The promise of Offshore Geothermal Energy

إن عمليات استخراج الطاقة من المناطق الساحلية العميقة التي تتحول إلى مناطق خالية من الطاقة، والتي تتحول إلى مناطق خالية من الطاقة، هي التي يمكن أن تؤدي إلى زيادة كبيرة في الطاقة، بينما تتحول الطاقة الشمسية والريحية إلى مناطق ثابتة، وتخلق الطاقة الحرارية الأرضية التي تتحول إلى حرارة داخلية في الأرض، وتتيح إمدادات هائلة من الطاقة، غير أن النباتات الحرارية الأرضية التقليدية تحد من الظروف الجيولوجية للمستودعات الأرضية.

Understanding Floating Geothermal Power Plants

ولا تقتصر محطات توليد الطاقة الحرارية الأرضية على النباتات الأرضية التي توضع على الحافة، بل هي منابر متكاملة ومبنية الغرض تأوي عملية استخراج الطاقة الحرارية الأرضية بأكملها وتحويلها، وتتكون محطة عائمة نموذجية نموذجية من منصة عائمة شبه مصغرة أو من نوع متباعدة مثبتة في قاع البحر، وتحتوي على معدات حفر، ونظام تحويل للطاقة (دورة أساسية ثابتة للثود.

ويتضح مفهوم التشغيل: إذ يتم حفر بئر إنتاج من المنصة إلى خزان الحرارة الأرضية أسفل قاع البحار، ويُعاد إلى السطح إنتاج الرشاوى أو البخار الساخنة، حيث تنقل الحرارة إلى سوائل عاملة في نظام مغلق، ويقود هذا السوائل العاملة مولداً للتوربين، وينتج الكهرباء، ويعاد إلى الضغط على المستودعات، حيث يُعاد إلى السعة ألف متر.

قاعدة الموارد الحرارية الأرضية البحرية

إن قشرة الأرض تحت المحيطات تحتوي على كمية هائلة من الطاقة الحرارية، وتركيز التلال في المحيط الأوسط، والبراكين المغمورة، ومياه التهوية المائية على طول حدود الصفائح التكتونية، حيث ترتفع الماغية بالقرب من السطح، وهذه المناطق، ولا سيما في منطقة المحيط الهادئ، وقاع المحيط الأطلسي، وشبكة المحيط الهندي ذات الحرارة العالية.

وبالإضافة إلى النظم العالية التمرين، توجد مناطق شاسعة من أحواض الرسوبيات البحرية تحتوي على موارد حرارية جغرافية متوسطة الحرارة مناسبة لتوليد الطاقة في الدورة الثنائية، وقد تكون هذه الموارد أكثر توزيعا ويمكن أن توفر طاقة حمولة أساسية للشبكات الساحلية، ويقدر أن مجموع الموارد الحرارية الأرضية المتاحة في الخارج أكبر من قاعدة الموارد الساحلية عدة مرات، وإن كان التحديد الكمي الدقيق لا يزال يشكل تحديا بسبب الاستكشاف المحدود.

هندسة وتصميم منابر التزحلق

أنواع ونظم النقل

ويجري النظر في عدة تصميمات منصات لمصانع الطاقة الحرارية الأرضية العائمة، تكون كل منها مناسبة لمختلف أعماق المياه وظروف البحار، وتوفر منابر شبه فرعية استقرارا ممتازا وتستخدم على نطاق واسع بالفعل في عمليات النفط والغاز في المناطق البحرية، ويمكن اختلاقها في فناء السفن الحالي وتتجه إلى الموقع، وتوفر منابر " سبار " ذات هيكل حراري عميق، استقرارا استثنائيا في المياه العميقة والبحار القاسية.

يجب أن تصمد النظم المتحركة مع التيارات والموجات وحملات الرياح بينما تحافظ على موقع المنبر في ظل تسامح شديد فوق رؤوس الآبار، إن نظم التعبئة، باستخدام مرساة وسلاسل متعددة، شائعة، في حين أن نظم تحديد المواقع الدينامية قد تستخدم في المياه العميقة أو حيث يلزم تحديد مواقعها بدقة، كما يجب أن يستوعب نظام الحشد التوسع الحراري وتقلص نظام الصاعدة الذي يربط الآبار بالباق.

التدريل في البحر وتكنولوجيا الحسن

إن الآبار الحرارية الأرضية التي تحفر منصة عائمة تتطلب من الناحية التقنية، إذ تتطلب خزانات عالية الضغط ومتوسطة الحرارة أجهزة قوية لمنع الانفجار ومعدات حفر الآبار، التي توفر قناة من المنصة إلى البئر في قاع البحر، ويجب تصميمها لمعالجة الكم الهائل من الكميات ودرجات الحرارة العالية المرتبطة بضغوط الحرارة الأرضية المكيفة مع صناعة الحفريات الأرضية.

وتقنيات الحفر المباشر قيمة خاصة في الخارج، حيث أنها تتيح حفر آبار متعددة منصة واحدة، والوصول إلى أجزاء مختلفة من الخزان وزيادة الناتج الإجمالي للطاقة، وهذا النهج يقلل من عدد المنصات المطلوبة ويخفض الأثر البيئي للعملية.

تحويل السلطة ونقلها

وبالنسبة للموارد الحرارية الأرضية المتوسطة الأجل (الشكل 100#8211؛ 200 درجة مئوية)، فإن دورة المياه العضوية هي التكنولوجيا المفضلة لتحويل الطاقة، ووحدات أوركية الطاقة هي وحدات نموذجية وقابلة للتقسيم ويمكن تشكيلها للعمل بتبريد الهواء أو الماء، وفي منصة عائمة، فإن التبريد في مياه البحر هو أمر واف وفعال، مما يؤدي إلى تحسين أداء الدورة.

ويمكن أن يشكل نقل الطاقة من منصة بحرية إلى الشاطئ تحديا هنديا كبيرا، أما بالنسبة للمنصات التي تقع بالقرب نسبيا من الشاطئ (في حدود 50#8211؛ 100 كيلومتر)، فإن الكابلات المغمورة ذات التأثير العالي يمكن استخدامها، أما بالنسبة للمسافات الطويلة، فإن الانتقال المباشر للمنتجات ذات الطاقة العالية الترددات هو أكثر كفاءة، مما يقلل من الخسائر الكهربائية.

أهم الملاءمات على النظم البرية

  • Access to Superior Resources:] Offshore geothermal reservoirs often have higher temperatures and better flow characteristics than their onshore counterparts, leading to higher power output per well.
  • Elimination of Land Use Conflicts:] Coastal and island regions often face acute competition for land from agriculture, tourism, and urban development.
  • Reduced Seismic Risk Perception:] While geothermal operations can induce microseismicity, offshore operations are far from populated areas, reducing public concern and regulatory hurdles.
  • Abundant cooling Water:] Geothermal power plant efficiency is highly dependent on cooling. Offshore platforms have unlimited access to cold seawater, improving thermodynamic performance and eliminating the need for cooling towers.
  • Scalability through Modularity:] A single floating platform can host multiple ORC modules, and additional platforms can be added incrementally to match demand growth without requiring large upfront capital commitments.
  • Sustainable Reinjection:] The reinjection of cooled brine is simplified offshore, as there is no competition for groundwater resources, and the marine environment provides a large heat sink.

التحديات الحرجة والحواجز التقنية

التكاليف الرأسمالية العالية والمخاطر المالية

إن الإنفاق الرأسمالي اللازم لمصانع الطاقة الحرارية الأرضية العائمة كبير، ومنصة واحدة، كاملة بمعدات الحفر، ونظم تحويل الطاقة، والهياكل الأساسية للنقل، يمكن أن تكلف مئات الملايين من الدولارات، وتتحمل مرحلة الحفر مخاطر كبيرة، حيث أن خصائص خزان الطاقة الحرارية الأرضية الدقيقة لا يمكن تأكيدها إلا بعد الحفر، وهذا عدم اليقين الجيولوجي، إلى جانب الجدول الزمني الطويل لتطوير المشاريع، يجعل التمويل صعبا.

Corrosion and Scaling in Marine Environments

إن السوائل الحرارية الأرضية متآكلة بطبيعة الحال، تحتوي على غازات مذوبة مثل ثاني أكسيد الكربون وكبريتيد الهيدروجين، إلى جانب تركيزات عالية من الملح الحريري والمعادن، وعندما تكون الظروف السائدة في منصة عائمة، تكون ظروف العمل في منصة عائمة شديدة العدوان، كما أن المواد المتقدمة مثل سبائك التيتانيوم، والفولاذات اللامعة الاصطناعية، ومعدات صيانة النوافذ الخزفية.

اللوجستيات والصيانة التشغيلية

ويتطلب الاحتفاظ بمحطة لتوليد الطاقة في موقع بعيد عن الشاطئ شبكة لوجستية قوية، ويتعين نقل الموظفين بواسطة طائرات هليكوبتر أو زوارق طاقمية، ويجب أن تكون قطع الغيار متاحة في غضون مهلة قصيرة، ويمكن أن تترتب على فترات التوقف غير المخططة بسبب إخفاق المعدات عواقب مالية شديدة، نظرا لارتفاع تكلفة المنصات، ويجري تطوير نظم الصيانة المستقلة، بما في ذلك أدوات التفتيش والتصليح الآليين، للحد من الحاجة إلى التدخل البشري.

حسن النزاهة والاستدامة الطويلة الأجل

يجب أن تحافظ الآبار الحرارية الأرضية على سلامتها لعقود تحت ضغط عالي ودرجات الحرارة، يجب أن يتحمل التموين و الإسمنت من البئر الهجوم التآكلي والإجهاد الحراري، وفي بيئة بحرية، يمكن أن يكون للفشل عواقب أكثر حدة من آثاره على الأرض، مما قد يؤدي إلى إطلاق الرنين الساخن في المحيط، كما أن معايير التصميم الصارمة، واختبار النزاهة المنتظم، وخطط الطوارئ هي أمور أساسية.

الأطر البيئية والتنظيمية

آثار النظم الإيكولوجية البحرية

وتتفاعل محطات الطاقة الحرارية الأرضية المفلورة مع البيئة البحرية بطرق عدة، ويحدث المنبر نفسه أثرا اصطناعيا للشعاب المرجانية، ويجتذب الأسماك والكائنات البحرية، غير أن عملية الحفر يمكن أن تزعج قاع البحار وتولد ضوضاء تؤثر على الثدييات البحرية، ويجب أن يُدار تصريف مياه التبريد والرنين المعادن لتجنب التلوث الحراري أو التلوث الكيميائي، كما أن اختيار المواقع بعناية وتقييمات الأثر البيئي وبرامج الرصد ضرورية للتقليل إلى أدنى حد.

المسائل التنظيمية ومسائل الولاية

وتواجه مشاريع الطاقة البحرية أُطرا تنظيمية معقدة تختلف باختلاف البلدان والمناطق، وفي الولايات المتحدة، يشرف مكتب إدارة الطاقة في المحيطات على تطوير الطاقة المتجددة في الجرف القاري الخارجي، وفي أوروبا، يوفر التوجيه المتعلق بالتخطيط المكاني البحري للاتحاد الأوروبي إطارا لتنسيق الأنشطة البحرية، وتشمل المسائل الحاسمة حقوق استئجار قاع البحار، وسلامة الملاحة، والتوافق مع الاستخدامات البحرية الأخرى مثل الصيد والشحن.

العدالة البيئية والنظر في المجتمع

ومن أقوى الحجج التي تُطرح على محطات الطاقة الحرارية الأرضية العائمة قدرتها على توفير الكهرباء النظيفة والميسورة التكلفة للمجتمعات الساحلية التي تعتمد تاريخيا على الديزل أو زيت الوقود الثقيل المستوردة لتوليد الطاقة، وكثيرا ما تدفع الدول الجزرية والمناطق الساحلية النائية بعض أعلى أسعار الكهرباء في العالم، ومن خلال تنمية مواردها الطبيعية الأرضية المحلية، يمكن لهذه المجتمعات أن تقلل من تكاليف الطاقة، وأن تحسن أمن الطاقة، وأن تقلل من انبعاثات غازات الدفيئة، بيد أنه من الضروري أن تُطوَّد المشاريع على فوائد مجتمعية.

التوقعات المتعلقة بالقدرة الاقتصادية والتكاليف المستقبلية

وتقدر حاليا تكلفة الكهرباء المرتدة من محطات الطاقة الحرارية الأرضية العائمة في حدود 0.126211 دولار؛ و0.20 دولار لكل كيلوواط/ساعة، حسب نوعية الموارد، وعمق المياه، والمسافة إلى الشاطئ، وهذا أعلى من مستوى معامل الطاقة الحرارية الأرضية المتطورة في المناطق الساحلية، التي تتراوح عادة بين 0.05 و8211 دولار؛ و0.10 لكل كيلوواط، و0.

ويمكن تخفيض تكاليف الحفر، التي تمثل نسبة كبيرة من مجموع نفقات المشاريع، من خلال التحسينات التكنولوجية مثل أجهزة الحفر الأعمق للمياه التي صُممت خصيصاً لظروف الحرارة الأرضية، والقطع المتقدمة، وسوائل الحفر المثلى، ويتوقع أيضاً أن تنخفض تكلفة المنصات العائمة مع توسيع القدرة التصنيعية والتصميمات الموحدة، كما أن معدات تحويل الطاقة، مثل وحدات أورك، تستفيد من انتشار واسع النطاق عبر صناعات متعددة، مما يؤدي إلى خفض تكاليف الوحدات.

وسيكتسي دعم السياسات العامة أهمية حاسمة في التبكير بتسويق النباتات العائمة للحرارة الأرضية، إذ يمكن أن تؤدي التعريفات الجمركية، ومعايير حافظة الطاقة المتجددة، والحوافز الضريبية، ومشاريع البيان العملي الممولة من الحكومات إلى الحد من مخاطر الاستثمار وتسريع التعلم، ويشمل قانون خفض التضخم في الولايات المتحدة الائتمانات الضريبية للطاقة الحرارية الأرضية التي تنطبق على المشاريع الخارجية، مما يوفر دفعة كبيرة للصناعة، وقد أبرزت المنظمات الدولية مثل الوكالة الدولية للطاقة المتجددة والوكالة الدولية للطاقة المتجددة.

سيناريوهات الأهمية الاستراتيجية العالمية والنشر

فمحطة توليد الطاقة الحرارية الأرضية المفلورة تقدم عرضاً فريداً للقيمة في عملية الانتقال العالمي للطاقة، فبخلاف الطاقة الشمسية والريحية، توفر الطاقة الجاهزة التي تستخدمها في استخدام الطاقة، بما يتجاوز 90 في المائة، مما يجعلها مكملة مثالية لمصادر الطاقة المتجددة المتغيرة، مما يقلل من الحاجة إلى تخزين الطاقة وتوليد الدعم، وبالنسبة للبلدان ذات المساحة المحدودة من الأراضي في المزارع الشمسية والريحية، مثل اليابان وإندونيسيا والفلبين، يمكن أن تحول الطاقة الحرارية البحرية نظمها للطاقة.

وهذه التكنولوجيا شديدة الإلحاح بالنسبة للدول الجزرية الصغيرة النامية التي تعتمد اعتمادا كبيرا على الوقود الأحفوري المستورد، وهي من أكثر الجزر تعرضا لتغير المناخ، حيث توجد العديد من هذه الجزر في مناطق نشطة بركانيا ذات موارد حرارية بحرية ممتازة، ويمكن لها، من خلال تنمية هذه الموارد، تحقيق استقلال الطاقة، وتحقيق استقرار أسعار الكهرباء، والحد من آثارها الكربونية، ويمكن أن يتطور الهدف 7 من الأهداف الإنمائية المستدامة للأمم المتحدة، الذي يدعو إلى توفير الطاقة الحرارية بأسعار معقولة وعلى نطاق واسع للجميع.

ويمكن، في ضوء المستقبل، إدماج النباتات الحرارية الأرضية العائمة في التكنولوجيات الأخرى المتجددة البحرية، مثل التوربينات العائمة للرياح، لإنشاء محاور للطاقة الهجينة التي تولد الطاقة باستمرار، ويمكن استخدام الكهرباء من الرياح والقمم الشمسية لإنتاج الهيدروجين الأخضر عن طريق التحلل الكهربائي، التي يمكن تخزينها واستخدامها كوقود أو تصديرها، كما يمكن للمنبر العائم أن يدعم عمليات احتجاز وتخزين ثاني أكسيد الكربون.

التنمية القريبة من الأرض

وهناك مشاريع عديدة في المراحل المبكرة من التطوير أو التصميم المفاهيمي، وفي اليابان، تقوم برامج البحوث الممولة من الحكومات باستكشاف إمكانية تشغيل محطات الطاقة الحرارية الأرضية العائمة على امتداد طوابق ناكاي، وهي منطقة نشطة من حيث التكتلات ذات مستويات عالية من الحرارة الأرضية، وفي أيسلندا، حيث توفر الطاقة الحرارية الأرضية بالفعل حصة كبيرة من الكهرباء والحرارة، هناك اهتمام بتوسيع نطاق العمليات البحرية لاستغلال النظم الحرارية الأرضية الغواصة.

المنجزات الاستراتيجية للصناعة والحكومة

ومن أجل تحقيق إمكانات محطات الطاقة الحرارية الأرضية العائمة، يلزم اتخاذ إجراءات منسقة عبر جبهات متعددة، وينبغي لمؤسسات البحوث أن تعطي الأولوية لتطوير المواد المقاومة للتآكل، ونظم الحفر والصيانة المستقلة، والتربينات الفعالة لنظم إدارة العمليات في المناطق البحرية، وأن تستثمر الصناعة في مشاريع تجريبية لإظهار موثوقية التكنولوجيا وفعالية التكلفة، وبناء الثقة بين المستثمرين والمنظمين، وينبغي للحكومات أن تضع أطرا تنظيمية واضحة لاستكشاف الموارد البحرية.

ويكتسي التعاون الدولي أهمية خاصة، حيث إن العديد من التحديات التقنية والمالية مشتركة بين مختلف المناطق، إذ أن تقاسم المعارف بين البلدان ذات الخبرة الحرارية الأرضية، مثل أيسلندا ونيوزيلندا والولايات المتحدة، والبلدان ذات الإمكانات البحرية العالية، مثل اليابان وإندونيسيا، يمكن أن يعجل بالتقدم، ويمكن للمنظمات مثل الرابطة الدولية للحرارة الأرضية والتحالف العالمي للحرارة الأرضية أن تؤدي دورا رئيسيا في تعزيز هذا التعاون.

رأس الطريق لفلور الطاقة الحرارية الأرضية

إن محطات توليد الطاقة الحرارية الأرضية المتدفقة تمثل تقاربا بين صناعتين ثابتتين: هندسة النفط والغاز في الخارج وإنتاج الطاقة الحرارية الأرضية، ومن خلال الجمع بين أفضل الممارسات من كلا المجالين، يمكن إيجاد طبقة جديدة من توليد الطاقة تكون نظيفة وموثوقة وقابلة للقياس، والطريق إلى الأمام ليس بدون عقبات، ولكن المكافآت المحتملة كبيرة، حيث يمكن أن يوفر الحصول على أدنى درجات حرارة الأرض من منصة خارجية مصدر للطاقة المنخفضة الكربون.

وسيكون العقد القادم حاسماً بالنسبة للتكنولوجيا، إذ أن نجاح مشاريع البيان العملي، وانخفاض التكاليف، والسياسات الداعمة يمكن أن يهيئ المجال لنشرها تجارياً على نطاق واسع بحلول عام 2040، وبالنسبة للبلدان والمجتمعات المحلية التي تسعى إلى أمن الطاقة والقدرة على التكيف مع المناخ، فإن الطاقة الحرارية الأرضية العائمة توفر رؤية قاهرة لمستقبل مستدام تُتَبَدَه حرارة الكوكب الداخلية.