الإشعاعات الشمسية مصدر مستدام لإنتاج طاقة كهربائية نظيفة

متوسط طاقة أشعة الشمس الساقطة على أراضي المملكة 2200 ك.و.س

يشهد العالم اهتماماً كبيراً بالطاقة المتجددة، وتوظيفاً لمستجدات العلم في تعظيم الاستفادة من المصادر الطبيعية المجانية وغير الناضبة في خدمة الإنسان، خاصة أنها طاقة نظيفة تحافظ على البيئة ولا تسبب أي آثار سلبية عليها، وتساعد في تقليل الانبعاثات الناتجة عن مصادر الطاقة الأحفورية، وتوفر الثروة النفطية وتطيل الاستفادة منها إلى أقصى حد ممكن، حيث نمت سعة الطاقة المتجددة عالمياً.
ودخلت الطاقة البديلة لاعباً رئيسياً، وطرفاً مؤثراً في حسابات منتجي الطاقة والقوى الصناعية الكبرى على الصعيد العالمي، ولأن المملكة العربية السعودية تمتلك من مقومات الطاقة البديلة الطبيعية ما يؤهلها لتكون أحد أهم منتجيها والمستفيدين بها على صعيد العالم، فضلاً عن الفوائد الصحية والبيئية الجمة التي تعود على المجتمع من وراء الاعتماد على هذا النوع من الطاقة، كان لا بد من العبور إلى عالم الطاقة البديلة، واللحاق بركب دول العالم التي نجحت في الاستفادة منها.
خيار أساسي
الطاقة البديلة خيار أساسي
أصبح الاعتماد على الطاقة البديلة خياراً أساسياً للمملكة العربية السعودية، فالنفط مهما طال الزمان معرَّض للنضوب، في حين أن المملكة تمتلك مصدراً للطاقة متجدداً، لا ينضب، وهو الطاقة الشمسية، حيث تقع المملكة العربية السعودية من شمالها لجنوبها في منطقة جغرافية غنية بالطاقة الشمسية، وتقع بالكامل ضمن منطقة تُسمى بالحزام الشمسي، وهي من أغنى المناطق في العالم بالإشعاعات الشمسية التي يمكن تسخيرها كمصدر مستدام لإنتاج الطاقة الكهربائية النظيفة.
ومن المزايا العظيمة للطاقة الشمسية أنه لا ينشأ عنها غاز ثاني أكسيد الكربون، أو الغازات الضارة الأخرى التي تنتج عند توليد الكهرباء، وكذلك لا تساعد في زيادة الاحتباس الحراري على سطح الكرة الأرضية كما يحدث عند احتراق الوقود الأحفوري في محطات التوليد، خصوصاً القديمة منها، كما أنها لا تؤثر سلباً في البشرية مثلما ينتج من نفايات نووية عند استخدام محطات الطاقة النووية لتوليد الكهرباء.
كما أن اتساع الرقعة العمرانية والتجارية والنمو السكاني في المملكة العربية السعودية يؤدي إلى ارتفاع الأحمال الكهربائية، التي تتطلب قدرة توليد مناسبة وكافية لتغطية هذه الأحمال. ومن المعروف جيداً أن توليد الكهرباء باستخدام الوقود الأحفوري هو واحد من أهم الأسباب الرئيسية لتلوث البيئة وتأثيرها في صحة الإنسان، وبالتالي فإن رفع قدرة التوليد باستخدام الوقود الأحفوري، وزيادة الاعتماد عليه سيكون له أثر سلبي في البيئة والصحة.
وعليه كان من الضروري إيجاد وسيلة بديلة لدعم التوليد التقليدي المتاح حالياً في المملكة للمحافظة على البيئة وصحة الإنسان وتوافر الطاقة الكهربائية اللازمة لنمو وازدهار الوطن.
موقع جغرافي استراتيجي
تتمتع المملكة العربية السعودية بموقع جغرافي استراتيجي، حيث تقع ضمن ما يسمى بالحزام الشمسي، ويقدَّر متوسط طاقة أشعة الشمس الساقطة على أراضي المملكة بنحو 2200 ك.و.س/م2 «ك.و.س. كيلو واط ساعة» إذ يبلغ متوسط مدة وفرة الإشعاع الشمسي على المملكة بمقدار 8.89 ساعة/يوم.
وتمتد حدود المملكة لتشمل نطاقات واسعة من الأراضي الصحراوية الخالية من العمران والسكان، وتتميز غالباً بسماء صافية على مدار السنة، ما يجعلها من أكبر منتجي الطاقة الشمسية باستخدام الخلايا الكهروضوئية.
وتُعد المنطقة الجنوب غربية والمنطقة الوسطى، من أغنى المناطق في المملكة بالإشعاع الشمسي والخالية من الكثبان الرملية والرمال المتحركة الموجودة في صحارى النفود والدهناء والربع الخالي التي لا تصلح لإنشاء محطات الطاقة الشمسية.
ويُعد الموقع الجغرافي والعوامل الجوية من الأمور المهمة التي يجب أخذها بعين الاعتبار عند تصميم المحطات الشمسية. ومن أبرز المشكلات التي تواجه الباحثين في مجالات الطاقة الشمسية هي وجود الغبار وتأثيره في كفاءة الخلايا الكهروضوئية، التي تتطلب التنظيف بشكل مستمر.
الطاقة المتجددة تحدٍّ لا فرصة
ويرى خبراء أن الطاقة المتجددة بالنسبة للمملكة تحدٍ وليس فرصة، فالمملكة أكثر المستفيدين من النفط وإنتاجه في العالم، فهي تمتلك أكبر مخزون، وهي الأكبر في إنتاج النفط، وتعتمد بشكل رئيسي في الناتج المحلي على النفط ومشتقاته، فنشاطها في مجال الطاقة المتجددة قد يأتي بأثر سلبي عليها مستقبلاً، بسبب أنه قد يؤدي إلى قلة الطلب على النفط. والحقيقة أن هناك أمراً مهماً يعلمه الجميع وهو أن النفط اليوم أصبح يدخل في جميع تفاصيل حياتنا، بشكل أصبحت فيه أكثر المنتجات تعتمد بشكل رئيسي على النفط.
ولذلك أصبح النفط اليوم ليس مصدراً للطاقة فقط، بل لكثير من المنتجات، حيث أصبح سبباً في انخفاض كبير الأسعار، وتخفيف الضغط على الموارد الطبيعية التي أصبحت تقل وترتفع أسعارها. يضاف إلى ذلك توجه عالمي في البحث عن موارد أخرى للطاقة، والتي حقق العالم فيها تقدماً، خصوصاً في مجال الطاقة الشمسية، ولذلك ولتستمر المملكة في المحافظة على مركزها الريادي في مجال الطاقة، من المهم أن يكون هناك عمل على الابتكار في مجال الطاقة المتجددة، فالنفط مورد قابل للنضوب وحتى لو افترضنا أن ذلك سيكون بعد أمد بعيد فإن من مسؤولياتنا أن نساير ما يحدث في العالم من تطورات، وأن نهيئ حياة أفضل للأجيال المقبلة.
ربط وحدات الطاقة الشمسية
يقول أستاذ الطاقة الشمسية المساعد في قسم الهندسة الكهربائية بجامعة أم القرى الدكتور رائد بن عبدالرحمن شالواله إن ربط وحدات الطاقة الشمسية بشبكات توزيع الكهرباء ربطا مباشرة مع الاستغناء عن البطاريات كوحدات لتخزين الطاقة الزائدة عن الاستهلاك واعتبار الشبكة كوحدة تخزين كبرى كفيل على استيعاب أي فائض من هذه الوحدات وبالتالي توفير 40٪ من قيمة النظام.
وأضاف إنه في ظل النمو السريع والطلب المتزايد على مصادر الطاقة مع ضرورة الحفاظ على طبيعة الأرض ومكافحة مشكلة الاحتباس الحراري يتصدر لنا الحل النظيف والمتجدد لتوليد طاقة (خضراء) صديقة للبيئة ومستدامة باستدامة تعاقب الليل والنهار انها الطاقة الشمسية أحد أهم أنواع الطاقة البديلة التي ليس لها أي انبعاثات وبالتالي لا تسبب اي ضرر على البيئة.
وأشار الى انه في ظل البحث عن أفضل الطرق والأساليب للاستفادة من هذا النوع من الطاقة بأقل التكاليف يتصدر لنا حل ربط وحدات الطاقة الشمسية بشبكات توزيع الكهرباء الذي يوفر الكثير من الطاقة المهدرة.
وأوضح "شالوله" ان هذا النوع من الربط بدأ استخدامه فعليا في أكثر من دولة كألمانيا وبريطانيا وأستراليا وغيرها من الدول تحت ما يسمى بالشبكات الذكية (Smart Grid)، والتي تعتمد بشكل رئيس على شبكات اتصالات فائقة السرعة تسير جنبا إلى جنب مع شبكات الكهرباء.
ولفت إلى أنه يعقد لهذا النوع من الشبكات مئات المؤتمرات واللقاءات حول العالم، لبحث سبل وطرق تطبيقها على ارض الواقع، وذلك لتخفيض الاستهلاك المتزايد على الكهرباء وضمان استمرارية التوليد بأحدث وأسهل التقنيات، إلا أن البنى التحتية في دول الحزام الشمسي وتحديدا دول الشرق الأوسط والشمال الإفريقي، غير متاحة حتى الآن فيما يخص شبكات الاتصال فائقة السرعة لجميع المناطق السكنية.
تقنية جديدة لتجميع الطاقة
ويتواصل السعي العالمي لإنتاج الطاقة المتجددة بمختلف أشكالها، حيث تمكن عالم إنجليزي في اكتشاف حديث، من إثبات إمكانية الحصول على طاقة حرة أو طاقة مجانية «free energy» من الهواء.
وقال صاحب الاكتشاف، وزير العلوم السابق اللورد بول درايسون، في مؤسسة رويال في لندن نقلا عن شبكة بي بي سي العربية، إن التقنية التي تسمى «فري فولت» Freevolt يمكنها أن تكون مصدر قوة لما يعرف باسم "إنترنت الأشياء"، مما يسمح للأجهزة ذات استهلاك الطاقة المنخفض مثل تلك التي يمكن للشخص ارتداءها وأجهزة الاستشعار أن تعمل من دون الحاجة لتوصيلها بالكهرباء.
وتنطوي تلك التكنولوجيا على جمع طاقة من ترددات الراديو ومن الشبكات اللاسلكية وشبكات البث الحالية، ومن شبكات الجيل الرابع 4G إلى التلفزيون الرقمي.
ويقول اللورد درايسون: "إنها لا تتطلب أي بنية تحتية إضافية، ولا تتطلب منا تحويل أية طاقة إضافية، إنها تعيد تدوير الطاقة التي لا تستخدم في الوقت الراهن".
وكانت تلك التكنولوجيا قد قدمت في قاعة محاضرات بالمعهد الملكي، وهي نفس القاعة التي عمل فيها مايكل فاراداي على الكهرومغناطيسية في القرن التاسع عشر.
اللورد درايسون عرض أول منتج لاستخدام نظام الطاقة «Image caption»، وهو جهاز شخصي لمراقبة تلوث الهواء أطلق عليه كلين سباس «CleanSpace».
وأظهر درايسون أولا كيف كانت هناك بالغرفة الكثير من طاقة تردد الراديو، وبعد ذلك استخدم نظامه الجديد، فري فولت، في تشغيل مكبر للصوت.
كما أظهر أيضا أول منتج لاستخدام نظام الطاقة، وهو جهاز شخصي لمراقبة تلوث الهواء أطلق عليه «كلين سباس» CleanSpace، وهو مصنوع وفقا لتكنولوجيا درايسون كجزء من حملة لتحسين نوعية الهواء في المدن ومنح الأفراد بعض الأفكار عن مدى التلوث الموجود. ويعاد شحن بطارية الجهاز باستمرار من خلال جامع الطاقة فري فولت.
ويمكن الآن استخدام التكنولوجيا، التي تم تسجيل براءة اختراعها، من جانب منظمات مثل محلات السوبر ماركت التي تستعد للمرحلة القادمة من شبكة الإنترنت، حيث توفر مليارات أجهزة الاستشعار الصغيرة والرخيصة على الانترنت بيانات عن عملياتها.
لكن دين بوبلي، محلل تكنولوجيا المحمول ومؤسس دسرابتف أنالسيس، يتوخى الحذر بشأن آفاق تكنولوجيا فري فولت.
وقال عقب مشاهدة العرض إن فكرة أجهزة استشعار جودة الهواء ورصد مصادر الزحام "رائعة". لكنه يقول "إنها لا تحتاج فري فولت ويمكن تحقيق نفس الشيء مع بطارية ومحول طاقة منخفض".
ويقول إن هناك أيضا أسئلة تحتاج لإجابة عن التأثير المحتمل على شبكات المحمول، التي ستجمعها التكنولوجيا الجديدة، مشيرا إلى أنه قد يكون هناك حاجة للطاقة "الحرة " من أجل إجراء الاتصال.
وحاول آخرون من قبل نفس الفكرة، ولكن عملوا بجد لإنتاج الطاقة بكفاءة كافية لجعل هذه التكنولوجيا مجدية تجاريا. الآن هذه الشركة البريطانية تعتقد أنها وجدت الحل. إذا كان ذلك صحيحا، فإن فري فولت يمكن أن تتحول إلى تجارة مربحة جدا.
إنتاج الطاقة الشمسية مستقبل مهم لتوليد طاقة نظيفة
صفائح لتوليد الطاقة الشمسية
المناطق الصحراوية مهيأة للاستفادة من طاقتها الشمسية