يواصل التحول في مجال الطاقة إحداث المفاجآت من خلال الابتكارات التي تستخدم الموارد بطرق إبداعية وفعالة. الجزر الشمسية العائمة يتم تقديمها كحل ثوري لتوليد الطاقة المتجددة، وتمثل مرحلة ما قبل وبعد في استخدام المساحة، والاستدامة، والحد من الانبعاثات. هل يمكنك أن تتخيل محطات طاقة عائمة على الخزانات المائية أو البحيرات أو حتى قبالة الساحل، تولد كهرباء نظيفة دون احتلال الأراضي الزراعية أو الطبيعية؟ هذه هي حقيقة الجزر الشمسية، وهي تكنولوجيا ناشئة تكتسب أهمية متزايدة على الساحة العالمية.
في هذه المقالة نأخذك لتكتشف كيف يعملون, ما هي المزايا التي يقدمونها y حيث أحدث التطورات في هذا القطاع. ستجدون مشاريع رائدة، وتفاصيل تقنية، وأمثلة عملية لتأثيرها على دمج مصادر الطاقة المتجددة، وحماية البيئة، وتنمية المجتمعات الجزرية والساحلية.
ما هي الجزر الشمسية العائمة ولماذا تزدهر؟
ال الجزر الشمسية، المعروف أيضا باسم حدائق الطاقة الشمسية العائمةتُمثل هذه الألواح نهجًا جديدًا لتوليد الطاقة. فعلى عكس الألواح الأرضية التقليدية، تُوضع هذه الهياكل فوق المسطحات المائية - من الخزانات والبحيرات إلى الأسطح البحرية - مما يُحسّن استغلال المساحات غير المُستغلة ويتجنب التعارض مع الأراضي الزراعية والغابات.
السبب الرئيسي وراء صعودها واضح: نقص الأراضي المتاحة في المناطق المكتظة بالسكان أو التي تعاني من ضغط زراعي وصناعي كبير. تُحذر مؤسسات مثل مؤسسة ماك آرثر وتشاتام هاوس من أن محدودية المساحة قد تُصعّب تحقيق أهداف المناخ والتنوع البيولوجي بحلول عام ٢٠٥٠. وهنا، تبرز الجزر الشمسية كخيار بديل فعال والمرونة، تسمح بالتقدم نحو إزالة الكربون ودمج مصادر الطاقة المتجددة دون التضحية باستخدامات الأراضي الأخرى.
بالإضافة إلى إمكانية بناء هذه المرافق في خزانات مياه الشرب وبرك الري ومزارع الأسماك وحتى في المستنقعات أو الموانئ يفتح الباب أمام تقليل الصراعات حول الاستخدام وتنويع مصفوفة الطاقة.
المزايا الرئيسية للجزر الشمسية العائمة مقارنة بالمنشآت الأرضية
فوائد الجزر الشمسية لا تقتصر على إنقاذ الأرضتوفر هذه التكنولوجيا مجموعة من المزايا التقنية والبيئية والاجتماعية التي تجعلها واحدة من البدائل الأكثر جاذبية لتوسيع قدرة توليد الطاقة المتجددة:
- زيادة الكفاءة: الماء يبرد الألواح، مما يقلل من درجة حرارة التشغيل ويحسن الأداء الكهربائي. ويقدر أنه يصل إلى زيادة الإنتاج بنسبة 8% لكل متر مربع في الأنظمة المتقدمة.
- تقليل التبخر: عن طريق تغطية جزء من سطح الماءوتساعد الألواح على تقليل خسائر التبخر، مما يساعد على الحفاظ على موارد المياه في المناطق الجافة.
- الحد من نمو الطحالب: الظل الذي تلقيه الألواح يقلل من نمو الطحالب الضارة والنباتات المائية.
- صيانة أسهل: تراكم أقل للغبار والأوساخ مقارنة بالأرض، مما يسهل الأداء الأمثل على المدى الطويل.
- المقاومة والمتانة: تستخدم الأنظمة الحالية مواد مثل البوليمر المقوى بالألياف (FRP) أو الأغشية المرنة المائية التي توفر عمرًا أطول وتقاوم الأمواج والرياح بشكل أفضل، وفي بعض الحالات، حتى الزلازل.
- الأثر الاجتماعي الإيجابي: المرافق يمكن تنشيط المناطق الريفية وتنويع الاقتصاد من الجزر والمجتمعات الساحلية.
تصميم ومواد وتكنولوجيا الجزر الشمسية العائمة
تطورت هندسة الجزر الشمسية بسرعة. من العوامات البلاستيكية إلى المنصات الدائرية أو السداسية المصنوعة من FRPتتكيف التصاميم المتنوعة مع ظروف كل موقع. ومن أبرز الميزات:
- الألواح ذات الوجهين: التي تستفيد من الضوء المباشر والمنعكس من الماء.
- أنظمة التثبيت الذكية: لحماية الهياكل من تقلبات المستوى والرياح والأمواج. يستخدم بعضها أغشية مرنة وأنظمة تثبيت قاعية مصممة خصيصًا لتحمل الظروف البحرية.
- الميل الأمثل: في حين يتم وضع الأنظمة التقليدية عند 5-15 درجة، يمكن للتصميمات العائمة تحسين الزاوية لتحقيق أقصى قدر من المكاسب الشمسية والسلامة الهيكلية.
- الحلول الروبوتية: مثل الألواح من نوع "عباد الشمس" التي تتبع مسار الشمس، مما يزيد الكفاءة بنسبة تصل إلى 40% وفقًا للاختبارات التجريبية.
- بطاريات التخزين: تتضمن العديد من التركيبات الحديثة بطاريات ليثيوم أيون مغمورة لتخزين الطاقة وضمان إمداد مستقر.
- أجهزة الاستشعار المتقدمة: يتيح استخدام تقنية LiDAR وأدوات التحكم الأخرى مراقبة الإنتاج وتوقع الصيانة.
من حيث السلامة، أظهرت المنصات المصممة باستخدام البلاستيك المقوى بالألياف الزجاجية والألواح التي يزيد ارتفاعها عن 60 سم فوق سطح الماء مقاومة كبيرة للحريق والرياح والكوارث البيئية، مما يضمن عمرًا افتراضيًا يصل إلى 20 عامًا أو أكثر.
المشاريع الرمزية والتطور الدولي
ينعكس تنامي أهمية الجزر الشمسية في محفظة مشاريع متنامية حول العالم. ومن أبرزها:
- مشروع شروق الشمس البحري (هولندا): تُعتبر أكبر محطة طاقة شمسية عائمة بحرية، طورتها شركة سولار داك، ومُوّلت بشكل رئيسي من الاتحاد الأوروبي. تتميز المحطة بوحدات سداسية ومثلثة مدمجة في مزرعة رياح، وتبلغ قدرتها الأولية 5 ميجاوات، مع خطة للتوسع إلى جيجاوات مستقبلاً. وتتضمن بطاريات تعمل تحت الماء وأجهزة استشعار ليدار للتنبؤ بالطاقة.
- سيراتا، إندونيسيا: أكبر محطة طاقة شمسية عائمة في جنوب شرق آسيا، تمتد على مساحة 250 هكتارًا على خزان جاوة الذي يحمل الاسم نفسه. تبلغ قدرتها 192 ميجاوات، وهي مصممة لتزويد أكثر من 50.000 ألف منزل بالطاقة. تجنب انبعاث 214.000 طن من ثاني أكسيد الكربون سنويًا.
- مصنع فرناندو دي نورونها (البرازيل): قامت شركة Neoenergia بتركيب محطة عائمة بقدرة 630 كيلو وات في خزان Xaréu، وتغطي أكثر من 50% من استهلاك شركة المياه المحلية وتساهم في الحد من الانبعاثات في موقع التراث العالمي.
- مصنع سييرا برافا (إسبانيا): أطلقت شركة أكسيونا محطة كهرومائية دائرية مزودة بغشاء وألواح زجاجية مزدوجة، مصممة لتسهيل الصيانة ومقاومة الأمواج والرياح. وقد طُبّقت هذه التقنية في الخزانات المائية وفي اختبارات تجريبية قبل نقلها إلى البحر.
- البرتغال، ألتو دي راباغاو: تتولى شركة إنديسا زمام المبادرة في مجال الطاقة الكهروضوئية العائمة في شبه الجزيرة الأيبيرية، من خلال مشروع رائد يقع على الخزان وسيبدأ العمل في عام 2026.
التوسع العالمي لا يمكن إيقافه. دولٌ مثل الهند واليابان وكوريا الجنوبية والصين وإسبانيا وإيطاليا والولايات المتحدة الأمريكية تستكشف بالفعل مشاريعَ على نطاقاتٍ مختلفة. وقد قدّر البنك الدولي في عام ٢٠١٨ أن القدرة المُركّبة قد تجاوزت بالفعل ١.١ جيجاواط ذروة، وأن هذا الاتجاه تصاعديٌّ بشكلٍ واضح.
التكامل مع الطاقات الأخرى ومستقبل تكنولوجيا الطفو
أحد التحديات والفرص الكبرى للطاقة الشمسية العائمة هو التكامل مع أنظمة الطاقة الأخرىبعض المشاريع تجمع بالفعل:
- مزارع الطاقة الشمسية وطاقة الرياح البحرية: كما هو الحال في بحر الشمال، حيث يسمح التكامل بين التقنيتين باستخدام المساحة والموارد المتاحة.
- إنتاج الهيدروجين الأخضر: وتستكشف التجارب مثل تلك التي أجريت في ميناء فالنسيا (إسبانيا) التآزر بين الخلايا الكهروضوئية العائمة وتوليد الهيدروجين، مما يفتح إمكانيات لتخزين وتصدير الطاقة النظيفة.
- دعم التنقل الكهربائي: في الجزر مثل فرناندو دي نورونها، تعمل الطاقة التي تنتجها المرافق العائمة على تشغيل محطات شحن المركبات الكهربائية والدراجات، مما يعزز التنقل المستدام.
بالإضافة إلى ذلك، فإن التقدم في التحول الرقمي ونشر الشبكات الذكية يسمح بـ التحكم عن بعد والقياس ثنائي الاتجاه تنظيم تدفق الطاقة، وتحسين الاستهلاك وتسهيل دمج توليد الطاقة الصغيرة والكبيرة الموزعة.
الجوانب البيئية والاجتماعية والتحديات المعلقة
تكنولوجيا الجزيرة الشمسية ليس بدون تحديات. على الرغم من أنها توفر مزايا بيئية مثل تقليل التبخر والنتح, تحسين جودة المياه والسيطرة على الطحالب، ولا يزال التأثير على النظم البيئية المائية والحياة البرية، وخاصة الطيور والأنواع المعرضة للخطر، قيد الدراسة.
تشمل المشاريع المتطورة خططًا للرصد البيئي، وتركيب صناديق تعشيش وعوامات لحماية المناطق الحساسة وتحديد المناطق الصالحة للملاحة. يُعد الرصد المستمر أمرًا أساسيًا لضمان التوافق البيئي والتكنولوجيا الاجتماعية.
ومن وجهة نظر اجتماعية، يمكن لهذه المرافق تنشيط المناطق الريفية وتنويع الاقتصاد من المناطق الجزرية. تُظهر أمثلةٌ مثل لا بالما (إسبانيا) أو مشاريع في آسيا وأمريكا اللاتينية أن المجتمعات المحلية يمكن أن تستفيد من إمدادات الطاقة وفرص السياحة المستدامة والتثقيف البيئي.
تشمل القيود الحالية الحاجة إلى لوائح محددة لتسريع إصدار التصاريح وتوضيح استخدام المسطحات المائية، وخاصةً في أوروبا. كما يُحرز تقدمٌ في تحسين المواد والتكاليف وعمليات التثبيت لتسهيل توسيع نطاق المشروع واستمراريته على المدى الطويل.
الاتجاهات المستقبلية وآفاق النمو
إن آفاق جزر الطاقة الشمسية العائمة واعدة للغاية. ويساهم دعم برامج الابتكار الأوروبية، وتوافر التمويل، والتزام الشركات الرائدة في تسريع توسع هذه التقنية. ومن المتوقع أن يتضاعف تطبيقها في السنوات القادمة، سواءً في الخزانات الداخلية أو البحرية، إلى جانب حلول أخرى للطاقة المتجددة.
وبالتوازي مع ذلك، تم تطوير أنظمة تتبع الطاقة الشمسية الروبوتيةوتضمن المواد المحسنة والتكامل مع الشبكات الذكية استمرار تطور التكنولوجيا، مع فوائد متزايدة باستمرار للاستدامة ومرونة الطاقة وحماية البيئة.
لم تعد الجزر الشمسية العائمة ابتكارًا ناشئًا، بل خيارًا واقعيًا وفعالًا وقابلًا للتطوير لمواجهة تحديات الطاقة والمناخ في القرن الحادي والعشرين. يُظهر كل مشروع جديد إمكانية الجمع بين الابتكار التكنولوجي والجدوى الاقتصادية والالتزام البيئي، مما يُسهم في وصول مستقبل الطاقة المتجددة إلى شواطئ العالم وبحاره.
