Table of Contents
دور تخزين الطاقة المستدامة في الهياكل الأساسية لاضاءة المطارات
فالمطارات هي بيئات معقدة وشديدة الاتساع يتعين على كل نظام أن يؤديها بموثوقية مطلقة، ومن أهم هذه النظم الإضاءة التي ترشد الطائرات أثناء التصفية والهبوط والتاكسي، وتضمن العمليات الأرضية الآمنة على مدار الساعة، ومع توسع المطارات وتحديثها، فإن الطلب على البنية التحتية القوية والمستدامة للإضاءة يكثف، غير أن الاعتماد التقليدي على مصادر الطاقة الكهربائية المتزايدة، يؤدي إلى ظهور مواطن ضعف:
ويستهلك إضاءة المطارات الحديثة طاقة كبيرة، كثيرا ما تكون مصدرها شبكات الوقود الأحفوري، وفي الوقت نفسه، تضغط سلطات الطيران العالمية والهيئات التنظيمية على أهداف الانبعاثات الصافية الصفرية، وتعالج تخزين الطاقة المستدامة مباشرة هذا التوتر من خلال السماح للمطارات بتخزين الطاقة المتولدة من مصادر الطاقة المتجددة في الموقع، مثل الألواح الشمسية على أسطح المحطات الطرفية أو المناظر الطبيعية للرياح القريبة من الطرق، وترسلها بدقة عند الحاجة.
أهمية تخزين الطاقة المستدامة في المطارات
إن إضاءة المطارات ليست مجرد تجميلية؛ بل هي نظام أمان غير قابل للتفاوض، وضوء الحواف المتحركة، وأجهزة الإضاءة، وعلامات إرشادية للسيارات، وضوء الفيضانات المزروعة يجب أن يظل مضاءا حتى أثناء الفشل في الشبكة، وفي الماضي، كانت المطارات تعتمد على مولدات الديزل كدعم، ولكن هذه العوامل تأتي بتكاليف عالية من الوقود، والانبعاثات، وطلبات الصيانة.
وبالإضافة إلى الدعم، فإن التخزين يمكِّن المطارات من تحويل استخدام الطاقة بعيدا عن ساعات الذروة في الشبكة، وخفض رسوم الطلب وتخفيض فواتير الكهرباء، وعندما تقترن بجيل الطاقة المتجددة في الموقع، يمكن أن تجعل نظم التخزين إضاءة المطارات مكتفية تماماً من حيث ذاتيتها خلال ساعات النهار، وتخزين فائض الطاقة الشمسية للاستخدام الليلي، وهذا لا يخفض التكاليف التشغيلية فحسب، بل يتوافق أيضاً مع الالتزام المتنامي للصناعة بـ [الصندوق: كربون]
وعلاوة على ذلك، ومع تزايد شيوع معدات الدعم الأرضي الكهربائي ونظم التاكسي للطائرات الكهربائية، يجب أن تُعالج الشبكة الكهربائية للمطار حمولات جديدة ومتغيرات الطلب، كما أن التخزين يعمل كحاجز، ويُسلّط الصعود، ويضمن أن دوائر الإضاءة لا تجوع أبدا عن الطاقة، وفي المطارات النائية أو الجزرية، حيث تكون الاتصالات الشبكية ضعيفة أو غير موجودة، يصبح التخزين المستدام أكثر حيوية.
أنواع الحلول المستدامة لتخزين الطاقة
ويمكن أن تخدم مجموعة من التكنولوجيات تطبيقات إضاءة المطارات، لكل منها خصائص أداء فريدة، وقابلية للتكدس، وتكاليف دورة الحياة.
Battery Energy Storage Systems (BESS)
(ب) تظل بطاريات الليثيوم - الأسيوان هي الخيار الغالب لتخزين الطاقة في المطار بسبب كثافة الطاقة العالية، وفترات الاستجابة السريعة، وتراجع منحنى التكلفة.() ويمكن أن تُنقل وحدات الطاقة المتوسطة الحجم بسهولة إلى قاعات فرعية كهربائية أو غرفة مراقبة الإضاءة، ويمكنها أن تُشغل الطاقة الكاملة في غضون ثوانٍ، مما يجعلها مثالية للنسخ الاحتياطية الفورية أثناء فترات التصفيح أو التأثيرات.
تخزين الهيدروجين المأجور
وفي حين أن المياه المضخة غير مجدية بالنسبة لكل موقع، فإنها تمثل حلاً واسع النطاق للمطارات التي لها إمكانية الحصول على تغييرات في الارتفاع وموارد المياه، وتخزن الطاقة بضخ المياه إلى خزان أعلى؛ وعندما تكون هناك حاجة إليها، تتدفق المياه من خلال التوربينات لتوليد الكهرباء، وهذه التكنولوجيا دائمة للغاية، حيث تتجاوز فترات الحياة 50 عاماً، ولكن القيود الجغرافية التي تفرضها والجداول الزمنية الطويلة في مجال الطاقة حداً لاستعمالها.
تخزين الطاقة في الفلفل
ويخزن العجلات الطاقة الحركية في كتلة متناوبة مع وقفها على محملات مغناطيسية، وهي توفر إمدادات الطاقة شبه الثابتة ويمكنها معالجة مئات الآلاف من دورات تخفيف الرسوم بدون تردي، مما يجعلها مثالية لتطبيقات ذات قدرة عالية، وقصر المدة، مثل الحفاظ على الإضاءة خلال الثواني الأولى من تركيبة المولدات الكهربائية، وهي نافذة حرجة للسلامة، وإن كانت الطحالب أقل من حيث التأثير البيئي.
البطاريات ذات الولاية الصلبة والبطاريات المتدفقة
وتعود البطاريات الناشئة في الدول الصلبة بدرجة أكبر من كثافة الطاقة وتحسين السلامة بالاستعاضة عن الكهروليتات السائلة بالمواد الصلبة، ومع ذلك فإنها لا تزال في مراحل تجارية مبكرة، فإنها يمكن أن تقلل بدرجة كبيرة من آثار نظم تخزين المطارات، كما أن بطاريات التدفق الأحمر في فانادام خيار آخر، حيث توفر القدرة القابلة للتكرار ومدة طويلة (4-12 ساعة) وهي مناسبة تماما للمطارات التي تحتاج إلى تحويل كميات كبيرة من الطاقة الشمسية إلى حمولة ليلية.
خلايا الوقود الهيدروجينية
ويمكن تخزين الهيدروجين الأخضر، الذي ينتج عن طريق التحلل الكهربائي بالطاقة المتجددة، ثم تحويله إلى الكهرباء عن طريق خلايا الوقود، ويوفر هذا النهج تخزينا طويل الأجل )أيام إلى أسابيع( ويمكن أن ينتج أيضا حرارة كمنتج ثانوي، يمكن أن يستخدم في إزالة السم أو التدفئة في محطات طرفية، وتدير المطارات الرئيسية في أوروبا والشرق الأوسط تخزين الهيدروجين لتوليد الطاقة الكهربائية إلى نظم احتياطية للإضاءة والسيطرة الحرجة)٠(.
فوائد الحلول المستدامة للسرقة في المطارات
وتتجاوز المزايا بكثير القوة الاحتياطية البسيطة، وتتحقق المطارات التي تنشر تخزينا مستداما في نظم الإضاءة فيها مكاسب تشغيلية ومالية وبيئية متعددة.
تعزيز الموثوقية والسلامة
وتوفر نظم التخزين المستدامة مكيفاً ثابتاً للطاقة ورحلة سريعة أثناء فترات انقطاع الكهرباء، وخلافاً لمولدات الديزل التي تتأخر بداية العمل فيها لمدة 10 إلى 30 ثانية، فإن البطاريات وأجهزة الطهي تستجيب في الثانية صباحاً، مما يلغي فترات انقطاع الكهرباء التي يمكن أن تمتد إلى فترات انقطاع الكهرباء التي يمكن أن تعطل الشبكات خلال مراحل حرجة من الطيران، كما أن النظم المجهزة بضوابط ذكائية يمكن أن تؤدي إلى فرز أوتومات.
الأثر البيئي
كما أنَّ من شأنَّ المطارات التي تُستخدم في استخدام الطاقة الشمسية أو طاقة الرياح في الموقع أن تخفض بشكل كبير انبعاثات الكربون المرتبطة بالإضاءة، وعلى سبيل المثال، فإنَّ المطار المتوسط الحجم الذي يحتوي على 5 ميغاواط من الفولط الشمسي مقترنة ببطارية 10 ميغاواط يمكن أن يقلِّل انبعاثات ثاني أكسيد الكربون السنوية المتصلة بالإضاءة التي تُنَفَّذ عن آلاف الأطنان المترية، وهذا يدعم برامج اعتماد الكربون في المطارات مثل [FLT:]
الوفورات في التكاليف والكفاءة التشغيلية
وعلى الرغم من أن التكلفة الأولية لرأس المال بالنسبة لمؤسسة BESS وغيرها من تكنولوجيات التخزين لا تزال كبيرة، فإن الوفورات التشغيلية الطويلة الأجل هي وفورات ملحة، إذ أن تحويل حمولات الإضاءة إلى ساعات غير صالحة للشرب والمشاركة في برامج الاستجابة للطلبات، يمكن للمطارات أن تقل فواتير الكهرباء بنسبة ١٥-٣٠ في المائة، كما أن التخزين يقلل من الارتطام بالمعدات القديمة مثل المحولات ووحدات النظام البريدي العالمي، وذلك بتوفير كميات ثابتة من الفول والتردد، فضلا عن تكلفة الكهرباء البالغ قدرها ٧-٣٠ دولار.
الامتثال التنظيمي
وتشدد الحكومات والهيئات الدولية معايير البيئة والقدرة على التكيف بالنسبة للبنية التحتية الحيوية، وتحتاج منظمة الطيران المدني الدولي وسلطات الطيران الوطنية بصورة متزايدة إلى المطارات لإثبات استمرارية العمليات خلال الأحداث الجوية البالغة الشدة، وتدعم التخزين المستدام بشكل مباشر الامتثال للوائح مثل توجيه الاتحاد الأوروبي بشأن كفاءة الطاقة، وتوجيهات وكالة الطيران الأمريكي بشأن نظم المطارات المرنة، وكثيرا ما تحصل المطارات التي تعتمد بشكل استباقي على مزايا سمعة وقد تكون مؤهلة للحصول على منح أو منح.
تكامل الطاقة المتجددة
فبدون تخزين، لا يمكن للمطارات أن تستخدم بشكل كامل مصادر الطاقة المتجددة في الموقع لأن الجيل الشمسي يصل إلى ذروته خلال منتصف النهار عندما يكون الطلب على الإضاءة منخفضا، كما أن جسور تخزين تلك الفجوة الزمنية، مما يتيح استخلاص الطاقة الشمسية الزائدة ونشرها ليلا، ويقلل أيضا من ارتفاع الطلب على الشبكة، ويتجنب رفع مستوى الهياكل الأساسية بتكلفة باهظة، وتستكشف بعض المطارات الآن نماذج " محطات توليد الطاقة الكهربائية " ، حيث تشارك المجموعة في تكاليف التشغيل في أسواق الطاقة، مما يدر إيرادات إضافية.
التحديات والتوقعات المستقبلية
وعلى الرغم من الفوائد الواضحة، فإن الاعتماد الواسع النطاق يواجه عدة عقبات، ولا تزال الاحتياجات الرأسمالية الأولية تشكل الحاجز الرئيسي، لا سيما بالنسبة للمطارات الأصغر حجما التي لها ميزانيات محدودة، ولا بد من إدارة تدهور البطاريات على مدى الفترة الزمنية التي تتراوح بين 10 و15 سنة بالنسبة لنموذج تكلفة دورة الحياة والتخطيط للاستبدال النهائي، كما أن السلامة شاغل آخر هو: يجب إدارة بطاريات الليثيوم باستخدام نظم قوية لإدارة الوقود الحراري، وقمع الحرائق في مواقع تخزين حرارية.
كما أن القيود التكنولوجية ما زالت قائمة، فالعجلات والمركبات الخارقة تتفوق على انفجارات عالية الطاقة ولكنها لا تستطيع أن تحافظ على الإضاءة لمدة طويلة، فالهيدروجين المأهولة توفران فترات أطول ولكنها تتطلب ظروفا محددة للمواقع أو استثمارا كبيرا في الهياكل الأساسية، ولا يوجد حل واحد يناسب جميع المطارات؛ فالتشكيل الأمثل يعتمد على المناخ، وموثوقية الشبكة، وملامح الحملات، والحيز المتاح.
ومن المتوقع أن ترتفع تكاليف البطاريات، في حين أن البطاريات الصلبة والتدفقية ستوسع نطاق مظاريف التطبيقات، وتطبق الاستخبارات الفنية والتعلم الآلي على نظم إدارة الطاقة، مما يتيح التنبؤ على الوجه الأمثل بشحنات التخزين وإطلاقها استنادا إلى التوقعات الجوية، والجدول الزمني للرحلات الجوية، وتسعير الشبكة في الوقت الحقيقي، مما سيزيد من الوفورات والموثوقية في آن واحد.
وثمة اتجاه آخر ناشئ يتمثل في وضع تصميمات موحدة لشبكات المايكرويد للمطارات، حيث يتم تنسيق الإضاءة والهرمونات والشحن بالمركبات الكهربائية من خلال جهاز مراقبة مركزي يعمل على تخزينها، وهناك عدة مشاريع رائدة في المراكز الرئيسية - بما فيها شلفول وشانغي ودينفر الدولي - تبين جدوى حلول التخزين المتكاملة تماماً، حيث أن هذه المراجع التجارية تزدهر، وتزداد الثقة بين متعهدي المطارات، مما يتسارع بالتبنيها في جميع القطاعات.
كما أن الدعم السياساتي آخذ في التطور، إذ تقوم الوكالة الدولية للطاقة ومختلف البرامج الوطنية بتمويل البحوث المتعلقة بالتخزين الآمن والمتدرج للهياكل الأساسية الحيوية، وبدأت الأطر التنظيمية تعترف بالتخزين كفئة مستقلة من الأصول، مما يتيح آليات تمويل أفضل مثل اتفاقات شراء الطاقة من أجل القدرة على التخزين، وسيكون هذا الابتكار المالي حاسماً في إضفاء الطابع الديمقراطي على إمكانية الوصول إلى المطارات الأصغر حجماً.
ثانيا - القدرة على العمل في مجال التنظيم والمعايير
ويجب أن تستوفي نظم الإضاءة في المطارات معايير أداء صارمة، بما في ذلك معايير الأداء الواردة من منظمة الطيران المدني الدولي، ووكالة الطيران المدني الدولي، ووكالة الفضاء الأوروبية، وسلطات الطيران المدني الوطنية، وتحدد هذه المعايير مستويات الحد الأدنى من التضليل، ومتطلبات اللون، ووسيلة الفشل، ويجب أن تمتثل حلول التخزين المستدامة لهذه المواصفات التقنية، مع الالتزام أيضاً بالرموز الكهربائية المحلية وأنظمة السلامة من الحرائق.
فعلى سبيل المثال، يقدم المنشور الاستشاري لتصميم الموانئ (150/5345-53) التابع للاتحاد الأوروبي] مبادئ توجيهية لنظم مراقبة ورصد الإضاءة في المطارات، وفي حين أنه لا يكلف تكنولوجيات تخزين محددة، فإنه يتطلب أن توفر النظم الاحتياطية ما لا يقل عن ساعة واحدة إلى ساعتين من عملية الإضاءة الكاملة، وبدأت النسخ الجديدة تعترف بدور تخزين البطاريات كبديل أنظف للمولدات في المطارات.
كما أن برامج الاعتماد تحفز التخزين، إذ أن برنامج اعتماد الكربون في مطار ACI، على سبيل المثال، يكافئ المطارات التي تقلل من نطاق الانبعاثات 2 (الكهرباء المشترعة) بتمكين مصادر الطاقة المتجددة في الموقع من التخزين، ومع مواصلة المطارات لاعتماد المستوى 3+، يصبح التخزين رصيدا استراتيجيا في تحقيق الحياد الكربوني.
خاتمة
ولم تعد حلول تخزين الطاقة المستدامة تشكل مفهوماً للهياكل الأساسية للإضاءة في المطارات - فهي ضرورة عملية وفعالة من حيث التكلفة ومسؤولة بيئياً، ومن بطاريات الليثيوم -يون وعجلات الذباب إلى كيميائيات الهيدروجين والتدفق الناشئة، فإن مجموعة الأدوات المتاحة لمشغلي المطارات آخذة في الاتساع بسرعة، كما أن قابلية التحمل على الفوائد وخفض الانبعاثات ووفورات التكاليف والامتثال التنظيمي موثقة توثيقاً جيداً، كما أن الحواجز التي تتراكمة في التكلفة والتكنولوجية.
فالمطارات التي تستثمر في التخزين المستدام اليوم لن تضمن عمليات أكثر أمانا فحسب، بل ستضع نفسها أيضا كقادة في التحول العالمي إلى الطاقة النظيفة، وبما أن صناعة الطيران تسعى إلى تحقيق انبعاثات صافية من الطاقة بحلول عام 2050، يجب إعادة تشكيل كل عنصر من عناصر البنية التحتية للطاقة في المطارات، فالإضاءة التي تمتد 24/7 وهامة بالسلامة هي نقطة بداية مثالية لتحويل الطاقة، وبإدماج التخزين مع نظم الطاقة المتجددة في الموقع وضوابط القرن الذكاء، يمكن أن تحقق قدرة المطارات.