يؤدي تزايد عدد سكان العالم والطلب المتزايد على الطاقة إلى البحث عن مصادر طاقة نظيفة ومتجددة وخالية من الكربون. يمكن للموارد البحرية المتجددة أن تدعم نمو الاقتصاد الأزرق المستدام ، مما يوفر جزءًا كبيرًا من الطلب العالمي على الطاقة لسنوات قادمة.
يلعب التحول العالمي للطاقة إلى المصادر المتجددة دورًا مهمًا في مكافحة تغير المناخ وخلق مستقبل مستدام للطاقة منخفض الكربون. أصبح هذا التحول في الطاقة ممكنًا من خلال الابتكارات التكنولوجية ، وخاصة في مجال الطاقة البحرية المتجددة.
وفقًا للمفوضية الأوروبية ، توسعت صناعة الطاقة البحرية المتجددة بشكل كبير على مدار العشرين عامًا الماضية. نظرًا لوجود العديد من مصادر الطاقة المتجددة البحرية ، فقد أصبحت مساهماً هامًا في احتياجات الطاقة في العالم. على وجه الخصوص في الدول ذات الكثافة السكانية العالية والاستخدامات المتنافسة للأراضي المتاحة ، فإنه يوفر طاقة واسعة النطاق وموثوقة ومنخفضة الكربون.
المصدر: مرصد الاقتصاد الأزرق التابع للمفوضية الأوروبية في الاتحاد الأوروبي
يشار إلى التقنيات التي تسمح بتوليد الطاقة من المصادر المتجددة الموجودة في البيئات البحرية بالطاقة المتجددة البحرية أو مصادر الطاقة المتجددة البحرية. يتضمن إنتاج الطاقة البحرية المتجددة عدة خطوات ، بما في ذلك اختيار الموقع وتخطيط المشروع والتصاريح والتركيب والتشغيل. قد تختلف العملية المحددة اعتمادًا على نوع التكنولوجيا المستخدمة والمتطلبات التنظيمية للولاية القضائية والخصائص الفريدة لموقع المشروع.
يعد العمل مع المهنيين المؤهلين ، بما في ذلك المهندسين وخبراء البيئة ومديري المشاريع ، أمرًا ضروريًا للتنفيذ الناجح لمصادر الطاقة المتجددة البحرية. تقدم HSB Marine مجموعة من الحلول لتمكين توليد طاقة فعال ومستدام في البيئة البحرية.
القدرة على إنتاج مشاريع واسعة النطاق ، والحد من التأثيرات البصرية والصوتية ، أو استخدام الموارد غير الموجودة على الأرض ليست سوى عدد قليل من المزايا الجديرة بالملاحظة التي تتمتع بها مصادر الطاقة المتجددة البحرية على إنتاج الطاقة الأرضية.
تزخر البيئة البحرية بالعديد من مصادر الطاقة المتجددة ، مثل الشمس والرياح والمحيطات. تشمل تقنيات الطاقة البحرية المتجددة ما يلي:
• طاقة المحيطات
• طاقة الرياح البحرية
• الطاقة الشمسية الكهروضوئية العائمة
• محطات توليد الطاقة الهجينة
تقنيات طاقة المحيطات هي تقنيات تسخر قوة الموارد الطبيعية للمحيطات ، مثل الأمواج والمد والجزر والتيارات وتدرجات درجة الحرارة وتدرجات الملوحة ، لتوليد الكهرباء أو لأداء مهام مفيدة أخرى. أمثلة تقنيات طاقة المحيطات هي:
محول طاقة الموجة (WEC) هو جهاز يلتقط الطاقة الحركية للموجات ويحولها إلى طاقة كهربائية. يمكن لأجهزة طاقة الأمواج أن تطفو - متصلة بسطح البحر أو مغمورة. عادة ما يتم تثبيت هذه الأجهزة في الهواء الطلق وتوليد الكهرباء عن طريق حركة الأمواج لأعلى ولأسفل. تستخدم آليات مختلفة مثل اهتزاز أعمدة المياه أو المكابس الحادة أو أجهزة النقل.
محول طاقة الموجة Mocean Energy Blue X (الائتمان: كولين كيلدي ، Emec)
محولات طاقة المد والجزر (TECs) هي أدوات تسخر الطاقة الحركية لتيارات المد والجزر وتحويلها إلى كهرباء. يمكن أن تكون هذه الأجهزة إما غاطسة أو عائمة.
يمكن استخدام التوربينات تحت الماء أو أنظمة القناطر لجمع طاقة المد والجزر. إنها تمكن الماء من المرور عبر التوربينات عندما يتغير المد. نظرًا لاتساق المد والجزر ، فإن هذه التكنولوجيا يمكن الاعتماد عليها ويمكن التنبؤ بها.
يتم استخدام فرق درجة الحرارة بين مياه سطح المحيط الدافئة والمياه العميقة الأكثر برودة بواسطة محولات طاقة تيار المحيط (OCECs) لقياس التيارات المحيطية. تُستخدم المياه السطحية الدافئة لتبخير سائل عامل ، والذي بدوره يقوم بتشغيل التوربين لتوليد الكهرباء.
يتحول البخار مرة أخرى إلى سائل باستخدام الماء البارد والعميق. في العمود المائي أو الراسية في قاع المحيط ، يعد OTEC خيارًا قابلاً للتطبيق. كل من المياه الضحلة والعميقة مناسبة لهم.
أنظمة الطاقة المتدرجة الملوحة هي تقنيات تلتقط الطاقة من الاختلاف في الملوحة بين الملح والمياه العذبة في المحيط. تستخدم هذه الأنظمة عادةً أغشية شبه منفذة أو أنظمة التناضح العكسي للضغط (PRO) أو أنظمة التحليل الكهربائي العكسي (RED).
في نظام PRO ، يتم تشغيل التوربين بالضغط الناتج عن التدفق الأسموزي للمياه لإنتاج الكهرباء. يتم استخدام تدرج الملوحة في نظام RED لإنتاج الكهرباء من خلال تفاعل كهروكيميائي. لتوليد الكهرباء ، تتضمن هذه العملية نقل أيونات الملح من خلال أغشية التبادل الأيوني ، مما يؤدي إلى فرق الجهد.
المواد العضوية ، مثل الطحالب أو مياه الصرف الصحي أو النفايات الزراعية ، هي ما يجعل الكتلة الحيوية أو الميثان الحيوي ممكنًا. يمكن أيضًا استخدام تلك الموجودة في المسطحات المائية كمصدر للطاقة المتجددة لإنتاج الكهرباء والحرارة والنقل.
يمكن إنتاج كهرباء بازل بكفاءة من طاقة المحيطات حيث يمكن التنبؤ بها بدرجة كبيرة. يمكن توليد أكثر من ضعف كمية الكهرباء المطلوبة حاليًا بواسطة الطاقة الهيدروديناميكية والبحرية. تتراوح الإمكانات النظرية لجميع تقنيات طاقة المحيطات من 45 ألف تيراوات في الساعة سنويًا إلى أكثر من 130 ألف تيراوات في الساعة سنويًا ، وفقًا للوكالة الدولية للطاقة المتجددة (IRENA).
تحصد توربينات الرياح الكبيرة طاقة الرياح البحرية لأن الرياح البحرية عادة ما تكون أكثر ثباتًا وأقوى من الرياح البرية. يمكن استخدام المنصات العائمة أو الأساسات الثابتة لتركيب توربينات الرياح.
(Wiser، R. et al.، 2011)
يكمن الاختلاف الرئيسي بين الاثنين في طريقة توصيل توربينات الرياح بقاع البحر. لا تتطلب توربينات الرياح العائمة إرساء قاع المحيط مثل توربينات الرياح ذات القاع الثابت. هذا يسمح لهم بالتمركز في مكان أبعد في البحر حيث تكون الرياح أقوى.
نظرًا لموارد الرياح الأعلى والأكثر اتساقًا في البحر مقارنة بتلك الموجودة على الأرض ، يمكن أن تنتج توربينات الرياح قدرًا أكبر من الكهرباء. علاوة على ذلك ، بالمقارنة مع توربينات الرياح الموجودة على الأرض ، فإن خشونة السطح السفلي في البحر تتطلب ارتفاعًا أقل للبرج.
الهياكل المثبتة في قاع المحيط هي توربينات الرياح البحرية ذات الأساسات الثابتة. يتم تصنيفها على النحو التالي بناءً على الأسس المستخدمة في بنائها: "دعم الجاذبية" (منصة خرسانية أو فولاذية تتطلب تحضيرًا لقاع البحر مسبقًا) ؛ "السترات" أو "الحوامل الثلاثية" (إطارات ذات ثلاث أو أربع نقاط ربط) ؛ و "متجانسة" (أسطوانة فولاذية تدعم البرج المدفون في قاع البحر).
نظرًا لأنها لا تزال محصورة في المياه التي يقل عمقها عن 50 إلى 60 مترًا ، فإن القيد الرئيسي لهذا النوع لا يزال موجودًا. نظرًا لعدم وجود العديد من المناطق ذات المياه الضحلة ، فإن أكبر الأسواق المحتملة لقنافذ البحر ، بما في ذلك اليابان وفرنسا والساحل الغربي للولايات المتحدة ، ليست قابلة للحياة.
يشار إلى توربينات الرياح البحرية المثبتة على أساس عائم باسم توربينات الرياح العائمة. تستفيد صناعة الرياح البحرية من ميزتين هامتين توفرهما الأساسات العائمة: فهي تتيح الوصول إلى مواقع المياه العميقة (أقل من 50 مترًا) والمواقع التي تصل إلى 80 كيلومترًا من الساحل.
تعتبر المنصة العائمة ، التي توفر الاستقرار والطفو ، مكونًا نموذجيًا لتوربينات الرياح العائمة. تطفو توربينات رياح سكنية فوق المنصة. اعتمادًا على الموقع والظروف المحيطة ، يمكن إنشاء المنصة باستخدام مجموعة متنوعة من التصميمات ، بما في ذلك منصات أرجل الشد (WRT) أو المنصات شبه الغاطسة أو عوامات الصاري.
يحتوي الجزء العلوي من المنصة على توربين رياح يجمع طاقة الرياح الحركية ويستخدم مولدًا لتحويلها إلى كهرباء. يتم بعد ذلك توزيع الطاقة على الشبكة الكهربائية بعد السفر إلى الشاطئ عبر كابلات تحت الماء.
قد تصل طاقة الرياح البحرية إلى 228 جيجاواط بحلول عام 2030 و 1000 جيجاوات بحلول عام 2050 ، وفقًا للوكالة الدولية للطاقة المتجددة (إيرينا). سيؤدي انخفاض تكاليف التكنولوجيا إلى تعزيز هذا النمو. للمقارنة ، كان بإمكان أول مزرعة رياح بحرية في الدنمارك إنتاج 160 ميغاوات فقط عندما تم تشغيلها في عام 2002.
الإضافات السنوية لطاقة الرياح البحرية (2000-2050). المصدر: إيرينا
تشير الطاقة الشمسية العائمة ، التي يشار إليها أيضًا باسم الخلايا الكهروضوئية العائمة (FPV) أو المزارع الشمسية العائمة ، إلى صفائف الألواح الشمسية المثبتة على المسطحات المائية وتستخدم طاقة الشمس لإنتاج الكهرباء. تعد الطاقة الشمسية العائمة طريقة واعدة ومبتكرة لتسخير الطاقة الشمسية التي تستخدم سطح الماء الواسع لتعظيم توليد الطاقة الشمسية مع تقليل الآثار البيئية.
تشكل الألواح الشمسية المثبتة مباشرة على الهياكل العائمة مع ممرات الصيانة الهيكل الأساسي للطاقة الشمسية العائمة. عادة ، يمكن أن يتكون الهيكل العائم مما يسمى طوافات أو عوامات نقية مدمجة مع دعامات معدنية. يستخدم تكوين الطافية النقي أجسامًا ذاتية الطافية مصممة خصيصًا والتي يمكن لصق الألواح الكهروضوئية عليها مباشرة. اعتمادًا على موقع الموقع ، وحمل الرياح ، وعمق المياه ، والتغير في مستوى المياه ، يتم تثبيت المنصة العائمة في مكانها بواسطة نظام إرساء ورسو مختلف.
تعد الألواح الكهروضوئية الشمسية العائمة إحدى التقنيات المتطورة ذات الإمكانات الكبيرة للنمو. قامت العديد من الدول ، بما في ذلك فرنسا وإيطاليا وجمهورية كوريا وإسبانيا والولايات المتحدة ، ببناء أنظمة FPV منذ أن تم إنشاء أول نظام في Aichi ، اليابان ، في عام 2007.
يقدر البنك الدولي أنه اعتبارًا من نهاية سبتمبر 2018 ، كان هناك ما قيمته 1 جيجاواط من محطات FPV العائمة في جميع أنحاء العالم. وفقًا لدراسة نُشرت في Nature ، فإن تغطية 10٪ من أسطح المياه في العالم بألواح شمسية عائمة يمكن أن يولد 4000 جيجاوات من الكهرباء ، وهو ما يعادل تقريبًا الكهرباء التي تنتجها جميع محطات الطاقة التي تعمل بالوقود الأحفوري مجتمعة.
منصة عائمة للطاقة الشمسية الكهروضوئية (حوض شمسي) من HSB Marine.
تعزز الأنظمة الهجينة إنتاج الكهرباء من خلال الجمع بين اثنين أو أكثر من تقنيات إنتاج الطاقة البحرية المتجددة. على سبيل المثال ، تعمل هولندا على تطوير مشروع بوسيدون لدمج ثلاثة أنظمة للطاقة: الرياح البحرية والغاز والهيدروجين. يمكن أن تقترن مزرعة الرياح العائمة بمحولات طاقة الأمواج أو معدات طاقة المد والجزر لتعظيم استخدام مختلف مصادر الطاقة المتجددة وتحسين الإنتاج الكلي للطاقة. نظرًا لأن الألواح الشمسية يمكن أن تطفو في الماء بين توربينات الرياح البحرية ، فإن الجمع بين تقنيتي توليد الطاقة سوف يستفيد بشكل أفضل من المساحة البحرية المتاحة.
على الصعيد العالمي ، يتمتع إنتاج الطاقة المتجددة بالعديد من المزايا ، مثل كونه مصدرًا للطاقة يمكن الاعتماد عليه وفيرًا ، وانبعاثات غازات الاحتباس الحراري منخفضة ، وتوليد فوائد اقتصادية ووظائف ، وتحسين أمن الطاقة ، وإمكانية الابتكار ، وله تأثير مفيد على البيئة. من الأهمية بمكان أن نتذكر أن تطوير وتطبيق مصادر الطاقة المتجددة البحرية يجب أن يتم بطريقة تتماشى مع المبادئ التوجيهية للاقتصاد الأزرق ، والتي تركز على الاستخدام المستدام والمسؤول للموارد البحرية لصالح كل من الحاضر والمستقبل. أجيال المستقبل.
بحلول عام 2050 ، يمكن أن يتكون ما يصل إلى 15٪ من 150 جيجاوات من طاقة الرياح البحرية المثبتة في جميع أنحاء العالم ، وفقًا لخبراء الصناعة ، من قدرة عائمة في الخارج تتراوح بين 5 جيجاوات و 30 جيجاوات. (تكنولوجيا الطاقة ، 2019) من بين 13 مشروعًا للرياح البحرية العائمة التي تم تشغيلها في جميع أنحاء العالم ، توجد 9 في أوروبا (فرنسا والبرتغال والمملكة المتحدة) ، و 3 في آسيا (اليابان وجمهورية كوريا) ، و 1 في أمريكا. Haliad-X 13MW هو أحدث توربينات الرياح البحرية التي تنتجها شركة جنرال إلكتريك.
وهي حاليًا أكبر توربينات الرياح البحرية العاملة وأكثرها فعالية. سيتم إنشاء أكبر مزرعة رياح بحرية في العالم ، يطلق عليها اسم Hewind Tampen ، في المياه التي يتراوح عمقها بين 260 و 300 متر من قبل شركة الطاقة النرويجية Equinor. سيكون لدى Tampine 11 توربينات رياح كبيرة عائمة بقطر مشترك يبلغ 167 مترًا و 81 ريشًا مباعدة وقطر 5 أمتار.
تقوم العديد من الدول ببناء مزارع شمسية عائمة ، بما في ذلك الصين والهند وتايوان وكوريا الجنوبية وألمانيا وهولندا والولايات المتحدة. في حين أن مزرعة Saemangeum للطاقة الشمسية في كوريا الجنوبية هي أكبر مشروع عائم متوقع ، فإن أكبر مشروع عائم تشغيلي هو مزرعة Dingzhuang للطاقة الشمسية في شرق الصين. تاريخ التشغيل المتوقع لهذا المشروع 2.1 جيجاوات هو 2030.
يعد خزان Alqueva في البرتغال حاليًا موطنًا لأكبر حديقة شمسية عائمة في القارة. باستخدام ستة منصات مترابطة على مراسي من صنع الإنسان في مزرعة رياح بحرية ، ستنشئ شركة SolarDock ، وهي شركة هولندية نرويجية لتطوير الطاقة الشمسية العائمة ، مشروعًا تجريبيًا بحريًا بقدرة 500 كيلو وات في بحر الشمال.
تستمر مصادر الطاقة المتجددة البحرية في التنويع والتطور. توفر محيطات العالم بيئة مثالية لإنشاء مصادر الطاقة المتجددة. تتوسع باستمرار إمكانية استخدام المسطحات المائية كمصدر موثوق للطاقة النظيفة من خلال التطورات في التكنولوجيا والبحث.
كل تقنية لها مزاياها وقيودها واعتباراتها ، وتعتمد جدوى تنفيذها على عوامل مثل الموقع ، وتوافر الموارد ، والتأثيرات البيئية ، والاعتبارات الاقتصادية. يعد التخطيط السليم والبحث والتشاور مع الخبراء أمرًا ضروريًا عند التفكير في إنتاج الطاقة المتجددة خارج المياه. كمساهم رئيسي في احتياجات الطاقة العالمية ، ستصبح صناعة الطاقة البحرية الصناعة الرئيسية لإنتاج الطاقة المتجددة العالمية.
