يتم إنشاء محطات الطاقة الشمسية في الأماكن التي يتلاشى فيها الماء بأسرع ما يمكن

يتم اختيار موقع محطة الطاقة الشمسية بناءً على مستوى الإشعاع الشمسي، ويُعد هذا الإشعاع العامل الرئيسي المؤثر في عملية التبخر. فالظروف نفسها التي تجعل الموقع مربحًا (شمس شديدة، هواء جاف، رياح مفتوحة) هي نفسها التي تؤدي إلى إفراغ الخزان المفتوح بأسرع ما يمكن. وتحتاج محطات توليد الطاقة الشمسية إلى المياه لأغراض الغسل وتوليد البخار والتبريد، وتقوم بتخزين تلك المياه في المكان الذي يصعب فيه الاحتفاظ بها واستبدالها أكثر من أي مكان آخر.

لا أحد يبني محطة طاقة شمسية في منطقة غائمة. فاختيار الموقع هو، في جوهره، بحث عن الإشعاع: خرائط الإشعاع الشمسي، والأيام ذات السماء الصافية، والرطوبة المنخفضة، والأراضي المستوية الرخيصة. ويؤدي هذا البحث، بحكم تعريفه تقريبًا، إلى اختيار تضاريس قاحلة ومعرضة للرياح. ثم تكتشف المحطة شيئًا لم تظهره خريطة الإشعاع الشمسي قط: أنها بحاجة إلى الماء.

يُختار الموقع بناءً على تعرضه لأشعة الشمس، أما المياه فهي نتيجة لذلك

لا يُعد الماء معيارًا لاختيار موقع محطة الطاقة الشمسية. بل يصبح مشكلة تشغيلية بعد إنشاء المحطة. فبمجرد أن تُقام المحطة في مكان تتوفر فيه أشعة الشمس، يتعين جلب الماء إليها: سواء من الآبار أو خطوط الأنابيب أو محطات تحلية المياه أو الشاحنات. ويأتي كل متر مكعب بتكلفة لا تتحملها أبدًا محطة تقع في منطقة معتدلة المناخ، كما أن العديد من السلطات المحلية تفرض سقفًا أقصى على الكمية المسموح باستخراجها.

ويجب بعد ذلك تخزين تلك المياه في الموقع، في خزانات مكشوفة. وهنا تكتمل المفارقة: فالتكلفة الأغلى للحصول على المياه تكون بالضبط في المكان الذي يسهل فيه فقدانها.

محطة الطاقة الشمسية تستهلك المياه، وبكميات أكبر مما يفترضه معظم الناس

تنخفض إنتاجية مجمعات الطاقة الكهروضوئية عندما تتسخ الألواح، وتكون التلوثات في أشدها بالضبط في المناطق التي تقل فيها هطول الأمطار. وعادةً ما يتطلب تنظيف الوحدة الواحدة ما بين 3 إلى 5 لترات من الماء في الظروف العادية، وما بين 7 إلى 8 لترات في الظروف الجافة المتربة. ويمكن لمجموعة تبلغ قدرتها 1 ميغاواط وتتألف من حوالي 3,000 لوح أن تستهلك ما يقارب 20,000 لتر في دورة تنظيف واحدة، كما أن المواقع الجافة تشهد عددًا أكبر من الدورات سنويًّا، وليس أقل.

تضيف تقنية الطاقة الشمسية المركزة دورة بخار بالإضافة إلى عملية غسل المرايا. تستهلك محطات الأسطوانات والبرج التي تعمل بالتبريد الرطب ما يقارب 2.5 إلى 3.5 متر مكعب من الماء لكل ميغاواط ساعة يتم توليدها. ويقلل التبريد الجاف هذا الاستهلاك بشكل كبير، بنحو 90 في المائة، لكنه لا يصل إلى الصفر: فالمرايا لا تزال بحاجة إلى الغسل، ولا تزال الدورة بحاجة إلى مياه تعويضية منزوعة المعادن. وتقع المحطات الهجينة في مكان ما بين هذين النوعين، حيث تضحي بالمياه مقابل الكفاءة في الأيام الأكثر حرارة، وهي أيضًا الأيام التي ترغب المحطة فيها في توليد أكبر قدر ممكن من الطاقة.

لا يُعد أي من هذه الكميات كبيرًا وفقًا للمعايير الصناعية. لكنه يُعد كبيرًا مقارنةً بما يمكن للموقع توفيره.

الجانب الفيزيائي: الإشعاع الذي يدر أرباحًا للمحطة هو نفسه الذي يؤدي إلى إفراغ البركة

التبخر من سطح مفتوح ليس مسألة حظ تتوقف على الأحوال الجوية. فهو يخضع لأربعة عوامل، وتوضح معادلة بنمان (وهي الصيغة الخاصة بالمياه المفتوحة لنفس معادلة توازن الطاقة التي تستند إليها معادلة بنمان-مونتيث) هذه العوامل بشكل صريح: الإشعاع الصافي كمصدر للطاقة، وعجز ضغط البخار بين الماء والهواء فوقه، وسرعة الرياح، ودرجة الحرارة.

اقرأ تلك القائمة مرة أخرى وقارنها بمواصفات موقع محطة الطاقة الشمسية. فالإشعاع المباشر العالي هو مصدر الطاقة. والرطوبة المنخفضة تزيد عجز ضغط البخار إلى أقصى حد، مما يجعل الهواء «متعطشًا». والتضاريس المفتوحة والمستوية تتيح للرياح أن تهب دون عوائق. وارتفاع درجة الحرارة خلال النهار يرفع ضغط التشبع على السطح. والموقع الجيد لمحطة الطاقة الشمسية هو الذي يحقق أقصى استفادة من هذه العوامل الأربعة جميعها في آن واحد.

هذا ليس من قبيل الصدفة، ولا هو سوء حظ. إنه نفس المتغير الفيزيائي، أي الإشعاع الشمسي، الذي يظهر في معادلتين مختلفتين: المعادلة التي تولد إيرادات المحطة، وتلك التي تستنزف خزانها. ففي المناطق القاحلة، يمكن أن يفقد الخزان المكشوف عدة أمتار من عمود الماء سنويًّا من خلال هذه الآلية وحدها.

الرياح هي «الراكب المساعد» الذي يُستخف به

يوفر الإشعاع الطاقة اللازمة لتحويل الماء السائل إلى بخار، لكن الرياح هي التي تنقل هذا البخار بعيدًا وتبقي العملية مستمرة. فبدون الرياح، تتشكل طبقة حدودية مشبعة فوق السطح، فيتباطأ التبخر. أما مع وجود الرياح، فتُزال تلك الطبقة باستمرار، ولا تتاح للسطح فرصة لتشكيلها أبدًا.

للضوء وظيفة ثانية: فهو يساعد على نمو الطحالب

تنمو الطحالب أينما وجدت المياه والمغذيات والضوء. وفي خزانات المياه الخام ومياه الغسيل، يعني ذلك انسداد المرشحات وتلوث الفوهات وزيادة الجرعات وزيادة ساعات العمل. والنتيجة هي حلقة مفرغة خفية: فالفوهات المتسخة تؤدي إلى تدهور جودة غسيل الألواح التي تُخزن المحطة المياه من أجلها في المقام الأول.

المتغير المحفز هو الضوء. فالطحالب لا تنمو على الأسطح التي لا تتلقى أي ضوء.

المياه المفتوحة الوحيدة على مدى كيلومترات

يُعد الخزان المفتوح في منطقة قاحلة بمثابة مرآة يمكن رؤيتها من مسافة بعيدة، ويبدو للطيور وكأنه واحة، لأنه في تلك المنطقة هو بالفعل كذلك. وهذا يجذب الحيوانات البرية إلى منطقة صناعية، الأمر الذي يُصبح موضوعًا للتفتيش، ويُصبح بشكل متزايد شرطًا للحصول على الترخيص.

تتزايد متطلبات التراخيص البيئية للمصانع الكبيرة بتغطية مساحات المياه المفتوحة أو إدارة هذه المساحات بطرق أخرى لحماية الطيور والحيوانات المحلية. وما كان يُعتبر في السابق ممارسة جيدة أصبح الآن التزامًا، وتقوم الجهات التنظيمية بتدقيقه ميدانيًّا.

ما الذي يمكن فعلاً إدارته

وهنا يكمن الجانب المفيد. لا يمكنك تغيير الإشعاع، لأن الإشعاع هو سبب وجود المحطة. ولا يمكنك توجيه الموقع نحو الرطوبة دون إبعاده عن الشمس. ولا يمكنك التفاوض مع عجز ضغط البخار. فالمناخ وموقع المحطة ومستوى الإشعاع ليست متغيرات يمكن للمشغل التحكم فيها.

ما يمكن التحكم فيه هو مقدار سطح السائل المكشوف للهواء.

يبدو أن التبخر ونمو الطحالب وجذب الحيوانات البرية ثلاث مشكلات غير مترابطة تتولى معالجتها ثلاث إدارات مختلفة. لكنها في الواقع مشكلة واحدة تُلاحظ ثلاث مرات، لأنها تحدث جميعها في مكان واحد: السطح الفاصل بين السائل والهواء. فإذا قللت تلك المساحة المكشوفة، ستتأثر المشكلات الثلاث في آن واحد، لأنها تعتمد جميعها عليها.

وهذا ما تقوم به الأغطية العائمة منذ عقود في مجالات التعدين والزراعة والصناعات التحويلية، ويمكن نقل هذه الآلية إلى مجال الطاقة الشمسية دون أي تعديل، لأن القوانين الفيزيائية لا تهتم بما تنتجه المحطة. فالأغطية المعيارية تطفو على السطح، وتضبط نفسها تلقائيًا مع تغير مستوى المياه، ويتم تركيبها دون الحاجة إلى تصريف الخزان أو إيقاف التشغيل، وتعمل دون صيانة لعقود. ويقوم هذا الحاجز بقطع انتقال الكتلة للبخار، وحجب الضوء الذي يغذي الطحالب، وإزالة سطح الماء المرئي.

الحجة هنا ليست أن الغطاء يعد قطعة معدات ذكية. بل إن الأمر أضيق نطاقًا وأكثر فائدة من ذلك: ففي معادلة التبخر لمحطة الطاقة الشمسية، يُعد السطح المكشوف هو العنصر الوحيد الذي يتحكم فيه المشغل فعليًّا.

اتخذ الخطوة التالية

إذا كنت تدير خزانات مياه الغسيل أو المياه الخام أو مياه التبريد في محطة للطاقة الشمسية، وترغب في معرفة كمية المياه التي يفقدها موقعك تحديدًا، وما يمكن استرداده من خلال تغطية السطح، فتعرف على المزيد حول كيفية استخدام الأغطية العائمة المعيارية في مجال توليد الطاقة الشمسية.

→ تعرف على المزيد حول الأغطية العائمة لمحطات الطاقة الشمسية: /solar

‍