لماذا تُعتبر الطاقة الكهرومائية عملاق الطاقة النظيفة المنسي

تُعدّ الطاقة الكهرومائية أكبر مصادر الطاقة المتجددة في العالم، إذ تُنتج أكثر من ضعف طاقة الرياح، وأكثر من أربعة أضعاف طاقة الطاقة الشمسية. ويُشكّل ضخ المياه إلى أعلى التلال، أو ما يُعرف بـ"الطاقة الكهرومائية المُخزّنة بالضخ"، ما يزيد عن 90% من إجمالي سعة تخزين الطاقة في العالم.
لكن على الرغم من التأثير الهائل للطاقة الكهرومائية، فإننا لا نسمع عنها الكثير في الولايات المتحدة. فبينما شهدت العقود القليلة الماضية انخفاضًا حادًا في أسعار طاقة الرياح والطاقة الشمسية وارتفاعًا كبيرًا في توافرها، ظل توليد الطاقة الكهرومائية محليًا ثابتًا نسبيًا، حيث قامت الدولة بالفعل ببناء محطات الطاقة الكهرومائية في أكثر المواقع مثالية من الناحية الجغرافية.
أما على الصعيد الدولي، فالوضع مختلف. فقد عززت الصين نموها الاقتصادي ببناء آلاف السدود الكهرومائية الجديدة، والتي غالباً ما تكون ضخمة، 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 يؤدي إلى مشاكل، إذ تُخلّ السدود والخزانات بالتوازن البيئي للأنهار والموائل المحيطة بها، وتُظهر دراسات حديثة أن الخزانات قد تُصدر كميات من ثاني أكسيد الكربون والميثان تفوق ما كان يُعتقد سابقًا. إضافةً إلى ذلك، يُقلّل الجفاف الناجم عن تغير المناخ من موثوقية الطاقة الكهرومائية، حيث فقدت السدود في غرب الولايات المتحدة جزءًا كبيرًا من قدرتها على توليد الكهرباء.
قال مارك كوك، مدير سد هوفر الشهير: "في السنة العادية، يولد سد هوفر حوالي 4.5 مليار كيلوواط ساعة من الطاقة. أما مع الوضع الحالي للبحيرة، فإن الكمية تقارب 3.5 مليار كيلوواط ساعة".
ومع ذلك، يقول الخبراء إن للطاقة الكهرومائية دورًا كبيرًا في مستقبل يعتمد كليًا على الطاقة المتجددة، لذا فإن تعلم كيفية التخفيف من هذه التحديات أمر لا بد منه.

الطاقة الكهرومائية المحلية
في عام 2021، شكلت الطاقة الكهرومائية حوالي 6% من إنتاج الكهرباء على نطاق المرافق في الولايات المتحدة، و32% من إنتاج الكهرباء من مصادر الطاقة المتجددة. وعلى الصعيد المحلي، كانت الطاقة الكهرومائية أكبر مصدر للطاقة المتجددة حتى عام 2019، حين تفوقت عليها طاقة الرياح.
لا يُتوقع أن تشهد الولايات المتحدة نمواً كبيراً في مجال الطاقة الكهرومائية في العقد المقبل، ويعود ذلك جزئياً إلى عملية الترخيص والتصريح المرهقة.
يقول مالكولم وولف، الرئيس والمدير التنفيذي للجمعية الوطنية للطاقة الكهرومائية: "تتطلب عملية الترخيص عشرات الملايين من الدولارات وسنوات من الجهد. وبالنسبة لبعض هذه المنشآت، وخاصةً المنشآت الصغيرة، فهي ببساطة لا تملك هذا القدر من المال أو الوقت". ويُقدّر أن هناك عشرات الوكالات المختلفة التي تُشارك في ترخيص أو تجديد ترخيص منشأة واحدة للطاقة الكهرومائية. وأضاف أن هذه العملية تستغرق وقتًا أطول من ترخيص محطة نووية.
نظراً لأن متوسط ​​عمر محطات الطاقة الكهرومائية في الولايات المتحدة يزيد عن 60 عاماً، فإن العديد منها سيحتاج إلى إعادة ترخيص قريباً.
وقال وولف: "لذلك قد نواجه موجة من عمليات التنازل عن التراخيص، وهو أمر مثير للسخرية في الوقت الذي نحاول فيه زيادة كمية توليد الطاقة المرنة والخالية من الكربون التي لدينا في هذا البلد".
لكن وزارة الطاقة تقول إن هناك إمكانية للنمو المحلي، من خلال تحديث المحطات القديمة وإضافة الطاقة إلى السدود القائمة.
"لدينا 90 ألف سد في هذا البلد، تم بناء معظمها للسيطرة على الفيضانات، وللري، ولتخزين المياه، وللترفيه. 3% فقط من هذه السدود تستخدم فعلياً لتوليد الطاقة"، قال وولف.
يعتمد النمو في هذا القطاع أيضاً على توسيع نطاق الطاقة الكهرومائية المخزنة بالضخ، والتي تكتسب زخماً كوسيلة "لتثبيت" مصادر الطاقة المتجددة، وتخزين الطاقة الزائدة لاستخدامها عندما لا تشرق الشمس ولا تهب الرياح.
عندما تُولّد محطة التخزين بالضخ الطاقة، فإنها تعمل تمامًا مثل محطة الطاقة الكهرومائية التقليدية: يتدفق الماء من الخزان العلوي إلى السفلي، مُديرًا توربينًا لتوليد الكهرباء. ويكمن الاختلاف في أن محطة التخزين بالضخ قادرة على إعادة الشحن، باستخدام الطاقة من الشبكة لضخ الماء من الأسفل إلى الخزان العلوي، وبالتالي تخزين الطاقة الكامنة التي يمكن إطلاقها عند الحاجة.
في حين أن قدرة توليد الكهرباء من محطات التخزين بالضخ تبلغ حوالي 22 جيجاوات اليوم، إلا أن هناك مشاريع مقترحة قيد التطوير تتجاوز 60 جيجاوات. وهذا لا يفوقها في هذا المجال سوى الصين.
شهدت السنوات الأخيرة زيادة ملحوظة في طلبات الحصول على تصاريح وتراخيص أنظمة التخزين بالضخ، ويجري النظر في تقنيات جديدة. تشمل هذه التقنيات منشآت "الدائرة المغلقة"، حيث لا يتصل أي من الخزانين بمصدر مياه خارجي، أو منشآت أصغر حجماً تستخدم خزانات بدلاً من الخزانات. ومن المرجح أن تكون كلتا الطريقتين أقل ضرراً بالبيئة المحيطة.

الانبعاثات والجفاف
إن بناء السدود على الأنهار أو إنشاء خزانات جديدة قد يعيق هجرة الأسماك ويدمر النظم البيئية والموائل المحيطة. بل إن السدود والخزانات تسببت في تهجير عشرات الملايين من الناس عبر التاريخ، وغالباً ما يكونون من السكان الأصليين أو المجتمعات الريفية.
هذه الأضرار معترف بها على نطاق واسع. لكن تحدياً جديداً - الانبعاثات من الخزانات - يحظى الآن باهتمام متزايد.
"ما لا يدركه الناس هو أن هذه الخزانات تنبعث منها كميات كبيرة من ثاني أكسيد الكربون والميثان في الغلاف الجوي، وكلاهما من غازات الدفيئة القوية"، كما قالت إليسا أوكو، كبيرة علماء المناخ في صندوق الدفاع البيئي.
تنتج هذه الانبعاثات عن تحلل النباتات والمواد العضوية الأخرى، التي تتحلل وتطلق غاز الميثان عند غمر منطقة ما بالمياه لتكوين خزان. يقول أوكو: "عادةً ما يتحول الميثان إلى ثاني أكسيد الكربون، ولكن هذا التحول يتطلب وجود الأكسجين. وإذا كانت المياه دافئة جدًا، فإن الطبقات السفلية تُستنفد من الأكسجين"، مما يعني أن الميثان ينطلق حينها إلى الغلاف الجوي.
عندما يتعلق الأمر بتسخين الأرض، يُعدّ الميثان أقوى من ثاني أكسيد الكربون بأكثر من 80 ضعفًا خلال العشرين عامًا الأولى بعد انبعاثه. وتشير الأبحاث حتى الآن إلى أن المناطق الأكثر حرارة في العالم، كالهند وأفريقيا، تميل إلى امتلاك مصانع أكثر تلويثًا، بينما يقول أوكو إن خزانات الميثان في الصين والولايات المتحدة لا تُشكّل مصدر قلق كبير. لكن أوكو يؤكد على ضرورة وجود طريقة أكثر دقة لقياس الانبعاثات.
وقال أوكو: "وبعد ذلك، يمكن أن يكون لديك كل أنواع الحوافز لتقليلها، أو لوائح من قبل سلطات مختلفة للتأكد من أنك لا تنبعث الكثير".
تُعدّ مشكلة الجفاف الناجم عن تغير المناخ مشكلة رئيسية أخرى تواجه الطاقة الكهرومائية. فالخزانات الضحلة تُنتج طاقة أقل، وهذا يُثير قلقاً خاصاً في غرب الولايات المتحدة، الذي شهد أشدّ فترة جفاف امتدت 22 عاماً في آخر 1200 عام.
مع انخفاض إنتاج الكهرباء من خزانات المياه مثل بحيرة باول، التي تغذي سد غلين كانيون، وبحيرة ميد، التي تغذي سد هوفر، تتجه مصادر الوقود الأحفوري لتعويض النقص. وقد وجدت إحدى الدراسات أنه خلال الفترة من 2001 إلى 2015، انبعث 100 مليون طن إضافية من ثاني أكسيد الكربون في 11 ولاية غربية نتيجةً للتحول الناجم عن الجفاف بعيدًا عن الطاقة الكهرومائية. وخلال فترة عصيبة شهدتها كاليفورنيا بين عامي 2012 و2016، قدرت دراسة أخرى أن خسائر 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 حصص المياه في 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 نهر بحيرة ميد، حتى يتمكن سد غلين كانيون من مواصلة توليد الطاقة. وإذا انخفض منسوب بحيرة ميد إلى أقل من 950 قدمًا، فسيتوقف توليد الطاقة.

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.
بين الآن وعام 2030، سيتم إنفاق 127 مليار دولار على تحديث محطات الطاقة الكهرومائية القديمة على مستوى العالم. ويمثل هذا المبلغ ما يقرب من ربع إجمالي الاستثمارات العالمية في مجال الطاقة الكهرومائية، ونحو 90% من الاستثمارات في أوروبا وأمريكا الشمالية.
في سد هوفر، كان ذلك يعني تحديث بعض التوربينات الخاصة بهم للعمل بكفاءة أكبر على ارتفاعات منخفضة، وتركيب بوابات توجيه أرق، والتي تتحكم في تدفق المياه إلى التوربينات، وحقن الهواء المضغوط في التوربينات لزيادة الكفاءة.
لكن في مناطق أخرى من العالم، يُوجَّه الجزء الأكبر من الاستثمارات نحو إنشاء محطات جديدة. ومن المتوقع أن تُشكِّل المشاريع الكبيرة المملوكة للدولة في آسيا وأفريقيا أكثر من 75% من قدرة الطاقة الكهرومائية الجديدة حتى عام 2030. إلا أن البعض يُبدي قلقه بشأن تأثير هذه المشاريع على البيئة.
"في رأيي المتواضع، إنها مبنية بشكل مفرط. لقد تم بناؤها بقدرة هائلة غير ضرورية"، قالت شانون أميس، المديرة التنفيذية لمعهد الطاقة الكهرومائية منخفضة التأثير. "كان من الممكن إنشاؤها كتدفق نهري، وكان من الممكن تصميمها بشكل مختلف".
لا تتضمن محطات توليد الطاقة الكهرومائية الجارية خزانات، وبالتالي يكون تأثيرها على البيئة أقل، لكنها لا تستطيع توليد الطاقة عند الطلب، لأن إنتاجها يعتمد على التدفقات الموسمية. ومن المتوقع أن تمثل الطاقة الكهرومائية الجارية حوالي 13% من إجمالي الإضافات في القدرة الإنتاجية خلال هذا العقد، بينما ستشكل الطاقة الكهرومائية التقليدية 56% والطاقة الكهرومائية المخزنة 29%.
لكن بشكل عام، يشهد نمو الطاقة الكهرومائية تباطؤاً، ومن المتوقع أن ينكمش بنحو 23% حتى عام 2030. ويعتمد عكس هذا الاتجاه بشكل كبير على تبسيط الإجراءات التنظيمية وإجراءات الترخيص، ووضع معايير استدامة عالية وبرامج لقياس الانبعاثات لضمان قبول المجتمعات المحلية. كما أن تقليص مدة التطوير من شأنه أن يساعد المطورين على الحصول على اتفاقيات شراء الطاقة، مما يحفز الاستثمار لضمان العوائد.
قال آميس: "أحد أسباب عدم جاذبية الطاقة الكهرومائية أحيانًا مقارنةً بالطاقة الشمسية وطاقة الرياح هو اختلاف أفق عمر هذه المنشآت. فعلى سبيل المثال، يُنظر عادةً إلى محطة طاقة الرياح والطاقة الشمسية على أنها مشروع يمتد لعشرين عامًا، بينما تُمنح تراخيص لمحطات الطاقة الكهرومائية وتُشغّل لمدة خمسين عامًا، وقد استمر تشغيل العديد منها لمئة عام... لكن أسواق رأس المال لدينا لا تُقدّر بالضرورة عائدًا طويل الأمد كهذا."

يقول وولف إن إيجاد الحوافز المناسبة لتطوير الطاقة الكهرومائية وتخزين الطاقة بالضخ، وضمان القيام بذلك بطريقة مستدامة، سيكون أمراً بالغ الأهمية لفطام العالم عن الوقود الأحفوري.
"لا نحظى بنفس القدر من الاهتمام الإعلامي الذي تحظى به بعض التقنيات الأخرى. لكنني أعتقد أن الناس يدركون بشكل متزايد أنه لا يمكن الحصول على شبكة كهرباء موثوقة بدون الطاقة الكهرومائية."