ابتكار أمريكي يضمن طاقة الأمواج لشبكات نائية

تعيش مئات المجتمعات الساحلية والجزرية في الولايات المتحدة على هامش الشبكة الكهربائية الرئيسية، بعضها بلا اتصال بها على الإطلاق. قواعد عسكرية أمريكية، وقرى قبلية معزولة، ومناجم، وأنشطة صيد بحري، كلّها تعتمد على حلول طاقة محدودة أو غير مضمونة. السؤال الذي يطرحه المهندسون منذ سنوات: هل يمكن الاعتماد على طاقة الأمواج لتشغيل شبكات كهربائية صغيرة (microgrids) في هذه المواقع النائية، دون المخاطرة بأجهزة مكلفة في بيئة بحرية لا تسمح بالتجربة والخطأ بسهولة؟

هنا يأتي دور منصة "ARIES"، التي يديرها المختبر الوطني للروكيز (NLR) في الولايات المتحدة، واسمها الكامل "البحث المتقدّم في أنظمة الطاقة المتكاملة". مهمّتها ليست توليد الطاقة، بل التحقّق من أنّ أنظمة طاقة الأمواج وشبكاتها الهجينة تعمل بشكل موثوق قبل أن تُغرق في المحيط.

لماذا لا يمكن تجربة هذه الأنظمة مباشرة في البحر؟

نشر جهاز تحويل طاقة الأمواج في المحيط عملية مكلفة وبطيئة الرجوع عنها. أي خلل في التصميم يُكتشف بعد النشر يعني إعادة سحب المعدّات وإصلاحها في بيئة معادية. لهذا صمّم مختبر ARIES بيئة تجمع بين أنظمة الطاقة، وتقنيات الطاقة المائية، والإلكترونيات الكهربائية، ومحاكاة دقيقة لفيزياء المحيط، بحيث يمكن للباحثين والشركات والمجتمعات محاكاة أجهزتهم بالكامل قبل وضعها في الماء.

يشرح آل ليفيكي، مدير برنامج مختبر الطاقة المائية في NLR، الفكرة بوضوح: "يتيح ARIES لـ NLR وشركائه التحقّق من الأنظمة المعقّدة الهجينة لطاقة البحر وتحسينها في بيئة يمكن التحكّم فيها وتكرارها والوصول إليها". ويضيف أنّ هذا يُقلّل المخاطر ويُجهّز الأنظمة للنشر في المحيط: "لا توجد شركة طاقة بحرية استفادت من بنية تحتية NLR ولم تُدمج ما تعلّمته في أنظمة الجيل القادم".

Loading image...

منصّة تُحرّك 10 آلاف كيلوغرام لتقليد الأمواج

الأداة الأبرز في هذا المختبر هي "LAMP"، وهي منصّة الحركة الكبيرة السعة، ويمكن وصفها ببساطة بأنها محاكي أمواج جافّ. تُحرّك LAMP أجهزة تحويل طاقة الأمواج التي يصل وزنها إلى 10,000 كيلوغرام عبر ست درجات من الحرية، أي أنها تستطيع محاكاة كل الحركات التي يفرضها الموج الحقيقي على الجهاز. خلال العملية، تقيس المنصة مقاومة الجهاز وقدرته على التقاط الطاقة من زوايا متعددة، وقد خضعت لتوصيف دقيق من قبل NLR لإعادة إنتاج خصائص الموج بأمانة تامة. من يريد التفاصيل الفنية الكاملة يجدها في الوثائق التقنية لمنصة LAMP، أما من يريد فقط فهم قدرات المنصة فيمكنه الاطلاع على صفحة معلومات LAMP.

لكن المحاكاة لا تتوقف عند حركة الأمواج. يربط ARIES الأجهزة قيد الاختبار بمُحاكيات أنظمة الطاقة واتصالات سيبرانية، بما يسمح له بتقليد أي نظام طاقة تقريباً، وتشغيل موارد كهربائية موجودة على الموقع نفسه. بعبارة أخرى: المختبر لا يختبر الجهاز البحري وحده، بل يضعه داخل نظام كهربائي كامل يحاكي الظروف الحقيقية.

من دون ماء: كيف تُختبر أنظمة توليد الكهرباء نفسها؟

إلى جانب LAMP، توجد في حرم "فلاتايرونز" التابع لـNLR مقاييس دوران (dynamometers) مخصّصة لاختبار أنظمة استخلاص الطاقة (power take-off). هذه الأجهزة لا تعيد إنتاج القوى ثلاثية الأبعاد التي يفرضها الماء، بل تُركّز فقط على القوى الدورانية التي تُحرّك عملية توليد الكهرباء وهذا يكفي لاختبار عناصر النظام الكهربائي بدقة دون الحاجة لبيئة مائية حقيقية.

استخدم ARIES هذه المقاييس لدراسة نظام "SeaRAY" للطاقة الساحلية المستقلّة، حيث تمّ توليد طاقة معادلة للطاقة البحرية عبر المقاييس نفسها، واختُبرت تهيئات شبكات صغيرة ونانوية (microgrid وnanogrid) مخصّصة لشحن المركبات تحت الماء. تدعم معدّات ARIES أيضاً مولدات دورانية وخطّية، بما يجعلها قابلة للاستخدام مع تقنيات طاقة الأمواج والتيارات المدّية وتيارات الأنهار على حدّ سواء.

تقول جين كورتز، مديرة الأبحاث في ARIES: "من الصعب أن تشعر بالثقة عند نشر تقنيات جديدة في مجال طاقة المحيطات المتقدّمة، لأنّ المجاهيل كثيرة جداً". وتضيف: "ARIES يزيل هذا الغموض ويقلّل المخاطر. نحن نُنشئ بيئة الطاقة البحرية والكهربائية التي يتوقّع الشركاء مواجهتها، بأقرب صورة ممكنة إلى الواقع".

Loading image...

الكهرباء المتقطّعة: التحدّي الذي لا يظهر في الإعلانات

طاقة الأمواج، بخلاف كثير من مصادر الطاقة المتجدّدة الأخرى، تُولّد كهرباء متغيّرة وغير مستقرّة، وهذا يفرض حاجة إلى أدوات تحكّم ومعدّات إلكترونية قادرة على تحويل هذه الطاقة وتصفيتها لجعلها مناسبة للاستخدام في الشبكة. هذه ليست تفصيلاً تقنياً هامشياً، بل جوهر المشكلة التي تحاول مشاريع مثل "HERO WEC" حلّها.

يدمج مشروع HERO WEC الذي يتعلّق بالتناضح العكسي الهيدروليكي والكهربائي جهاز طاقة الأمواج مع موارد شبكة محاكاة، وطوّر فيه NLR وحدة تحكّم في الشحن تربط بين التوليد البحري وتدفّقات طاقة البطاريات على البرّ. نتيجة هذا الاختبار حدّثت منصة ARIES نفسها، لتصبح أسرع وأكثر مرونة في الاختبارات المستقبلية عالية الدقّة. من يريد تفاصيل هذا المشروع يجدها في صفحة مشروع HERO WEC.

وتلخّص كورتز فلسفة المختبر بقولها: "الموارد السيبرانية-الفيزيائية في ARIES استثنائية، وتتوسّع باستمرار"، مضيفة: "أياً كانت طبيعة أنظمة الطاقة عند الشركاء سواء كانت تتصل بمحلّلات كهربائية أو بطاريات أو أحمال استجابية نحن نضمن أن يستطيع ARIES محاكاتها. هذه هي طريقتنا في التقاط التفاصيل العميقة لتكامل الطاقة البحرية".

ماذا بعد؟ سلسلة ندوات لسنة 2026

أعلن NLR عن سلسلة ندوات عبر الإنترنت خلال عام 2026 تتعلّق بالشبكات الصغيرة للطاقة الحركية المائية والبحرية، وتتناول تحديات دمج الشبكات الصغيرة في المناطق النائية والجزرية، وكيفية استفادتها من قدرات ARIES. تضمّ الندوات مشاركين من "شراكة المساعدة في الشبكات الصغيرة المجتمعية" و"مشروع شراكة الابتكار في تقنيات الطاقة"، ويمكن متابعة تفاصيلها عبر صفحة سلسلة الندوات، فيما يمكن الاطلاع على سوابق دعم الشبكات الصغيرة في المجتمعات النائية عبر هذه الصفحة.

بالنسبة لأي مجتمع أو شركة تفكّر في نشر تقنية طاقة بحرية حقيقية، تبقى المعادلة واضحة: كل ساعة تُختبر فيها الفكرة على منصّة جافّة مثل LAMP، أو عبر مقاييس دوران بدل الماء الحقيقي، هي ساعة توفّر تكاليف إصلاح وتأخير لاحقة في عرض البحر. المنصة والمعدّات متاحة للشركاء المحتملين، وتفاصيلها موجودة على صفحة ARIES الرسمية، ومن يريد التواصل المباشر بخصوص الشراكات يمكنه الكتابة إلى Rebecca.Fao@nlr.gov. يبقى السؤال المفتوح: هل ستتحوّل هذه الاختبارات المختبرية إلى حلول كهرباء فعلية للقرى المعزولة والجزر التي لا تصلها الشبكة الرئيسية، أم ستبقى حبيسة مراحل التجربة؟ الإجابة، كما هو الحال في كل تقنية طاقة ناشئة، ستُكتب بعد النشر الفعلي في الماء، لا قبله.