مع تسارع عجلة التحوُّل إلى الطاقات النظيفة لتوليد الكهرباء، تعمل الدول على استكشاف ممارسات وتقنيات أكثر تقدّماً بمرور الوقت للوصول إلى استغلال الطاقات النظيفة الاستغلالَ الأمثل، ومن هذه التقنيات مزارع الطاقة الشمسيّة العائمة، موضوع مقالنا اليوم.
تتعرف في هذا المقال إلى تقنية مزارع الطاقة الشمسية العائمة. ما المقصود بها، وما مكوّناتها، وما أهميتها، وما آلية عملها، ما ميزاتها وعيوبها، وماذا عن دورها في تحقيق المستقبل الأخضر، ونختم مع أشهر المزارع والدول المطبّقة لها، ودورها الفعلي في منطقتنا العربيّة.
ما هي مزارع الطاقة الشمسيّة العائمة؟
يشير مصطلح المزارع الشمسيّة العائمة إلى تقنية جديدة في النظم الشمسيّة، تعتمد تركيب الألواح الشمسيّة على سطح المسطّحات المائيّة مثل: البحيرات والخزانات.
فمنذ عام 2018، بدأ ظهور هذه التقنيّة -بشكل رئيسي في البلدان ذات الكثافة السكانيّة العالية- باعتبارها حلاً محتملاً لتوليد الكهرباء يمزج بين تكنولوجيا الطاقة البحرية والطاقات المتجدّدة، ويسهم في ثورة الطاقة النظيفة،
مكوّنات مزارع الطاقة الشمسيّة العائمة
- نظامٌ عائمٌ يتمثّل في هيكل متين يحمل الألواح الشمسيّة، ويسمح بتركيب الوحدة الكهروضوئية.
- نظامُ رباطٍ على شكل هيكلٍ دائمٍ يُثبّت في نقطةٍ في قاع الممرّ المائيّ. ويعمل على إيقاف الحركة الحرة للهيكل العائم في الماء، وعلى ضبط التقلّبات في مستوى الماء، مع الحفاظ على موضعه في اتجاه الجنوب.
- نظامُ طاقةٍ كهروضوئيةٍ يتكوّن من معدّات توليد طاقية مؤلفٌ من الوحدات الكهروضوئية الشمسيّة البلوريّة.
- كابل تحت الماء يُستخدم لنقل الطاقة المولّدة من المسطّحات المائيّة إلى المحطة الفرعيّة.
أهمية مزارع الطاقة الشمسيّة العائمة
توفّر مزارع الطاقة الشمسيّة العائمة فرصاً كبيرةً في زيادة القدرة على استغلال الطاقة الشمسيّة في توليد الكهرباء النظيفة.
ويمكن تلخيص أهميتها في النقاط التالية
- زيادة كفاءة استخدام الأرض في توليد الطاقة على مساحة لم يسبق استخدامها.
- زيادة كفاءة إنتاج الكهرباء الكهروضوئية بسبب آثار تبريد المياه والانعكاس.
- الحصول على كهرباء بأسعار مستقرّة؛ نتيجة المساهمة في تقليل تقلبات أسعار الطاقة على المدى الطويل.
- حفظ الموارد المائية من خلال تقليل معدل التبخّر في المسطّح المائيّ؛ نتيجة تغطية جزء منه بالألواح الشمسية.
- تحقيق أهداف الاستدامة بالحصول على كهرباء نظيفةٍ مولدة محلياً.
- تخفيض كمية انبعاثات الكربون.
- تطوير أرضية لتكاثر الأسماك وزيادة النباتات المائيّة وتقليل الطحالب.
آلية عمل مزارع الطاقة الشمسيّة العائمة
تعمل الألواح الشمسيّة العائمة بالطريقة ذاتها للأنظمة الأرضية؛ إذ تولّد الوحدات الكهروضوئية كهرباء التيار المباشر، لتُجمع بواسطة صناديق التجميع، وتُحوّلها العاكسات إلى تيارٍ متناوبٍ.
اقرأ أيضاً أنواع الألواح الشمسية وطريقة عملها ومستلزماتها (دليل تفصيلي)
مميزات وعيوب الألواح الشمسيّة العائمة؟
تتمتّع الألواح الشمسيّة العائمة بمزايا عديدةٍ مقارنة بالأنواع التقليدية، ومع ذلك فإنها تأتي مع بعض العيوب التي تجعلها غير مناسبةٍ للتثبيت في مناطق معينة.
نستعرض في هذه الفقرة أهم المزايا والعيوب الخاصة بتقنية المزارع الشمسيّة العائمة
مزايا الألواح الشمسيّة العائمة
- خلق بيئة أكثر صحة واستدامة
تلعب الألواح العائمة دوراً رئيساً في خلق بيئة صحية وأكثر استدامة، من خلال تقليل نسبة المياه المتبخرة، والحد من الأمراض التي قد تصيب البشر والكائنات المائية الناتجة عن تكاثر الطحالب في المياه العذبة، فضلاً عن تقليل الانبعاثات الكربونية، وتحقيق استقرار في توليد الطاقة النظيفة باستخدام مصدر متجدّدٍ ومستدام.
- المرونة في التركيب
يمكن تركيب الألواح الشمسيّة في المساحات المائيّة غير المستخدمة، والاستفادة منها مثل محطات معالجة مياه الصرف الصحي، أو خزانات مياه الشرب، أو خزانات السدود الكهرومائية،
- الاستدامة في كفاءة الألواح الشمسيّة
تمتاز هذه التقنية بأنها ذاتية الحماية، بمعنى أنها تحافظ على كفاءة ألواحها بفضل عملية التبخّر التي تحدث؛ إذ إنّ المسطحات المائية تلعب دوراً أساسياً في تبريد الألواح، ومن ثم في بقائها في حالة كفاءة عالية مدة طويلة. علماً بأن حجم تأثير تبريد المياه يعتمد على تصميم الطاقة الشمسيّة، والهياكل العائمة، ومنطقة اللوحة المعرّضة للمياه.
سلبيات الطاقة الشمسيّة العائمة
- الكلفة العالية
يعاب على هذه التقنية ارتفاع تكلفتها؛ إذ تتطلب التركيبات الشمسيّة العائمة تكاليف إضافيةً مقارنة بالأنواع التقليدية؛ كونها تحتاج معدات ٍمتخصصةً، ومعرفةً أكثر بكيفية تركيب منظومتها.
- اضطراب الحياة المائيّة
تهدّد الألواح الشمسيّة العائمة حياة الكائنات المائية؛ وذلك لأن تركيب الألواح الشمسيّة العائمة يمنع ضوء الشمس من التسلل إلى سطح الماء، ومن ثمّ يحدّ من حياة الكائنات داخل الماء.
- سوء اختيار الموقع
يعتمد نجاح هذه التقنية على حسن اختيار موقع التركيب، إذ يتطلب ذلك دراسة عوامل متعددة كسرعة الرياح، وقدرة التثبيت، وأنواع حركة الماء قبل الشروع في هذه التقنية على أي مسطّح مائي؛ تجنباً لأي مشكلات تتعلق بحالات تلف أو اصطدام بين الألواح والهياكل، ومن ثمّ فشل التقنية.
أكبر 5 مزارع شمسية عائمة؟
بعد تكوين فكرة عامة عن مزارع الطاقة الشمسيّة العائمة، من المفيد أن نضيء على أهم المزارع العائمة للطاقة الشمسيّة حول العالم حتى تكتمل الصورة.
إليك أكبر هذه المزارع
- Three Gorges Huainan Floating Solar PV park – الصين
تبلغ قدرة هذا المشروع 150 ميجاوات، بطاقة إنتاجية من الكهرباء تلبي احتياجات 94000 منزل. بدأ في تغذية الشبكة بالطاقة في ديسمبر 2017 ليمثل نقلة نوعية من الوقود الأحفوريّ إلى مصادر الطاقة المتجدّدة،
- مزرعة سيمبكورب للطاقة الشمسية العائمة ، سنغافورة
افتُتحت هذه المزرعة الشمسيّة العائمة رسمياً في عام 2021 ، تتألف من 122000 لوحٍ شمسيّ على مساحة 45 هكتاراً بسعة 60 ميغاواط.
- مزرعة الطاقة الشمسيّة العائمة في سد سيريندهورن ، تايلاند
دخلت حيز العمل الفعلي في عام 2021. بسعة 45 ميجاوات، تتكوّن من 145000 لوحةٍ، وتستخدم مواد صديقةٍ للبيئة. توفر 460.000 مترٍ مكعبٍ من الماء سنوياً عن طريق منع تبخّر الماء تحت الألواح.
الدول العربية التي تبنّت تقنية مزارع الطاقة الشمسيّة العائمة
تعدّ المحطات الشمسيّة العائمة الحل الأمثل للعديد من دول العالم التي لا تمتلك مساحاتٍ كافيةً من الأراضي، حيث شهدت هذه التقنية نمواً وصل إلى نسبة 3% سنوياً بإجمالي 750 ميجاوات بمنتصف عام 2018، مقارنةً مع 250 ميجاوات عام 2017.
كان لمنطقتنا العربية نصيبٌ من هذه التقنية، وإليك أهم هذه الدول:
- الإمارات العربية المتحدة
افتتحت الإمارات العربية عام 2022 مزرعة الطاقة الشمسيّة العائمة قبالة سواحل جزيرة نوراي، بطاقة 80 كيلو وات؛ بهدف تحديد أفضل الموقع لوضع الألواح الشمسيّة في البحر على النحو الذي يرفع كفاءتها.
- المغرب
دُشّنت أول محطةٍ عائمةٍ للطاقة الشمسيّة في المغرب عام 2021 بمدينة سيدي سليمان، بقدرة 644 ميجاواط ساعة في السنة؛ بهدف توفير مساحاتٍ شاسعة من الأراضي التي كان من الممكن أن يشغلها تركيب هذه الألواح عليها، واستثمارها في النشاط الزراعي وتحقيق دخل إضافي للبلد.
- تونس
أطلقت تونس عام 2022 أول محطةٍ ضوئيةٍ عائمةٍ في منطقة الشرق الأوسط وشمال إفريقيا، بطاقةٍ إنتاجيةٍ تبلغ نحو 200 كيلووات. وتهدف المزرعة إلى إنتاج 265 ميغاواط / ساعة من الكهرباء سنوياً، مع المساهمة في الحفاظ على البيئة من خلال تقليل انبعاث 120 طناً من ثاني أكسيد الكربون كل عام.
هل مزارع الطاقة الشمسيّة هي مستقبل الطاقة النظيفة؟
بلا شك، فمع تفاقم قضايا الاحتباس الحراري والانبعاثات الكربونية، يزداد الاهتمام العالمي بالطاقة الشمسيّة؛ إذ أصبحت المنافس الأول للطاقة النووية، بإنتاج وصل إلى 391 جيجا وات للطاقة النووية لعام 2015 مقابل 350 جيجا وات للطاقة الشمسيّة،
وبلغت كمية الطاقة الشمسيّة المتراكمة حول العالم لأكثر من 1 تيراواط نهاية عام 2022، مقابل 100 جيجا واط عام 2012 بكمية 1249.8 تيرا واط /ساعة مقارنة لما كانت عليه قبل 10 أعوام.
هل يمتلك الأردن مزارع طاقة شمسيّة عائمة؟
لم تنتشر تقنية مزارع الطاقة الشمسيّة العائمة في المملكة حتى الآن، مع إمكانية توجُّه الأردن نحو إقامة مثل هذه المحطات مستقبلاً، بما يتناسب مع المسطّحات المائية المطلة عليه مُتمثلةً بخليج العقبة والبحر الميت، إلى جانب بعض البحيرات مثل بحيرة سد الملك طلال.
إذ أن الطاقة الشمسية تعد أحد الحلول الفعالة بالنسبة للمملكة للخروج من أزمة الطاقة التي تعاني منها مع وقوع الأردن في منطقة الحزام الشمسي، والذي يتزامن مع نجاح شركة الكهرباء الوطنية في إنشاء وتشغيل 20 مشروعاً من مشاريع الطاقة المتجدّدة، أكبرها محطة بينونة بطاقة 560 جيجاوات، تليها محطة القويرة بقدرة إنتاجية 227 جيجاوات،
اقرأ أيضاً محطة بينونة للطاقة الشمسية
انعكاسات مزارع الطاقة الشمسية العائمة على الأردن
أُجريت دراسة تجريبية على الأنظمة الكهروضوئية العائمة في ظل الظروف الجوية في الأردن؛ لتحديد تأثيرها على إنتاج الطاقة، وجودة المياه، وإمداداتها، وكانت النتائج التالية:
- زيادة في الجهد المتوسط بنسبة 1.68٪ وانخفاض بنسبة 4.40٪ في التيار بالنسبة للوحة العائمة، مقارنة باللوحة المثبّتة على الأرض بما يزيد في توليد الطاقة بنسبة 5.33٪ .
- انخفاض في درجة الحموضة وتحسّن الشفافية، وزيادة في إجمالي الكربون العضوي، مما يشير إلى تحسن جودة المياه وتقليل الكتلة الحيوية للطحالب.
- المساعدة في تنويع مزيج الطاقة، ومساعدة الأردن على التخفيف من بعض المشاكل المرتبطة بمصادر الطاقة والمياه المحدودة.
- انخفاض درجة حرارة اللوحة العائمة عن نظيرتها الأرضية.
- توفير كمية كبيرة من الماء على مدار 30 يوماً.
اقرأ أيضاً الطاقات المتجددة حل الأردن بوجه أزمات الطاقة العالمية
أسئلة حول مزارع الطاقة الشمسيّة العائمة
ما هو تأثير مزارع الطاقة الشمسيّة العائمة على المناخ؟
تعدّ الألواح الشمسية العائمة بحسب عالم البيئة المائية رافائيل ألميدا الأستاذ المساعد في جامعة تكساس واحدةً من أسرع تقنيات توليد الطاقة نمواً، إلى جانب كونها مصدراً واعداً للطاقة منخفض الكربون، ومكافحة تغيّر المناخ.
ما هو العمر الافتراضي لمزارع الطاقة الشمسيّة العائمة؟
يُقدر العمر الافتراضي لألواح الطاقة الشمسيّة العائمة بنحو 30 عاماً.
ختاماً، تعدّ مزارع الطاقة الشمسيّة العائمة مفهوماً ناشئاً في مجال الطاقة النظيفة، واتجاهاً نحو تنويع إمدادات الطاقة على المدى الطويل، وتطوير التقنيات النظيفة الناشئة الذي يمكن أن يُسهِّل الاستثمارات الجديدة، ويلعب دوراً حاسماً في إزالة الكربون من قطاع الطاقة، وتلبية نمو الطلب المتزايد على الكهرباء، ما يجعل حلم التحوّل إلى طاقة متجدّدة بنسبة 100% حقيقة قابلة للتحقيق عند دمجها بتقنيات طاقية نظيفة أخرى. فهل تجد هذا الحلم قابلاً للتحقيق فعلاً بوجود هذه التقنية؟
المصادر
Giant Floating Solar Farms Could Extract CO2 From Seawater, Producing Methanol Fuel
11 million floating solar farms could eliminate carbon emissions from transport
5 Largest Floating Solar Farms in the World in 2022 | YSG Solar
