طاقة متجددة متغيرة

تعد الطاقة المتجددة المتغيرة مصدرًا للطاقة المتجددة والتي لا يمكن التحكم فيها بسبب طبيعتها المتقلبة، مثل طاقة الرياح والطاقة الشمسية، مقارنةً بمصدر الطاقة المتجددة القابلة للتحكم مثل الطاقة الكهرومائية المولدة من السدود أو حيويًا، أو من مصدرٍ ثابتٍ نسبيًا مثل الطاقة الحرارية الأرضية.

Renewables need flexible backup not baseload.png

قوة الرياحعدل

يعتبر التنبؤ بقدرة الرياح هو الأقل دقة بين جميع مصادر الطاقة المتجددة المتغيرة، إذ يجب على مشغلي الشبكة التنبؤ يوميًا من أجل تحديد مصادر الطاقة المتاحة لاستخدامها في اليوم التالي، ويُستخدم التنبؤ بالطقس للتنبؤ بالرياح المحتملة من أجل معرفة طاقة الرياح والطاقة الشمسية المتاحتين، وعلى الرغم من أن توقعات طاقة الرياح استُخدمت لعقود من الزمن، لكن وكالة الطاقة الدولية تنظم تعاونًا دوليًا لمحاولة تحسين دقتها.[1]

تعتبر الطاقة المولدة من الرياح مصدرًا متغيرًا، وتعتمد كمية الكهرباء التي تنتجها محطة معيّنة في أي وقت من الأوقات على سرعات الرياح وكثافة الهواء وخصائص التوربينات (من بين عوامل أخرى)، إذا كانت سرعة الرياح منخفضة جدًا، فلن تتمكن توربينات الرياح من توليد الكهرباء، وإذا كانت عالية جدًا، فيجب إغلاق التوربينات لتجنب التَلَف، وفي حين أن الناتج من التوربينات الفردية يمكن أن يختلف اختلافًا كبيرًا وسريعًا مع تباين سرعات الرياح المحلية، يصبح متوسط إنتاج الطاقة أقل تقلبًا مع توصيل المزيد من التوربينات في مساحات أكبر وأكبر.[2][3][4]

الطاقة الشمسيةعدل

تعتبر الطاقة الشمسية أكثر قابلية للتنبؤ من طاقة الرياح وأقل تغيرًا (إذ لا تتوفر أبدًا أي طاقة شمسية خلال الليل)، وهناك انخفاض في فصل الشتاء، والعوامل الوحيدة غير المعروفة في التنبؤ بإنتاج الطاقة الشمسية كل يوم هي الغطاء السحابي، والصقيع، والثلوج، فهناك أيامٌ عديدة متتالية في بعض المواقع خالية من السحاب نسبيًا، بينما تكون هناك عدة أيام متتالية في نفس الموقع أو في مواقع أخرى ملبّدة بالغيوم، مما يؤدي إلى إمكانية تنبؤ عالية نسبياً.

تأتي الرياح من التسخين غير المتكافئ لسطح الأرض، وتستطيع تأمين حوالي 1% من الطاقة الكامنة التي يمكن أن تؤمنها الطاقة الشمسية، إذ يصل 86000 تيراواط من الطاقة الشمسية إلى سطح العالم، وبالمقابل تستطيع رياح العالم جميعها توليد 870 تيراواط. [5]

يبلغ إجمالي الطلب العالمي حوالي 12 تيراواط، أي أقل بعدة مرات من الكمية التي يمكن توليدها من مصادر طاقة الرياح والطاقة الشمسية المحتملة، من 40 إلى 85 تيراواط يمكن توفيرها من الرياح وحوالي 580 تيراواط من الطاقة الشمسية.[6]

تؤثر التقلبات بطبيعتها على الطاقة الشمسية، إذ أن إنتاج الطاقة الكهربائية المتجددة من مصادر الطاقة الشمسية يعتمد على كمية ضوء الشمس في مكان وزمان معينين، ويختلف إنتاج الطاقة الشمسية على مدار اليوم وخلال الفصول، ويتأثر بالغبار أو الضباب، أو الغطاء السحابي أو الصقيع أو الثلج، العديد من العوامل الموسمية يمكن التنبؤ بها إلى حد ما.[7]

طاقة المد والجزرعدل

تصنف طاقة المد والجزر كأكثر مصادر الطاقة المتجددة قابلية للتنبؤ، يختلف المد والجزر مرتين في اليوم بنسبة 100%، لكنه لا ينقطع أبدًا، بل على العكس من ذلك فهو موثوق تمامًا إذ تشير التقديرات إلى أن بريطانيا تستطيع الحصول على 20% من الطاقة التي تحتاجها من خلال طاقة المد والجزر، حُدد 20 موقعًا في العالم كله فقط يحوي محطات توليد طاقة المد والجزر.[8]

قوة الموجعدل

ينشأ الموج في المقام الأول عن طريق الرياح، وبالتالي فإن الطاقة المتاحة من الأمواج تميل إلى اتباع تلك المتوفرة من الرياح، ولكن بسبب كتلة الماء فهي أقل تغيرًا من طاقة الرياح، تتناسب طاقة الرياح مع مكعب سرعة الرياح، في حين تتناسب قوة الموجة مع مربع ارتفاع الموجة.[9][10][11]

التأقلم مع الطاقة المتغيرةعدل

استخدم مشغلوا الشبكات منذ زمن بعيد التنبؤ المسبق لاختيار محطات توليد الطاقة التي ستعوض الطلب في كل ساعة من اليوم التالي، وضبط هذه التوقعات على فترات زمنية قصيرة تصل إلى ساعة أو حتى كل خمسة عشر دقيقة لاستيعاب أي تغييرات. [12]

تشير بعض التوقعات إلى أنه بحلول عام 2030، يمكن أن تأتي كل الطاقة تقريبًا من مصادر غير قابلة للتحكم.

يمكن تحويل بعض الطاقة الزائدة المتوفرة إلى إنتاج الهيدروجين لاستخدامه في السفن والطائرات، وهو تخزين طويل الأمد للطاقة نسبيًا، ففي عالم تأتي فيه كل طاقاتنا تقريبًا من الرياح والمياه والطاقة الشمسية، لا يشكل الهيدروجين مصدرًا للطاقة، ولكنه وسيلة لتخزينها.[13]

يجب إجراء تحليل، ومقارنة للتكاليف بين النقل لمسافات طويلة والطاقة الإنتاجية الفائضة، فالشمس مشرقة دائمًا في مكان ما، والرياح تهب دائمًا في مكان ما على الأرض، ومن المتوقع أن يصبح استجرار الطاقة الشمسية من أستراليا إلى سنغافورة خلال العشرينيات أو الثلاثينيات من القرن الحالي فعالًا من حيث التكلفة.[14]

التقلب والموثوقيةعدل

يحدد كل من «مارك أ. ديلوتشي» و«مارك ز. جاكوبسون» سبع طرق لتصميم وتشغيل أنظمة الطاقة المتجددة المتغيرة بحيث تلبي الطلب على الكهرباء بشكل موثوق: [15]

  • وصل المناطق المشتتة جغرافيًا ومصادر الطاقة المتغيرة طبيعيًا (مثل الرياح والطاقة الشمسية والأمواج والمد والجزر)، مما يسهل من إمدادات الكهرباء (والطلب) بشكل كبير.
  • استخدام مصادر الطاقة التكميلية وغير المتغيرة (مثل الطاقة الكهرومائية) لملء الفجوات المؤقتة بين الطلب على الطاقة وتوليدها من الرياح، أو الطاقة الشمسية.
  • تخزين الطاقة الكهربائية، في موقع التوليد، (في البطاريات، غاز الهيدروجين، الأملاح المنصهرة، الهواء المضغوط، الطاقة الكهرومائية)، لاستخدامها لاحقًا.
  • توقّع أفضل لحالة الطقس (الرياح، أشعة الشمس، الأمواج، المد والجزر وهطول الأمطار) لوضع خطة أفضل لاحتياجات إمدادات الطاقة.

آفاق المستقبلعدل

نادراً ما تشكّل تغيّرات الطاقة عائقًا أمام زيادة نشر الطاقة المتجددة عند توفر التوليد القابل للتحكم، ولكن في ظل وضع السوق الحالي، سيتطلب الأمر إجراء تحليلٍ وإدارةٍ دقيقين، وقد تكون هناك حاجةٌ إلى تكاليف إضافية لتخزين الطاقة الاحتياطي أو تعديل النظام، نُفّذت بالفعل تمديدات الكهرباء المتجددة بنسبة 20-50% في العديد من الأنظمة الأوروبية، وإن كان ذلك في سياق نظام الشبكة الأوروبية المتكاملة.[16]

التنوع الجغرافيعدل

قد تكون الاختلافات في إنتاج توربينة رياح واحدة كبيرة جدًا، ولكن عند جمع مجموعة من التوربينات (كما هو الحال في مزارع الرياح) سنحصل على تباين أقل.

تنتج مزارع الرياح المتعددة والمنتشرة على مساحة جغرافية واسعة طاقة أكثر ثباتًا، وذات درجات تقلّب أقل من المنشآت الأصغر، ويمكن التنبؤ بطاقة الرياح الناتجة لحد ما بالاعتماد على تنبؤات الطقس خاصة في حال وجود أعداد كبيرة من التوربينات (أو المزارع).[17]

الآثار الاقتصادية للتغير في الطاقةعدل

تتضمن تقديرات تكلفة طاقة الرياح التكاليف الزائدة التي تسببها تغيّرات الطاقة، ولكن العديد من صناعات توليد الطاقة الأخرى وخاصة الطاقة الناتجة عن الوقود الأحفوري تنطوي على تكاليف إضافية ناتجة عن التلوث وانبعاثات الغازات الدفيئة. [18]

المراجععدل

  1. ^ Clive, P. J. M., The emergence of eolics, TEDx University of Strathclyde (2014). Retrieved 9 May 2014. نسخة محفوظة 19 أغسطس 2020 على موقع واي باك مشين.
  2. ^ "Variability of Wind Power and other Renewables: Management Options and Strategies" (PDF). IEA. 2005. مؤرشف من الأصل (PDF) في 25 سبتمبر 2017. اطلع عليه بتاريخ 15 أكتوبر 2008. الوسيط |CitationClass= تم تجاهله (مساعدة)
  3. ^ "The power of multiples: Connecting wind farms can make a more reliable and cheaper power source". 2007-11-21. مؤرشف من الأصل في 15 ديسمبر 2018. الوسيط |CitationClass= تم تجاهله (مساعدة)
  4. ^ Archer, C. L.; Jacobson, M. Z. (2007). "Supplying Baseload Power and Reducing Transmission Requirements by Interconnecting Wind Farms" (PDF). Journal of Applied Meteorology and Climatology. 46 (11): 1701–1717. Bibcode:2007JApMC..46.1701A. CiteSeerX = 10.1.1.475.4620 10.1.1.475.4620. doi:10.1175/2007JAMC1538.1. مؤرشف من الأصل (PDF) في 30 أكتوبر 2013. الوسيط |CitationClass= تم تجاهله (مساعدة)
  5. ^ Jacobson, Mark Z.; Delucchi, M.A. (November 2009). "A Path to Sustainable Energy by 2030" (PDF). ساينتفك أمريكان. 301 (5): 58–65. doi:10.1038/scientificamerican1109-58. PMID 19873905. مؤرشف من الأصل (PDF) في 20 سبتمبر 2013. الوسيط |CitationClass= تم تجاهله (مساعدة)
  6. ^ "Wind Turbines: Converting Wind Energy Into Electricity". مؤرشف من الأصل في 15 مايو 2012. اطلع عليه بتاريخ 04 يونيو 2012. الوسيط |CitationClass= تم تجاهله (مساعدة)
  7. ^ Gemasolar, energía non stop نسخة محفوظة 2013-02-06 على موقع واي باك مشين. Spanish 26 October 2011[وصلة مكسورة]
  8. ^ Tidal power نسخة محفوظة 7 أبريل 2019 على موقع واي باك مشين.
  9. ^ Wind and Waves نسخة محفوظة 13 سبتمبر 2012 على موقع واي باك مشين.[وصلة مكسورة]
  10. ^ "Comparing the Variability of Wind Speed and Wave Height Data" (PDF). مؤرشف من الأصل (PDF) في 17 يونيو 2012. اطلع عليه بتاريخ 04 يونيو 2012. الوسيط |CitationClass= تم تجاهله (مساعدة)
  11. ^ "Savenkov, M 2009 'On the Truncated Weibull Distribution and its Usefulness in Evaluating the Theoretical Capacity Factor of Potential Wind (or Wave) Energy Sites', University Journal of Engineering and Technology, vol. 1, no. 1, pp. 21-25" (PDF). مؤرشف من الأصل (PDF) في 22 فبراير 2015. اطلع عليه بتاريخ 30 نوفمبر 2014. الوسيط |CitationClass= تم تجاهله (مساعدة)
  12. ^ What is spinning reserve? نسخة محفوظة 10 أغسطس 2017 على موقع واي باك مشين.
  13. ^ editor, Adam Morton Environment (2019-07-14). "'Just a matter of when': the $20bn plan to power Singapore with Australian solar". The Guardian (باللغة الإنجليزية). ISSN 0261-3077. مؤرشف من الأصل في 3 أكتوبر 2019. اطلع عليه بتاريخ 14 يوليو 2019. الوسيط |CitationClass= تم تجاهله (مساعدة)صيانة CS1: نص إضافي: قائمة المؤلفون (link)
  14. ^ "Why wind power works for Denmark" (PDF). هندسة مدنية. May 2005. مؤرشف من الأصل (نسق المستندات المنقولة) في 26 سبتمبر 2019. اطلع عليه بتاريخ 12 مايو 2012. الوسيط |CitationClass= تم تجاهله (مساعدة)
  15. ^ Delucchi, Mark A. and مارك زد. جاكوبسون (2010). "Providing all Global Energy with Wind, Water, and Solar Power, Part II: Reliability, System and Transmission Costs, and Policies" (PDF). Energy policy. مؤرشف من الأصل (PDF) في 28 مارس 2020. اطلع عليه بتاريخ أكتوبر 2020. الوسيط |CitationClass= تم تجاهله (مساعدة); تحقق من التاريخ في: |تاريخ الوصول= (مساعدة)
  16. ^ أموري لوفينز (2011). Reinventing Fire, Chelsea Green Publishing, p. 199.
  17. ^ "All Island Grid Study" (PDF). Department of Communications, Energy and Natural Resources. January 2008. صفحات 3–5, 15. مؤرشف من الأصل (PDF) في 18 مارس 2009. اطلع عليه بتاريخ 15 أكتوبر 2008. الوسيط |CitationClass= تم تجاهله (مساعدة)
  18. ^ http://www.ren21.net/wp-content/uploads/2015/07/REN12-GSR2015_Onlinebook_low1.pdf pg31