الطاقة
الطاقة المتجددة البحرية: استغلال قوة المحيط لمستقبل نظيف
أضف Securities.io إلى مصادرك المفضلة على Google
الإمكانات غير المستغلة لطاقة المحيط
نظرًا لأن الأرض مغطاة بالمحيطات والبحار بنسبة 70٪ من سطحها، ليس من المفاجئ أن الكثير من موارد الأرض تُعثر عليها في المناطق البحرية. ومع ذلك، فإن هذا بيئة أصعب بطبيعتها للمخلوقات البرية مثل البشر. نتيجةً لذلك، لم تُستغل طاقة المحيط بشكل جيد حتى الآن، حيث تقتصر غالبًا على استغلال النفط والغاز البحري ومزارع الرياح البحرية.
لكن هناك إمكانات أكبر بكثير لتوليد الطاقة في البحر بأشكال أخرى. من المساحات السطحية اللامحدودة تقريبًا إلى المد والجزر، الأمواج، واختلاف الارتفاع والحرارة، يعمل العلماء حول العالم على إيجاد طرق جديدة للاستفادة من الطاقة المتجددة من الأمواج اللامتناهية.
ويمكن أن تكون هذه مصدرًا هائلًا للطاقة المتجددة، حيث قد يصل سعة التركيب إلى 352 جيجاواط بحلول عام 2050، أي قريبًا من إجمالي قدرة جميع محطات الطاقة النووية العالمية الحالية (399 جيجاواط).
المصدر: IRENA
لماذا تطور طاقة المحيط كان بطيئًا
قد يُفاجئك أن إنتاج الطاقة في المحيط بدأ فقط قبل بضعة عقود، بينما أشكال الطاقة الأخرى، من الطاقة الكهرومائية إلى إنتاج الوقود الأحفوري على البر، لها قرون من التاريخ.
سبب رئيسي هو أنه من الواضح أن البناء على الأرض أسهل. بالمقابل، تتطلب البحار والمحيطات أي بنية تحتية أن تكون عائمة و/أو مثبتة في قاع البحر، مما يضيف تكاليف وقيود هندسية. العواصف المنتظمة، أو حتى الأعاصير في المناطق الاستوائية، تزيد من صعوبة إنشاء هياكل يمكنها الصمود في المحيط.
عامل رئيسي آخر هو ملح البحر. تجعل ملوحة المحيط مياه البحر شديدة التآكل للمكونات المعدنية، بما في ذلك أنظمة توليد الطاقة مثل التوربينات. يتطلب ذلك تطبيق مجموعة معقدة من الحلول المخصصة من الطلاء، والزيوت، وإجراءات حماية أخرى لتجنب تآكل البنية التحتية للطاقة. كما يمكن أن يساهم نمو الكائنات البحرية الضارة مثل الطحالب والأصداف (“التلوث الحيوي”) في إلحاق الضرر بالآلات، حيث ي clog المواد العضوية ويغطي المعدات.
المصدر: ResearchGate
أخيرًا، على الرغم من ضخامة الطاقة الكامنة في المحيط، إلا أنها متشتتة جدًا. على البر، تميل الجيولوجيا والجغرافيا إلى تركيز الموارد طبيعيًا في الترسبات المعدنية، والأنهار، وممرات الرياح، وهو ما لا توفره السطح المستوي للمحيط.
طاقة الرياح البحرية: التوسع في البحر
كما هو الحال مع معظم منصات الطاقة البحرية، تميل طاقة الرياح البحرية إلى أن تكون أكثر استهلاكًا للرأس مال. تزيد المسافة عن المناطق المأهولة وتآكل مياه المالحة من تكاليف الصيانة ويمكن أن تقلل من عمر التوربين الريحي ومكوناته.
ومع ذلك، هناك عدد من المزايا لطاقة الرياح البحرية:
- إنتاج أكثر كفاءة: رياح البحر أكثر استقرارًا، أقوى، وتدفقًا أكثر تكرارًا مقارنةً بالرياح على البر.
- هذا يؤدي ليس فقط إلى إنتاج أكبر ولكن أيضًا إلى إنتاج أكثر توقعًا، أقرب إلى طاقة القاعدة الأساسية مقارنةً بالرياح البرية المتقطعة.
- في العديد من المناطق، تزداد رياح البحر في فترة بعد الظهر والمساء، عندما يكون الطلب في أقصاه.
- مع عيش معظم سكان العالم بالقرب من السواحل، تكون مواقع الرياح البحرية غالبًا قريبة من المستهلكين.
- يمكن أن يكون موقع الرياح الجيد في البحر أكبر بكثير من الموقع البرّي، مما يسمح بمزيد من التوسع.
- أثر بيئي أقل. من خلال تقليل استخدام الأرض وعدم إزعاج النظم البيئية المحلية بطرق الوصول والطرق في المناطق النائية، يمكن أن تكون طاقة الرياح البحرية أكثر صداقة للبيئة مقارنةً بالرياح البرية.
- يمكن أن تساعد المنطقة المحدودة لحدائق الرياح في دعم النظم البيئية البحرية.
- معارضة أقل: المسافة إلى مراكز السكان والرؤية المحدودة تقلل بشكل كبير من المعارضة لمشاريع الرياح عندما تكون في البحر. ردود فعل “ليس في فناء منزلي” (NIMBY) تكون أقل تأثيرًا.
اعتمادًا على العمق، يمكن استخدام مراسي مختلفة لتوربينات الرياح البحرية.
المصدر: DoE
مع تقدم تكنولوجيا الرياح، يصبح خيارًا جديدًا هو عدم بناء عمود عملاق لتوربين عملاق، بل “جدار” أكبر من التوربينات. بعض الوحدات قيد التطوير لنماذج بقدرة 40 ميجاواط وقد تصل إلى 126 ميجاواط.
مثل هذا النظام سيكون الأنسب للمناطق ذات الرياح القوية والمستقرة تقريبًا، مثل بحر الشمال.
المصدر: Recharge News
تركيز مشاريع الرياح البحرية في مشاريع ضخمة، مثل جزيرة طاقة بحر الشمال بقدرة 10 جيجاواط التي تنظر إليها شركة Orsted العملاقة (D2G.DE ) ، من المرجح أن يصبح اتجاهًا سائدًا في المستقبل، حيث يقلل من تكاليف الصيانة والتركيب عبر مشاركة التكاليف بين عدد أكبر من التوربينات.
من المرجح أن تظل طاقة الرياح البحرية المصدر الرئيسي غير الأحفوري للطاقة البحرية خلال العقد القادم، بفضل وفرة طاقة الرياح في البحر وتكنولوجيا ناضجة بالفعل.
يقدر بعض المحللين أن طاقة الرياح البحرية قد تكون أكبر بـ 12 مرة بحلول عام 2040، مع توقع تثبيت العديد من أنواع التوربينات العائمة الجديدة في العقد الثالث من هذا القرن.
المصدر: Rystad Energy
(يمكنك قراءة المزيد عن إمكانات طاقة الرياح في تقريرنا المخصص “هل يمكن لطاقة الرياح أن تغير العالم؟”)
طاقة المد والجزر: طاقة متجددة يمكن التنبؤ بها من القمر
على الرغم من أن الرياح هي الشكل السائد للطاقة البحرية، فإن طاقة المد والجزر هي الأقدم. إنها استخراج الطاقة التي يولدها جاذبية القمر والتي تُسبب ارتفاع وانخفاض مستوى سطح البحر مع المد.
في البداية تم استخراجها باستخدام طاحونة مائية تستغل حركة البحر بدلاً من النهر لتدوير عجلة الطاحونة. تم بناء أول محطة طاقة مدية كبيرة النطاق في عام 1966، وهي محطة Rance Tidal Power Station بقدرة 240 ميجاواط في بريتاني، شمال غرب فرنسا.
المصدر: Dialogue Earth
ميزة رئيسية لطاقة المد والجزر هي استقرارها وتنبؤها العالي، مما يتيح طاقة أساسية متجددة موثوقة. كما أنها تنتج الطاقة ليلاً وفي الشتاء دون أي انخفاض، مما يجعلها مكملًا جيدًا للطاقة الشمسية.
ومع ذلك، فإن استخراج هذه الطاقة صعب. عادةً ما يتطلب وجوده في منطقة ذات مد مرتفع أو قناة قوية توجه المد إلى مضيق ضيق. وقد حدّ ذلك تاريخيًا من المواقع المحتملة لهذا النوع من الطاقة. كما يعني ذلك، في معظم الحالات، الحاجة إلى بناء سد مدّي.
قِلَّة مشاريع المد والجزر أعاقت القطاع، حيث أزالت إمكانية تحقيق اقتصاد الحجم من التصنيع الضخم، واستُبدلت بحلول مخصصة مكلفة.
“نحن في المرحلة التي نُظهر فيها التكنولوجيا بشكل موثوق، ونقوم بتوسيعها إلى نطاق تجاري. ما علينا هو النظر إلى مشاريع صغيرة نسبيًا، فقط لإثبات أن التكنولوجيا موثوقة، وتجاوز العقبات البيئية، وبناء الزخم والحجم الذي نحتاجه.”
Seumas Mackenzie – المدير التنفيذي للعمليات لمطور المد والجزر Nova Innovation
حتى اليوم، هناك العديد من التصاميم المدروسة، لكن لا أحد منها يُصنع على نطاق واسع.
المصدر: IRENA
متطلبات تحرك التوربينات باستمرار في مياه البحر تزيد من صعوبات التآكل والتلوث الحيوي.
بشكل عام، من غير المرجح أن تصبح طاقة المد والجزر قريبًا مساهمًا رئيسيًا في شبكة الطاقة لدينا.
مع ذلك، يمكن أن تكون حلاً جيدًا للجزر المعزولة والمناطق الساحلية، كما تُظهر مشاريع تجريبية في جزر شتلاند وأوركني. تتطلب هذه الجزر إما توصيلًا مكلفًا إلى الشبكة أو استيراد الوقود الأحفوري.
استغلال التيارات البحرية للطاقة المتجددة
استغلال التيارات العميقة للبحار، التي تحرك كميات هائلة من الماء باستمرار، قد يوفر مصدر طاقة قوي جدًا، ربما أقوى من طاقة المد والجزر، وهو احتمال نظري في الوقت الحالي.
المصدر: Energy Encyclopedia
ومع ذلك، فإن العمق الشديد والمسافة من السواحل لتركيب مثل هذه المنشآت، بالإضافة إلى خطر تعطيل هذه التيارات التي تلعب دورًا مهمًا في تنظيم المناخ، لا تجعلها خيارًا واقعيًا في المستقبل القريب.
مع ذلك، التيارات الأقل قوة ولكن الأقرب إلى السواحل قد تشكل خيارًا أكثر واقعية لهذا المفهوم.
طاقة الأمواج: تحويل تموجات المحيط إلى كهرباء
أكثر انتشارًا من المد والجزر، الأمواج هي جزء طبيعي من المحيط ومصدر نظري غير محدود للطاقة، حيث تشكل ما يقرب من نصف إمكانات طاقة المحيط (باستثناء الرياح).
المصدر: IRENA
هنا أيضًا، لا يزال العديد من التصاميم قيد الدراسة، دون أن يُظهر أي منها تفوقًا واضحًا على الآخر أو يتم تصنيعه على نطاق واسع. الفكرة العامة إما جمع الطاقة من ارتفاع وانخفاض مستوى الماء، أو تذبذب العوامة، أو من دوران العوامة.
المصدر: IRENA
على الرغم من أن جاهزية التكنولوجيا أقل من طاقة المد والجزر، قد تكون طاقة الأمواج مساهمًا رئيسيًا للطاقة بحلول عام 2040، حيث تتوقع الاتحاد الأوروبي إنتاج 1 جيجاواط من الطاقة المستمدة من المحيط بحلول 2030، و40 جيجاواط بحلول 2040.
“يجب تصميم أجهزة طاقة الأمواج لتتحمل وتنجو من ظروف العواصف، وهذا قد يكون مصدر قلق كبير في عالم يزداد حرارةً وتصبح العواصف أكثر شدة.
هناك الكثير من طاقة الأمواج المتاحة، لكنها بالتأكيد أكثر تكلفة وصعوبة تقنية للاستغلال.”
ستعتمد هذه الحلول على حجم الأمواج المحلي، حيث تكون بعض المناطق أكثر ملاءمة من غيرها. يبدو أن شمال الأطلسي، شمال المحيط الهادئ، وجنوب أستراليا هي أفضل المرشحين.
المصدر: ResearchGate
الطاقة الحرارية للمحيط: استخراج الحرارة من الأسفل
(OTEC) تستفيد من فرق درجة الحرارة بين مياه السطح الدافئة والمياه الباردة العميقة. يُعد هذا التدرج الحراري قويًا نظريًا لتوليد الطاقة.
المصدر: Britannica
لكي تكون عملية من الناحية الاقتصادية، يجب أن يكون فرق درجة الحرارة على الأقل 20 درجة مئوية (36 درجة فهرنهايت) في أول 1,000 متر (حوالي 3,300 قدم) أسفل السطح.
نظرًا لأن الفارق الأكبر يعني إمكانات توليد طاقة أعلى وتكاليف أقل، فإن هذا قد يكون حلاً أفضل للمياه الدافئة الاستوائية مع قاع بحري سريع الانحدار، خصوصًا في جنوب شرق آسيا وسواحل المكسيك والبرازيل.
المصدر: Ocean Energy Systems
يمكن أن تكون مرافق OTEC إما برية (مع أنابيب تصل إلى المحيط) أو عائمة. بينما توفر الأسطح العائمة مواقع أكثر، فإنها ستكون أكثر تكلفة في البناء والصيانة. سيتعين نقل إنتاج الطاقة البحرية إلى البر، إما عبر كابلات طاقة أو عبر إنتاج محلي للهيدروجين أو الميثانول أو الأمونيا التي تُنقل إلى مراكز السكان.
جانب إيجابي محتمل لـ OTEC هو جلب المياه العميقة الغنية بالمغذيات إلى السطح. يمكن استغلال ذلك في الزراعة البحرية الصديقة للبيئة وحتى المساعدة في التقاط الكربون عبر نمو العوالق النباتية.
مزارع الطاقة الشمسية العائمة: تعظيم سطح البحر للطاقة النظيفة
إلى جانب استخدام طاقة المحيط نفسها، توفر البحار موردًا آخر وفيرًا: مساحة السطح.
على عكس الأرض التي تُستخدم غالبًا للمزارع أو المواطن الطبيعية وتكون مكلفة نسبيًا لكل متر مربع، فإن معظم سطح البحر غير منتج، خاصةً في المناطق الاستوائية ذات الإشعاع الشمسي العالي.
كما لا توجد جيران أو أشخاص يمانعون الجانب الجمالي لهذه الحقول الشمسية البحرية. وهذا يجعل فكرة الحقول الشمسية العائمة في البحر جذابة.
المصدر: RWE
بالإضافة إلى ذلك، يزيد انعكاس ضوء الشمس من سطح البحر من العزل الكلي. قد يُستغل هذا الظاهرة لتوليد طاقة أكبر بفضل الألواح الشمسية ذات الوجهين.
المياه الباردة نسبيًا تساعد أيضًا في تبريد الألواح، مما يحسن من متانتها والعائد الأقصى.
يمكن للعديد من الدول، من أفريقيا، الكاريبي، أمريكا الجنوبية، وآسيا الوسطى، تلبية ما بين 40% و70% من طلبها السنوي من الكهرباء عبر نشر الألواح الشمسية العائمة. حتى دول متقدمة مثل فنلندا والدنمارك يمكنها الحصول على 17% و7% من الطلب السنوي على التوالي من هذه المصادر.
ومع ذلك، هناك بعض المخاطر المرتبطة بهذا التصميم.
التحدي الأول هو وجود الملح. ليس فقط يسبب مخاطر التآكل المعتادة على الأنظمة الكهربائية الحساسة والهياكل الداعمة، بل يمكن أن تتراكم بلورات الملح من رذاذ البحر على الألواح، مما يقلل من كفاءة التحويل الضوئي. قد يكون الحل وضع منصة الألواح الشمسية على ارتفاع أعلى فوق مستوى سطح البحر، كما في مشروع التجربة “بحر الأصفر رقم 1” الذي نفذته شركة Huaneng Group الصينية.
المصدر: Daily Galaxy
مشكلة محتملة أخرى هي العواصف والأعاصير، التي يمكن أن تدمر مرافق الطاقة الشمسية العائمة قبل أن تتمكن من “استرداد” الطاقة المطلوبة لبنائها.
لذلك، بدلاً من أن تكون البنية عائمة مباشرة على الماء كما في بحيرة مياه عذبة، قد تكون محطات الطاقة الشمسية البحرية أكثر احتمالًا أن تُثبت على منصات عائمة تشبه منصات حفر النفط الصغيرة.
الطاقة الحرارية الجوفية للبحار العميقة: أفق مستقبلي
ما زالت في مرحلة نظرية فقط، هذه الشكل من الطاقة قد يكون مهمًا على المدى الطويل للعديد من الدول، خاصةً تلك الواقعة على ما يُسمى بـ “حلقة النار” حول محيط الهادئ.
المصدر: HowStuffWorks
نظرًا لأن قشرة المحيط أرق بكثير من القشرة القارية (4 أميال بدلاً من 10-43 ميل)، يمكن الوصول إلى درجات حرارة مرتفعة مع حفر أقل عمقًا.
المصدر: GeologyIn
لاستغلال هذه الطاقة المحتملة سيتطلب تقدمًا إضافيًا في طاقة الحرارة الجوفية، وهو موضوع ناقشناه بالتفصيل في “الطاقة الحرارية الجوفية: طاقة خضراء حارة”.
من المرجح أن الشكل النهائي لهذا المصدر سيكون مزيجًا من الحفر العميق في البحر (المستخدم حاليًا لإنتاج النفط) وتوليد الطاقة الحرارية الجوفية بنظام حلقة مفتوحة أو مغلقة.
المصدر: BGS
اليورانيوم من مياه البحر: مصدر نووي جديد للوقود
إلى جانب الرياح والشمس والمد والجزر والأمواج، يمكن للمحيط أيضًا أن يكون مصدرًا للطاقة منخفضة الكربون بطريقة مفاجئة: كأكبر منجم يورانيوم على الكوكب.
تحتوي مياه البحر على آثار من اليورانيوم المذاب، وحجم المحيط الضخم يعني أن أي عملية استخراج فعّالة ستحول هذا المورد إلى إمداد غير محدود تقريبًا من الوقود المشع، حيث يقدر أن هناك ما يصل إلى 4.5 مليار طن، أي ما يقرب من 1000 مرة حجم احتياطيات اليورانيوم الأرضية.
كتبنا مؤخرًا أن اختراق تقني باستخدام أقمشة ألياف كربونية معالجة ذات مساحة سطحية كافية لالتقاط أيونات اليورانيوم قد يسمح بحصاد اليورانيوم عبر تفاعل كيميائي كهربائي.
بالإضافة إلى محطات الطاقة النووية العائمة، مع نموذج تم تشغيله بالفعل من قبل روسيا ونماذج أولية جربتها شركات مثل Saltfoss الدنماركية، قد تجعل المحيطات مستقبل الطاقة النووية.
المصدر: Saltfoss
الوقود الحيوي من الطحالب: زراعة الطاقة من المحيط
أخيرًا، يمكن للبحار أن تنتج الطاقة مباشرةً عبر حصاد نمو الميكروالجز algae لإنتاج الوقود الحيوي ومواد حيوية أخرى مثل البلاستيك.
باستخدام مياه البحر، يمكن للوقود الحيوي الطحوي حل مشكلة إمدادات المياه لمرافق الوقود الحيوي، حيث تكون المناطق المثالية شبه صحراوية ذات شمس وفيرة ولكن موارد مياه عذبة محدودة.
لكي يصبح تجاريًا، سيتعين على هذه التقنية تحسين إنتاجية الطحالب، إدارة مخاطر التلوث الثقافي، وتحسين كفاءة التحويل إلى وقود قابل للاستخدام مثل الديزل الحيوي.
الهيدروجين، الأمونيا والميثانول
يمكن أن تكون مياه البحر أيضًا مصدرًا للمواد الأولية لإنتاج الهيدروجين، خصوصًا عبر التحليل الكهربائي. بشكل عام، قد تكون عملية إنتاج الهيدروجين من مياه البحر إشكالية، حيث يمكن للملح أن يتلف المحفزات الكهربائية. لذا من المثالي تحويل مياه البحر إلى مياه عذبة أولًا، عبر التحلية.
يمكن دمج عمليات إنتاج الطاقة، التحلية، والتحليل الكهربائي معًا كما ناقشنا مؤخرًا حول تصميم يجمع بين الألواح الشمسية، التحلية بالتبخر، وإنتاج الهيدروجين المحلي.
المصدر: Energy & Environmental Science
يمكن بعد ذلك تحويل الهيدروجين المنتج إلى أمونيا أو ميثانول لتسهيل تخزينه ونقله كوقود أخضر.
إنتاج الهيدروجين والوقود الأخضر من مياه البحر
التحلية باستخدام الطاقة الشمسية: حلول مياه عذبة أكثر خضرة
إلى جانب إنتاج الطاقة مباشرة من المحيط، يمكن للبحار أيضًا المساعدة في استبدال الأنشطة التي تستهلك الطاقة بشكل كبير، مما يقلل الانبعاثات.
الأول هو التحلية المذكورة أعلاه، التي أصبحت مصدرًا حيويًا للمياه العذبة للعديد من الدول. تحسين طرق التحلية باستخدام ضوء الشمس المباشر على سطح البحر قد يقلل من طلب الطاقة لإنتاج المياه العذبة.
أنظمة تبريد مياه البحر: تكييف هوائي ساحلي فعال
هذا المفهوم مشابه لتحويل الطاقة الحرارية للمحيط (OTEC) في أنه يستفيد من درجة حرارة المياه العميقة الباردة. ومع ذلك، يمكن أن يكون أكثر كفاءة لأنه لا يتطلب تحويلًا إلى كهرباء، بل يستخدم المياه الباردة كمبرد في أنظمة تكييف الهواء.
المصدر: Solar Impulse
يمكن لهذا النظام توفير حوالي 42٪ من الطاقة مقارنةً بنظام تكييف تقليدي (2.6 كم من الأنابيب إلى عمق 930 متر في المحيط).
مشاريع تجريبية رائدة تشمل مشروع ENGIE (GZF.DE ) بقدرة 20 ميجاواط “Thassalia” ومشروع EDF بقدرة 21 ميجاواط “Massileo”。
حد هذا النظام هو أنه يتطلب وجود نظام تكييف هوائي مركزي مسبقًا للاتصال به. كما يتطلب أن تكون المنطقة الساحلية ذات قاع بحري حاد بما يكفي للوصول إلى العمق المطلوب بأنابيب قصيرة.
تخزين الطاقة تحت الماء: الضخ الهيدروليكي والبطاريات الجاذبية
تخزين الضخ الهيدروليكي في أعماق البحر
خيار آخر لاستخدام البحر كطاقة هو استخدامه كبطارية.
الطريقة الأولى هي تخزين الضخ الهيدروليكي في أعماق البحر. إنه نظام مشابه لتخزين الضخ الهيدروليكي باستخدام السدود والجبال، لكنه يستفيد من عمق المحيط بدلاً من ذلك.
المصدر: Department of Energy
يمكن لهذا الحل أن يحل مشكلة رئيسية لتخزين الضخ الهيدروليكي، وهي نقص المواقع المتاحة ذات الحجم الكافي لتوسيع التقنية. هذه المشكلة المؤسفة، حيث إن تخزين الطاقة الهيدروليكي هو تقنية مثبتة وقابلة للتوسع يمكنها تخزين الطاقة لأسابيع أو شهور مع فقدان قليل، وتتمتع بكفاءة تخزين ملحوظة تتراوح بين 70-80٪.
يستكشف مشروع تجريبي هذه الفكرة: StEnSea، أو “Stored Energy in the Sea”.
سلسلة من الكراتين الخرسانية المجوفة على قاع البحر على عمق يتراوح بين 600 إلى 800 متر، حيث يكون الضغط كبيرًا بالفعل.
المصدر: Clean Technica
عند انخفاض الطلب على الكهرباء، تُفرغ هذه الكراتين من الماء باستخدام مضخات كهربائية، مخزنةً فائض الطاقة الكهربائية. عند ارتفاع الطلب، تُملأ مرة أخرى، حيث يوفر الضغط الطاقة.
المصدر: Fraunhofer Institute
يمكن لهذه الأنظمة أن تُنشر مع مرافق طاقة الرياح البحرية، مما يسمح لها بامتصاص طاقة الرياح المتقطعة أثناء استخدام نفس كابل الطاقة لنقل الطاقة إلى الشاطئ.
التقييم الفني والاقتصادي يظهر أن نظام StEnSea يتنافس من حيث التكلفة مع تخزين الطاقة الضخ الهيدروليكي التقليدي (PHES).
بطاريات الجاذبية البحرية: تخزين الطاقة بالعمق
فكرة مشابهة لاستخدام عمق المحيط هي بناء بطاريات جاذبية بحرية. بطارية الجاذبية هي مفهوم من بين المفاهيم التي ناقشناها في “بدائل غير كيميائية للبطاريات من أجل التحول الطاقي“: تُرفع أشياء ثقيلة مثل الصخور أو كتل خرسانية أو خام الحديد، ثم تُخفض لتخزين أو توليد الكهرباء.
المكونات الأساسية لبطاريات الجاذبية بسيطة بالفعل وتُصنع على نطاق واسع: المراسي، الكابلات المعدنية، المولدات، والمحركات الكهربائية. تتمتع بطاريات الجاذبية بكفاءة تخزين طاقة تتراوح بين 80-85٪، ويمكن أن تدوم حتى 50 سنة، دون الحاجة إلى مواد نادرة أو معادن. يمكن أن يكون توليد الطاقة مرنًا جدًا، تفاعليًا، وطويل الأمد.
قيد القيود على “تخزين الطاقة الصلبة” باستخدام الجاذبية هو أن الطاقة المخزنة على عمق بضعة عشرات أو مئات من الأمتار ليست كبيرة. لذا تحتاج إلى كمية كبيرة منها، ومع وجود منجم أو جرف، إذا أمكن.
منصة عائمة يمكن أن تقف فوق منطقة ذات قاع بحري عميق، وتخفض أو ترفع وزنًا على مسافة عدة آلاف من الأمتار. يُطلق على هذا المفهوم اسم تخزين الطاقة الجاذبية العميق للبحار (DOGES). إحدى الشركات التي تعمل على هذا المفهوم هي الشركة الناشئة الفرنسية Sink Float Solutions.
“حالياً، يمكن للرافعات البحرية ذات أقصى قدرة رفع تصل إلى 4000 طن، والتي، بسرعة رأسية 20 كم/ساعة، تعادل طاقة 200 ميجاواط. يمكن استخدام عدة رافعات في الموقع نفسه بشكل متوازي.”
ميزة هذه الطريقة هي أن الأجزاء المعرضة للمياه المالحة يمكن أن تكون بسيطة جدًا، مجرد كابل معدني وصخرة/خرسانة، مع إبقاء المكونات الحساسة الكهربائية والإلكترونية فوق مستوى سطح البحر على المنصة العائمة.
الأفكار النهائية: تحويل المد لصالح الطاقة النظيفة
قد تكون البحار والمحيطات على الأرض أكبر موارد طاقة غير مستغلة متاحة، من الرياح البحرية إلى استغلال تدرج الحرارة العميق للمياه، والمد والجزر، والأمواج. يمكن أيضًا استغلال خصائص مياه البحر في التحلية أو التبريد.
يمكن أيضًا استخدام ضوء الشمس الذي يضرب سطح البحر لإنتاج الهيدروجين أو الوقود الحيوي، مما يساعد على خفض انبعاثات القطاعات التي يصعب كهرباؤها.
يمكن أن تكون المحيطات أيضًا مصدرًا رئيسيًا للموارد أو إنتاج الطاقة المستقبلية، مثل تنقية اليورانيوم من مياه البحر والطاقة الحرارية الجوفية العميقة للبحار.
وأخيرًا، يمكن أن تكون خيارًا قويًا وقابلًا للتوسع لتخزين الطاقة، لا سيما مع بطاريات الجاذبية وتخزين الضخ الهيدروليكي في أعماق البحر.
ومع ذلك، كل هذه الإمكانات يجب أن تُحسب مع الصعوبات الحقيقية التي يخلقها التآكل الملحي، ترسبات الملح، التلوث الحيوي، والعواصف الشديدة والأعاصير.
ومن المفارقة أن حلول هذه القضايا من المحتمل أن تستفيد بشكل كبير من الخبرة الطويلة الأمد لصناعة النفط والغاز في بناء المنصات البحرية وصيانة الماكينات المعقدة والهشة في البحر.
