الطاقة الكهرومائية هي بلا شك أكبر مصادر الطاقة المتجددة في العالم، إذ تُنتج ضعف طاقة الرياح، وأكثر من أربعة أضعاف طاقة الطاقة الشمسية. ويشكل ضخ المياه إلى أعلى التل، المعروف أيضًا باسم "الطاقة الكهرومائية المُخزَّنة بالضخ"، أكثر من 90% من إجمالي سعة تخزين الطاقة في العالم.
ولكن على الرغم من التأثير الهائل للطاقة الكهرومائية، فإننا لا نسمع الكثير عنها في الولايات المتحدة. وفي حين شهدت العقود القليلة الماضية انخفاضاً حاداً في أسعار طاقة الرياح والطاقة الشمسية وارتفاعاً هائلاً في توافرها، فإن توليد الطاقة الكهرومائية المحلية ظل ثابتاً نسبياً، حيث قامت البلاد بالفعل ببناء محطات للطاقة الكهرومائية في أكثر المواقع الجغرافية المثالية.
على الصعيد الدولي، يختلف الوضع. فقد عززت الصين توسعها الاقتصادي ببناء آلاف السدود الكهرومائية الجديدة، الضخمة في كثير من الأحيان، على مدى العقود القليلة الماضية. ومن المتوقع أن تحذو أفريقيا والهند ودول أخرى في آسيا والمحيط الهادئ حذوها.
لكن التوسع دون رقابة بيئية صارمة قد يُؤدي إلى مشاكل، إذ تُسبب السدود والخزانات المائية خللاً في النظم البيئية للأنهار والموائل المحيطة بها، وتُظهر دراسات حديثة أن الخزانات المائية قد تُصدر كميات من ثاني أكسيد الكربون والميثان تفوق ما كان يُعتقد سابقًا. إضافةً إلى ذلك، يُقلل الجفاف الناجم عن تغير المناخ من موثوقية الطاقة الكهرومائية، حيث فقدت السدود في الغرب الأمريكي قدرًا كبيرًا من قدرتها على توليد الكهرباء.
قال مارك كوك، مدير سد هوفر الشهير: "في عام عادي، يُولّد سد هوفر حوالي 4.5 مليار كيلوواط/ساعة من الطاقة. أما في حالته الحالية، فالمعدل الحالي يُقارب 3.5 مليار كيلوواط/ساعة".
ومع ذلك، يقول الخبراء إن الطاقة الكهرومائية تلعب دوراً كبيراً في مستقبل يعتمد على الطاقة المتجددة بنسبة 100%، لذا فإن تعلم كيفية التخفيف من هذه التحديات أمر لا بد منه.
الطاقة الكهرومائية المحلية
في عام ٢٠٢١، شكّلت الطاقة الكهرومائية حوالي ٦٪ من توليد الكهرباء على نطاق المرافق في الولايات المتحدة، و٣٢٪ من توليد الكهرباء المتجددة. محليًا، كانت أكبر مصدر للطاقة المتجددة حتى عام ٢٠١٩، عندما تجاوزتها طاقة الرياح.
لا يُتوقع أن تشهد الولايات المتحدة نموًا كبيرًا في الطاقة الكهرومائية في العقد المقبل، ويرجع ذلك جزئيًا إلى عملية الترخيص والتصاريح الشاقة.
يقول مالكولم وولف، الرئيس والمدير التنفيذي للجمعية الوطنية للطاقة الكهرومائية: "تتكلف عملية الترخيص عشرات الملايين من الدولارات وتستغرق سنوات من الجهد. وبالنسبة لبعض هذه المنشآت، وخاصةً المنشآت الصغيرة، فإنها ببساطة لا تملك هذا القدر من المال أو الوقت". ويقدر أن هناك عشرات الجهات المختلفة المعنية بترخيص أو إعادة ترخيص منشأة طاقة كهرومائية واحدة. وأضاف أن هذه العملية تستغرق وقتًا أطول من ترخيص محطة نووية.
وبما أن متوسط عمر محطة الطاقة الكهرومائية في الولايات المتحدة يتجاوز 60 عاماً، فسوف يتعين إعادة ترخيص العديد منها قريباً.
وقال وولف "لذلك قد نواجه سلسلة من عمليات تسليم التراخيص، وهو أمر مثير للسخرية في الوقت الذي نحاول فيه زيادة كمية توليد الطاقة المرنة الخالية من الكربون في هذا البلد".
لكن وزارة الطاقة تقول إن هناك إمكانات للنمو المحلي، من خلال تطوير محطات الطاقة القديمة وإضافة الطاقة إلى السدود القائمة.
لدينا 90 ألف سد في هذا البلد، بُني معظمها للسيطرة على الفيضانات، والري، وتخزين المياه، والترفيه. 3% فقط من هذه السدود تُستخدم فعليًا لتوليد الطاقة، كما قال وولف.
ويعتمد النمو في هذا القطاع أيضًا على توسيع نطاق تخزين الطاقة الكهرومائية، والتي تكتسب زخمًا كوسيلة "لتعزيز" مصادر الطاقة المتجددة، وتخزين الطاقة الزائدة لاستخدامها عندما لا تشرق الشمس ولا تهب الرياح.
عندما تُولّد منشأة تخزين الطاقة بالضخّ الطاقة، فإنها تعمل تمامًا كمحطة طاقة مائية عادية: يتدفق الماء من الخزان العلوي إلى الخزان السفلي، مُشغّلًا توربينًا مُولّدًا للكهرباء على طول الطريق. الفرق هو أن منشأة تخزين الطاقة بالضخّ يُمكن إعادة شحنها، باستخدام طاقة الشبكة لضخّ المياه من الخزان السفلي إلى الخزان العلوي، وبالتالي تخزين الطاقة الكامنة التي يُمكن إطلاقها عند الحاجة.
في حين تبلغ قدرة توليد الكهرباء من الطاقة المُخزَّنة بالضخ حوالي 22 جيجاواط حاليًا، هناك مشاريع مقترحة قيد التطوير تتجاوز 60 جيجاواط. وهذا يحتل المرتبة الثانية بعد الصين.
في السنوات الأخيرة، ازدادت طلبات الحصول على التصاريح والتراخيص لأنظمة تخزين المياه بالضخ بشكل ملحوظ، ويجري حاليًا دراسة تقنيات جديدة. وتشمل هذه التقنيات مرافق "الحلقة المغلقة"، حيث لا يكون أيٌّ من الخزانين متصلاً بمصدر مياه خارجي، أو مرافق أصغر حجمًا تستخدم الصهاريج بدلًا من الخزانات. ومن المرجح أن تكون كلتا الطريقتين أقل ضررًا بالبيئة المحيطة.
الانبعاثات والجفاف
إن بناء سدود على الأنهار أو إنشاء خزانات جديدة قد يعيق هجرة الأسماك ويدمر النظم البيئية والموائل المحيطة بها. بل إن السدود والخزانات أدت إلى نزوح عشرات الملايين من البشر عبر التاريخ، وعادةً ما يكونون من السكان الأصليين أو المجتمعات الريفية.
هذه الأضرار مُسلَّم بها على نطاق واسع. لكن تحدٍّ جديد - الانبعاثات من مكامن المياه - يحظى الآن باهتمام متزايد.
وقالت إليسا أوكو، كبيرة علماء المناخ في صندوق الدفاع البيئي: "ما لا يدركه الناس هو أن هذه الخزانات في الواقع تطلق الكثير من ثاني أكسيد الكربون والميثان في الغلاف الجوي، وكلاهما من الغازات الدفيئة القوية".
تأتي الانبعاثات من تحلل النباتات والمواد العضوية الأخرى، والتي تتحلل وتُطلق غاز الميثان عند غمر منطقة ما لتكوين خزان. يقول أوكو: "عادةً ما يتحول هذا الميثان إلى ثاني أكسيد الكربون، ولكن هذا يتطلب الأكسجين. وإذا كانت المياه دافئة جدًا، فإن الطبقات السفلية تُستنفد الأكسجين"، مما يعني أن الميثان يُطلق في الغلاف الجوي.
فيما يتعلق بتأثير الميثان على ظاهرة الاحتباس الحراري، يكون تأثيره أقوى من ثاني أكسيد الكربون بأكثر من 80 مرة خلال العشرين عامًا الأولى من انبعاثه. حتى الآن، تُظهر الأبحاث أن المناطق الأكثر حرارة في العالم، مثل الهند وأفريقيا، تميل إلى وجود المزيد من النباتات الملوثة، بينما يقول أوكو إن خزانات المياه في الصين والولايات المتحدة ليست مصدر قلق خاص. مع ذلك، يرى أوكو ضرورة وجود طريقة أكثر دقة لقياس الانبعاثات.
وأضاف أوكو "وبعد ذلك قد يكون لديك كل أنواع الحوافز لتقليص الانبعاثات، أو لوائح من جانب سلطات مختلفة للتأكد من أنك لا تنبعث منك الكثير".
من المشكلات الرئيسية الأخرى التي تواجه الطاقة الكهرومائية الجفاف الناجم عن تغير المناخ. فالخزانات الضحلة تُنتج طاقة أقل، وهذا أمرٌ مثيرٌ للقلق بشكل خاص في الغرب الأمريكي، الذي شهد أشد فترات الجفاف، والتي استمرت 22 عامًا، خلال الـ 1200 عام الماضية.
مع انخفاض إنتاج الكهرباء من خزانات مثل بحيرة باول، التي تُغذي سد غلين كانيون، وبحيرة ميد، التي تُغذي سد هوفر، بدأت الوقود الأحفوري يُعوض هذا النقص. وقد وجدت إحدى الدراسات أنه بين عامي 2001 و2015، أُطلقت 100 مليون طن إضافية من ثاني أكسيد الكربون في 11 ولاية غربية بسبب التحول الناجم عن الجفاف عن الطاقة الكهرومائية. وخلال فترة صعبة للغاية شهدتها كاليفورنيا بين عامي 2012 و2016، قدّرت دراسة أخرى أن خسارة توليد الطاقة الكهرومائية كلفت الولاية 2.45 مليار دولار.
لأول مرة في التاريخ، أُعلن عن نقص في المياه في بحيرة ميد، مما أدى إلى خفض مخصصات المياه في ولايات أريزونا ونيفادا والمكسيك. ومن المتوقع أن ينخفض منسوب المياه، الذي يبلغ حاليًا 1047 قدمًا، أكثر، حيث اتخذ مكتب استصلاح الأراضي خطوة غير مسبوقة بحجز المياه في بحيرة باول، الواقعة أعلى منبع بحيرة ميد، حتى يتمكن سد غلين كانيون من مواصلة إنتاج الطاقة. وإذا انخفض منسوب بحيرة ميد عن 950 قدمًا، فلن تتمكن من توليد الطاقة بعد الآن.
مستقبل الطاقة الكهرومائية
إن تحديث البنية التحتية الحالية للطاقة الكهرومائية من شأنه أن يزيد من الكفاءة ويعوض بعض الخسائر المرتبطة بالجفاف، فضلاً عن ضمان قدرة المحطات على العمل لعقود عديدة قادمة.
من الآن وحتى عام ٢٠٣٠، سيتم إنفاق ١٢٧ مليار دولار أمريكي على تحديث محطات الطاقة الكهرومائية القديمة عالميًا. ويمثل هذا ما يقرب من ربع إجمالي الاستثمار العالمي في الطاقة الكهرومائية، وما يقرب من ٩٠٪ من الاستثمار في أوروبا وأمريكا الشمالية.
في سد هوفر، كان هذا يعني إعادة تجهيز بعض توربيناتها للعمل بكفاءة أكبر على ارتفاعات منخفضة، وتركيب بوابات صغيرة أرق، والتي تتحكم في تدفق المياه إلى التوربينات، وحقن الهواء المضغوط في التوربينات لزيادة الكفاءة.
لكن في أجزاء أخرى من العالم، تُوجَّه غالبية الاستثمارات نحو إنشاء محطات جديدة. ومن المتوقع أن تُشكِّل المشاريع الكبيرة المملوكة للدولة في آسيا وأفريقيا أكثر من 75% من سعة الطاقة الكهرومائية الجديدة بحلول عام 2030. إلا أن البعض يُبدي قلقه بشأن تأثير هذه المشاريع على البيئة.
برأيي المتواضع، إنها مُبالغ في بنائها. إنها مبنية بسعة هائلة غير ضرورية، كما قال شانون أميس، المدير التنفيذي لمعهد الطاقة الكهرومائية منخفضة التأثير. وأضاف: "يمكن تنفيذها كمحطة لتوليد الطاقة من جريان الأنهار، ويمكن تصميمها بشكل مختلف".
لا تتضمن محطات توليد الطاقة الكهرومائية ذات جريان النهر خزانات، وبالتالي يكون تأثيرها على البيئة أقل، ولكنها لا تستطيع توليد الطاقة عند الطلب، لأن الإنتاج يعتمد على التدفقات الموسمية. من المتوقع أن تُشكل الطاقة الكهرومائية ذات جريان النهر حوالي 13% من إجمالي الطاقة الإنتاجية المضافة هذا العقد، بينما ستشكل الطاقة الكهرومائية التقليدية 56% والطاقة الكهرومائية المُضخّخة 29%.
لكن بشكل عام، يتباطأ نمو الطاقة الكهرومائية، ومن المتوقع أن ينكمش بنحو 23% حتى عام 2030. ويعتمد عكس هذا الاتجاه بشكل كبير على تبسيط الإجراءات التنظيمية وإصدار التصاريح، ووضع معايير استدامة عالية وبرامج لقياس الانبعاثات لضمان قبول المجتمع المحلي. ومن شأن تقصير الجدول الزمني للتطوير أن يساعد المطورين على الحصول على اتفاقيات شراء الطاقة، مما يحفز الاستثمار نظرًا لضمان عوائدها.
قال أميس: "يعود جزء من سبب عدم جاذبية الطاقة الشمسية وطاقة الرياح أحيانًا إلى اختلاف آفاق هذه المرافق. على سبيل المثال، عادةً ما يُنظر إلى محطات طاقة الرياح والطاقة الشمسية على أنها مشروع مدته 20 عامًا. من ناحية أخرى، تُرخص محطات الطاقة الكهرومائية وتعمل لمدة 50 عامًا. والعديد منها يعمل منذ 100 عام... لكن أسواق رأس المال لدينا لا تُقدّر بالضرورة عائدًا أطول أمدًا كهذا".
ويقول وولف إن إيجاد الحوافز المناسبة لتطوير الطاقة الكهرومائية وتخزين المياه، وضمان القيام بذلك بطريقة مستدامة، سيكون أمرا حاسما لفطام العالم عن الوقود الأحفوري.
لا نحظى بالاهتمام الذي تحظى به بعض التقنيات الأخرى. لكنني أعتقد أن الناس يدركون بشكل متزايد أنه لا يمكن الحصول على شبكة كهرباء موثوقة بدون الطاقة الكهرومائية.
وقت النشر: ١٤ يوليو ٢٠٢٢
