للحصول على طاقة مستدامة وثابتة على سطح الأرض، قد تكمن الخطوة الأكثر منطقية في مغادرة هذا السطح تمامًا، وهو ما يتجسد اليوم في سماء مقاطعة سيتشوان الصينية، حيث تتخلى تكنولوجيا الطاقة المتجددة عن الأبراج الفولاذية العملاقة المغروسة في اليابسة أو قاع البحر، لصالح هيكل طائر مليء بغاز الهيليوم، يقتنص الرياح من مسافات شاهقة ليرسل الكهرباء عبر كابل يربطه بالأرض.
فقد نجحت شركة «بكين ليني يونتشوان لتكنولوجيا الطاقة» في اختبار نظام طاقة الرياح المحمول جوًا (AWES)، الذي يحمل اسم (S2000)، وهو أول توربين رياح طائر من فئة الميجاوات في العالم، مصمم على شكل منطاد ضخم يضم 12 توربين رياح، ومجهز للتحليق فوق المدن والمجتمعات الداخلية لتوليد الطاقة.
هيكل طائر ونتائج غير مسبوقة في رحلته التجريبية، صعد المنطاد، الذي يبلغ طوله 197 قدمًا (60 مترًا) وارتفاعه وعرضه 131 قدمًا (40 مترًا لكل منهما)، إلى ارتفاع بلغ 6560 قدمًا (2000 متر) فوق سيتشوان. في تلك النقطة، حيث سرعات الرياح أكثر استقرارًا، دارت التوربينات لتولد 385 كيلووات/ساعة من الكهرباء، التي نُقلت مباشرة إلى الشبكة الأرضية عبر كابل الربط.
وفقًا لبيانات الاستخدام الصادرة عن إدارة معلومات الطاقة الأمريكية (EIA)، فإن هذه الكمية من الكهرباء تكفي لتشغيل أسرة أمريكية متوسطة لمدة تقارب 13.3 يومًا. وبشكل عام، تبلغ القدرة الإجمالية المقدرة لنظام (S2000) حوالي 3 ميجاوات، وفق ما نقلته صحيفة «جلوبال تايمز».
هندسة ثلاثية الأبعاد للطاقة يسير خط الابتكار التكنولوجي هذا بالتوازي مع خط الاحتياجات الجغرافية الملحة،حيث يرى المطورون في هذه التكنولوجيا حلولًا لاستخدامات متعددة، وقد نقلت منصة «تايد نيوز» -التابعة لمجموعة «تشجيانج ديلي برس» المملوكة للدولة- عن وينج هانكي، المدير التكنولوجي في شركة ليني يونتشوان، قوله، إن «أحدها هو للإعدادات خارج الشبكة مثل البؤر الاستيطانية الحدودية، حيث يمكن أن يكون بمثابة مصدر طاقة تقليدي مستقر نسبيًا».
ويضيف هانكي: «والآخر هو استكمال أنظمة طاقة الرياح الأرضية التقليدية، وخلق نهج ثلاثي الأبعاد لإمدادات الطاقة». وإذا ما تم تطبيق هذا النهج على نطاق واسع، فإنه يحمل إمكانات تحويلية هائلة لدول تعاني من ضيق المساحات المخصصة لتوليد طاقة الرياح البرية، كما هو الحال في معظم دول أوروبا القارية، أو تلك التي تفتقر إلى قيعان البحار الضحلة الضرورية لتوليد طاقة الرياح البحرية، مثل اليابان.
لماذا نرتفع عاليًا؟ تستند فكرة التوربين الطائر إلى حقيقة علمية بحتة، فالتوربينات تولد طاقة أكبر كلما زادت «كثافة طاقة الرياح» -وهي مقياس لطاقة الرياح التي يمكن تسخيرها عند ارتفاع معين. تاريخيًا، لجأ المطورون إلى المياه المفتوحة لالتقاط رياح أسرع وأكثر اتساقًا، مما أدى إلى بناء هياكل بحرية هائلة الحجم.
على سبيل المثال، يبلغ ارتفاع محور التوربين البحري (DEW-26 MW-310) التابع لشركة تصنيع المعدات الصينية «دونغ فانغ إلكتريك» نحو 606.9 قدم (185 مترًا). وبالمثل، يمكن أن تكون التوربينات العائمة ضخمة، حيث يصل ارتفاع برج التوربين العائم الذي كشفت عنه «مجموعة هوانينج الصينية» مؤخرًا إلى 489 قدمًا (152 مترًا).
في المقابل، يبلغ متوسط سرعة الرياح البحرية المناسبة لمزارع الرياح على ارتفاع 295 قدمًا (90 مترًا) داخل المياه الأمريكية حوالي 7 أمتار في الثانية، استنادًا إلى مستعرض البيانات الوطني «مارين كاداستر» التابع لمكتب إدارة طاقة المحيطات والإدارة الوطنية للمحيطات والغلاف الجوي (NOAA). ومع ذلك، تشير المادة المصدرية بوضوح إلى صعوبة تحديد السرعة الدقيقة للرياح عند ارتفاعات مختلفة بشكل قاطع، نظرًا لتغيرها المستمر باختلاف الموقع والطقس.
رغم ذلك، تشير تقديرات مجموعة الفضاء (Omnidea) إلى أن كثافة طاقة الرياح تتضاعف بحوالي ست مرات على ارتفاعات تتراوح بين 328 و8200 قدم (100 إلى 2500 متر)، مع متوسط سرعة رياح يبلغ 33.5 ميلًا في الساعة (15 مترًا في الثانية) عند ارتفاع 8200 قدم. هذه الأرقام تبرز بوضوح حجم الكفاءة الكامنة التي يمكن إطلاقها عبر استغلال الرياح على ارتفاعات شاهقة باستخدام توربينات مقيدة مثل (S2000).
عقبات الطيران وتحديات الصيانة
تتقاطع هذه الآفاق المبشرة مع تحديات تشغيلية ولوجستية صارمة. تتطلب موثوقية الكابل المربوط بالمنطاد -لضمان توصيل طاقة مستقرة للشبكة- مزيدًا من الاختبارات. ويمثل هذا الكابل، الذي يمتد بطول 1.25 ميل (2000 متر)، عقبة جوية خطيرة أمام الطائرات في جميع المناطق باستثناء المجتمعات الريفية النائية جدًا.
ويتضح حجم هذا القلق الأمني من خلال القوانين المنظمة لجهات أخرى، ففي المملكة المتحدة، تشترط هيئة الطيران المدني (CAA) على الراغبين في إطلاق بالونات مقيدة فوق ارتفاع 200 قدم (60 مترًا) التقدم بطلب للحصول على إذن خاص، لتجنب تشكيل خطر على الطائرات التي تشارك البالون في المجال الجوي.
بالإضافة إلى مخاوف السلامة الجوية، يواجه نظام (S2000) حتمية الخضوع لاختبارات صارمة لضمان جدواه في العمليات التجارية الموثوقة. فبينما تتطلب توربينات الرياح القياسية صيانة دورية، قد يثبت أن صيانة هذه المركبة الطائرة أكثر صعوبة وتكلفة، حيث سيتحتم إعادتها إلى الأرض في كل مرة يتطلب الأمر إجراء أي إصلاحات.
تقف تكنولوجيا توربينات الرياح المحلقة اليوم عند نقطة تقاطع حاسمة، حيث تتواجه القدرات الهائلة للرياح المرتفعة مع القيود المادية المتمثلة في الكابلات الرابطة وأمن المجال الجوي، في محاولة لإعادة رسم خارطة إنتاج الطاقة بمعزل عن مساحات الأرض المحدودة.
هذا المحتوى مقدم من العلم
