مزارع الطاقة الشمسية العائمة يمكن أن تحد من اعتماد أفريقيا على الطاقة المائية مستقبلاً
تقدير إمكانات الطاقة العائمة كمصدر مستقبلي للكهرباء في أفريقيا ومقارنتها بالاستثمارات المخطط لها في الطاقة الكهرومائية
الخلايا الكهروضوئية العائمة (FPV)، والمعروفة أيضًا باسم مزارع الطاقة الشمسية العائمة، هي أنظمة كهروضوئية يمكن نشرها على سطح البحر أو على المسطحات المائية الأخرى.
وفي حين أن تأثيرها البيئي لا يزال موضوع نقاش في جميع أنحاء العالم، إلا أن هذه الأنظمة يمكن أن تكون مفيدة للغاية لتوليد الطاقة المتجددة، وخاصة في المناطق الدافئة حيث الأراضي المتاحة نادرة أو مكلفة.
أجرى الباحثون في Politecnico di Milano مؤخرًا دراسة لاستكشاف إمكانات أنظمة FPV لتوفير الطاقة في المستقبل في البلدان الأفريقية. وتشير ورقتهم البحثية، التي نشرت في مجلة Nature Energy ، إلى أن مزارع الطاقة الشمسية العائمة يمكن أن تكون ذات قيمة للحد من اعتماد أفريقيا على الطاقة الكهرومائية ، في حين من المحتمل أيضًا أن توفر إمدادات أكثر موثوقية من الطاقة.
وقال وايت أرنولد، المؤلف المشارك للورقة، لموقع Tech Xplore: “لقد استلهمت ورقتنا البحثية من الاهتمام المتزايد وإمكانات FPV باعتبارها تكنولوجيا ناشئة للطاقة المتجددة، والدفع المستمر لتطوير الطاقة الكهرومائية في الاقتصادات النامية، وخاصة في أفريقيا”.
واضاف أرنولد “على الرغم من المخاطر البيئية والاجتماعية المرتبطة بالسدود الكهرومائية الكبيرة، لا تزال العديد من البلدان تخطط لتوسعات كبيرة في الطاقة الكهرومائية لتلبية احتياجاتها المتزايدة بسرعة من الطاقة، أردنا استكشاف ما إذا كان FPV يمكن أن يكون بمثابة بديل قابل للتطبيق أو مكمل لمشاريع الطاقة الكهرومائية المخطط لها”.
كان للدراسة الأخيرة التي أجراها أرنولد وزملاؤه ماتيو جولياني وأندريا كاستيليتي هدفين رئيسيين، الأول هو تقدير إمكانات FPV كمصدر مستقبلي للكهرباء في أفريقيا، ومقارنتها بالاستثمارات المخطط لها في الطاقة الكهرومائية.
ثانيًا، شرع الباحثون في دراسة المفاضلات وأوجه التآزر بين FPV وتكنولوجيا الطاقة الكهرومائية على مستوى النظام. وركز تحليلهم على حوض نهر محدد، وهو مجرى نهر زامبيزي المائي، مع الأخذ في الاعتبار القيود التي تفرضها عمليات شبكة الكهرباء المحلية والطلب المتنافس على موارد المياه.
وأوضح أرنولد: “لقد استخدمنا نهج النمذجة متعدد النطاق”، “أولاً، أخذنا في الاعتبار القدرة التنافسية لتكلفة FPV ضمن مزيج الطاقة المستقبلي في أفريقيا باستخدام نموذج توسيع القدرات (OSeMOSYS-TEMBA) الذي يغطي القارة بأكملها، وهذه خطوة مهمة نظرًا للزيادة الكبيرة جدًا في الطلب المتوقع على الكهرباء في العديد من البلدان الأفريقية خلال القرن الحادي والعشرين، وتحويل نظامها الكهربائي بحصة أكبر بكثير من الإمدادات المتجددة المتغيرة.
ولتقييم المفاضلة بين FPV وتكنولوجيا الطاقة الكهرومائية على نطاق النظام، أجرى الباحثون مزيدًا من التحليلات التي ركزت على مجرى زامبيزي المائي، ومجرى زامبيزي المائي هو حوض نهر تتقاسمه عدة دول أفريقية، حيث تخطط الحكومات لبناء سدود مختلفة لتوليد الطاقة الكهرومائية.
قام أرنولد وزملاؤه بفحص عمليات الخزان في المنطقة وقاموا بإنشاء نماذج لنظام الكهرباء المحلي. وقد سمح لهم ذلك بتقييم إمكانات الطاقة الكهرومائية وFPV في هذه المنطقة، بما في ذلك إمكانية توسيع قدرات الطاقة والمقايضات مع الاستخدامات الأخرى للموارد المائية، مثل الري والتدفقات البيئية.
وقال أرنولد: “أحد أبرز المساهمات في عملنا هو التقييم الكمي والتقني والاقتصادي لإمكانات FPV للمساهمة في احتياجات أفريقيا المستقبلية من الكهرباء، وفي بعض الحالات تطابق أو تتجاوز الإنتاج المتوقع من سدود الطاقة الكهرومائية المخطط لها”، “هذه النتيجة تتحدى التركيز المستمر على التوسع في الطاقة الكهرومائية في العديد من البلدان الأفريقية وتشير إلى أن FPV يمكن أن يكون بديلاً قابلاً للتطبيق مع آثار بيئية واجتماعية أقل”.
مجرى زامبيزي المائي
تشير نتائج تحليل نطاق النظام الذي أجراه أرنولد وجولياني وكاستيليتي إلى أن الاستثمار في FPV على الخزانات الموجودة على طول مجرى زامبيزي المائي، مع بناء عدد أقل من السدود، يمكن أن يكون استثمارًا أفضل لرأس المال من التطوير المكثف للطاقة الكهرومائية. بالمقارنة مع السدود، وجد أن FPV أكثر فعالية من حيث التكلفة وقوة للتغيرات البيئية والهيدرولوجية طويلة المدى.
وقال أرنولد: “يمكن أن يساعد نظام FPV أيضًا في تعويض خسائر الطاقة الكهرومائية المحتملة عند إعادة تشغيل الخزانات لإعطاء الأولوية لأهداف الموارد المائية الأخرى، مما يتيح اتباع نهج أكثر توازناً لإدارة موارد المياه”، مضيفا ” آثار عملنا بعيدة المدى، لأنها توفر لصانعي السياسات في الاقتصادات النامية تقييماً شاملاً لإمكانيات FPV وتسلط الضوء على مزاياها مقارنة بتطوير الطاقة الكهرومائية التقليدية، لا سيما من حيث تقليل المخاطر البيئية والاجتماعية، وزيادة القدرة على الصمود في وجه التقلبات الهيدرولوجية، واستخدام أكثر كفاءة للاستثمارات الرأسمالية”.
بشكل عام، تشير التحليلات التي أجراها هذا الفريق من الباحثين إلى أن مزارع الطاقة الشمسية العائمة يمكن أن تمنع البلدان الأفريقية من الاعتماد المفرط على الطاقة الكهرومائية في المستقبل، وبالتالي الحد من المخاطر الاجتماعية والبيئية والمالية المرتبطة بها. قد تفيد هذه الرؤية الأساسية عملية صنع السياسات والاستثمارات المستقبلية المتعلقة بالطاقة في إفريقيا، مما يشجع التحول نحو أنظمة FPV.
وأضاف أرنولد: “في دراساتنا القادمة، نخطط لاستكشاف الآثار البيئية المترتبة على اعتماد FPV على نطاق واسع في أحواض الأنهار، بما في ذلك التأثيرات على جودة مياه البحيرة والنظم البيئية”. “نحن نعتزم أيضًا مواصلة المشاركة مع أصحاب المصلحة وصانعي السياسات من خلال العمليات التشاركية لفهم العوائق الاجتماعية والمؤسسية التي تحول دون اعتماد FPV بشكل أفضل وتطوير استراتيجيات للتغلب عليها.”
