طاقة الأمواج الجيروسكوبية – استغلال البحر غير المروض

حوالي 70٪ من سطح الأرض مغطى بالمحيطات، مما يوفر مصدرًا هائلًا للطاقة المتجددة. إمكاناته ضخمة—لدرجة أن طاقة الأمواج وحدها مُقدَّرة لتجاوز الطلب العالمي الحالي على الكهرباء إذا تم استغلالها بالكامل.

مع ذلك، لا تزال مصدرًا متجددًا غير مستغل إلى حد كبير، حيث أن التقاط طاقة أمواج المحيط بكفاءة لطالما أزعج المهندسين.

لحل هذه المشكلة، اتجهت أبحاث جديدة من جامعة أوساكا إلى طريقة مبتكرة: محول طاقة أمواج جيروسكوبي (GWEC) يستخدم دولابًا دوارًا داخل هيكل عائم لتحويل حركة الأمواج إلى كهرباء.

تحليل البحث يكشف أنه، من حيث المبدأ، يمكن لهذا الجهاز امتصاص ما يصل إلى نصف طاقة الموجة الواردة عند أي تردد للموجة، مما يوفر وسيلة للاستفادة من طاقة محيطية هائلة غير مستغلة.

مزيج الكهرباء العالمي: ارتفاع الطاقة المتجددة، ولا يزال الوقود الأحفوري يتصدر

مع تغير المناخ يُحدث فوضى في جميع أنحاء العالم، من الضروري أن نتحول بعيدًا عن الوقود الأحفوري—مصادر الطاقة غير المتجددة التي تتشكل على مدى ملايين السنين وتسبب مشكلات بيئية كبيرة.

إحدى أكثر الطرق فعالية لتقليل الاعتماد على هذه الوقود الأحفوري هي عبر مصادر الطاقة المتجددة، التي تشمل الشمس، الرياح، الطاقة المائية، الطاقة الحرارية الأرضية، والكتلة الحيوية.

هذه المصادر المتجددة التي تتجدد طبيعيًا تقلل انبعاثات الغازات الدفيئة، وتضيف إلى أمن الطاقة الوطني، وتقلل من التعرض للاضطرابات الجيوسياسية. بفضل هذه الفوائد، تشكل مصادر الطاقة المتجددة الآن حصة متزايدة من إنتاج الكهرباء العالمي. في عام 2024، قدمت سجلًا بنسبة 32٪ من توليد الكهرباء العالمي، بزيادة 2٪ عن العام السابق، بينما ارتفع الطلب الكلي على الكهرباء بنسبة 4٪، مدفوعًا بمراكز البيانات.

“الدول تفكر في أمنها وأمن الطاقة أكثر من أي وقت مضى، وأعتقد أن هذا يعني أن الطاقة المتجددة المحلية مثل الرياح والشمس تصبح أكثر جاذبية.”

– محلل الكهرباء والبيانات في مركز الأبحاث Ember إيوان غراهام قال لرويترز العام الماضي

بينما قدمت صناعة المتجدات توليدًا إضافيًا قدره 858 تيراواط ساعة للنظام في 2024، لا يزال الوقود الأحفوري، بما في ذلك الفحم، النفط، والغاز الطبيعي، يُزود الأغلبية العظمى من احتياجات الطاقة العالمية. يُعد الفحم حاليًا أكبر مصدر لتوليد الطاقة، حيث يمثل 34٪ من إنتاج الكهرباء العالمي، بينما تمثل محطات الغاز 22٪.

ومع ذلك، وفقًا لتوقعات الوكالة الدولية للطاقة (IEA) المستقبلية، ستزداد سعة الطاقة المتجددة بنحو 4,600 جيجاواط بين 2025 و2030.

من بين جميع مصادر الطاقة المتجددة، تنمو الطاقة الشمسية بأسرع وتيرة مع انخفاض التكاليف وتسارع الاعتماد عالميًا. كما تنمو سعة الرياح بسرعة، بينما تظل الطاقة المائية أكبر مساهم متجدد طويل الأمد. أما الطاقة الحيوية، فقد بدأت تحظى بانتشار، والطاقة الحرارية الأرضية تحصل على شراكات مؤسسية. يبدو مستقبل الطاقة أكثر خضرةً بشكل متزايد.

استغلال إمكانات المحيط غير المستغلة

في مشهد الطاقة المتجددة، تقدم طاقة المحيط موارد عالمية هائلة. وتشمل استغلال الطاقة من المصادر البحرية، بما في ذلك الأمواج، المد والجزر، تحويل الطاقة الحرارية للمحيط (OTEC)، والتيارات البحرية. تستغل طاقة المد والجزر التيارات المدية المتوقعة، وتستخدم OTEC فروق درجات الحرارة في مياه المحيط العميقة، وتلتقط التيارات البحرية الطاقة من تدفقات المحيط واسعة النطاق.

أكثر أشكال الطاقة البحرية التي تم بحثها على نطاق واسع هي طاقة الأمواج، التي تحول الطاقة الحركية للموجة إلى كهرباء. الأمواج وفيرة، قوية، ومستمرة. كما أنها أقل تقطعًا من الرياح أو الشمس. هذه القدرة العالية على التنبؤ تعني أن حركة سطح الموجة يمكن استغلالها على مدار 24/7، مما يجعلها مفيدة للغاية لتحسين تخطيط الشبكة واستقرارها.

هذا المصدر الطاقي الخالي من الانبعاثات شهد نشرًا تجاريًا محدودًا، بعيدًا عن المتجدات الناضجة مثل الشمس. وهو يمثل حاليًا أصغر حصة في سوق الطاقة المتجددة. في عام 2024، أضاف العالم 1.6 ميجاواط (MW) من سعة طاقة المحيط، لتصل السعة التشغيلية الإجمالية إلى حوالي 513 ميجاواط.

هذا التبني البطيء يعود إلى عدة عوامل، بما في ذلك التكاليف الرأسمالية العالية، القيود الخاصة بالمواقع، والعقبات التقنية مثل دمج الشبكة. كما تعيق مهارات القوى العاملة وعدم اليقين التنظيمي التقدم عبر القطاع. بالإضافة إلى ذلك، تظل صيانة الأجهزة في ظروف المحيط القاسية تحديًا رئيسيًا إلى جانب كفاءة تحويل الطاقة.

وبالتالي، يواصل الباحثون في الأوساط الأكاديمية والصناعية العمل على تحسين هذه الأنظمة، لجعلها أكثر متانة وقدرة على التعامل مع عدم انتظام الموجات. أحد الأنظمة التي جذبت الاهتمام هو محول طاقة الأمواج (WEC)، وهو جهاز يحول الطاقة الحركية للموجة إلى كهرباء.

يعمل عدة مبتكرين على تطوير هذه التقنية. على سبيل المثال، تعاونت الشركة السويدية CorPower Ocean مع شركة OPS Solutions النرويجية عبر مشروع COMPACT لتقليل تكلفة وكتلة محولات الأمواج من خلال تطوير نموذج أسطوانة ما قبل الشد (PTC). بدعم من برنامج EEA Grants “Blue Growth Programme”، يطوّر المشروع غلاف ضغط خفيف الوزن لمعالجة تكلفة رأس المال ومتانة الجهاز.

في الوقت نفسه، حقق المطورون مكاسب أداء قابلة للقياس. أبلغت الشركة النرويجية Havkraft عن معدل تحويل طاقة يزيد عن 80٪ في أحدث اختبار مختبري لنموذج WEC مكبر، بزيادة 15٪ عن التجارب السابقة. تسمح هذه الخطوة لهم بتحديد المخاطر، وضمان الجودة، وفهم الأداء، مما سيساعدهم على التوسع نحو التسويق التجاري.

“تظهر النتائج أن أبحاثنا تُسفر عن نتائج، ونحن خطوة أقرب إلى حل تجاري.”

– مدير العمليات نيكولاي هالدان

في الوقت نفسه في اسكتلندا، تقدمت شركة AWS Ocean Energy في تطوير “Archimedes Waveswing”، وهو عوامة تحت سطح البحر مفعّلة بالضغط صُممت لتحويل حركة الموجة تحت السطح. سجل الجهاز متوسط طاقة يزيد عن 10 كيلواط وبلغ ذروته أكثر من 80 كيلواط خلال ظروف موجية معتدلة، أي أعلى بنسبة 20٪ من توقعات الشركة.

الوحدة الغاطسة التي يبلغ ارتفاعها سبعة أمتار صُممت لتحمل بيئات بحرية قاسية، بما في ذلك رياح من فئة القوة 10. كما أن تصميمها ذو الامتصاص الفردي يجعلها مناسبة لتطبيقات الطاقة عن بُعد حيث تكون المتانة ضرورية.

بعيدًا عن الأداء التقني، يكتسب التكامل النظامي أوسع اهتمامًا. تشير أبحاث الجدوى الأخيرة¹ إلى أن نشر محولات الأمواج لا يحتاج إلى التضحية بالأنشطة الساحلية مثل السياحة أو الصيد. في الواقع، يمكن للتصاميم المناسبة أن توفر حماية ساحلية.

“من الممكن حماية الساحل من تأثيرات البيئة البحرية وإنتاج كهرباء نظيفة في الوقت نفسه، مما يدعم انتقال الطاقة في البرتغال واكتفائها الذاتي.”

– باولو روزا سانتوس، القائد المشارك في CIIMAR

تعكس هذه التطورات قطاعًا ينتقل من النماذج التجريبية إلى حلول عملية.

تحقيق أقصى امتصاص للطاقة باستخدام الجيروسكوبات

تسعى أجهزة طاقة الأمواج (WECs) إلى تحويل حركة الموجة المستمرة إلى كهرباء قابلة للاستخدام بكفاءة. مدفوعة بمبادرات الابتكار الوطنية، والتقدم التكنولوجي، والتكامل مع البنية التحتية المحلية، من المتوقع أن ينمو سوق محولات طاقة الأمواج العالمي إلى من 21.6 مليون دولار في 2025 إلى 38.2 مليون دولار في 2034، بمعدل نمو سنوي مركب 6.5٪.

لم تُصبح محولات الأمواج تجارية بالكامل بعد بسبب التحديات التقنية والاقتصادية والتنظيمية، لذا لا توجد حل أمثل واحد حتى الآن. تم اقتراح العديد من الأنواع المختلفة، بما في ذلك نقاط الامتصاص، أعمدة الماء المتذبذبة (OCWs)، أجهزة التجاوز، المخفضات، والأنظمة الجيروسكوبية.

اسحب للتمرير →

يستخدم محول طاقة الأمواج الجيروسكوبي جيروسكوبًا في نظام استخراج الطاقة (GPTO) لاستخلاص الطاقة من حركة الموجة. يتكون GPTO من مولد كهربائي ودولاب دوار مركب على إطار محور دوار. ومن الجدير بالذكر أن GPTO محاط بهيكل عائم؛ عندما تتحرك الأمواج، يتحرك الهيكل معها. تُحوَّل هذه الحركة بواسطة الدولاب الدوار إلى طاقة كهربائية. وبما أنه يعمل كجيروسكوب، يمكن ضبط سلوك الدولاب الدوار لجمع الطاقة عبر نطاق واسع من ترددات الموجة، على عكس محولات الأمواج الأخرى التي تقتصر على نطاق ضيق.

يستفيد النظام من دوران الجيروسكوب المسبق، الذي يُحدثه دوران الدولاب الدوار وحركة إمالة الجسم العائم. يحدث دوران الجيروسكوب المسبق عندما يتفاعل جسم دوار مع قوة خارجية. عندما تتسبب الأمواج في تحريك المنصة، يغير الدولاب الدوار اتجاهه، وتُنتج هذه الحركة المتصلة بالمولد كهرباء. وجوده داخل هيكل يحمي الجهاز من ماء البحر، مما يوفر فوائد صيانة وأمان.

تمثل المحولات الجيروسكوبية جهودًا لتجاوز قيود محولات الأمواج التقليدية، التي غالبًا ما تكون فعّالة فقط تحت ظروف محددة. تحول تاكاهيتو إيدا، الباحث في جامعة أوساكا، إلى GWECs بسبب قابليتها للتكيف. في دراسته، نُشرت في مجلة ميكانيكا السوائل²، قيم إيدا ما إذا كان هذا التصميم يمكنه دعم توليد على نطاق واسع.

قال إيدا: “غالبًا ما تواجه أجهزة طاقة الأمواج صعوبات لأن ظروف المحيط تتغير باستمرار.” وأضاف: “ومع ذلك، يمكن التحكم في نظام جيروسكوبي بطريقة تحافظ على امتصاص عالي للطاقة، حتى مع تغير ترددات الموجة.”

لفهم سلوك النظام، استخدم إيدا نظرية الموجة الخطية لنمذجة التفاعل بين أمواج المحيط، الجيروسكوب، والهيكل. ساعد التحليل الفريق على اكتشاف الإعدادات المثالية للسرعة الدورانية وتحكم المولد. عندما يتم ضبطه بشكل صحيح، يمكن لـ GWEC الوصول إلى الحد الأقصى النظري لكفاءة امتصاص الطاقة وهو نصف الطاقة عند أي تردد للموجة.

قال إيدا: “هذا الحد الأقصى للكفاءة هو قيد أساسي في نظرية طاقة الأمواج.” وأضاف: “ما يثير الحماس هو أننا نعلم الآن أنه يمكن تحقيقه عبر ترددات واسعة النطاق، وليس فقط عند حالة رنين واحدة.”

تحقق الفريق من النتائج من خلال محاكاة عددية في كل من نطاق الزمن وترددات النطاق. أكدت هذه النتائج أن الجهاز يحافظ على كفاءة عالية بالقرب من تردد الرنين الخاص به، ويؤدي أفضل أداء عندما تتطابق الحركة مع نمط الموجة الطبيعي. يوضح هذا التوضيح للمعلمات التشغيلية القدرة على تطوير أنظمة طاقة أمواج فعّالة تساعد في تحقيق أهداف المناخ.

الاستثمار في الطاقة المتجددة

من منظور استثماري، القليل من الشركات المتداولة علنًا مخصصة حصريًا لطاقة الأمواج. لا يزال هذا القطاع ناشئًا مع تكاليف بنية تحتية عالية وإطلاق مشاريع محدود. عادةً ما تكون أسهم طاقة الأمواج العامة ضعيفة الأداء لأن التقنية لا تزال في مراحلها الأولى لإثبات اقتصاديات على نطاق تجاري.

بدلاً من ذلك، سنركز على شركة ذات محفظة متجددة قوية من المتوقع أن تستفيد من نمو الطاقة البحرية مع مرور الوقت. NextEra Energy, Inc. (NEE ) هي رائدة أمريكية في مجال المتجدات مع خبرة واسعة في طاقة الرياح البحرية وتكامل الشبكة.

تعمل الشركة عبر NextEra Energy Resources (NEER) وFlorida Power & Light (FPL). تُعد FPL شركة مرفقة بالكهرباء منظمة بأسعار ثابتة وتتمتع بسعة صافية تبلغ 35,052 ميجاواط، مما يجعلها أكبر شركة كهربائية في الولايات المتحدة من حيث عدد العملاء (12 مليون). يولد هذا العمل المنظم إيرادات وتدفقات نقدية ثابتة، داعمًا نمو الأرباح وتوزيع الأرباح.

تدير NEER مرافق توليد وتستثمر في طاقة نظيفة مثل الوقود المتجدد، خطوط أنابيب الغاز الطبيعي، وتخزين البطاريات. تُعد NextEra Energy Resources أكبر مولد للطاقة المتجددة في العالم وتستمر في توسيع خط أنابيب مشاريعها. يدعم نمو أرباحها القوي والصفقات التقنية الاستراتيجية فرصًا مستقبلية، رغم أنها لا تزال عرضة لـ السياسات المناهضة للمتجدات تحت إدارة ترامب.

حاليًا، يتم تداول سهم NextEra عند 90.79 دولار، بالقرب من أعلى مستوياته، بارتفاع 13.63٪ منذ بداية العام و32٪ خلال العام الماضي. تمتلك الشركة ربحًا للسهم (EPS) (TTM) قدره 3.30 ومضاعف سعر السهم إلى الأرباح (P/E) (TTM) يبلغ 27.63.

تدفع NextEra عائدًا بنسبة 2.73٪. مؤخرًا، أعلنت الشركة عن توزيع أرباح ربع سنوية قدرها 0.6232 دولار للسهم، بزيادة 10٪ على أساس سنوي. أبلغت NextEra عن أرباح معدلة قدرها 1.133 مليار دولار للربع الرابع من 2025 و7.683 مليار دولار للعام الكامل. سجلت NEER إضافة 7.2 جيجاواط من التوليد الجديد وإضافة 13.5 جيجاواط إلى قائمة أعمالها، لتصل الإجمالية إلى 30 جيجاواط. يشمل ذلك خطة لإعادة تشغيل محطة دوين أرنولد النووية بالتعاون مع Google.

قال الرئيس التنفيذي جون كيتشوم: “نعتقد أنه لا توجد شركة أفضل من حيث بناء بنية تحتية للطاقة المطلوبة لتلبية الطلب المتزايد في أمريكا بشكل موثوق وميسور التكلفة.” وتتوقع الشركة أن ينمو ربح السهم المعدل بمعدل نمو مركب يزيد عن 8٪ حتى عام 2032. كما توسع حلول إمداد الغاز الطبيعي من خلال الاستحواذات الاستراتيجية.

تتوقع NextEra أن يكون ربح السهم المعدل لعام 2026 في نطاق 3.92 إلى 4.02 دولار، مع نمو الأرباح بنسبة 6٪ سنويًا حتى 2028.

الخلاصة

مع ارتفاع الطلب العالمي على الطاقة، مدفوعًا بالطقس المتطرف ومراكز البيانات المدعومة بالذكاء الاصطناعي، يصبح نمو الطاقة المتجددة أكثر حيوية لتخفيف الانبعاثات. بينما تهيمن الشمس والرياح على الاعتماد، تمتلك طاقة الأمواج القدرة على تسريع التحول نحو طاقة أنظف من خلال توفير مصدر عالي الكثافة ومتوقع.

يمكن أن تساعد الأبحاث حول تقنيات مثل طاقة الأمواج الجيروسكوبية في تجاوز الحواجز التقنية التي تقيد هذا القطاع. مع سياسات داعمة واستثمارات استراتيجية، يمكن لهذه التقدمات أن تفتح سعة جديدة كبيرة.

انقر هنا لتتعرف على جميع تفاصيل الاستثمار في أفضل عشر أسهم للطاقة المتجددة.

المراجع

1. Clemente, D., et al. تقييم إنتاج الكهرباء وحماية السواحل لمزرعة أمواج ساحلية بقدرة 500 ميجاواط. Applied Energy 379, 124950 (2025). https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2024.1249502
2. Iida, T. التحليل الخطي لمحول طاقة أمواج جيروسكوبي يمتص نصف طاقة الموجة عبر ترددات واسعة النطاق. Journal of Fluid Mechanics 1029, A20 (2026). https://doi.org/10.1017/jfm.2026.11172