هل يمكن لطاقة الرياح أن تغطي العالم؟

الرياح الصاعدة

الطاقة الشمسية, وخاصة الطاقة الضوئية، هي قوة دافعة للتحول إلى الطاقة المتجددة وقد تصبح حتى المهيمنة في المستقبل.

مع ذلك، تواجه الطاقة الشمسية بعض القيود الجدية التي تجعلها تعمل بأفضل شكل عندما تُدمج مع تقنيات أخرى. يمكن أن تشمل هذه البطاريات والاتصالات طويلة المسافة في شبكة الطاقة. خيار آخر هو اعتماد أشكال أخرى من الطاقة الخضراء في الوقت نفسه لتوفير إكمال للإنتاج عندما تكون الطاقة الشمسية أقل إنتاجية (أيام غائمة، شهور الشتاء) أو لا تنتج على الإطلاق (الليل).

متقدمةً على جميع الآخرين، الرياح (باللون الأصفر والبرتقالي أدناه) هي الشكل الرائد للطاقة الخضراء المصاحب للطاقة الشمسية، خاصةً مع توقع ركود الطاقة الكهرومائية (باللون الأزرق الفاتح) في السنوات القادمة.

المصدر: EIA

في عام 2022، وصل توليد الطاقة الريحية العالمي إلى 2100 تيراواط ساعة (ارتفاع 14٪). ولتحقيق أهداف صافي الانبعاثات الصفرية بحلول عام 2050، من المتوقع أن يصل إجمالي الإنتاج إلى 7400 تيراواط ساعة بحلول عام 2030.

للوصول إلى هذا الهدف، سيتعين تسريع نمو الإنتاج إلى معدل تراكم 17٪. وهذا يعني تحويل الإضافة السنوية الحالية لسعة طاقة الرياح من 75 غيغاواط إلى 350 غيغاواط في عام 2030.

من بين هذه الـ 75 غيغاواط، أضافت الصين وحدها 37 غيغاواط، أي أكثر من نصف إجمالي العالم.

فكيف يمكن تحقيق هدف طموح كهذا؟ يبدو أنه ممكن فقط من خلال مزيج من تحسين التكنولوجيا، والاستثمارات الضخمة، بالإضافة إلى سياسات طاقة وصناعية منسقة بشكل محكم.

صناعة الرياح الحالية

الرياح البرية

حتى الآن، هيمنت تركيبات الرياح البرية على الصناعة. تمثل 93٪ من السعة المركبة، متقدمةً بشكل كبير على حدائق توربينات الرياح البحرية.

المصدر: EIA

أحد الأسباب الرئيسية هو الطبيعة التقنية البحتة. فالرياح البرية أسهل في التنفيذ، حيث تُزود المشاريع بالطرق والشاحنات ومصانع الخرسانة المحلية.

هذا الوصول السهل يتحول أيضاً إلى صيانة أسهل، حيث يمكن للفنيين العيش بالقرب من المواقع والوصول إليها بالسيارة، ويمكن تزويدهم بالأجزاء والمواد الاستهلاكية عبر الطرق التي تُبنى غالباً في الوقت نفسه، وليس عبر توربينات الرياح نفسها.

المصدر: GEvernova

بشكل عام، يؤدي البناء الأسهل والصيانة الأسهل إلى خفض التكاليف وزيادة الربحية. كما أن توربينات الرياح البرية لا تضطر لمواجهة التآكل الناتج عن المياه المالحة، مقارنةً بالرياح البحرية، مما يقلل من تكاليف الصيانة أكثر.

ميزة أخرى رئيسية لتوربينات الرياح البرية مقارنةً بالمزارع الشمسية هي أن الموقع يمكن أن يظل مزرعة أو يظل طبيعياً. بالمقابل، الاستخدام المزدوج للأرض للطاقة الشمسية والزراعة (ما يُعرف بـ “الزراعة الفوتوفولطية”) لا يزال مجالاً ناشئاً.

الرياح البحرية

كما هو موضح، لا تزال الرياح البحرية تشكل أقلية من توليد طاقة الرياح.

ذلك لأن الحاجة إلى بنائها في البحر تجعل هذه المشاريع بطبيعتها أكثر استهلاكاً للرأس مال. كما أن البُعد عن المناطق المأهولة وتآكل المياه المالحة يزيدان من تكاليف الصيانة ويمكن أن يقللا من عمر التوربين ومكوناته.

ومع ذلك، هناك عدد لا بأس به من المزايا للرياح البحرية:

• إنتاج أكثر كفاءة: الرياح البحرية أكثر استقراراً، أقوى، وتنفّث بشكل أكثر تكراراً من الرياح البرية.
  • هذا لا يؤدي فقط إلى إنتاج أكبر بل إلى إنتاج أكثر توقعاً، أقرب إلى إنتاج الطاقة القاعدية مقارنةً بالرياح البرية المتقطعة.
  • في العديد من المناطق، تزداد الرياح البحرية بعد الظهر والمساء، عندما يكون الطلب في أقصاه.
  • مع عيش معظم السكان العالميين بالقرب من السواحل، تكون المواقع البحرية غالباً قريبة من المستهلكين.
  • يمكن أن يكون موقع الرياح في البحر أكبر بكثير من البر، مما يسمح بمقاييس أكبر.
• أثر بيئي أقل: من خلال تقليل استخدام الأرض وعدم إزعاج النظام البيئي المحلي بطرق الوصول والمرور في المناطق النائية، يمكن أن تكون الرياح البحرية أكثر صداقة للبيئة من البرية.
  • المساحة المحدودة لحدائق الرياح قد تساعد حتى في النظم البيئية البحرية.
• معارضة أقل: البُعد عن مراكز السكان ومنظر الرياح يقللان كثيراً من المعارضة لمشاريع الرياح عندما تكون بحرية. ردود فعل “ليس في حديقتي الخلفية” تصبح أقل تأثيراً.

اعتماداً على العمق، يمكن استخدام أنواع مختلفة من التثبيت للرياح البحرية.

المصدر: DoE

عند اكتماله، سيصبح مزرعة دوغّر بانك للرياح في بحر الشمال أكبر مزرعة رياح في العالم. ستحصل على سعة مركبة تبلغ 3.6 غيغاواط، قادرة على تزويد ما يصل إلى 6 ملايين منزل بريطاني بالطاقة سنوياً.

كيفية تحسين توربينات الرياح

دائمًا أكبر وأطول

اتجاه ثابت في صناعة الرياح هو بناء توربينات الرياح أكبر وأقوى. من المتوقع أن يستمر هذا الاتجاه.

المصدر: DoE

سبب رئيسي هو الفيزياء والهندسة الأساسية. مضاعفة طول الشفرات يزيد المساحة الممسوحة الكلية بأربعة أضعاف.

وبما أن المساحة الممسوحة تحدد كمية الرياح الملتقطة وإنتاج الطاقة، فإن مضاعفة حجم التوربين يضاعف الإنتاج، ومضاعفته مرة أخرى يزيد الإنتاج بـ 16 مرة مقارنةً بالحجم الأصلي.

عامل آخر مدفوع بالفيزياء هو أن الرياح الأقوى تولد طاقة أكبر. هذا ليس تحويلًا مباشرًا: إذا ضُربت سرعة الرياح في اثنين، يمكن توليد طاقة بـ 8 أضعاف عبر التوربين.

لذلك، التوربينات الأكبر والرياح الأقوى يمكن أن تنتج طاقة أكبر بـ 10 أضعاف أو أكثر مقارنةً بالنماذج الأصغر.

الأبراج الأطول تعني عادة رياح أكثر استقراراً وأقوى، مما يعزز إنتاج الكهرباء أكثر.

اليوم أقوى توربين رياح هو نموذج تجريبي بقدرة 18 ميجاواط من دونغفانغ إلكتريك، تم نشره في يونيو 2024. يمتلك قطر دوار يبلغ 853 قدم (260 متر). يمكن لتوربين رياح واحد أن ينتج ما يعادل استهلاك الكهرباء السنوي لـ 40,000 منزل.

تصبح توربينات الرياح كبيرة لدرجة أن الطريقة الواقعية الوحيدة لنقل شفراتها من المصنع إلى الموقع هي النقل الجوي. لهذا السبب، شركة ريدا تبني أكبر طائرة في العالم، وشركات أخرى مثل Straightline Aviation تنظر في إمكانات المناطيد/المنطاد لنقل شفرات توربين الرياح إلى الموقع.

المصدر: Straightline Aviation

أخيرًا، خيار آخر هو عدم بناء عمود عملاق لتوربين عملاق، بل بناء “جدار من التوربينات” أكبر. بعض الوحدات قيد التطوير لنماذج بقدرة 40 ميجاواط وقد تصل إلى 126 ميجاواط.

مثل هذا النظام سيكون الأنسب للمناطق ذات الرياح القوية والمستقرة تقريباً، مثل بحر الشمال.

المصدر: Recharge News

توربينات رياح أكثر دوامًا وقابلة لإعادة التدوير

بغض النظر عن جودة التصنيع، تتعرض توربينات الرياح للتلف مع مرور الوقت، بسبب الإجهاد الميكانيكي المستمر الناتج عن الحركة الدائمة.

مؤخرًا، تسببت هذه المشكلات في اضطراب في الصناعة، حيث أعلنت شركة جيمسا (سيمنز) أن بعض محركات التوربينات ستحتاج إلى استبدالها أسرع مما كان متوقعًا، مما تسبب في انهيار صغير في أسهم طاقة الرياح.

بينما يمكن حل هذه المشكلات بتحسين متانة التوربينات، هناك مشكلة أخرى تتعلق بشفرات التوربينات.

حتى وقت قريب، كانت شفرات الإيبوكسي تُلقى في مكبات النفايات، مما يجعل الوضع غير صديق للبيئة. كشفت شركة فيستاس وايند سيستمز مؤخرًا عن كيمياء إيبوكسي جديدة تسمح بإعادة التدوير الكامل. هذا يتيح لصناعة الرياح أن تصبح سلسلة قيمة دائرية بالكامل.

المصدر: Vestas

يمكننا توقع أن تتبع باقي الصناعة هذا النهج وتُحل مشكلة إهدار المواد وملء المكبات بشفرات انتهى عمرها الإنتاجي.

طاقة رياح بلا شفرات

كانت الشفرات الضخمة مثل المروحة هي الطريقة المفضلة حتى الآن لجمع طاقة الرياح. لكن هذه ليست الخيار الوحيد. تم اقتراح أو تطوير عدة بدائل.

الفكرة الأولى هي توربينات المحور الرأسي. هذه التوربينات غالبًا ما تكون أقل ضجيجًا، أصغر حجمًا، ومصممة لالتقاط الرياح الضعيفة.

هذا يجعلها أكثر ملاءمة للبيئات الحضرية أو الضواحي، وكذلك للتركيبات على أسطح المباني. بعض الأمثلة هي توربينات وينسباير أو توربين إيدي.

المصدر: Inhabitat

فكرة أخرى هي التخلي عن العمود الذي يحمل التوربينات وبناء توربينات رياح طائرة. الفكرة هي البحث عن أقوى رياح في أماكنها، على ارتفاع 300-600 متر. لذا لماذا لا نربط توربين الرياح ببالون مملوء بالهيليوم، مثل نموذج ألتايروس:

هذا له مزايا أخرى، مثل القدرة على الصعود والهبوط للعثور على رياح أقوى، وإلغاء تكلفة الأساسات الخرسانية والعمود والرافعات، إلخ. يمكن أيضًا إعادة نشر النظام إلى مواقع جديدة في غضون ساعات أو أيام.

أخيرًا، فكرة أكثر راديكالية هي جمع طاقة الرياح بدون حركة. يمكن تحقيق ذلك، على سبيل المثال، بتحريك “عصي” مثل تلك التي تصنعها Vortex Bladeless أو Windstalk، باستخدام الحث الكهرومغناطيسي لتوليد الطاقة.

أنظمة لا حركة أخرى ستستخدم فرق الضغط الجوي الذي تخلقه الرياح لتوليد الطاقة، مثل نظام أيرومين السطحي.

المصدر: Aeromine

توربينات رياح مزدوجة ومتعددة الاستخدامات

طريقة أخرى لتحسين توربينات الرياح هي استخدامها لتوليد الطاقة ووظائف أخرى في آنٍ واحد.

على سبيل المثال، تمتلك توربينات الرياح البحرية تثبيتًا صلبًا في قاع البحر وتكون بعيدة نسبياً عن السطح.

هذا يجعلها نقطة تثبيت مثالية لأنظمة أخرى:

• الصيد السلبي، مثل صيد الأسماك، الكركند، السرطانات، والحبار.
• الزراعة البحرية، مثل زراعة الأصداف أو الأعشاب البحرية.
• تربية الأسماك، مثل السلمون.
• مشروعات استعادة البيئة، مثل الشعاب المرجانية الاصطناعية.
• جمع طاقة المد والجزر والأمواج، مستفيدًا من تثبيت الصيانة والخدمات للطاقة.

المصدر: Research Gate

في البر، فرص الاستخدام المزدوج محدودة أكثر، وأبرز حالة حالية هي إضافة هوائي هاتف محمول إلى عمود توربين الرياح.

مشكلات طاقة الرياح

نظرًا لقدرتها على إنتاج طاقة خضراء في أوقات مختلفة عن الشمس، تُعد طاقة الرياح خيارًا رائعًا لإزالة الكربون من شبكة الطاقة مع تقليل الحاجة إلى حدائق البطاريات المكلفة.

ومع ذلك، هناك بعض القضايا التي يجب الاعتراف بها.

خطر على الحياة البرية

يمكن أن تتضرر الحياة البرية من الوقود الأحفوري ومصادر الطاقة الأخرى، وكذلك من توربينات الرياح. وهذا ينطبق بشكل خاص على الطيور التي تحلق بالقرب من التوربينات وتُقتل بأشواك الشفرات المتحركة بسرعة.

اعتمادًا على الدراسة والموقع، يبدو أن كل توربين يقتل ما بين 4-18 طائرًا سنويًا، أو 0.45-2.8 طائر لكل جيجاواط ساعة مُنتجة. وعلى الرغم من ارتفاع هذا الرقم، فإنه يُقارن بصغر عدد الطيور التي تُقتل بواسطة القطط أو السيارات أو المبيدات.

المصدر: Sustainability In Numbers

قد يكون هذا مصدر قلق أكبر للأنواع المحددة، خاصةً طيور الجوارح مثل النسور والنسر الأسود، وكذلك الطيور المهاجرة. كما يمكن أن تتعرض الخفافيش لأضرار شديدة من توربينات الرياح.

من بين طرق التخفيف المقترحة لتقليل هذه المشكلة:

• إيقاف التوربين عندما يتحرك ببطء شديد، وهو شرط خطر بشكل خاص للخفافيش.
• تجنب بناء التوربينات في مناطق تستخدمها الجوارح للارتفاع ومسارات الهجرة.
• تفضيل عدد قليل من التوربينات الكبيرة على العديد من الصغيرة.
• طلاء التوربينات باللون الأسود لجعلها أكثر وضوحًا للطيور.

إمداد المعادن النادرة

قضية أخرى تتعلق بطاقة الرياح هي اعتماد توليدها على المغناطيسات الدائمة. هذه المغناطيسات تتطلب معادن نادرة مثل النيوديميوم.

توربين رياح بحري كبير يعمل بنظام القيادة المباشرة ومزود بأحد هذه المولدات يمكن أن يحتوي على أكثر من 5 أطنان من المغناطيسات.

بينما تمثل المعادن النادرة حوالي 30٪ من وزن هذه المغناطيسات، فإن ذلك لا يزال يضيف مئات الأرطال من النيوديميوم لكل ميجاواط من الكهرباء المنتجة، بالإضافة إلى كميات أصغر من الديسبروسيوم والتيربيوم.

آلا كوليسنيكوفا – بيانات وتحليلات في أداماس إنتليجنس – على Grist

إنتاج معادن الأرض النادرة يمكن أن يكون عملية ملوثة للغاية، وتُجرى في الغالبية العظمى في الصين.

لذلك يجب تطوير عمليات أكثر نظافة لإنتاج عناصر الأرض النادرة، بالإضافة إلى عملية إعادة تدوير أكثر كفاءة أيضًا.

الجيوسياسة

عند الحديث عن الصين، فإن سيطرتها الكاملة على سلسلة إمداد الطاقة المتجددة أثارت قلقًا في الدول الغربية.

تنتج الصين 66٪ من سعة توليد الرياح الجديدة في العالم.

المصدر: Enerdata

تظهر هذه السيطرة بوضوح أكثر عند النظر إلى مؤشرات أخرى:

• 426 نموذجًا جديدًا من توربينات الرياح مقارنةً بـ 29 نموذجًا خارج الصين في الفترة من 2020 إلى 2024.
• تنتج الصين 60٪ من الإنتاج العالمي للمعادن النادرة وتُصقل 85٪ منه، بما في ذلك 92٪ من إنتاج مغناطيسات الأرض النادرة.

لذا، مع تصاعد التوترات الجيوسياسية بين الصين والغرب، قد تكون سلسلة إمداد الرياح معرضة للخطر. وهذا، نظريًا، قد يساعد المنتجين المحليين، رغم أن فرق التكلفة يجعل من الصعب تقليل الاعتماد على الواردات الصينية.

الاستثمار في طاقة الرياح

يمكنك الاستثمار في شركات طاقة الرياح عبر العديد من الوسطاء، ويمكنك العثور هنا، على securities.io، على توصياتنا لأفضل الوسطاء في الولايات المتحدة، كندا، أستراليا، والمملكة المتحدة، وكذلك العديد من الدول الأخرى.

إذا لم تكن مهتمًا باختيار شركات طاقة رياح محددة، يمكنك أيضًا النظر في الصناديق المتداولة مثل Global X Wind Energy ETF (WNDY)، Invesco Wind Energy UCITS ETF (WNDE)، أو First Trust Global Wind Energy ETF (FAN) التي ستوفر تعرضًا أكثر تنوعًا للاستفادة من صناعة الرياح.

أو يمكنك قراءة مقالتنا حول “أفضل 10 أسهم طاقة رياح للاستثمار فيها”، بالإضافة إلى “أفضل 10 أسهم طاقة متجددة للاستثمار فيها” و “أفضل 10 أسهم معادن البطاريات والطاقة المتجددة”.

الاستثمار في شركات الرياح

1. Ørsted A/S

كان منتج الطاقة الدنماركي أول شركة تُنشئ مزرعة رياح بحرية في عام 1991، وهو يدير حاليًا أكبر مزرعة رياح في العالم أيضًا.

لقد خضعت لتحول هائل منذ عام 2006، حيث كان 83٪ من الطاقة المُنتجة من الوقود الأحفوري، إلى أن انخفض هذا إلى 8٪ فقط من الوقود الأحفوري في 2023، و3٪ في 2024، وعلى الطريق للوصول إلى 99٪ إنتاج متجدد بحلول 2025.

المصدر: Ørsted

تمتلك Ørsted مزارع في الدنمارك، المملكة المتحدة، ألمانيا، الولايات المتحدة، تايوان، وفيتنام.

نصف توليد الطاقة يأتي من مزارع الرياح البحرية، وتُقسم توليد الطاقة البرية تقريبًا بالتساوي بين الطاقة الشمسية ومزارع الرياح البرية.

معظم النمو المخطط له يتركز في توليد الرياح البحرية، يليه الرياح البرية. هذا المخطط للنمو ممول بالكامل ذاتيًا بناءً على العمليات الحالية.

المصدر: Ørsted

كمُبتكر ورائد في توليد طاقة الرياح، تُعد Ørsted السهم الأكثر بروزًا للمستثمرين الذين يبحثون عن تعرض للقطاع من جانب الخدمات العامة.

2. Vestas Wind Systems A/S

Vestas هي شركة تصميم وتصنيع وتركيب توربينات الرياح. مع إجمالي مركب قدره 177 غيغاواط، قامت بتصنيع وتركيب أكثر توربينات الرياح من أي شركة أخرى.

تمتلك الشركة خط أنابيب مشاريع يبلغ 29 غيغاواط. تسيطر على 35٪ من سوق تصنيع الرياح، باستثناء الصين، مرت من 20٪ في 2010. كما أن لديها إيرادات وأوامر وهوامش EBIT أعلى من أي من منافسيها.

إحدى المشكلات الجدية في طاقة الرياح كانت عدم إمكانية إعادة تدوير شفرات الرياح، التي كانت تُلقى في المكبات، مما جعلها حلاً غير صديق للبيئة. كشفت Vestas مؤخرًا عن كيمياء إيبوكسي جديدة تسمح بإعادة التدوير الكامل. هذا يتيح لصناعة الرياح أن تصبح سلسلة قيمة دائرية بالكامل.

المصدر: Vestas

تغلبت Vestas بشكل عام على أزمة 2023 في صناعة طاقة الرياح، مع انتعاش قوي في الطلب مدفوعًا بأوروبا ومنطقة آسيا والمحيط الهادئ، على الرغم من تراجع السوق الأمريكية.

المصدر: Vestas

تستكشف Vestas أيضًا إمكانية استخدام الرياح لتشغيل أول مصنع أمونيا خضراء في العالم، والذي يمكن أن يُستخدم بعد ذلك لنقل الهيدروجين أو إنتاج الأسمدة دون الغاز الطبيعي.

بفضل حجمها، وتفوقها التكنولوجي، وهوامشها الأعلى، تُعد Vestas استثمارًا آمنًا نسبيًا في سلسلة إمداد طاقة الرياح، مع توربيناتها التي تُعد من بين الأفضل في الصناعة.

3. Lynas Rare Earths Limited (LYSCF)

معادن الأرض النادرة ليست نادرة من الناحية الجيولوجية، رغم صعوبة استخراجها لأنها غالبًا ما تتواجد بتركيزات منخفضة جدًا بدلاً من وجودها في صخور غنية أو كتل.

تُعد معادن الأرض النادرة أساسية للحوسبة والتقنية المتجددة، لا سيما كونها جزءًا حيويًا من المغناطيسات الدائمة المطلوبة في توربينات الرياح، وكذلك في المحركات الكهربائية (بما في ذلك للسيارات الكهربائية) أو الأسلحة المتقدمة.

حاليًا، تُنتج معظم معادن الأرض النادرة، بل وتُصقل أكثر، في الصين. مؤخرًا، بدأت الصين “تسلاح” هذه القاعدة شبه الاحتكارية، من خلال تقييد صادرات الجيرمانيا والغاليم في 2023، وهما معدنان نادران مهمان لصناعة أشباه الموصلات، ردًا على العقوبات التجارية الأمريكية على تقنيات أشباه الموصلات.

تُعد Lynas شركة تعدين معادن الأرض النادرة لديها مناجم في أستراليا. كما تبني الشركة مرفقًا لمعالجة المعادن لتقليل عمليات التكرير في أستراليا بدلاً من شحنها إلى شركاء في الصين.

سيتم تحقيق ذلك عبر مرفق معالجة معادن الأرض النادرة في كالغوري تقريبًا مكتمل (انظر الفيديو لتسلسل بناء المرفق) ومرافق مرتبطة في ماليزيا، بالإضافة إلى مشروع من المتوقع أن يكون عمليًا في تكساس بحلول 2025-2026.

في منتصف 2024، تم شحن الدفعة الأولى من كالغوري، ومن المتوقع أن يرفع المرفق إنتاجه لبقية العام.

المصدر: Lynas

تُعتبر عناصر الأرض النادرة الآن أصلًا استراتيجيًا، حيث يُنظر إلى الاعتماد على الإمداد الصيني كخطر حاسم، خاصةً في حالة حدوث صراع عسكري.

هذا يعني أن إنتاج Lynas قد يتمكن من طلب علاوة في حالة أزمة دولية أو إذا قررت الصين تقييد تصدير معادن الأرض النادرة الأخرى.

كما يمثل قطاعًا سلعًا غالبًا غير مرتبط بالمعادن الأخرى مثل الحديد أو النحاس أو الليثيوم، مما يوفر تنويعًا للمستثمرين.