الطاقة الشمسية العائمة.. هل تكون الحل الأمثل لأزمة الطاقة النظيفة والمياه في مصر ومنطقة الخليج؟

تزداد محطات الطاقة الشمسية العائمة في مصر ودول الخليج ومنطقة الشرق الأوسط يوما تلو الآخر، ضمن استراتيجية تلك الدول في الحصول على كهرباء نظيفة. 

الطاقة الشمسية العائمة

وفقا لموقع معهد الشرق الأوسط في واشنطن، فقد لجئت تلك الدول إلى محطات الطاقة الشمسية العائمة لسد الطلب المتزايد على الكهرباء، بجانب الوفاء بالتزاماتها المناخية، لتحقيق أهداف الحياد الكربوني، وهذا رغم أن منطقة الخليج العربي تتمتع باحتياطيات هائلة من النفط والغاز، ما تسبب في زيادة استهلاك تلك المصادر بصورة كبيرة وغير مقننة.

وهنا ظهر السبب الرئيسي في التغيرات المناخية، وهو الاستهلاك الزائد في الوقود الأحفوري؛ ويشير المناخ الجاف وشبه الجاف إلى أن موارد المياه تقع تحت وطأة ضغوط شديدة، وتفسر أشهر الصيف الحارة، وكذلك موجات الحرارة المتطرفة، السبب في المعاناة التي تنتظرها منطقة الشرق الأوسط جراء الآثار المناخية، مقارنة بمناطق أخرى من العالم، ما يشكّل ضغوطًا إضافية على النُظم الزراعية غير الكافية وموارد المياه العذبة النادرة.

 الطاقة الشمسية العائمة

الانبعاثات الكربونية

يعتبرخفض معدلات استعمال الوقود الأحفوري عاملًا أساسيًا في تخفيف آثار التغيرات المناخية، وفق ما هو منصوص عليه في اتفاقية باريس للمناخ 2015، ولذا تلتزم البلدان في منطقة الشرق الأوسط بخفض انبعاثاتها الكربونية، في إطار تلك الجهود العالمية.

 

لكن النمو السكاني المطرد، وتسارع وتيرة مظاهر التحضر، يضعان عقبة كؤودًا أمام مساعي تلك الدول لسد احتياجاتها المتنامية من الطاقة، مع خفض انبعاثاتها الكربونية، ولعل أقصر طريق لتحقيق تلك الغاية، هو دمج مزيد من مصادر الطاقة المتجددة، وخفض حصة الوقود الأحفوري في حافظات الطاقة الخاصة ببلدان المنطقة.

ويُمثل مؤتمر المناخ كوب 28 -المقرر انعقاده في دبي نوفمبر ٢٠٢٣ فرصة ذهبية لإظهار التزام الشرق الأوسط بالتحول من الوقود الأحفوري إلى مصادر الطاقة المتجددة 

 الطاقة الشمسية العائمة

وشرعت بعض الدول باتخاذ خطوات ملموسة لإضافة المصادر المتجددة إلى مزيج الطاقة لديها، ويتمثّل أحد الجوانب الإيجابية للمناخ الجاف الذي يتسم بدرجة كبيرة من السطوع الشمسي طوال أيام العام، والمساحات المفتوحة مترامية الأطراف، في إيجاد بيئة مواتية لإنشاء المحطات الشمسية الكبيرة.

الطاقة الشمسية العائمة

ظهرت تقنية شمسية ناشئة أكثر كفاءة من المحطات الشمسية التقليدية، حيث تساعد على توفير المياه عبر خفض درجة التبخّر، وهي محطات الطاقة الشمسية العائمة، التي لديها القدرة على تلبية احتياجات الكهرباء النظيفة وتقليل نقص المياه في الشرق الأوسط، وفيها يتك وضع مجموعة من الألواح الشمسية على هياكل عائمة، ما يبقيها طافية على سطح المياه.

ويمكن استعمال محطات الطاقة الشمسية العائمة في جميع أنواع الأجسام المائية الطبيعية او الصناعية، مثل خزانات المياه الدائمة أو الموسمية.

 

ووفقًا لتقديرات وكالة الطاقة الدولية، سجل إجمالي السعة المركبة لمحطات الطاقة الشمسية العائمة حوالي 3 جيجا وات عالميًا خلال عام 2021، حيث يقلل تأثير التبريد التبخري للمياه من درجة الحرارة العاملة للألواح الشمسية، ما يُسهم في تحسين كفاءتها.

وتعتمد قوة تأثير التبريد التبخري على محطات الطاقة الشمسية العائمة على تصميم ألواح تلك المحطات، والهياكل العائمة ومنطقة الألواح المعرضة للمياه.

وتشير بعض الدراسات إلى أن كفاءة المحطات الشمسية العائمة تزيد بنحو 11% في المتوسط عن الألواح الشمسية المثبتة على الأرض.

 الطاقة الشمسية العائمة

مواجهة موجات الحرارة المتزايدة

يساعد تأثير التبريد التبخري للمياه، ودرجة حرارة الألواح الشمسية المنخفضة في منطقة الشرق الأوسط على مواجهة موجات الحرارة المتزايدة بمعدلات مطردة، والأيام الحارة بأعلى من المتوسط، وتكون محطات الطاقة الشمسية العائمة أقل حساسية لترسب الغبار، ما يعني أن الألواح تظل نظيفة لمدة أطول، ومن ثم تستقبل كمية أكبر من ضوء الشمس، في المتوسط، مقارنة بالمحطات الشمسية البرية.

ويمكن دمج محطات الطاقة الشمسية العائمة في السدود الكهرومائية، لتعزيز إنتاجية الكهرباء المولدة من تلك الأنظمة عبر إضافة الطاقة الشمسية النظيفة والفاعلة، بجانب أن تزويد السدود الكهرومائية بمحطات الطاقة الشمسية العائمة، يُعزز سعتها، بما يلبي احتياجات الكهرباء إبان ساعات الذروة، لا سيما حينما تشهد الخزانات تراجعًا في المنسوب بسبب تقلبات المياه الموسمية بفعل التغيرات المناخية، ولا يقتصر دمج محطات الطاقة الشمسية العائمة في خزانات المياه المفتوحة على السدود الكهرومائية، وإنما يمكن إضافتها إلى السدود والخزانات العادية.

السدود الكهرومائية في البرازيل

عزز دمج محطات الطاقة الشمسية العائمة في السدود الكهرومائية في البرازيل، مصادر الكهرباء القائمة، وأثبت جدواه في سد الطلب المحلي المتنامي على الكهرباء، دون الحاجة إلى بناء سدود جديدة، أو حتى مواجهة الآثار البيئية السلبية المرتبطة ببناء السدود.

 الطاقة الشمسية العائمة

فضلا عن إسهامها بتحسين أمن المياه، عبر تخفيف درجة تبخرها، رغم أن مدى هذا التخفيف هو مسؤولية يضطلع بها تصميم تلك المزارع وموقعها، والمقاييس البيئية الأخرى، مثل سرعة الرياح.

وأشارت البحوث الخاصة بمناطق المناخ شبه الجاف في البرازيل إلى أن سيناريوهات تغطية محطات الطاقة الشمسية العائمة، البالغة نسبتها 20% و50% و70%، من الممكن أن تقلل درجة تبخر المياه بواقع 15.3% و37% و55.2%، على الترتيب، من الخزانات.

وبينما تتفاوت كمية خفض التبخر، أظهرت دراسات بحثية شتى أن تغطية أسطح المياه بألواح شمسية عائمة هي وسيلة فاعلة لتوفير المياه، وخفض التبخر من تلك الخزانات.

استعمال محطات الطاقة الشمسية العائمة جديدة نسبيًا

رغم ذلك لا تزال فكرة استعمال محطات الطاقة الشمسية العائمة جديدة نسبيًا، لا سيما في منطقة الشرق الأوسط، وشمال أفريقيا، فيما جرت محاولات لنشر تلك التقنية في إيران منذ عام 2017، وبسبب عدم اليقين الاقتصادي، انتهت كلها بالفشل.

 الطاقة الشمسية العائمة

ويتجلى إسهام محطات الطاقة الشمسية العائمة في توفير المياه عبر تقليل فقدان المياه من التبخر، ما يُنظر إليه على أنه وسيلة غاية في الأهمية لتحسين أمن المياه، لدول الشرق الأوسط وشمال أفريقيا.

وفي المنطقة يعتمد أمن المياه والغذاء في العديد من الدول على مدى السيادة التي تتمتع بها تلك الدول على مياه كافية لسد احتياجات القطاع الغذائي وغير الغذائي على حد سواء.

 

محطات الطاقة الشمسية العائمة في تركيا

في تركيا، ظهرت محطات الطاقة الشمسية العائمة في مشروع جنوب شرق الأناضول، والذي بدأت أعمال بنائه في سبعينيات القرن الماضي، ولم تكتمل بعد حتى الآن، ويشتمل هذا المشروع على بناء 22 سدًا، و10 محطات طاقة كهرومائية على نهري دجلة والفرات، وشبكات ري موسعة لإنتاج الكهرباء، والمياه لـ1.8 مليون هكتار من الأراضي في جنوب شرق تركيبا.

ويستهدف المشروع مضاعفة الأراضي المروية، بالإضافة إلى إنتاج الكهرباء المولدة من المياه؛، ويأخذ مشروع جنوب شرق الأناضول أبعادًا عالمية مباشرة، إذ إنه يساعد أنقرة في السيطرة على المياه من نهري دجلة والفرات.

 الطاقة الشمسية العائمة

وعالميًا، طُورت محطات الطاقة الشمسية العائمة خصيصًا لأسطح المياه الداخلية، من بين ذلك كل أنواع خزانات المياه، ويُعزى هذا إلى أن البيئات البحرية تفرض تحديًا كبيرًا بالنظر إلى التأثير المحتمل لظروف الطقس المتطرفة في الهياكل العائمة اللازمة للمحطات.

 

وفي منطقة الشرق الأوسط، إذ تفرض قضايا تحول الطاقة ونقص المياه، وأشهر الصيف شديدة الحرارة، وموجات الحرارة المتطرفة، تحديات عصيبة، يمكن أن يقترن نشر تقنية الطاقة الشمسية تلك على خزانات المياه بنتائج إيجابية كبيرة في إتاحة الكهرباء النظيفة، ومواجهة نقص المياه في المنطقة.

 

مزايا محطات الطاقة الشمسية العائمة

 

سرد الباحثون مجموعة من المزايا المقترنة بالألواح الشمسية العائمة المثبتة على خزانات المياه، بخلاف تبريد الألواح وخفض فقدان المياه.

أول هذه المزايا: هي أنه في حين ستحجب الألواح ضوء الشمس من الوصول إلى المياه، وما يترتب على ذلك من مشكلات محتملة على أي نظام بيئي، تساعد تلك التقنية كذلك في الحد من نمو الطحالب الضارة في إمدادات المياه.

والثانية: تتمثل في أن العديد من الخزانات تكون قريبة من مجتمعات السكان المتعطشين للكهرباء، والشبكات التي توفر الخدمات لتلك المجتمعات.

والثالثة: هي أن الكثير من الخزانات مرتبطة بأنظمة الطاقة الكهرومائية، ويمكن إدارة مصدري الكهرباء هذين في وحدة واحدة للمحافظة على مستوى ثابت من الإنتاج على مدار الساعة، وفي كل ظروف الطقس المختلفة.

 الطاقة الشمسية العائمة

توليد الكهرباء من محطات الطاقة الشمسية العائمة

تصل كمية الكهرباء التي يمكن توليدها من محطات الطاقة الشمسية العائمة إلى قرابة 9 آلاف و400 تيراواط/ساعة سنويًا.

 

ويعد المستفيد الأكبر من محطات الطاقة الشمسية العائمة هي الولايات المتحدة الأميركية التي تمتلك قدرات في هذا الخصوص، تصل إلى ألف و900 تيراواط/ساعة.

 

ويقدر الباحثون أن هناك 40 دولة تستطيع تلبية مطالب الطاقة الحالية الإجمالية بالكلية عبر محطات الطاقة الشمسية العائمة، رغم أن التخزين يظل مشكلة تواجهها.

 

وأن حوالي 50 مدينة حول العالم، يزيد تعدادها السكاني على مليون شخص، وتستطيع سد مستويات الطلب على الكهرباء لديها بالكامل عبر المحطات الشمسية العائمة.

 الطاقة الشمسية العائمة

تقنية الألواح الشمسية العائمة

 

تعمل تقنية الألواح الشمسية العائمة على خفض درجة حرارة المياه، وليس فقط حجب ضوء الشمس، ما يقلل التبخر بنحو 45%.

وبوجه عام، يضيف الانخفاض في التبخر 100 كيلومتر مكعب من المياه سنويًا، وهو ما يكفي لسد احتياجات قرابة 300 مليون شخص حول العالم، بحسب الباحثين.

وخص الباحثون بلدانًا كثيفة السكان، مثل مصر وجنوب أفريقيا، تعاني ندرة المياه، ومن ثم يمكنها الاستفادة من تقنية محطات الطاقة الشمسية العائمة في توفير المياه.

وتشير الدراسة إلى أن جنوب أفريقيا يمكنها إنتاج 144 من إجمالي استهلاكها السنوي من الكهرباء والبالغ 205 تيراواط/ساعة بتلك التقنية المتطورة، ومن ثم تجنب فقدان 1.6 كيلومتر مكعب من المياه بسبب التبخر.