طاقة الرياح تنطلق من جديد. هذه المرة بالمعنى الحرفي للكلمة.
وفي الصين، أنشأ مشروع بحث وتطوير متعدد المعاهد سلسلة من النماذج الأولية للتوربينات العائمة واسعة النطاق. يمكن للمناطيدات المملوءة بالهيليوم، والتي ترسل الكهرباء إلى الأرض عبر كابل حبل، أن تطفو على ارتفاع آلاف الأقدام في الهواء، وقد تم اقتراحها كبديل محمول منخفض التأثير لتوربينات الرياح التقليدية.
تقود هذه المبادرة جامعة تسينغهوا في بكين، بالتعاون مع شركة بكين SAWES لتكنولوجيا الطاقة المحدودة، والتي تسمى أنظمة طاقة الرياح المحمولة جواً في الستراتوسفير (SAWES)، وهو أول نموذج أولي ظهر لأول مرة في أكتوبر 2024، ومنذ ذلك الحين، زادت النماذج من حيث الحجم والارتفاع. أحدث طراز، SAWES Type S2000، هو أول نظام لتوليد طاقة الرياح المحمولة جواً من فئة ميجاوات، كما تدعي الشركة، والتي تحمل أيضًا اسم شركة SAWES.
أكمل S2000 اختبارًا في يناير في مدينة ييبين بمقاطعة سيتشوان، وهو يطفو على ارتفاع 2000 متر (6600 قدم) وتم توصيله بنجاح بشبكة الطاقة في سابقة من نوعها للشركة. أثناء الاختبار، ولّد التوربين 385 كيلوواط/ساعة من الكهرباء، وهو ما يكفي لتزويد منزل أمريكي متوسط بالطاقة لمدة 13 يومًا تقريبًا.
وقالت شركة SAWES إن طول S2000 يبلغ 60 مترًا (197 قدمًا) وارتفاعه وعرضه 40 مترًا (131 قدمًا)، ويضم 12 توربينًا بقدرة طاقة إجمالية تبلغ 3 ميجاوات. وبالمقارنة، فإن أقوى توربينات الرياح في العالم، التي تصنعها شركة Dongfang Electric Corporation الصينية، يبلغ ارتفاعها 340 مترًا (1115 قدمًا) وفقًا للتقارير، وتتمتع بقدرة 26 ميجاوات.
وقال جيانشياو وانغ، الأستاذ المساعد في مجال البيانات الضخمة بجامعة بكين، والذي شارك في المشروع، إن SAWES تتمتع بمزايا بيئية متعددة مقارنة بالتوربينات التقليدية.
وقال: “نحن نستخدم مواد أقل بنسبة تصل إلى 90% من توربينات الرياح التقليدية، ولا نحتاج إلى أسس خرسانية ضخمة، أو برج فولاذي (أو) نعطل النظام البيئي للتربة”.
“له تأثير بصري وصوتي صغير جدًا … فهو صامت بشكل أساسي عند مستوى الأرض ويخلق عائقًا بصريًا أصغر بكثير في الأفق.”
وقال البروفيسور وانغ أيضًا إن توربينات الهواء كان من الأسهل على الطيور تجنبها مقارنة بمزارع الرياح التقليدية. (تقدّر الدراسات أن توربينات الرياح تقتل ما بين 140 ألف إلى 679 ألف طائر سنوياً في الولايات المتحدة ــ وهو عدد ملحوظ، وإن كان أقل كثيراً من العدد الذي تقتله خطوط الكهرباء، والذي يقدر بعشرات الملايين، وأقل كثيراً كثيراً من العدد الذي تقتله القطط، والذي قد يصل إلى 4 مليارات طائر، وفقاً لإحدى مراجعة البيانات).
وأضاف أن إحدى حالات الاستخدام قيد التطوير حاليًا تقع على جزيرة في مقاطعة قوانغدونغ جنوبي الصين، حيث المساحة الأرضية محدودة ومحمية بيئيًا، باستثناء توربينات الرياح التقليدية.
وبحلول نهاية عام 2025، تم تقديم 51 براءة اختراع، بحسب الشركة.
وقال وانغ إن الفريق الهندسي حقق اختراقات في علوم المواد والكهرباء، باستخدام أقمشة مركبة متقدمة للحفاظ على وزن المنطاد مع تقليل تسرب الهيليوم. يستخدم SAWES نمذجة الغلاف الجوي والذكاء الاصطناعي، مما يمكّنه من الصعود والنزول تلقائيًا للعثور على سرعات الرياح المثالية. تشير الأبحاث إلى أن هذا يمكن أن يزيد بشكل كبير من إنتاجية الطاقة مقارنة بالحصاد على ارتفاع ثابت.
قال وانغ لي، المتحدث باسم شركة SAWES، إن SAWES على المدى القصير “مناسبة لإمدادات الطاقة في المناطق النائية، وربما الطاقة خارج الشبكة وطاقة الطوارئ”، بما في ذلك مناطق الكوارث، مشيرًا إلى السهولة النسبية التي يمكن بها نقل النظام في حالته المفرغة.
وبالنظر إلى المستقبل، أعربت عن اعتقادها بوجود حالات استخدام في إمدادات الطاقة الصناعية والبنية التحتية، مضيفة أن “الهدف النهائي” للشركة هو توفير الطاقة النظيفة للشبكة، لتحل محل بعض الطاقة الأحفورية المشتقة من المبارزة في مزيج الطاقة.
وفقا لوكالة الطاقة الدولية (IEA)، يحتاج نمو طاقة الرياح العالمية إلى أكثر من أربعة أضعاف بحلول عام 2030 لتحقيق سيناريو الطاقة الصفرية. وتتجه القدرة العالمية حاليًا إلى الضعف تقريبًا بحلول عام 2030 إلى 2000 جيجاوات. وكانت الصين رائدة عالميًا في هذا القطاع، حيث أضافت ثلثي قدرة طاقة الرياح العالمية الجديدة في عام 2023 (أحدث عام للبيانات المنشورة لوكالة الطاقة الدولية).
طاقة الرياح وفيرة، ولكنها موزعة بشكل غير منتظم إلى حد كبير في جميع أنحاء العالم. يختلف متوسط سرعة الرياح، ويختلف متوسط كثافة طاقة الرياح، وهو المقياس المستخدم لتحديد إمكانات الطاقة. وتشمل العوامل الموقع والوقت من اليوم والجغرافيا.
يعتقد البروفيسور وانغ أنه نظرًا لارتفاع SAWES العالي، حيث تكون سرعات الرياح أقوى وأكثر ثباتًا، يمكن للنظام توليد الطاقة في مواقع أرضية أكثر من التوربينات الأرضية التقليدية.
وقال مارك سي. كيلي، الأستاذ المشارك في قسم أنظمة الرياح والطاقة في الجامعة التقنية في الدنمارك، إنه كان من الصعب تقييم هذا الادعاء.
وفي رسالة بالبريد الإلكتروني، قال إن الأبحاث التي راجعها النظراء أظهرت أن “أنظمة طاقة الرياح الجوية المختلفة قادرة على حصاد الرياح الأقوى التي تحدث بشكل متكرر على مسافات أعلى من توربينات الرياح التقليدية”. وحذر من أن سلوك الرياح على ارتفاعات أعلى من 100 متر (328 قدم) “ليس بسيطا”.
وأضاف كيلي أنه لم ير تقارير تمت مراجعتها من قبل النظراء حول النموذج الأولي لـ SAWES، ولا أي بيانات تم التحقق منها بشكل مستقل حول إنتاج SAWES للطاقة على ارتفاعات تتجاوز 1000 متر (3280 قدمًا). علاوة على ذلك، كان مهتمًا بأساس تقنية SAWES Tether والتحقق من صحتها، حيث أثبت طول الحبل أنه عامل مقيد في أنظمة AWE الحالية.
تم تجربة توربينات الطائرات الورقية وطاقة الرياح المتقاطعة، حيث ترتبط حركة الحبل بمولد أرضي، في القرن الحادي والعشرين. كما تم أيضًا وضع نماذج أولية لتوربينات الرياح الهوائية. تعمل شركة Airbine Renewable Energy Systems ومقرها كاليفورنيا على مفهوم لمجموعة من التوربينات الأنبوبية لأكثر من عقد من الزمن. تمت تجربة BAT (التوربينات المحمولة جواً المزدهرة) من Altaeros Energies في عام 2014 ويمكن أن ترتفع إلى 1000 قدم. (انتقل ألتايروس منذ ذلك الحين إلى مشاريع مناطيد أخرى لا تتضمن طاقة الرياح). لكنها كانت عادةً صغيرة نسبيًا وتنتج طاقة أقل من SAWES.
سيتطلب طرح هذا المفهوم تجاريًا التوافق مع قوانين الطيران ولوائح الشبكة في كل بلد.
تخضع المناطيد (بما في ذلك المناطيد) للعديد من نفس القواعد التي تخضع لها الطائرات المدنية في الولايات المتحدة، بما في ذلك قيود المجال الجوي. على سبيل المثال، يلزم الحصول على أذونات خاصة للطيران فوق 500 قدم، مع فرض قيود حول المطارات والمناطق التي تقل الرؤية الأرضية فيها عن ثلاثة أميال.
يعمل مشروع SAWES على إضافة المزيد من أجهزة الاتصال والمراقبة إلى المناطيد المستقبلية، مما يؤدي إلى إنشاء ما يطلق عليه اسم AeroMatrix.
وقال البروفيسور وانغ: “يمكننا توسيع الوظيفة من توليد الطاقة إلى منطاد متعدد الوظائف، بما في ذلك الاتصالات اللاسلكية وخدمات الشحن للطائرات بدون طيار أو الطائرات الكهربائية الأخرى”. ويمكن أيضًا أن تكون بمثابة محطة طرفية (عقدة حوسبة محلية) لحسابات وحدة معالجة الرسومات، وتوصيل الأقمار الصناعية الفضائية، والرحلات الجوية، وشبكات التكامل الأرضية.
تعاونت شركة SAWES وجامعة بكين وجامعة تسينغهوا ومعهد أبحاث معلومات الفضاء الجوي التابع للأكاديمية الصينية للعلوم في SAWES كجزء من مشروع بحث وطني رئيسي، والذي قال فريق المشروع إنه غير مخول بالكشف عن تمويله وتفاصيله.
وقالت الشركة إن المشروع يقوم بالفعل بإعداد الجيل القادم من نماذجه الأولية، والتي سيتم اختبارها في وقت لاحق من هذا العام على ارتفاعات أعلى ولفترة أطول، مع توليد طاقة مستقر.
ساهم آرون كوبر في هذا المقال.
