المصدر: nature
الفكرة الأساسية
تمثل الخلايا الكهروضوئية العائمة (FPV)* أو المزارع الشمسية العائمة بديلاً واعداً للطاقة الكهرومائية* التقليدية لتوليد الطاقة المتجددة في أفريقيا. يوضح البحث الذي أجرته Politecnico di Milano أن أنظمة FPV يمكن أن تقلل من اعتماد أفريقيا على الطاقة الكهرومائية*، مما يوفر حلاً للطاقة أكثر موثوقية وفعالية من حيث التكلفة وصديق للبيئة، خاصة في المناطق ذات الأراضي المحدودة المتاحة. تسلط الدراسة الضوء على إمكانات FPV لتلبية الطلب المتزايد على الطاقة في أفريقيا مع تخفيف المخاطر البيئية والاجتماعية المرتبطة بالسدود الكهرومائية* الكبيرة.
تفاصيل القصة
تمثل الخلايا الكهروضوئية العائمة (FPV)*، والمعروفة أيضًا باسم مزارع الطاقة الشمسية العائمة، نهجًا مبتكرًا لتوليد الطاقة المتجددة. يتم تركيب هذه الأنظمة على سطح المسطحات المائية مثل البحار والبحيرات والخزانات. على الرغم من المناقشات المستمرة حول تأثيرها البيئي، توفر أنظمة مزارع الطاقة الشمسية العائمة إمكانات كبيرة، خاصة في المناطق الدافئة حيث تكون الأراضي نادرة أو باهظة الثمن.
أجرى الباحثون في Politecnico di Milano دراسة رائدة حول إمكانات أنظمة الخلايا الكهروضوئية العائمة* لتلبية احتياجات أفريقيا المستقبلية من الطاقة. يسلط بحثهم المنشور في مجلة Nature Energy الضوء على كيف يمكن لمزارع الطاقة الشمسية العائمة أن تقلل من اعتماد أفريقيا على الطاقة الكهرومائية*، مما يوفر إمدادات طاقة أكثر موثوقية واستدامة.
وأوضح وايت أرنولد، المؤلف المشارك للدراسة، دوافعهم: "لقد استلهمت ورقتنا البحثية من الاهتمام المتزايد والإمكانات التي تتمتع بها الخلايا الكهروضوئية العائمة* باعتبارها تكنولوجيا ناشئة للطاقة المتجددة، والدفع المستمر لتطوير الطاقة الكهرومائية* في الاقتصادات النامية، وخاصة في أفريقيا. "
على الرغم من المخاطر البيئية والاجتماعية المعروفة المرتبطة بالسدود الكهرومائية* الكبيرة، تخطط العديد من الدول الأفريقية لتوسيع الطاقة الكهرومائية* لتلبية الطلب المتزايد على الطاقة. يهدف أرنولد وزملاؤه إلى تحديد ما إذا كان FPV يمكن أن يكون بمثابة بديل قابل للتطبيق أو مكمل لمشاريع الطاقة الكهرومائية* هذه.
وكان للدراسة هدفين رئيسيين. أولاً، كان الهدف هو تقدير إمكانات الخلايا الكهروضوئية العائمة* كمصدر للكهرباء في المستقبل في إفريقيا مقارنة باستثمارات الطاقة الكهرومائية* المخطط لها. ثانيًا، سعى إلى دراسة المفاضلات وأوجه التآزر بين الخلايا الكهروضوئية العائمة* والطاقة الكهرومائية* على مستوى النظام، مع التركيز على حوض نهر زامبيزي.
كما أوضح أرنولد منهجهم بالتفصيل: "لقد استخدمنا نهجًا متعدد النطاق للنمذجة، مع الأخذ بالاعتبار القدرة التنافسية لتكلفة الخلايا الكهروضوئية العائمة* ضمن مزيج الطاقة المستقبلي في أفريقيا باستخدام نموذج توسيع القدرات (OSeMOSYS-TEMBA)* الذي يغطي القارة بأكملها." ويعتبر هذا النموذج حاسما لفهم النمو المتوقع للطلب على الكهرباء في أفريقيا والتحول نحو حصة أكبر من مصادر الطاقة المتجددة.
ولتقييم المفاضلات بين الخلايا الكهروضوئية العائمة* والطاقة الكهرومائية*، أجرى الباحثون تحليلات مفصلة لمجرى نهر زامبيزي، وهو حوض نهر تتقاسمه العديد من البلدان الأفريقية. وقاموا بفحص عمليات الخزان وإنشاء نماذج لنظام الكهرباء المحلي لتقييم إمكانات كل من مصادر الطاقة وتفاعلاتها مع استخدامات المياه الأخرى، مثل الري والتدفقات البيئية.
إحدى النتائج البارزة التي توصلت إليها الدراسة هي التقييم الكمي والتقني والاقتصادي لإمكانات الخلايا الكهروضوئية العائمة* لتلبية احتياجات أفريقيا المستقبلية من الكهرباء. في بعض الحالات، يمكن أن يضاهي الخلايا الكهروضوئية العائمة* إنتاج سدود الطاقة الكهرومائية* المخطط لها أو حتى يتجاوزها. وهذا يتحدى التركيز الحالي على توسيع الطاقة الكهرومائية* ويشير إلى أن الخلايا الكهروضوئية العائمة* يمكن أن يكون بديلاً أكثر قابلية للتطبيق مع تأثيرات بيئية واجتماعية أقل.
يشير التحليل إلى أن الاستثمار في الخلايا الكهروضوئية العائمة* على الخزانات الحالية على طول مجرى زامبيزي المائي، مع تقليل عدد السدود الجديدة، يمكن أن يكون استخدامًا أفضل في استثمار الموارد. تم العثور على أنظمة الخلايا الكهروضوئية العائمة* لتكون أكثر فعالية من حيث التكلفة ومرونة للتغيرات البيئية والهيدرولوجية طويلة المدى مقارنة بالسدود.
وأشار أرنولد إلى أن "الخلايا الكهروضوئية العائمة* يمكن أن يساعد 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".
إن الآثار المترتبة على الدراسة مهمة بالنسبة لصانعي السياسات في الاقتصادات النامية. وهو يقدم تقييماً شاملاً لإمكانيات الخلايا الكهروضوئية العائمة* ويسلط الضوء على مزاياه مقارنة بالطاقة الكهرومائية* التقليدية، بما في ذلك تقليل المخاطر البيئية والاجتماعية، وزيادة القدرة على التكيف مع التقلبات الهيدرولوجية، والاستخدام الأكثر كفاءة للاستثمارات.
وبالنظر إلى المستقبل، يخطط الباحثون لاستكشاف الآثار البيئية لاعتماد الخلايا الكهروضوئية العائمة* على نطاق واسع في أحواض الأنهار، بما في ذلك الآثار على نوعية المياه والنظم البيئية. كما أنها تهدف أيضًا إلى التعامل مع أصحاب المصلحة وصانعي السياسات لفهم ومعالجة العوائق الاجتماعية والمؤسسية التي تحول دون اعتماد الخلايا الكهروضوئية العائمة*.
وقال أرنولد: "في دراساتنا القادمة، نخطط لاستكشاف الآثار البيئية المترتبة على اعتماد الخلايا الكهروضوئية العائمة* على نطاق واسع في أحواض الأنهار". "نحن نعتزم أيضًا مواصلة المشاركة مع أصحاب المصلحة وصانعي السياسات من خلال العمليات التشاركية لفهم العوائق الاجتماعية والمؤسسية التي تحول دون اعتماد الخلايا الكهروضوئية العائمة* بشكل أفضل وتطوير استراتيجيات للتغلب عليها."
يقدم البحث الذي أجرته Politecnico di Milano نظرة واعدة لاعتماد أنظمة الخلايا الكهروضوئية العائمة* في أفريقيا. ومن الممكن أن تلعب مزارع الطاقة الشمسية العائمة* دورا حاسما في تنويع مصادر الطاقة في القارة، والحد من الاعتماد على الطاقة الكهرومائية*، وتخفيف المخاطر المرتبطة بها. مع استمرار أفريقيا في تطوير بنيتها التحتية للطاقة، تقدم أنظمة الخلايا الكهروضوئية العائمة* حلاً مستدامًا وقد يكون تحويليًا لاحتياجات القارة المستقبلية من الطاقة.
المصطلحات الأساسية
