طاقة المد والجزر وأثرها على البيئة

ما هي طاقة المد والجزر؟

نظرًا لأن معظم الاقتصادات تشهد توسعًا سريعًا فمن المتوقع أن يزداد الطلب على الطاقة بشكل كبير، على الرغم من أن معظم الاقتصادات قد استُثمرت في الوقود الأحفوري فإن المصادر المتجددة والمستدامة توفر إمكانيات كبيرة للكهرباء الرخيصة والموثوقة، حيث تعتبر طاقة المد والجزر أحد مصادر الطاقة التي تصنف ضمن أفضل المصادر المتجددة والمستدامة.
طاقة المد والجزر: هي شكل من أشكال الطاقة المتجددة التي يتم الحصول عليها بسبب تناوب مستويات سطح البحر، يتم تسخير الطاقة الحركية من الارتفاع الطبيعي وانخفاض المد والجزر وتحويلها إلى كهرباء، يحدث المد والجزر بسبب قوى الجاذبية المشتركة للقمر والشمس والأرض.
ومع ذلك يتأثر المد والجزر بالقمر لأن قوة جاذبية القمر قوية جدًا لدرجة أنها تدفع المحيط إلى الانتفاخ، يخلق المد المرتفع والمنخفض تيارات المد والجزر، وهي ضرورية لتوليد هذا النوع من الطاقة السائدة في الغالب في المناطق الساحلية، تعتبر طاقة المد والجزر مصدر طاقة متجددة لأن المحيطات والبحار ستبقى حتى نهاية الوقت والمد والجزر يمكن التنبؤ بها بشكل كبير.
يتم تركيب محطات توليد طاقة المد والجزر بشكل شائع على طول السواحل على الرغم من أن النباتات البحرية تزداد شعبية، تُفضل محطات توليد طاقة المد والجزر الخطوط الساحلية لأنها تتلقى مد وجزر مرتفعين ومديين منخفضين كل يوم، ولتوليد الكهرباء يجب ألا يقل التفاوت في مناسيب المياه عن 5 أمتار.
تتمتع قوة المد والجزر بإمكانيات كبيرة في المستقبل، حيث يمكن التنبؤ بالمد والجزر بدقة أكبر بكثير من الرياح أو الشمس وبسبب الحجم الهائل للمحيطات، على الرغم من توفرها بكثرة إلا أن تسخير الطاقة منها ليس بهذه السهولة، إنها تعاني من استثمارات ضخمة وتحد من توافر المواقع التي يمكن التقاطها.

كيف يتم تحويل طاقة المد والجزر إلى كهرباء؟

يتم تحويل طاقة المد والجزر إلى كهرباء باستخدام ثلاث تقنيات مد وجزر رئيسية وهما كما يلي:

• توربينات المد والجزر: تستخدم توربينات المد والجزر نفس التكنولوجيا لتوربينات الرياح، والفرق الوحيد هو أن ريش توربينات المد والجزر أقوى وأقصر بكثير، لذا فإن أفضل طريقة لمقارنة توربينات المد والجزر هي طواحين الهواء تحت الماء. 
  من الناحية المثالية تدير التيارات المائية التوربين، حيث أن التوربين متصل بمولد من خلال عمود، لذلك عندما تدور التوربين يدور العمود أيضًا، يقوم عمود الدوران بتنشيط المولد الذي يولد الكهرباء، التكلفة الأولية لإنشاء نظام تيار المد والجزر هذا على الجانب الأعلى، إلى جانب صعوبة الصيانة، ومع ذلك فإنه يبقى بديلاً أرخص ولا يتسبب في تدهور البيئة مقارنة بتقنيات المد والجزر الأخرى.
  
• قناطر المد والجزر: قناطر المد والجزر هي أكثر تقنيات طاقة المد والجزر كفاءة، حيث أنها تشبه السدود المستخدمة في محطات الطاقة الكهرومائية والفرق هو أنها أكبر بكثير؛ لأنها شيدت عبر خليج أو مصب، ولكي يتمكن الوابل من إنتاج الطاقة يجب أن يكون نطاق المد والجزر وهو الفرق بين المد المنخفض والعالي أكثر من 5 أمتار.
  قناطر المد والجزر عبارة عن هياكل خرسانية طويلة يتم بناؤها عادة عبر مصبات الأنهار، حيث تحتوي القناطر على أنفاق على طولها تحتوي على توربينات والتي يتم تشغيلها عندما يتدفق الماء من جانب واحد عبر الوابل إلى الجانب الآخر، كما يقال أن هذه الهياكل الشبيهة بالسدود لها عمر يقارب 100 عام، على سبيل المثال تعمل La Rance في فرنسا منذ عام 1966 وتستمر في توليد كميات كبيرة من الكهرباء كل عام.
  مع دخول المد إلى النظام تتدفق مياه المحيط أو البحر عبر السد إلى الحوض، عندما يهدأ المد والجزر تغلق بوابات النظام وتحبس المياه في المصب أو الحوض، وعندما يبدأ المد في التحرك للخارج تنفتح بوابات السد التي تتكون من توربينات ويبدأ الماء في التدفق على التوربينات والتي تتحول في النهاية لإنتاج الطاقة، إذ ينطوي بناء قناطر المد والجزر على تكاليف رأسمالية عالية بالإضافة إلى آثار مدمرة على السكان المحليين للبيئة.
  
• بحيرات المد والجزر: هذه التكنولوجيا لديها الكثير من القواسم المشتركة مع قناطر المد والجزر، حيث أنها فقط لا تنطوي على الكثير من النفقات الرأسمالية الأولية وهي صديقة للبيئة.
  تعتبر محطة (Tidal lagoon) محطة طاقة منفصلة عن بقية المحيط أو البحر وتشبه وظيفتها وابل المد والجزر؛ لأنه عندما يرتفع المد تمتلئ البحيرة بالكامل، وعندما ينحسر المد يُسمح للمياه بالخروج من خلال فتحة تتكون من توربينات، مما يؤدي التدفق الخارجي للمياه إلى تشغيل التوربين الذي يولد الطاقة.
  

ما هي مزايا طاقة المد والجزر؟

• تعتبر صديقة للبيئة: حقيقة أن تقنيات طاقة المد والجزر مثبتة على السواحل والبحر تجعلها جيدة للبيئة، حيث أن لم يتم التدخل في الأرض، أيضًا تعد طاقة المد والجزر مصدرًا نظيفًا للطاقة، مما يعني أنها لا تطلق أي غازات دفيئة في الغلاف الجوي.
  
• تعد مصدر طاقة متجددة: يتم تسخير المد والجزر لإنتاج طاقة المد والجزر من قوة الجاذبية المشتركة للشمس والقمر والأرض بالتزامن مع دوران الكوكب حول محوره، هذه عملية طبيعية تحدث كل يوم وهذا يعني أن المد والجزر سيستمر في الحدوث وسيستمر إنتاج طاقة المد والجزر حتى نهاية الوقت.
  
• إن تطوير المد والجزر هو دورة مفهومة جيدًا، هذا يجعل تطوير أنظمة طاقة المد والجزر بالأبعاد الصحيحة أسهل كثيرًا؛ وذلك لأن مستوى الطاقة الذي سيتعرض له النظام محدد بالفعل وهو ما يفسر عدم وجود قيود على قدرة المعدات المركبة والحجم المادي بالكامل على توليد الطاقة.
  
• تكلفة تنافسية: تتمتع تقنيات طاقة المد والجزر التي تم إنشاؤها مرة واحدة بإمكانية توليد الكهرباء لسنوات عديدة مما يعني أنها تدوم طويلاً، على الرغم من أن التكاليف الأولية لإنشاء محطة لتوليد الطاقة من المد والجزر مرتفعة نسبيًا إلا أن العائد على الاستثمار سيتحقق على المدى الطويل، مثال نموذجي هو وابل المد والجزر الذي لا يزال ينتج الكهرباء منذ عام 1966.
  
• يقلل الاعتماد المفرط على الوقود الأحفوري: مصادر الطاقة القائمة على الأحافير مثل النفط والفحم والغاز الطبيعي تنبعث منها غازات الدفيئة التي تؤدي إلى تغير المناخ والاحتباس الحراري، توفر طاقة المد والجزر بديلاً صديقًا للبيئة ومتجددًا لخفض انبعاثات غازات الاحتباس الحراري.
  
• يقدم شعوراً بالحماية: يمكن للقناطر والسدود التي تستخدم للاستفادة من طاقة المد والجزر لتوليد الكهرباء أن تعزل المناطق الساحلية وموانئ السفن عن المد والجزر عالية التأثير والخطورة في سياق سوء الأحوال الجوية والعواصف.
  
• تُعد فعالة جدًا حتى عند السرعات المنخفضة: تيارات المحيطات لديها القدرة على إنتاج طاقة أكثر من التيارات الهوائية؛ لأن مياه المحيطات أكثف 832 مرة من الهواء، وهذا يعني أن التيارات البحرية تطبق قوة أكبر على التوربينات لتوليد المزيد من الطاقة.
  
• طول عمر المعدات: يمكن أن تدوم محطات توليد الطاقة من المد والجزر لفترة أطول بكثير من مزارع الرياح أو الطاقة الشمسية أي حوالي أربعة أضعاف طول العمر. 
  

ما هي عيوب طاقة المد والجزر؟

• ارتفاع تكاليف رأس المال مقدما: تقنيات طاقة المد والجزر جديدة إلى حد كبير، بمعنى أن تكاليف البنية التحتية مرتفعة نسبيًا في الوقت الحالي، حيث يتوقع الخبراء أيضًا أن طاقة المد والجزر ستبدأ في الاستفادة من الناحية التجارية فقط في عام 2025 مع تحسينات التقنيات المبتكرة.
  
• ليست صديقة للبيئة تمامًا: يُعتقد أن أنظمة توليد طاقة المد والجزر لها بعض التأثيرات البيئية لكن لم يتم تحديدها كمياً، بالإضافة إلى ذلك تنتج محطات المد والجزر الكهرباء باستخدام قناطر المد والجزر التي تعتمد على التلاعب بمستويات سطح البحر، هذا يعني أن لها نفس التأثيرات البيئية مثل السدود الكهرومائية.
  
• مشاكل الكفاءة: يعتمد توليد كهرباء المد والجزر كليًا على موجات المد والجزر والتي تحدث مرتين في اليوم، هذا يعني أنه عندما لا يحدث المد والجزر لا يوجد إنتاج للطاقة ولهذا السبب يجب تكبد تكاليف إضافية لإنشاء أنظمة تخزين الطاقة.
  
• طاقة المد والجزر تحتاج فترة حمل طويلة: تحتاج محطات توليد الطاقة من المد والجزر إلى الكثير من الوقت لتكون قادرة على إنتاج الكهرباء بكفاءة، يمكن أن يكون هذا الجانب جنبًا إلى جنب مع تكلفة التثبيت غير مستدام، مثال نموذجي لمحطة طاقة المد والجزر التي تم إغلاقها بسبب تجاوز الوقت والتكلفة هو جسر Severn في المملكة المتحدة.
  
• التأثير على الحياة البحرية: الخوف الأكبر بين مطوري أنظمة طاقة المد والجزر هو تأثير النباتات والتوربينات على النظام البيئي البحري المحيط، حيث يمكن أن يؤدي دوران التوربينات والاهتزازات في نبات المد والجزر إلى تعطيل النظام البيئي البحري بشكل كبير ومنع الحركة الطبيعية للحياة البحرية.
  
• تأثير انبعاثات المجالات الكهرومغناطيسية: قد تؤدي الانبعاثات الكهرومغناطيسية أيضًا إلى تعطيل الحياة البحرية الحساسة، قال جيف وارد عالم البيئة البحرية أن المنظمة كانت تراقب كيف تلحق المجالات الكهرومغناطيسية ضررًا بقدرة سلمون كوهو الصغير على التعرف على الحيوانات المفترسة والتهرب منها، كما أنهم يراقبون ما إذا كانت الحياة البحرية تنجذب أو تنفر بواسطة المجالات الكهرومغناطيسية بشكل عام.
  الأنواع الخاصة المعرضة لمجالات الكهرومغناطيسية هي أسماك القرش والزلاجات والشفنين والقشريات والحيتان والدلافين والأسماك العظمية والسلاحف البحرية، حيث تستخدم العديد من هذه الحيوانات المجالات المغناطيسية الطبيعية للتنقل في بيئتها.
  

على الرغم من أن تقنية طاقة المد والجزر لا تزال في مهدها إلا أن الآثار الخطيرة للوقود الأحفوري والخوف من نفادها يومًا ما يعني أن الكثير من الوقت والموارد سيتم تخصيصها لتوليد طاقة المد والجزر،.
على الرغم من أن مصادر الطاقة المتجددة والخضراء الأخرى مثل الشمس والرياح والطاقة الحرارية الأرضية في طريقها إلى الأمام فإن المد والجزر يلحق بسرعة بالحزمة، حيث يُنظر إلى طاقة المد والجزر على أنها الشيء الكبير التالي بمجرد أن تصبح تقنيتها أفضل بكثير.