هل الألواح الشمسية العائمة مسارًا قابلاً للتطبيق نحو خفض الانبعاثات الكربونية؟

إزالة الكربون – كما يوحي الاسم – تشير إلى إزالة أو تقليل انبعاثات ثاني أكسيد الكربون إلى الغلاف الجوي. الهدف، بصورة عامة، هو التحول إلى استخدام مصادر طاقة منخفضة الكربون. 

بحلول الآن، نعلم جميعًا لماذا يجب علينا تقليل أو إزالة ثاني أكسيد الكربون من الغلاف الجوي. قبل ما يقرب من عقد من الزمن، وصل العالم إلى اتفاقية باريس، التي دعت إلى الحد من الاحترار العالمي إلى أقل من درجتين مئويتين فوق مستويات ما قبل الصناعة واتخاذ مبادرات جادة للحد منه إلى 1.5 درجة مئوية من خلال السعي إلى الحياد الكربوني الصافي، وغيرها من الأمور، بحلول عام 2050. 

إزالة الكربون مهمة ضرورية وعاجلة لمستقبل العالم، لذا تسعى الحكومات والشركات والمجتمعات إلى إيجاد طرق لتسريعها. ومع ذلك، تتطلب أنظمة طاقة مختلفة جذريًا مدعومة بمصادر طاقة بديلة تعتمد على الكهرباء الخضراء والجزيئات الخضراء. قدمت دراسة بحثية جديدة إمكانية الاستفادة من الألواح الشمسية العائمة كمسار لإزالة الكربون. فهل هذه الألواح قابلة للتطبيق؟ لنلقِ نظرة. 

الإمكانات العالمية لنشر مصفوفات شمسية عائمة منخفضة الكربون

قامت مجموعة من الباحثين من جامعتي بانغور ولانكستر ومركز المملكة المتحدة للبيئة والهيدرولوجيا بجهد لـ حساب كمية الطاقة التي يمكن توليدها وتوريدها من خلال نشر مصفوفات شمسية عائمة. حدد الباحثون على وجه التحديد الإنتاج الكهربائي اليومي للأنظمة الفوتوفولطية العائمة على حوالي 68,000 بحيرة وخزان حول العالم. 

لكي تُعتبر الموقع الأنسب لتركيب تكنولوجيا الطاقة الشمسية، يجب ألا يتجاوز بعده عن مركز سكاني 10 كيلومترات ولا يكون في منطقة محمية. كما يجب ألا تبقى البحيرات والخزانات جافة أو متجمدة لأكثر من ستة أشهر في السنة. تم اعتبار 10% فقط من مساحة سطح هذه البحيرات والخزانات في الحساب.

مع مراعاة جميع هذه العوامل واعتمادًا على الارتفاع والعرض الموسمي، كان الإنتاج السنوي المحتمل للكهرباء من الأنظمة الفوتوفولطية العائمة على هذه البحيرات 1302 تيراواط ساعة (TWh)، أي ما يقارب أربعة أضعاف إجمالي الطلب السنوي للكهرباء في المملكة المتحدة.

دفعت النتائج الباحثين إلى الغوص أعمق وفحص الإمكانات العالمية لهذه الطريقة. على مستوى الدول، يمكن لخمس دول تلبية احتياجاتها الكهربائية بالكامل من الأنظمة الفوتوفولطية العائمة. وشملت هذه الدول بابوا غينيا الجديدة وإثيوبيا ورواندا. بينما يمكن لدول مثل بوليفيا وتونغا، على التوالي، تلبية ما يصل إلى 87% و92% من طلباتها من خلال هذه الوسيلة. 

العديد من الدول الأخرى، من أفريقيا ومنطقة الكاريبي وأمريكا الجنوبية وآسيا الوسطى، يمكنها تلبية ما بين 40% و70% من الطلب السنوي للكهرباء عبر نشر الأنظمة الفوتوفولطية العائمة. حتى دول متقدمة مثل فنلندا والدنمارك يمكنها استخراج 17% و7% من طلبها السنوي على التوالي من هذه المصادر. 

يمكن للأنظمة الفوتوفولطية العائمة أيضًا تقليل ندرة المياه من خلال توليد كهرباء منخفضة الكربون. كيف؟ في الفقرة التالية، سنستعرض الحل باختصار.

انقر هنا لتعرف كيف أن الطاقة الشمسية تقدم أكثر من مجرد طاقة نظيفة.

كيف يمكن للأنظمة الفوتوفولطية العائمة تقليل ندرة المياه

بصراحة، يمكن للأنظمة الفوتوفولطية العائمة تقليل ندرة المياه عبر الحد من فقدان المياه بالتبخر. تؤكد العديد من الدراسات العلمية صحة أن أنظمة الفوتوفولطية العائمة قد تكون واحدة من أكثر الاستراتيجيات كفاءة لتقليل ندرة المياه عبر خفض فقدان الماء بالتبخر من الخزانات والبحيرات العالمية. تساعد الأنظمة الفوتوفولطية العائمة في تقليل فقدان الماء بالتبخر بطريقتين. 

أولاً، توفر الأنظمة الفوتوفولطية العائمة ظلالًا وتخفض درجة حرارة سطح الماء. يساعد هذا الظل في كبح تدرج ضغط البخار عند واجهة الهواء-الماء، وهو أحد المحركات الأساسية لتدفقات الحرارة الكامنة والتبخر. 

إلى جانب تأثيراتها الظلية، تعمل الأنظمة الفوتوفولطية العائمة كحواجز للرياح. ترتبط سرعات الرياح مباشرةً بمعدلات التبخر، وتعمل الرياح المخففة كعامل مخفّض. أثناء الحديث عن فوائد الأنظمة الفوتوفولطية العائمة، قال الدكتور لاستين وولواي، المؤلف الرئيسي للورقة من جامعة بانغور، ما يلي:

“حتى مع المعايير التي وضعناها لإنشاء سيناريو واقعي لنشر الأنظمة الفوتوفولطية العائمة، هناك فوائد شاملة، خاصة في الدول منخفضة الدخل ذات مستويات عالية من أشعة الشمس، ولكن أيضًا في دول شمال أوروبا. استندت المعايير التي اخترناها إلى استثناءات واضحة، مثل البحيرات في المناطق المحمية، وكذلك إلى ما قد يقلل من تكلفة ومخاطر النشر.”

إنها مسار قابل للتطبيق نحو خفض الكربون يأتي مع فوائد إضافية. ومع ذلك، هناك استراتيجيات أخرى يمكن أن تساعد القطاعات الصناعية الكبرى—التي غالبًا ما ترتبط باستخدام الوقود الأحفوري وتوليد الكربون—على أن تصبح منخفضة الكربون بفعالية. في الفقرات القادمة، سنناقش بعض هذه الصناعات ونستعرض مسارات خفض الكربون المحتملة لها.

الكيميائيات

يمكن لاستخدام التحليلات التنبؤية، والتصوير المتقدم، وأدوات إدارة الطاقة المدعومة بالذكاء الاصطناعي أن يساعد الصناعة الكيميائية على تحسين كفاءتها في الموارد والطاقة. قد تستخدم بشكل متزايد نفايات مستدامة أو مواد أولية حيوية، مثل الدهون النباتية أو الحيوانية، والسكر، واللجنين، والسليلوز، والنشا، والذرة، أو السكر. مسار محتمل آخر لهذه الصناعة للمساهمة إيجابياً في أهداف خفض الكربون قد يكون تجنب إنتاج المواد الأولية مثل البوليمرات، والمطاط، والبطاريات، ومواد التعبئة، والمذيبات، وسائل نقل الحرارة، والزيوت التشحيم.

النفط والغاز

يجب على شركات النفط والغاز اتخاذ إجراءات جذرية لتخفيض الانبعاثات بنجاح. بعض الشركات قد بنت بالفعل قدراتها في الطاقة المتجددة، بينما تستحوذ أخرى على شركات في قطاعات مساندة، مثل مُركّبي الألواح الشمسية أو محطات شحن المركبات الكهربائية (EV)، لتوسيع محفظتها من العروض منخفضة أو خالية من الانبعاثات.

بالإضافة إلى ذلك، هناك خيار تحويل ثاني أكسيد الكربون إلى مادة خام. يمكن أن يخلق استخدام ثاني أكسيد الكربون كمدخل أسواقًا بقيمة مليارات الدولارات. على سبيل المثال، شركات مثل C2CNT تستخدم التحليل الكهربائي المنصهر لتحويل ثاني أكسيد الكربون مباشرة إلى أنابيب كربونية نانوية، وهي أقوى من الفولاذ وتتمتع بموصلية عالية.

مرافق الطاقة المتجددة

يتعامل هذا القطاع بنشاط مع خفض الكربون منذ فترة طويلة. ومع ذلك، لا يزال هناك مجال للتحسين. يحتاج اللاعبون في الصناعة إلى الدعوة إلى بيئة تنظيمية أكثر ملاءمة، مبسطة، وفعّالة. 

لجعل عملياتهم سلسة، منسقة جيدًا، ومُحسّنة، يجب على الشركات الانتقال في الوقت المناسب إلى الأدوات الرقمية التي تمكّن من هيكل تنظيمي مرن. هناك أيضًا حاجة أكبر لاكتشاف استراتيجيات نمو جديدة. 

التعدين والمعادن

في قطاع التعدين، تستثمر الشركات في جهود الطاقة المتجددة لتعويض انبعاثاتها. على سبيل المثال، وقعت شركة BHP اتفاقًا لتطوير محطات شمسية ورياح جديدة في ولاية كوينزلاند الأسترالية لتمكينها من تشغيل عمليات الفحم في المنطقة باستخدام الطاقة الشمسية وتقليل انبعاثاتها غير المباشرة في البلاد بنسبة 20% خلال خمس سنوات. حتى الآن، تتمتع شركات التعدين بموقع جيد للسيطرة على انبعاثاتها التشغيلية. ومع ذلك، فإن انبعاثات سلسلة القيمة هي ما تحتاج إلى مزيد من الاهتمام والاستباقية. 

بينما تقوم قطاعات الصناعة والحكومات بتقييم تأثيرها على البيئة باستمرار، خاصةً عندما يتعلق الأمر بترك بصمات كربونية، تبتكر الشركات حلولًا مبتكرة. في الفقرات القليلة القادمة، سنستعرض بعض هذه الشركات. 

#1. Ciel & Terre International

تأسست في عام 2006 كمتخصصة في دمج أنظمة الفوتوفولطية، Ciel & Terre International تطور محطات شمسية عائمة واسعة النطاق منذ عام 2011. قامت الشركة بتركيب ألواح شمسية عائمة في جميع أنحاء العالم، بما في ذلك أونداني إكي، اليابان، تشانغبين 3 و4، تايوان، تاتا ستيل جامشيدبور، الهند، مونتبازا، فرنسا، كانو بروك، الولايات المتحدة، والعديد غيرها. 

تمتلك الشركة أكثر من عشر سنوات من الاختبار والخبرة الميدانية وأكثر من 30 عامًا من إنتاج الطاقة الشمسية العائمة من خلال محطاتها. يغطي عملها 280 مشروعًا شمسياً عائمًا حول العالم. 

بينما لن نتناول نطاق الشركة بالكامل بالتفصيل، سنستعرض أحد منتجاتها الرائدة، Hydrelio Air Optim. نظام شمسية عائمة مرن، هذا المنتج هو تطور للنظام الأصلي للشركة، Hydrelio Classic، أول حل شمسية عائمة مُسجَّل ومُصنَّع ظهر عالميًا في عام 2010. يمكن للحل مقاومة ظروف رياح قوية تصل إلى 210 كم/ساعة أو 130 ميلًا في الساعة، ما يعادل ضغطًا ديناميكيًا قدره 1625 باسكال. تقنيته المستقرة ضد الأشعة فوق البنفسجية تتمتع بمتانة تصل إلى 30 عامًا. يمكنه التكيف بفعالية مع الظروف الساحلية والبحرية حتى عمق متر واحد، حسب الطول الموجي. صُنع المنتج بأفضل المواد لضمان مقاومة التآكل وتوافقه مع مياه الشرب. 

لدى Ciel & Terre فرع يُدعى Floating Solar UK. يهدف إلى تزويد نظام Hydrelio في المملكة المتحدة. حتى الآن، وفقًا للأرقام التي نشرتها الشركة نفسها، ساعدت Ciel & Terre في تجنب ما يقرب من 740,000 طن من ثاني أكسيد الكربون.

#2. Kyocera Global

شركة أخرى قامت بعمل متميز نحو بناء مجتمع خالٍ من الكربون هي Kyocera Global. أحد حلولها المبتكرة والرائدة يشمل ألواح FIT الشمسية التي قام موظفو Kyocera بتركيبها على أسطح منازلهم. الطاقة الفائضة التي تولدها هذه الألواح، إلى جانب تلك التي تولدها محطات Kyocera غير FIT وJEPX+، تُدخل إلى منصة الشبكة الرقمية P2P، التي تُستخدم بعد ذلك لتزويد مرفق Kyocera Yokohama Nakayama بالكهرباء غير الأحفورية. 

تُعد Kyocera لاعبًا مختبرًا في بناء حلول الألواح الشمسية العائمة. في عام 2018، أطلقت أكبر محطة شمسية عائمة في اليابان تبلغ طاقتها 13.7 ميغاواط. بُنيت على سطح خزان تديره هيئة مياه تشيبا للاستخدام الصناعي، وتغطي مساحة سطحية قدرها 180,000 م² (أكثر من 44 فدانًا). 

تم تركيب 50,904 وحدة شمسية من Kyocera لتوليد ما يقدر بـ 16,170 ميغاواط ساعة (MWh) سنويًا، وهو ما يمكن أن يزود ما يقرب من 5,000 منزل عادي. تم بيع الطاقة إلى شركة TEPCO Energy Partner، Incorporated. تم بدء المشروع أصلاً من قبل وكالة المؤسسات العامة في محافظة تشيبا، التي سعت إلى شركات تساعد في تقليل العبء البيئي.

عند تشغيل هذه المحطة، كان مرفق Kyocera Solar TCL قد أنشأ أكثر من 60 محطة شمسية في جميع أنحاء اليابان وطوّر سبع محطات شمسية عائمة باستخدام سدود وخزانات المياه العذبة في اليابان بدلاً من الأراضي الزراعية. 

وفقًا لأحدث البيانات المتاحة، بلغ إيراد مبيعات Kyocera Global 1,492,672 مليون ين للثلاثة أشهر المنتهية في 31 ديسمبر 2023. 

الألواح الشمسية العائمة ومستقبل خفض الكربون

وفقًا لتقرير نشره البنك الدولي الذي فحص جدوى بناء محطات طاقة شمسية عائمة في الهند، توجد بعض الحواجز أمام التنفيذ على نطاق واسع. تنطبق هذه الحواجز أيضًا على السيناريو العالمي. قد تكون تكلفة توليد الطاقة الشمسية من الألواح العائمة أعلى من التركيب على الأرض. هناك نقص في الوضوح بشأن معايير الأهلية لموقع الطاقة الشمسية العائمة. قدرة تصنيع المعدات التي تساعد في بناء هذه المنشآت محدودة في كثير من الحالات. 

كما أشار البنك الدولي إلى طرق يمكن للمزودين من خلالها تسريع وتعظيم الاعتماد. دعا إلى وضع أهداف واضحة لسعة الطاقة الشمسية العائمة لتحديد الأهداف العامة للطاقة الشمسية في البلاد. 

مثل التجربة التي بدأنا مناقشتها، نصح بإنشاء مستودع للمواقع المحتملة لمشاريع الطاقة الشمسية العائمة لإعطاء إشارة إيجابية للسوق وتبسيط عملية تطوير المشروع. 

في المستقبل القريب، سيتطلب النمو في توليد الطاقة الشمسية بقيادة الأنظمة الفوتوفولطية العائمة تعزيز وتشجيع تصنيع معدات الطاقة الشمسية العائمة وفقًا لإجراءات وشهادات موحدة لضمان الجودة. نظرًا لأنها لا تزال مجالًا ناشئًا، سيُحتاج إلى استثمارات في مؤسسات يمكنها إجراء دراسات جدوى موثوقة لمثل هذه المشاريع.

انقر هنا للحصول على قائمة بأفضل عشرة أسهم شمسية للاستثمار.