البنية التحتية الكهربائية وتحديات النقل البحري للطاقة

في الآونة الأخيرة، يشهد تطبيق مصادر الطاقة المتجددة (RESs) لأنظمة توزيع الطاقة نمواً هائلاً، بحيث يجلب هذا التقدم العديد من المزايا، مثل استدامة الطاقة والموثوقية وسهولة الصيانة ومصادر الطاقة الفعالة من حيث التكلفة والتطبيقات الصديقة للبيئة، بحيث يعمل تطبيق (RESs) في الأنظمة البحرية.

ضرورة اعداد البنية التحتية الكهربائية وتحديات النقل البحري

أصبح النقل البحري المسار الأول للتجارة العالمية، حيث يتم تنفيذ أكثر من أربعة أخماس تجارة البضائع في العالم من حيث الحجم عن طريق البحر، لذلك زاد الطلب على الطاقة للشحن البحري، بما في ذلك الموانئ بنسبة (2.6٪) سنوياً في المتوسط ​​بين (2016)م – (2019م)، كما يؤدي هذا الطلب المتزايد على الطاقة إلى ارتفاع تكاليف الطاقة وزيادة انبعاثات غازات الاحتباس الحراري والملوثات الأخرى.

ووفقاً لدراسة (GHG) الصادرة عن المنظمة البحرية الدولية (IMO) الرابعة؛ فقد زادت حصة قطاع الشحن في الانبعاثات الجوية من (2.76٪) في عام (2012)م إلى (2.89٪) في عام (2018)م، ومن المتوقع أن تزداد بشكل كبير، وعلاوة على ذلك تمثل تكاليف الطاقة المرتفعة عبئاً كبيراً على الموانئ، لذا؛ فإن التحكم في الطلب على الطاقة أو زيادة التجارة سيكون مفيداً للغاية لتقليل تكاليف النقل.

وبالمثل؛ فإن تطوير الموانئ الخضراء يؤدي إلى انخفاض في انبعاثات الغازات الضارة وزيادة الكفاءة بكل معنى الكلمة، كما يعني مفهوم كفاءة الطاقة طريقة لتقليل استهلاك الطاقة للوصول إلى نفس القدر من الطاقة المفيدة، حيث إن التركيز الرئيسي لسلطات الموانئ هو أنه يمكن تحقيق توفير كبير في الطاقة من خلال المصادقة على السياسات واعتمادها والتدابير التكنولوجية ودمج مصادر الطاقة المتجددة (RESs).

مساهمة الموانئ البحرية في توجيه مسارات الطاقة الكهربائية

حظي دور الموانئ في معالجة تغير المناخ باهتمام كبير بسبب الضغط المتزايد من اللوائح الدولية (مثل التخفيف من جودة الهواء) والإقليمية مثل الاتحاد الأوروبي لتوجيه كفاءة الطاقة (2012)م، وذلك لتحسين المصداقية البيئية، وفي هذا الصدد تم اقتراح حلول تخفيف مختلفة، مثل التحول إلى وقود أنظف واستبدال المعدات القديمة بإصدار جديد وتقييد ساعات خمول الشاحنات.

وفي الوقت نفسه؛ فقد احتلت كفاءة الطاقة المرتبة الثالثة في أهم عشر أولويات بيئية أقرها المجلس الأوروبي في القطاع البحري في الاتحاد الأوروبي في عام (2020)م، بالإضافة إلى ذلك؛ فإن المنظمات الدولية مثل المنظمة البحرية الدولية (IMO) والمبادرة العالمية للمناخ (WPCI) والرابطة الدولية للموانئ والمرافئ (IAPH) ورابطات النقل المائي والبنية التحتية للنقل (PIANC) قد ضغطت على القطاع البحري لزيادة كفاءة الطاقة الكهربائية.

إلى جانب ذلك، هناك علاقة إيجابية ذات دلالة إحصائية بين الكفاءات التشغيلية وكفاءة الطاقة في الميناء، لذلك؛ فإن زيادة موارد الكفاءة التشغيلية، على سبيل المثال الرصيف، المعدات ستقلص استخدام الطاقة الذي يؤدي إلى كفاءة الطاقة، بالإضافة إلى ذلك تتأثر كفاءة طاقة الموانئ بشكل كبير بالتقدم التكنولوجي مثل الكهرباء والرقمنة وإمدادات الطاقة البرية (OPS) والمحولات والبطاريات والمكثفات الفائقة وتطبيق أنظمة إدارة الطاقة الذكية.

تجهيز الموانئ البحرية لعملية تطوير البنية التحتية الكهربائية

بالعادة يتم تطوير الموانئ على خمس مراحل، بحيث كانت المرحلة الأولى بمثابة نقطة التقاء للنقل البري والبحري مزودة بعمليات أساسية مثل اللوجستيات والرحلات البحرية وعمليات الإنقاذ، كما ونشرت المرحلة الثانية المعدات الأساسية والبنية التحتية لتقليل الاعتماد على القوى العامل، بحيث خدمت المرحلة الثالثة كمقدم خدمة مناولة البضائع مجهزة بالمخازن والتعبئة والتغليف ومرافق التوزيع.

كذلك يتم فصل منافذ المرحلة الرابعة مادياً ولكنها مرتبطة من خلال إدارة مشتركة كمنفذ شبكي، كما تُعرف المرحلة الخامسة أو الحالية باسم المنفذ الحديث الموجه للعميل والمجتمعي، والذي يتميز ببعض السمات الرئيسية، وهي الموانئ الحديثة أكثر تنافسية وجاذبية.

أيضاً يتم تعزيزها بشكل صحيح من خلال تمكين التقنيات مثل إنترنت الأشياء (IoT) وتحديد الترددات الراديوية (RFID) والحوسبة السحابية والضبابية والروبوتات والحلول التكنولوجية الأخرى، والتي تسمح للمنافذ بأن تصبح أكثر تنافسية من حيث التدفق بالإضافة الى وإدارة العملاء والتخفيف من الآثار البيئية، بحيث يمكن لهذه الموانئ أن تتعامل بشكل أكثر فاعلية مع تحديات موانئ الجيل السابق.

التحديات التي تواجه الموانئ البحرية في تطوير البنية التحتية الكهربائية

تواجه الموانئ تحديات فريدة تتعلق بالبيئة وتعزيز كفاءة الطاقة وتكامل الطاقة المتجددة والسياسات التنظيمية والتشريعية واستقرار الطاقة والشبكات وتعقيد البنية التحتية وزيادة الطلب على الطاقة، كذلك يتم وصف التحديات الرئيسية للموانئ على النحو التالي:

• التحديات البيئية: تواجه الموانئ تحديات بيئية حاسمة مثل انبعاثات ثاني أكسيد الكربون وتلوث الهواء والضوضاء وازدحام السفن والنفايات، حيث أن الصناعة البحرية مسؤولة عن إنتاج (2.2٪ ، 15٪ ، 6٪) من ثاني أكسيد الكربون وأكاسيد النيتروجين (NOx) وأكاسيد الكبريت (SOx) على التوالي، ومن أجل معالجة قضية تغير المناخ العالمي؛ فإنه من الضروري تنفيذ التدابير البيئية والسيطرة على الآثار الخارجية لأنشطة الموانئ لجعل صورة الموانئ خضراء.

• تحديات تحسين كفاءة الطاقة: تعتبر الموانئ من كبار مستخدمي الطاقة، بما في ذلك الكهرباء ووقود الديزل؛ فمن الضروري أن تدير الموانئ استخداماتها للطاقة، كما أن هناك اتجاه تصاعدي نحو كهربة البنية التحتية للموانئ، مما يزيد من درجة الأتمتة ويحسن كفاءة الطاقة، كما ويقلل من تكاليف الطاقة وانبعاثات غازات الدفيئة.

• تحديات تكامل الطاقة المتجددة: يمكن الحصول على الطاقة لعمليات الموانئ من مصادر مختلفة مثل مصادر الطاقة المتجددة والوقود النظيف أو يمكن أيضاً توصيلها بشبكة المرافق، وفي بعض الأحيان يمكن إنتاج الطاقة داخل منطقة الميناء، وبسبب زيادة الطلب العالمي على الطاقة؛ فإن استخدام مصادر الطاقة التقليدية مثل الوقود الأحفوري يخلق مشاكل بيئية.

• التحديات التنظيمية والتشريعية: تعتمد الفعالية البيئية للموانئ إلى حد كبير على السياسات التنظيمية المختلفة التي تتبناها سلطات الموانئ، لذلك قد تتبع الموانئ المختلفة لوائح مختلفة من خلال النظر في الخلفيات المحلية والجغرافية والاقتصادية والسياسية، حيث قامت الموانئ الأربعة الرائدة عالمياً وهي روتردام وأنتويرب وشنغهاي وسنغافورة بتكييف سياسات التسعير والمراقبة والقياس لجعل أراضيها صديقة للبيئة.

وأخيراً تعد منطقة الميناء مستهلكاً كبيراً للطاقة وباعثاً لغازات الدفيئة، كما أنه لا يقتصر تحدي تغير المناخ وخفض انبعاثات غازات الدفيئة على ميناء واحد نظراً لسماته المميزة، وعلاوة على ذلك لا توجد معايير عالمية محددة لإزالة الكربون من الموانئ، وفي هذه الدراسة تحديداً؛ قفد تم عرض تحديات مختلفة وتدابير كفاءة الطاقة والبنية التحتية الحديثة وتطبيقات التقنيات الناشئة في الموانئ البحرية.

كذلك تم تقديم خلفية شاملة عن التحديات في الموانئ، وبعد ذلك تم عرض التقنيات النموذجية وتدابير كفاءة الطاقة، كما تم تفصيل الاتجاهات الجديدة للطرق التكنولوجية، مثل الكهرباء والرقمنة الخاصة بالبيانات و (OPS) وتطبيقات (ESSs)، بحيث لوحظ أن استخدام (ESS) أصبح أمراً حاسماً لتوفير الكهرباء في فترات الذروة.

وعلى الرغم من أن السياسات التنظيمية المناسبة تقدم مساراً واعداً لإزالة الكربون من قطاع الموانئ وتحسين الكفاءة؛ إلا أن التنفيذ الفعلي لا يزال محدوداً، وبالمثل يمكن أن تلعب البنية التحتية الحديثة للموانئ، مثل شبكات الموانئ الصغيرة والشبكات الصغيرة الذكية للميناء البحري وتطبيقات التقنيات الناشئة؛ دوراً مهماً في تقليل انبعاثات غازات الدفيئة وتحسين كفاءة الطاقة.