المحطات الشمسية العائمة أحد الحلول لمواجهة العجز المائي .. مقال فند فيه د.صبحي فهمي منصور رئيس بحوث
معهد بحوث الأراضي والمياه أهمية هذه المحطات كأحد الحلول الهامة لمواجهة العجز المائي في الدول المختلفة.
وتعد المياه من أهم المحددات الرئيسية فهى تؤثر على نوع النشاط الاقتصادى وحجمه بل ومكانه وحيثما وجدت توجد الحياه فهى ثانى اهم متطلبات الحياه بعد الهواء وموضوع اليوم بل اكاد اجذ م انه موضوع الساعه ويجب ان يظل كذالك حتى نصل الى حل دائم يضمن حقنا وحق الاجيال القادمه فى مياه النيل لانه يعتبر بحق موضوع (بقاء او فناء امه) والمياه فى مصر مستورده لانها تاتى من خارج حدودنا.
ويجب ان نعلم ان مواردنا من نهر النيل محدوده للغايه ومحدده منذ كان تعداد مصر 20 مليون نسمه واسنمر محدودية مواردنا المائيه فى ظل استمرار الزياده السكانيه حتى وصل الى 100 مليون نسمه ولم تزداد مواردنا من نهر التيل لتر واحد مما اثر على خطط استصلاح اراضى جديده.
وبمقارنه بسيطه نجد ان نسبه السكان ذادت الى 800% فى حين لم تتعدى الزيادة فى الرقعة المنزرعة عن 70% مما يترتب عليه انخفاض نصيب الفرد من الارض من 12 قيراط سنه 1900 الى 2قيراط في 2014 هذا بالاضافة الى انخفاض نصيب الفرد من المياه من 4800 الى 585 م3 \سنه مما يعنى ان نصيب الفرد فى مصر من المياه اقل من الفقر المائي والذى حدد ب(1000م3 \سنه ) واصبحنا فى نطاق الشح المائي او المجاعه المائيه مما يهدد كل مظاهر التنمية فى مصر واليوم نعانى من عجز مائى يصل الى ما يقرب من 42 مليارم3من المياه فى ظل الظروف المعاكسه والتى يمكن ايجازها فى الاتى:
1- قيام اثيوبيا ببناء سد النهضه على النيل الازرق احد روافد نهر النيل والذى ياتى منه مايقرب من 90 % من ايراد نا المائى بالاضافه الى زيادة تصميمه فبدلا من 14 مليار ( التصميم الاساسى ) زاد الى ما يزيد عن 74 مليار م3 من المياه ( ثبت من تحليل صور الاقمار الصناعيه والتى تصل دقة تصويرها الى مسافه اقل من نصف متر فى الاول من فبراير 2016 ان اثيوبيا تستطيع تخزين 96 مليار متر مكعب ).
2- عزم اثيوبيا على بناء ثلاث سدود اخرى
3- قيام السودان ببناء سد على الشلال الرابع بمساعدة قطر وبعض دول الخليج مقابل استغلال هذه الدول عشرات الالاف من الافدنه فى الزراعه.
المحطات الشمسية العائمة .. بدأ تشييدها في عام 2014
ورغم الضبابيه التى تكسوا هذه المشكله الا ان هناك بارقة امل يمكننا النفاذ من خلالها لايجاد حل جزئى لهذه المشكله وبارقة الامل هذه تكمن فى الاستفاده من المحطات الشمسية العائمة وهي نوع جديد من النظم الشمسية يتم تشييدها فوق المسطحات المائية لتحقيق عدة فوائد غير متوفرة حال تنفيذها علي الأرض الصلبة كما هو متبع في معظم الحالات.
و قد بداء تشييد هذا النوع من النظم في عام 2014 و تميزت الصين بتطوير و تنفيذ هذا الفكر حيث قامت بتنفيذ عدة مشاريع عملاقة منها.
و هناك نمو مطرد في هذا القطاع الذي ينمو حاليا بمعدل 500% سنويا, حيث وصل اجمالي القدرات المركبة حول العالم الي 750 ميجاوات في منتصف عام 2018 بالمقارنة مع 250 ميجاوات عام 2017.
تكلفة إنشاء المحطات الشمسية العائمة
تكلفة تنفيذ هذا النظام عادية جدا بالمقارنة بالنظم الشمسية علي الأرض الصلبة, و لأ يحتاج الي اي امكانيات فنية أو تكنولوجية غير عادية. و لكن سبب عدم تطبيقه حتي اليوم في دولنا هو الخوف من التجديد و عدم وجود روح التطوير كما هو الحال في ثقفاتنا العربية.
ورغم كون هذا النظام مناسب جدا للظروف المناخية و البيئية في الدول العربية, و بطبيعة الحال سوف يتنشر هذا النظام انتشار واسع في المستقبل القريب بعد زوال الرهبة و الخوف منه.
يتم تنفيذ المحطات الشمسية العائمة بالنظم المتصلة أو المنفصلة عن الشبكة أو المحطات الهجينية, و ذلك حسب الاحتياج فلا يوجد اي عوائق فنية من استخدام أي نظام شمسي عادي متعارف عليه. كما يتم تصميم حجم المحطة الشمسية و مكوناتها بالطرق التقليدية العادبة
فوائد تشييد المحطات الشمسية العائمة
1. 1- التوفير في المساحة حيث يتم اسغلال مسطح المياه دون اهدار في الأرض, و هذا الفكر مفيد جدأ عندما تكون جهة التنفيذ لأ تمتلك ارض. مثال ذلك (وزارة الري و شركات مياه الشرب تمتلك حق استغلال المسطحات المائية في الترع و البحيرات, و لكنها لأ تمتلك اي أراضي حول هذه المسطحات)
2- تقليل البخر في المسطح المائي عند تغطية جزء منه بالألواح الشمسية. و هذه الفكرة مفيدة جدا في دولنا العربية التي تعاني من الفقر المائي, فيمكن مثلا تنقيذ المشروع علي بحيرة السد العالي و الترع و نهر النيل للحفاظ علي الموارد المائية
و قيمة البخر في مناخ مثل مصر حوالي 3 م3سنويا لكل متر مسطح من المسطحات المائيةو بحسبة بسيطة بحيرة السد العالي كمثال مسطحها حوالي 5250 كيلو متر مربع, و يبلغ معدل البخر السنوي في هذه المساحة الكبيرة حوالي 16 مليار م3مياه سنويا و هو ما يمثل 30% من حصة مصر السنوية في مياه نهر النيل, هذا بالاضافه الى ان سد أسوان في مصر الذى يفقد حاليًا ربع مدخلاته المائية السنوية نتيجة التبخر تحت شمس الصحراء.
أهمية المحطات الشمسية العائمة في مصر
واذا اضفنا الى ذلك ان طول المجارى المائيه فى مصر تصل الى 55 الف كم ( 33 الف كم ترع + 22 الف كم مصارف ) بالاضافه الى 1500 كم طول نهر النيل بفرعيه فاذا اقمنا المحطات الشمسية العائمة على نصف هذه الاطوال خاصة فى النصف الجنوبى لمصر حيث درجات الحراره المرتفعه لاستطعنا توفير ما يزيد عن 40% من حصة مصر السنوية في مياه نهر النيل و سوف يعود بفائدة عظيمة علي الموارد المائية و ذلك عكس ما تم فعليا من اقامتها في صحراء بنبان باسوان اهدارا للأرض و بعيدا عن مصارد المياه و شبكة الكهرباء القومية مما تسبب في اقامة بنية تحتية مكلفة لتوصيل الكهرباء الي المنطقة فضلا عن مشاكل الحصول علي المياه الازمة لصيانة المحطات الشمسية و غسيلها بصفة دورية علي مدار عمرها الأفتراضي هذا بالاضافه الى كمية الكهرباء الى سوف نحصل عليها من وراء بناء هذه المحطات العائمه.
وزير الري يفتتح مشروع إرشادي لاستخدام الطاقة الشمسية في الري السطحي
لقد نجح هذا النموذج فى تغطية الترع بالهند من قبل، ومنذ نحو عامين افتتح وزير الموارد المائية والرى بالفعل المشروع الإرشادى لاستخدام الطاقة الشمسية فى الرى السطحى بنطاق محافظة البحيرة، وهو يعد المشروع الأول من نوعه فى مصر الذى يتم فيه تركيب الخلايا الشمسية اللازمة لتشغيل الطلمبات فوق مجرى الترعة المغذية، كأحد الحلول للتغلب على مشكلة تركيب الخلايا فوق الأراضى الزراعية، والتى ينتج عنها هدر فى هذه الأراضى، بالإضافة لكون هذا النمط فى تركيب الخلايا الشمسية فعالا فى تقليل فواقد المياه من الترع عن طريق البخر.
باحثون مصريون يصممون نموذجا أوليا لقناة مغطاة بعوامات بلاستيكية مجهزة بألواح شمسية لخفض مستويات البخر
ومن حسن الطالع إن لدينا التكنولوجيا المحلية اللازمة لتنفيذ هذا المشروع، فقد صمم باحثون مصريون نموذجا أوليا لقناة مغطاة بعوامات بلاستيكية مجهزة بألواح شمسية بهدف خفض مستويات البخر والحفاظ على المياه، وقدرت الباحثة الرئيسية فى هذا المشروع الدكتورة شيرين البرادعى أنه فى ظل هذا النموذج، سيتم توفير 4.5 مليون متر مكعب من المياه سنوياً نتيجة لتغطية نصف قناة الشيخ زايد الرئيسية التى يبلغ طولها 50 كيلومترا فى توشكى، كما يمكن توليد ما بين 500 إلى 1000 كيلو وات من الطاقة المتجددة سنويا.
2 – تقليل تكوين الطحالب و ورد النيل في الماء نتيجة عدم تعرض المياه للهواء الطلق, و كما هو معروف يقل تكوين هذه الكائنات حال تغطية المسطح المائي و عدم تعرضها لضوء الشمس المباشر لمنع التمثيل الضوئي لهذه الكائنات.
3- زيادة كفائة الالواح في الجو الحار نتيجة تلطيف المياه لحرارة الخلايا الشمسية, و من المعلوم ان الخلايا الشمسية تزيد من انتاجيتها للكهرباء عند درجات الحرارة المنخقضة. و هناك دراسة كورية تمت بهذا الصدد اثبتت ان المحطات الشمسية العائمة تتفوق علي مثيلتها بنسبة 10% في معدلات توليد الطاقة.
4. 5- حماية المحطة من السرقات و التلفيات نتيجة وجودها في مكان يصعب الوصول اليه و لا تحتاج الي أسور و حراسات دائمة, و ذلك يؤدي الي التوفير في مصاريف اقامة المحطة و تكاليف التشغيل.
5. 6- عدم الحاجة الي غسيل الالواح من الاتربة و البحث عن مصدر مياه للقيام بهذا الغرض حيث يقوم الماء بمهمة النظافة تلقائيا. مما يخفض المصاريف التشغيلية للمشروع
7- لأ يوجد أي اختلافات جوهرية بين صيانة المحطات الشمسية الأرضية والمائية
8- في حالة الخزانات الكبيرة يُتطلب الامر توفير قارب للوصول إلى المنصة العائمة و بالنسبة للمحطات الصغيرة يتم بتثبيت عوامات من الشواطئ إلى المحطة، و المشي فوق منصات المحطة يجب ان يكون آمن جداً بالنسبة للعمال, حيث يتم تنفيذ منصة عائمة مستقرة و مصممة على أساس مبادئ الطفو و متطلبات الصيانة
6. 9- سهولة و سرعة التنفيذ حيث لأ تحتاج المحطات الشمسية العائمة الي تنفيذ اعمال تجهيز الموقع و تسويته أو تنفيذ اسوار أو صب خراسانات أو حفر و ردم مسارات لمرور الكابلات.
شروط تنفيذ المحطات الشمسية العائمة
1. 1- يجب اختار موقع المحطات الشمسية العائمة في مكان غير معرض للامواج العالية مثل البحيرات و الأنهار, فلا يمكن مثلا تنفيذه في مياه المحيطات و البحار
و عندنا في مصر مثلا يمكن تنفيذه في بحيرة السد العالي أو علي نهر النيل أو في بحيرات المياه الحلوة. و لأ يمكن تنفيذه في البحر المتوسط أو البحر الأحمر مثلأ
2. 2- لأ يمكن تركيب هذا النظام في مسطحات المياه المالحة مثل البحيرات المرة في مصر أو البحر الميت في فلسطين رغم عدم وجود الأمواج والعالية, حيث ان ضمان و مواصفات جميع الألواح الشمسية لأ تشمل تعرضها للأملاح الكثيفة ومن المعروف أن ظاهرة تأكل ضباب الملح Salt Mist Corrosion
3. يمكن أن تؤثر على عمر الألواح الشمسية المثبتة بالقرب من المناطق الساحلية. و يقدم بعض المصنعون في الوقت الحاضر شهادة خاصة تثبت أنهم قادرون على إنتاج وحدات قادرة على IEC 61701 تحمل تآكل ضباب الملح وفقًا لمعايير محددة. هذا المعيار القياسي هو رقم
و هناك بعض شركات تصنيع الألواح تقوم حالية بالدراسات الأزمة نحو تصنيع منتج مقاوم للأملاح لتنطلق بعدها تكنولوجيا المحطات الشمسية العائمة فوق البحار و المحيطات, و لكن في الوقت الحاضر بقتصر التركيب فوق مسطحات المياه الحلوة
4. 3- لأ يمكن تركيب هذا النظام في المواقع التي تتعرض للجليد و تجمد المياه خلال فصل الشتاء. و لهذا تعتبر اكبر عائق لنمو القطاع في الدول الأروبية و امريكا, اما بالنسبة للدول العربية فهذا العامل غير موجود
5. 4- يجب احكام عزل جميع مكونات المحطات الشمسية العائمة من تسرب المياه و عوامل التعرية و الصدأ بما في ذلك الألواح الشمسية و الوصلات و نظام التثبيت و الكابلات
6. 5- يتم تثبيت المحطة بواسطة سلوك واير من الأستانلس مع حساب اطوال هذه السلوك بدقة حتي لأ تخرج المحطة عن حيز محدد خلال انخفاض و ارتفاع منسوب المياه في المسطح المائي, حيث نادرا ما يوجد مسطح مائي منسوبه ثابت لأ يتغيير خلال اليوم أو فصول السنة. و يتم حساب قطاعات هذه السلوك مع الأخذ في الأعتبار السرعة القصوي للمياه و وزن المحطة الشمسية, و هذه الحسبة البسيطة يستطيع اي مهندس مدني حديث التخرج القيام بها دون مشاكل
6- يراعي توقيت تنفيذ المحطة و السلك الواير في وقت هبوط منسوب المياه في المسطح المائي لتسهيل عملية التنفيذ,
7. HDPE يتم التركيب علي بلوكات 7-
8. (وهي مصنوعة من البولي يوريثين عالي الكثاقة ) لتثبيت الألواح الشمسية, و هذه البلوكات اصبحت الأن تنتج بصورة تجارية للأستخدام في النظم العائمة في الصين و الهند و تكاليف بلوكات التثبيت وصلت الي 0.12 دولار للوات, اي حوالي 2200 جنية مصري للكيلوات و هو رقم عادي جدا و يعتبر ارخص في حالات كثيرة من النظم التقليدية التي تحتاج الي اعمال خراسانة و تجهيز الموقع لأتمام عملية التثبيت. كما يمكن تصنيع هذه الوحدات محليا دون اي مشاكل عند اي مصنع بلاستيك
8- في حال تنفيذ مشروع صغير و عدم وجود هذه الوحدات الجاهزة في بلد المشروع, يمكن بسهولة استبدال هذا النظام بنظام تثبيت بسيط من الخشب المعزول ضد الرطوبة أو بوحدات من الكاوتش العادي, مع الأخذ في الأعتبار تماسك الهيكل و وجود مرونة كافية لعمل مخدة Cushion ضد الأمواج و الرياح. فلا يمكن مثلا عمل مسطح كبير صلب و مصمت من الخشب لأ يعطي المرونة الكافية للتحركات و الأختلافات في منسوب المياه التي تحدث عند مرور الرياح و الأمواج
9- يتم تركيب الألواح علي زاوية ميل خفيفة تساعد علي تصفية مياه الأمطار و الأمواج, و لأ يتم التقييد بزوايا الميل التي يتم تنفيذها في النظم الشمسية التقليدية حيث تتسبب الزوايا الكبيرة في عدم اتزان المحطة و صعوبة تنفيذها. و من المعلوم ان الفروق بين توليد الطاقة التي تحدث نتيجة التنفيذ علي زاوية قريبة من المستوي الفقي قليلة جدا لأ تتعدي 10% خاصة كلما اقتربنا من خط الأستواء و ذلك علي عكس ما يتصور البعض ان هذه الفروق جوهرية و حاسمة.
انتشار الألواح الشمسية العائمة بما يساهم في انتشار المحطات الشمسية العائمة
يزداد انتشار الألواح الشمسية العائمة في جميع أنحاء العالم، إذ يتوقع بعض الخبراء أن تصبح قريبًا الركيزة الثالثة للطاقة الشمسية، بعد الانتشار على الأسطح والأرض وإن أكثر من 35 دولة تملك -حاليًا- ما يُقدّر بنحو 350 شبكة عائمة، على الرغم من أن معظمها حتى الآن صغيرة، وبلغت سعتها الإجمالية في أواخر العام الماضي 2.6 جيجاواط فقط.
المحطات الشمسية العائمة .. وإشادة البنك الدولي
أشار تقرير صادر عن البنك الدولي إلى أن الألواح الشمسية العائمة تفتح “آفاقًا جديدة لتوسيع نطاق الطاقة الشمسية على مستوى العالم، لا سيما في البلدان التي تعاني قيودًا على الأراضي
وتوجد أكبر مجموعة تعمل حاليًا بالألواح الشمسية العائمة في العالم في مناجم الفحم السابقة التي غمرتها الفيضانات في آنهوي شرق الصين، بسعة 150 ميجاواط.
الأثر البيئي لـ المحطات الشمسية العائمة
لا توجد دراسات حول الأثر البيئي أو تحليلات تفصيلية أخرى -حاليًا- حول التأثيرات المحتملة للألواح الشمسية العائمة على الحياة البرية أو البيئة الأوسع.
الجدوى الاقتصادية لـلـ المحطات الشمسية العائمة
تشير إحصاءات المختبر إلى أن هناك 379 ألفًا و68 خزّانًا للطاقة الكهرومائية في جميع أنحاء العالم صالحة لإنشاء محطّات شمسية عائمة ويرى أنصار اقتران الطاقة الشمسية بالطاقة الكهرومائية، الأمر منطقيًّا لأسباب قويّة، أبرزها أن نظام الطاقة الهجين يجعل تكاليف النقل أقلّ عن طريق ربط مصدري طاقة موسميّين بمحطّة فرعية مشتركة، ومن ثمّ تحقيق التوازن في إنتاج الطاقة من كليهما.
وفي هذا السياق: “تكون أكبر قدرة على توليد الطاقة الشمسية خلال المواسم الجافّة، بينما تمثّل المواسم الممطرة للطاقة الكهرومائية أفضل فرصة للإنتاج، هذا يعني أن مشغّلي النظام الهجين يمكنهم استخدام الطاقة الكهرومائية لتخزين الطاقة الشمسية الزائدة
أمثله لـ المحطات الشمسية العائمة
بنيت إحدى أكبر المحطات الشمسية العائمة في بريطانيا على بحيرة صناعية تدعى “بحيرة الملكة اليزابيت الثانية” وتضم المحطة حوالي 23046 من ألواح الطاقة الشمسية التي تشغل مساحة 57500 متر مربع، ،وبتكلفة قدرها حوالي 6 مليون جنيه استرليني وقد تم بناء المحطة خلال 3 أشهر وهي تولد ما يكفي من الطاقة الكهربائية لتزويد ما يقارب 1800 منزل، حيث أن قوة الإنتاج في أوقات الذروة تصل لحوالي 6.3 ميجاوات.
وتغطي هذه الألواح حوالي 10% من البحيرة الصناعية ولم يتم تسجيل أي تأثير بيئي سلبي ذي شأن على هذه البحيرة.
كما استطاع اليابانيين بناء محطة جديدة عائمة في 2018 بضعف حجم المحطة الموجودة في بريطانيا
هناك العديد من المسطحات المائية العذبة في العالم ، والتي تطفو على سطحها محطات الطاقة الشمسية العائمة لكن القليل جدًا منها ما يسمى (المزارع الشمسية) التى تطفو على سطح البحار والمحيطات لقد انتهزة سنغافوره وماليزيا الفرصة وقاموا ببناء أكبر محطة طاقة شمسية عائمة في العالم في مضيق جوهور بين سنغافورة وماليزيا قدرة مزرعة الطاقة الشمسية البحرية صغيرة نسبيًا – 5 ميجاوات فقط. تولد ما يصل إلى 6 ملايين كيلوواط ساعة من الكهرباء سنويًا.( لكن الشيء الرئيسي هو أن محطة الطاقة لا تشغل مساحة أرضية مهمه).
مقال
المحطات الشمسية العائمة احد الحلول لمواجهة العجز المائى
ا.د/صبحي فهمي منصور
رئيس بحوث معهد بحوث الأراضي والمياه
المصدر
عدد أكتوبر 2021 من الصحيفة الزراعية ا لصادرة عن إدارة الثقافة الزراعية بقطاع الإرشاد الزراعي بوزارة الزراعة
اقرأ أيضا
الزراعة المائية.. الحل السحري للتغلب على مشاكل التربة ومحدودية الموارد
دودة الحشد الخريفية.. الأطوار العمرية وطرق المكافحة السليمة
د. نجلاء بلابل تكشف دور مشروع العفن البني في زيادة صادرات البطاطس
نصائح هامة قبل البدء في مشروع تصنيع اللبن
لايفوتك
طرق مكافحة أهم أمراض المحاصيل الاستراتيجية والتصديرية ” الطماطم والفاصوليا “
