خزانات المياه الفيدرالية الأمريكية: فرصة مذهلة لتوليد الطاقة الشمسية العائمة تلبي نصف احتياجات البلاد من الطاقة النظيفة!
في تحليل رائد قد يعيد تشكيل مشهد الطاقة المتجددة في أمريكا، اكتشف الباحثون أن الخزانات الفيدرالية في جميع أنحاء الولايات المتحدة يمكن أن تدعم الألواح الشمسية العائمة القادرة على توليد ما يصل إلى 1,042 جيجاوات من الطاقة – وهو ما يكفي لتلبية حوالي نصف احتياجات البلاد المتوقعة من الطاقة الشمسية لشبكة كهرباء خالية من الكربون بحلول عام 2050.
تُمثل الدراسة، التي نُشرت في مجلة “طاقة شمسية”، أول تقييم شامل باستخدام التحليل الجغرافي المتقدم لتحديد الأماكن التي يمكن أن تكون فيها التركيبات الشمسية العائمة قابلة للتطبيق على الممرات المائية المدارة فدراليًا. بدلاً من الاعتماد على افتراضات عامة، طور الباحثون طرقًا جديدة لتقييم ظروف الموقع المحددة بما في ذلك عمق المياه ودرجة الحرارة وأنماط التيارات.
أبعد من التقديرات البسيطة
“حتى في سيناريوهاتنا الأكثر تحفظًا، فإن الإمكانات المقدرة للطاقة الشمسية العائمة تزيد عن نصف سعة الألواح الشمسية المطلوبة لشبكة الكهرباء الأمريكية الخالية من الكربون بحلول عام 2050″، يشير الباحثون في نتائجهم. وتبلغ هذه التقديرات المحافظة حوالي 861 جيجاوات من القدرة المحتملة.
تكشف التحليلات عن تباين مفاجئ في مقدار كل خزان يمكنه استضافة التركيبات الشمسية العائمة. بينما كانت الدراسات السابقة تفترض عادةً نسبة ثابتة من مساحة الخزان ستكون مناسبة، تظهر الأبحاث الجديدة أن المناطق القابلة للتطوير يمكن أن تتراوح بين 2% إلى 81% من سطح الخزان، اعتمادًا على ظروف الموقع المحددة.
التوزيع الإقليمي
لا تقتصر إمكانيات تطوير الطاقة الشمسية العائمة على منطقة واحدة فقط. ومع ذلك، فإن أكبر الفرص مركزة في ثلاث ولايات: تتصدر تكساس القائمة بقدرة محتملة تبلغ 137 جيجاوات، تليها كاليفورنيا بـ102 جيجاوات وأوكلاهوما بـ84 جيجاوات. ويمكن لهذه الولايات الثلاث وحدها استضافة ما يقرب من 40% من إجمالي الإمكانيات الوطنية للطاقة الشمسية العائمة على خزانات فدرالية.
الابتكارات التقنية
لتحديد مناطق التركيب القابلة للتطبيق، طور الباحثون معايير متطورة تأخذ بعين الاعتبار عوامل متعددة قد تؤثر على تطوير الطاقة الشمسية العائمة. وكانت الاعتبارات الرئيسية تشمل:
- متطلبات عمق المياه لا تقل عن متر واحد لدعم البنية التحتية العائمة.
- قيود تيار السطح بحد أقصى مترين لكل ثانية لمنع الضغط على نظم الربط.
- حدود درجة الحرارة لتجنب المناطق المعرضة للكتل الجليدية التي قد تلحق الضرر بالتركيبات.
- متطلبات انحدار القاع لضمان تثبيت مستقر.
القيود العملية
يؤكد الباحثون أن نتائجهم تمثل الإمكانات التقنية بدلاً مما قد يتم بناؤه فعليًا. وقد ركزت الدراسة بشكل خاص على الجدوى التقنية دون النظر إلى عوامل حاسمة أخرى مثل التأثير البيئي أو المتطلبات التنظيمية أو الجدوى الاقتصادية.
من بين الـ846 خزاناً الذي تم تحليله، وُجد أن 85 منها ليس لديها إمكانات قابلة للتطوير بسبب القيود الفنية. ومن بين تلك التي لديها إمكانات تطوير ، تفاوتت أحجام الأنظمة بشكل كبير – بدءاً من تركيبات صغيرة تصل قدرتها إلى 10 كيلو وات وصولاً إلى منشآت ضخمة تصل قدرتها إلى 76.6 جيجاوات.
الآثار المستقبلية
يفتح البحث طرقًا جديدة لتطوير الطاقة المتجددة دون المنافسة للحصول على موارد الأراضي المحدودة. يمكن أن تقدم التركيبات الشمسية العائمة فوائد إضافية تتجاوز توليد الكهرباء ، بما في ذلك تقليل تبخر المياه عبر الظلال السطحية والتآزر المحتمل مع البنية التحتية الحالية للطاقة الكهرومائية.
مع دفع الولايات المتحدة نحو أهداف طاقة نظيفة طموحة ، توفر هذه الأبحاث بيانات حيوية لصانعي السياسات والمطورين لتحديد المواقع الأكثر وعداً لنشر الطاقة الشمسية العائمة. تشير النتائج إلى أنه يمكن للخزانات الفيدرالية لعب دور محوري في مستقبل الطاقة المتجددة للبلاد ، رغم أنه لتحقيق هذه الإمكانية سيتطلب الأمر اعتبار التأثيرات البيئية والأطر التنظيميّة بعناية.
أجريت الدراسة بواسطة باحثين من مختبر الطاقات المتجددة الوطني التابع لوزارة الطاقة ونُشرت في مجلة ”طاقة شمسية”.
