرباء الأساسية والتدفئة المباشرة من مصدر حراري ثابت وخفيض، وخلافا للحوافز الشمسية أو الرياح، فإن الطاقة الحرارية الأرضية ليست متقطعة، مما يجعلها حجر الزاوية بالنسبة للمحاصيل الصغيرة الحجم.

Understanding Small-Scale Geothermal Systems

وتتراوح الوحدات الحرارية الأرضية الصغيرة عادة بين 5 كيلوواط و50 كيلوواط، مصممة لخدمة مبنى واحد، أو مجموعة من المنازل، أو مرفق تجاري صغير، وتنقسم إلى فئتين رئيسيتين: مضخات الحرارة ذات المصدر الأرضي ومحطات توليد الطاقة الثنائية، وتستخدم هذه المركبات درجات حرارة ثابتة (تولد عادة 10-16 درجة مئوية) لتوفير الطاقة الحرارية الفضائية وتبريدها بكفاءة، بينما تولد سائلاً محمولاً

وهذه النظم تتطلب أرضا أقل بكثير من الأراضي التي يحتاج إليها نظراؤهم على نطاق واسع - وغالبا ما تحتاج إلى بضعة أمتار مربعة لكل منشأة - ويمكن نشرها في مناطق ذات مستويات حرارية جغرافية متوسطة، مثل بعض أجزاء الولايات المتحدة الغربية وشرق أفريقيا وأيسلندا، ومع ذلك، فإن تكنولوجيات الحفر المتقدمة، بما في ذلك الحفر في الاتجاه وتصميمات الثقوب، قد قلصت البصمة السطحية وتراجعت معدلات الاستثمار الأولية.

العوامل الاقتصادية التي يتعين النظر فيها

الاستثمارات الأولية وتكاليف رأس المال

وأهم حاجز أمام الدخول هو التكلفة الأولية، إذ يمكن أن يمثل التنظيف وحده ٤٠-٦٠ في المائة من مجموع نفقات المشاريع، وبالنسبة لمصنع ثنائي يبلغ ٥٠ كيلوواطا، يتراوح مجموع التكاليف المركبة بين ٠٠٠ ٣ و ٠٠٠ ٦ دولار لكل كيلوات، وفقا للبيانات الواردة من إدارة الطاقة في الولايات المتحدة، وتزيد أسعار هذه المركبات من حيث النضج، وعادة ما تبلغ ٥٠٠ ٢ دولار إلى ٠٠٠ ٥ دولار للطن الواحد من القدرات، ولكن أعمدة الحفر فيها هي من تقنيات الحفر )٠٠٠ ٣٠(.

تكاليف التشغيل والصيانة

وعند تركيب الوحدات الحرارية الأرضية الصغيرة، تكون تكاليف التشغيل منخفضة نسبيا، وتحتاج النباتات المولدة إلى رصد روتيني للمضخات، ومبادلات الحرارة، ومستويات سوائل العمل، ولكنها لا تنطوي على أي احتراق وقلة من أجزاء النقل، إذ تبلغ تكاليف التشغيل السنوية للعمدة 1-3 في المائة من الاستثمار الأولي في رأس المال، وبالنسبة لشركات الصحة العالمية، فإن النفقات الأساسية هي الكهرباء للمضخات التداولية، التي يمكن أن تقابلها جزئيا وفورات في النظام والتي تتجاوز 25 سنة.

وفورات الطاقة ودرجات الإيرادات

أما الطاقة الحرارية الأرضية الصغيرة فتستبدل الكهرباء التي ستشترى من غير ذلك من الشبكة بأسعار التجزئة، وغالبا ما تتراوح بين ٠١,٠ و ٠٣,٠ دولار/كيلوواط، وبالنسبة لمصنع ٥٠ كيلوواط يعمل بعامل قدرة بنسبة ٩٠ في المائة، مما يترجم إلى زهاء ٥٩٣ مليون دولار سنويا، أو ٠٠٥ ٨١١ دولار كتكلفة كهربائية، ويمكن أن تأتي إيرادات إضافية من بيع فائض الطاقة الكهربائية إلى الشبكة عن طريق صافي قياسات الحرارة أو السائل.

فترة سداد التكاليف المقدرة للطاقة

وعادة ما تنخفض فترة الانتكاس للمشاريع الحرارية الأرضية الصغيرة بين ٥ و ١٠ سنوات، تبعا لأسعار الطاقة المحلية، وعمق الحفر، وتوافر الحوافز، وتقدر التكلفة المخفضة للطاقة بالنسبة للمصانع الثنائية الصغيرة بمبلغ ٠,٠٨-٠,١٥ دولار/كيلوواط، التي تطبق على نحو تنافسي بالشمس والريح في مناطق كثيرة عندما تؤخذ تكاليف التخزين في الاعتبار، بل إن هذه المنح الائتمانية المحدودة الأجل هي أقل من ٠,٠ دولار.

الحوافز المالية وآليات التمويل

ويقوم الدعم الحكومي بدور محوري في سد الفجوة الاقتصادية، وفي الولايات المتحدة، يقدم الائتمان الضريبي للاستثمار الاتحادي ائتمانا ضريبيا بنسبة 30 في المائة للمضخات الحرارية الأرضية، وقيمته 26 في المائة لمصانع الطاقة الحرارية الأرضية من خلال عام 2032، كما يقدم العديد من الولايات مكافآت أو حوافز قائمة على الأداء، وتقدم وزارة الطاقة الريفية في الولايات المتحدة الأمريكية منحا وضمانات قروض لمشاريع الطاقة المتجددة في المجتمعات الريفية.

التحديات والفرص

المخاطر الجيولوجية والتقنية

فالحفر الاستكشافي ينطوي على خطر التعرض لدرجات حرارة أو عجز غير كافية، فخلافاً للمرافق الكبيرة، كثيراً ما تفتقر المجتمعات المحلية إلى رأس المال لاستيعاب آبار الجاف، غير أن تقنيات المسح الجيوفيزيائي الجديدة - مثل المغناطيسي وقطع درجات الحرارة الضحلة - يمكن أن تقلل من عدم اليقين، كما أن اتحادات الحفر التعاونية وصناديق تقاسم المخاطر (مثل تلك المستخدمة في كينيا والفلبين) بدأت تظهر لنشر التعرض المالي عبر أصحاب المصلحة المتعددين.

مفاوضو التمويل

وقد يكون المقرضون التقليديون مترددين في تمويل الطاقة الحرارية الأرضية الصغيرة بسبب المخاطر المتصورة والافتقار إلى نماذج موحدة للمشاريع، وقد حققت تعاونيات الطاقة المتجددة المملوكة للمجتمعات المحلية نجاحا باستخدام التمويل الجماعي، والسندات الخضراء، والشراكات بين القطاعين العام والخاص، فعلى سبيل المثال، تدعم مشاريع المساعدة التقنية ودراسات الجدوى التي تساعد المجتمعات المحلية على الخروج منها.

التقدم التكنولوجي

وتخفض تكاليف الابتكارات في أدوات الثقوب، والنظم الحرارية الأرضية المغلقة، ووحدات الطاقة النموذجية. وتخفض التصميمات المغلقة التي تعمم السوائل من خلال فتحة مقفلة دون استخراج السوائل الحرارية الأرضية، وتقضي على قضايا التوسع والتآكل، وتجعل المنشآت الصغيرة أكثر قابلية للاستمرار في مختلف الجيولوجيات، ويجري تسويق هذه النظم عن طريق عمليات البدء، ويمكن أن تخفض تكاليف الحفر بنسبة تتراوح بين 30 و50 في المائة خلال العقد المقبل.

الملكية المجتمعية والاستحقاقات الاجتماعية

ويمكن أن تؤدي الملكية المحلية إلى تحسين القدرة على البقاء اقتصادياً عن طريق الاحتفاظ بدولارات الطاقة داخل المجتمع المحلي.() وقد خلصت دراسة أجريت في عام 2019 من قبل مختبر الطاقة المتجددة الوطني إلى أن المشاريع الحرارية الأرضية المملوكة للمجتمعات المحلية في ألاسكا الريفية حققت فترات انتقامية منخفضة تصل إلى 4 سنوات عندما تقترن ببرامج الدولة لكفاءة الطاقة، وإلى جانب العائدات المالية، فإن هذه المشاريع تؤدي إلى وظائف محلية في مجالات الحفر والصيانة والعمليات، وتعزز سيادة الطاقة.

دراسات الحالة والأمثلة الحقيقية على الصعيد العالمي

آيسلندا: تدفئة مقاطعة لوكوست

وتسمح الموارد الحرارية الأرضية الوفيرة في أيسلندا بأن توفر النظم الصغيرة الحجم تدفئة معقولة للقرى بأكملها، وتستخدم مدينة هيفيرغرا أوري، على سبيل المثال، محطة ثنائية تبلغ ٤٥ كيلوواط لتوليد الطاقة في عملية دفيئة توفر الخضروات الطازجة في كل سنة، ويدفع المقيمون تكاليف تدفئة تبلغ زهاء ٤٠٤ دولار/كيلوواط، أي خمس المتوسط الأوروبي، مما يدل على الكيفية التي يمكن بها للوحدات الصغيرة أن تتحول بها الاقتصادات المحلية.

الولايات المتحدة: البرامج الرائدة الريفية

وفي بحيرة فيو، أوريغون، تعمل محطة ثنائية تبلغ 1.5 ميغاواط كمرسي مجتمعي، وتوفر الطاقة للمدارس المحلية والمباني البلدية، ورغم أن تصميمها النموذجي كان أكبر من الوحدة النموذجية الصغيرة، فقد ألهم نموذجاً لـ 50 كيلوواط في مقاطعة كلات المجاورة يحشد سندات بلدية ومنحة من برنامج ريباك التابع للرابطة، ومن المتوقع أن يكسر المشروع حتى في 7 سنوات، ويبلغ معدل الارتفاع عن معدل الارتداد 12 في المائة.

كينيا: مجموعة مين - غريدز اللامركزية

وفي وادي ريفت، قامت عدة مجتمعات خارج الشبكة بتركيب وحدات ثنائية من 30 إلى 50 كيلووات في مدارس الطاقة والعيادات الصحية، وبدعم من الوكالة الدولية للطاقة المتجددة ، أظهرت هذه المشاريع أن الطاقة الحرارية الأرضية الصغيرة يمكن أن تتنافس مع مولدات الديزل على أساس تكلفة مخفضة مع القضاء على مخاطر وقود الوقود وانبعاثاته.

خاتمة

فتقدير القدرة الاقتصادية لوحدات الطاقة الحرارية الأرضية الصغيرة يتطلب نظرة شاملة تتجاوز السعر الملصق، وفي حين أن ارتفاع التكاليف الأولية وعدم التيقن الجيولوجي ما زالا يشكلان عقبات حقيقية، وتتراجع تكاليف التكنولوجيا، وحوافز السياسات السخية، ونماذج التمويل المبتكرة، وتضعان على نحو متزايد النطاقات اللازمة لاعتماد المجتمعات المحلية، وتجعل الحكومات المحلية والتعاونيات التي تستكشف مسارات الطاقة المستدامة، وتنظم دراسة جدوى محددة في موقع محدد، وتدرج تقييم الموارد، والتحليلات الحمولة، والإعانات الأساسية.