مع تزايد الطلب العالمي على الكهرباء وتفاقم أزمة المناخ، تبرز طاقة الرياح كمصدر أساسي لتوليد الطاقة النظيفة. ولكن لجعل هذه التقنية أكثر موثوقية، يجب أن يكون الخبراء على دراية بأنماط الرياح، وكيف يؤثر تغير المناخ عليها.
ساعدت تقنيات قياس الرياح الحديثة في رسم خرائط مواقع توربينات الرياح والتنبؤ بالعواصف التي تؤثر على توليد الطاقة، ومع ذلك، فإن ارتفاع درجات الحرارة العالمية يزيد من سرعة الرياح ويؤدي إلى عواصف أكثر شدة، مما يطرح مشاكل جديدة في قطاع طاقة الرياح.
تؤثر التغيرات في سرعة الرياح على كفاءة طاقة الرياح والتكنولوجيا التي تدعمها، مما يجعل الرياح متغيرًا مهمًا في اعتبارات طاقة الرياح المستقبلية وتصميمات التوربينات.
طاقة الرياح
تعتبر طاقة الرياح وسيلة مؤكدة لتسخير الطاقة الطبيعية لتوليد الكهرباء، حيث تم استخدامها منذ القرن السابع لأداء مهام مثل طحن الحبوب.
تُستمد طاقة الرياح اليوم من توربينات رياح ضخمة، يصل طولها أحيانًا إلى تمثال الحرية، ولها ثلاث شفرات طول كل منها 60 مترًا (200 قدم). عندما تدور هذه الشفرات بقوة الرياح، تُدير عمودًا متصلًا بمولد كهربائي، مُنتجةً الكهرباء.
الرياح مصدر طاقة نظيف لا يُنتج أي انبعاثات كربونية ، وهو متاح عالميًا، ورخيص التكلفة. وقد شهدت تكلفة طاقة الرياح انخفاضًا ملحوظًا، مما يجعلها مصدر طاقة فعالًا من حيث التكلفة.
ورغم أن مزارع الرياح قد تتطلب مساحات واسعة لتوزيع التوربينات بشكل فعال، إلا أنه لا يزال من الممكن استخدام الأراضي المحيطة بقواعد التوربينات لرعي الماشية، ومسارات المشي، والزراعة.
ارتفاعًا عالميًا في طاقة الرياح
ويتطلع مخططو المدن أيضًا بشكل متزايد إلى الطرق التي يمكنهم من خلالها دمج طاقة الرياح في البيئات الحضرية – وهي ضرورة بالنظر إلى أن البيئات الحضرية المبنية نمت بشكل كبير في جميع أنحاء العالم في العقود القليلة الماضية.
بفضل الأبحاث والتحسينات في التكنولوجيا، تشهد طاقة الرياح ارتفاعًا عالميًا وهي في طريقها إلى أن تصبح واحدة من أكثر مصادر الطاقة المتجددة استخدامًا على نطاق واسع.
ترصد تقنية الأقمار الصناعية اتجاهات الرياح في مناطق حول العالم، مما يساعد على التنبؤ بالعواصف وتخزين بيانات الرياح طويلة المدى. وباستخدام البيانات المخزنة والمعروضة في مواقع مثل أطلس الرياح العالمي ، تحدد الشركات مواقع إنشاء مزارع الرياح الجديدة.
ومع ذلك، وبما أن تغير المناخ يؤثر على سرعة الرياح وكثافة العواصف، فقد أصبح التنبؤ بالرياح أكثر صعوبة.
كيف يتم قياس الرياح؟
تاريخيًا، كانت الرياح تُقاس باستخدام أداة تُعرف باسم مقياس سرعة الرياح، تُشبه دوارات الرياح التي تدور وتقيس سرعة الرياح بناءً على عدد دوراتها في فترة زمنية محددة.
تُوضع بعض مقاييس سرعة الرياح على عوامات في المحيط لتتبع رياح سطحه، وهو أمر مهم للشحن والملاحة، بينما تُجرى القياسات الأرضية عادةً على ارتفاع 10 أمتار فوق سطح الأرض المستوي.
تعتبر هذه القياسات ضرورية لفهم وتوقع الأضرار التي قد تسببها الرياح للبنية التحتية مثل المنازل والشركات وخطوط الطاقة الكهربائية.
ومع ذلك، فإن هذه القياسات المنخفضة الارتفاع لا تأخذ في الاعتبار رياح الغلاف الجوي العلوي التي تؤثر على العواصف والاضطرابات التي نشعر بها أثناء السفر الجوي.
ولتحقيق ذلك، لدينا تقنيات مثل نظام الكشف الضوئي وتحديد المدى (LIDAR)، المصمم لقياس خصائص الغلاف الجوي، بما في ذلك سرعة الرياح واتجاهها، على ارتفاعات مختلفة من مستوى سطح الأرض. كما يمكن للأقمار الصناعية المساعدة في تتبع سرعة السحب، مما يتيح قياس التيار النفاث العلوي، والتنبؤ بالطقس بدقة أكبر في المناطق التي يصعب فيها تركيب المعدات أو صيانتها.
وقد أظهرت هذه التطورات في التكنولوجيا بعض الاتجاهات المثيرة للاهتمام في بيانات الرياح على مدى العقود القليلة الماضية.
الرياح العالمية
مع تفاقم تغير المناخ، فإن فهم التأثيرات التي قد تخلفها ظاهرة الاحتباس الحراري في المحيطات على سرعة الرياح يمكن أن يساعد في تحسين البنية التحتية لطاقة الرياح والمساعدة في تخطيط المشاريع الهندسية.
مع مطلع القرن العشرين، بدأ العلماء يلاحظون تباطؤ الرياح العالمية منذ ستينيات القرن الماضي ، وهي ظاهرة تُعرف باسم ” تأثير السكون العالمي” . وتُعزى هذه التغيرات إلى نمو النباتات أو المباني مجددًا، والتي أصبحت تعيق الرياح.
لكن في عام ٢٠١٩، أشارت دراسة إلى “انعكاس” في سكون الرياح الأرضية العالمية، موضحةً أن هذا السكون انعكس حوالي عام ٢٠١٠، وأن سرعات الرياح العالمية فوق اليابسة قد تعافت منذ ذلك الحين، حيث زادت بنحو ١٧٪ بين عامي ٢٠١٠ و٢٠١٧.
دحض الباحثون الاعتقادات السابقة بأن التغيرات في الرياح القريبة من السطح تُعزى إلى الغطاء النباتي والتحضر، وعزوها إلى التغيرات الدورية في تذبذبات المحيط والغلاف الجوي. وخلصوا إلى أن هذه التذبذبات يمكن أن تساعد في توقع سرعات الرياح المستقبلية، مما يُسهّل تحسين توربينات الرياح.
ارتفاع درجة حرارة المحيطات
أظهرت دراسة أُجريت عام ٢٠٢٥ لسرعات الرياح على سطح المحيطات أن ارتفاع درجة حرارة المحيطات يُسبب تسارعًا في سرعات الرياح على سطحها. ومع ذلك، في عام ٢٠٢١، شهدت مزارع الرياح في بحر الشمال توقفًا شبه كامل للرياح، مما أدى إلى توقف التوربينات عن توليد الكهرباء تقريبًا.
تُعرف هذه الظاهرة باسم “جفاف الرياح”، وقد جعلت من الضروري للشركات تحديد المناطق الأكثر ثباتًا في استخدام طاقة الرياح. لذا، قد يكمن مفتاح الحصول على طاقة رياح موثوقة في دراسة اتجاهات الرياح الإقليمية بدلًا من العالمية.
تختلف سرعة الرياح باختلاف الارتفاع، وهو أمرٌ يشهد عليه كل من تسلق قمة جبل أو وقف على سطح ناطحة سحاب. لا تُحدَّد هذه الظاهرة بالضرورة بالارتفاع، بل بغياب الحواجز التي تحمي من الرياح.
في الغلاف الجوي العلوي، من المتوقع أن تزداد سرعة التيار النفاث بشكل ملحوظ مع ارتفاع درجات الحرارة، ويرجع ذلك إلى أن التيارات النفاثة – وهي تيارات هوائية سريعة التدفق وضيقة في الغلاف الجوي للأرض – تنشأ عن اختلاف الضغط بين القطبين والمناطق الاستوائية، وهذا لا يُسبب عواصف أكثر شدة فحسب، بل قد يجعل السفر الجوي أكثر اضطرابًا أيضًا.
التأثيرات على طاقة الرياح
في أي وقت لا تدور فيه شفرات التوربين، يتوقف توليد الكهرباء. بالطبع، يحدث هذا في الأيام التي لا توجد فيها رياح، ولكنه يحدث أيضًا عندما تكون الرياح سريعة جدًا. صُممت التوربينات لتحمل رياح تصل إلى إعصار من الفئة الثالث، أي سرعة أعلى من ذلك، ستتوقف التوربينات تلقائيًا، مع تزايد وتيرة العواصف وشدتها، من المتوقع أن يتكرر هذا السيناريو أكثر فأكثر.
كما أن ازدياد شدة العواصف يزيد من تعرّض مزارع الرياح الباهظة الثمن لصواعق البرق والرياح القوية، مما قد يُلحق الضرر بالمعدات الحساسة، كما أن بطاريات التوربينات وأجزائها الميكانيكية معرضة لخطر التعطل في ظل درجات الحرارة المرتفعة للغاية.
كيفية الاستعداد لتغيرات الرياح
طاقة الرياح وسيلة متاحة وبأسعار معقولة للدول التي تسعى إلى خفض انبعاثات الكربون، ولكن على الشركات التخطيط مسبقًا لظروف متقلبة بشكل متزايد.
يمكن لتوربينات أكثر متانة، قادرة على تحمل رياح الأعاصير بدلًا من التوقف، أن تضمن توليد الكهرباء خلال العواصف الكارثية. يجب أن تكون المعدات قادرة على تحمل ارتفاع درجات الحرارة في المناطق المفتوحة.
تُخفف التوربينات البحرية العائمة، المُستخدمة بالفعل قبالة سواحل اسكتلندا ، من المخاوف المتعلقة بالحياة البرية، وتُتيح تكنولوجيا الرياح على نطاق أوسع، خاصةً في الدول ذات سرعات الرياح البرية المنخفضة أو المساحات الأرضية المحدودة.
تُولّد الرياح القوية في أعماق البحار كهرباءً تُساعد في تعويض بعض تكاليف التركيب المرتفعة. صحيحٌ أن تركيب هذه التوربينات مُكلف، ولكن من المتوقع أن تنخفض التكاليف مع تطوّر التكنولوجيا.
تُصنّع الشركات أيضًا أنظمة طاقة رياح محمولة جوًا – وهي عبارة عن طائرة ورقية تُطلق في التيار النفاث – لتسخير سرعات التيار النفاث المتزايدة. تتحرك الطائرة الورقية مع الريح لتوليد الكهرباء على الأرض. على الرغم من أن هذه تقنية حديثة، إلا أن موريشيوس لديها نظام طائرة ورقية بمساحة 120 مترًا مربعًا يعمل منذ عام 2022.
يمكن أن تستفيد المناطق الريفية، والزوارق البحرية، والأماكن ذات الرياح العالية المستمرة من طاقة الرياح المحمولة جوًا.
لا يمكننا أن نتحمل خسارة الكهرباء المولدة من الرياح، ولكن التغيرات التي تحدث بالفعل في سرعة الرياح وقدرتها على التنبؤ تعني أننا يجب أن نعمل على تحسين تكنولوجيتنا والاستعداد لتقلبات طاقة الرياح.
