ثامناً: آفاق التطور

1. خطة لمستقبل الكهرباء

إن المنافسة المتزايدة في مشروعات القوى المحركة، وتوافقها مع المطالب الاقتصادية والبيئية المعقدة للقرن القادم، جعلت واضعي سياسة الكهرباء يعملون بخطة أساسية لصناعة قوى مُحركة تتميز بالكفاية،والتنافسية، والاستجابة لمطالب البيئة، وإعادة هيكلة صناعات أخرى تشترك مع صناعة الكهرباء في ملامح كثيرة، من بينها الاتصالات عن بعد والغاز الطبيعي.

ورغم إنه لا يمكن تطبيق نموذج واحد على البلاد كلها، إلا أن هناك عناصر تعد أسس كافية للاستجابة للمطالب الاقتصادية والبيئية تشمل السوق التنافسية للمبيعات الكلية لتوليد الكهرباء، ونظام مفتوح لنقل القوى الكهربية، والاعتماد على مختلف القوى المحركة، وتطوير نظام خدمة التوزيع، وفتح سوق توليد القوى المحركة أمام المنافسة، وتشجيع مصانع توليد الطاقة الخاصة للدخول للساحة.

وهناك أكبر نموذج شامل لمرفق التوزيع المستقبلي في مدينة سكرامنتو بولاية كاليفورنيا، بالولايات المتحدة الأمريكية، حيث تم إغلاق أكبر وحدات القوى المحركة فيه عام 1989، بناءً على مطلب السكان المحليين، وهو مفاعل رانشوسيكو Rancho Seco النووي الذي يعمل بطاقة 900 ميجاوات.

ومن التجديدات في مرفق سكرامنتو، البرامج الكبيرة لإدارة الطلب للمشتركين، تتضمن تشغيل أربع وحدات للتوليد المشترك للطاقة، وعمل مزرعة رياح قوة 50 ميجاوات، وتركيب أجهزة الكهرباء الشمسية على أسطح العملاء. ونتيجة لهذه البرامج المتطورة استطاع هذا المرفق أن يخفض سعر خدمات الكهرباء، وفي المستقبل فإنه قد يفاخر مرفق ما، بأعداد رقائق الكمبيوتر التي يتم تركيبها في منازل العملاء، أو عدد مجمعات الطاقة الشمسية التي أضيفت لأسطح منازل عملائهم.

ولا زالت الحاجة قائمة لآليات مستقبلية جديدة؛ لتخفيض التكاليف إلى أدنى حد؛ عن طريق الاستثمار في العديد من أجيال القوى المحركة، وكذا في تقنيات الاستخدام في الطرفيات، وقد تبنّت كاليفورنيا بالولايات المتحدة الأمريكية، وبريطانيا سوقاً جديداً للقوى المحركة، من أجل تقنيات التوليد غير الحفري، وذلك باستخدام الموارد المتجددة للطاقة.

وبالإضافة لذلك، فان التقنيات اللامركزية المحتملة الظهور سوف توفر خدمة يعتمد عليها بدرجة أكبر، وسوف تؤدي مصادر الطاقة المتجددة دوراً أكبر في إمداد سكان القرى بالكهرباء.

إن بناء صناعة كهربائية جديدة وتنظيمها سوف يستغرق عقداً، على الأقل، لكي تتضح هويته، ومن المحتمل أن تكون النتائج النهائية أكثر جاذبية، ونتيجة هذا التحول سوف تساعد في تحديد قوة الاقتصاد العالمي، وسلامة البيئة الطبيعية لعدة أجيال كثيرة قادمة.

2. الموصلات الفائقة

يقصد بالتوصيل الفائق خاصية المعادن التي تفقد كل مقاومتها الكهربائية، وتصبح غير مغناطيسية عند درجات الحرارة المنخفضة، باستخدام النتروجين السائل في التبريد.

رغم ما تحمله تقنيات الموصلات الفائقة من آمال كبيرة لخفض استثمارات تصنيع المولدات، ونقل وتوزيع الطاقة الكهربائية، وتوزيعها فإنها بعد تطويرها، ستحقق خفضاً هائلاً في الطاقة الضائعة على شكل حرارة، التي قد تصل أحياناً إلى ما يعادل 20% من إجمالي الطاقة الكهربائية المنتجة.

وقد اقتربت نفقات الموصلات الفائقة من الحدود الاقتصادية المقبولة في عدد من التطبيقات في مجالات القوى الكهربية مثل:

أ. التوليد.

ب. نقل القوى الكهربائية.

ج. تخزين الطاقة.

وأول تطبيق على المستوى الكبير للتوصيل الفائق والمتوقع حدوثه بعد عام 2000، سوف يكون خطوط نقل القوى الكهربائية.

وهناك احتمال لتطبيقات التوصيل الفائق، وهي منظومة تخزين الطاقة المغناطيسية، وسوف تمكن هذه المنظومة مؤسسات الكهرباء من تخزين الطاقة الكهربائية للاستخدام المستقبلي، وبكفاءة تزيد على90% مقارنة بالبدائل المتاحة حالياً، التي تتراوح كفاءتها من 70%، إلى 75% وتقوم وزارة الدفاع الأمريكية بدراسة تصميم وتكاليف بناء محطة تجريبية بطاقة تخزين من 20ـ30 ميجاوات ساعة أساسها الموصلات الفائقة ذات الحرارة المنخفضة. ومن أهم الدول التي عملت في هذا المجال، بجانب الولايات المتحدة الأمريكية، ألمانيا الاتحادية ـ اليابان ـ المملكة المتحدة ـ دول الكومنولث الاتحاد السوفيتي سابقاً، وقد أظهرت النتائج الأولية إمكانية إنتاج مولدات كهربائية بسعة 50 ميجاوات.

إن الانتقال الكامل لمرحلة تصنيع جميع مكونات، أي نظام كهربي من المواد فائقة التوصيل، لن يكون قريباً، بل المتوقع في المستقبل القريب أن يؤدى التقدم في تقنية المواد الفائقة التوصيل إلى استخدام نظم توليفية من كلٍ من المواد التقليدية والمواد فائقة التوصيل، في صناعة معدات توليد، الطاقة الكهربائية وتوزيعها ونقلها.

3. الخلايا الشمسية

الخلايا الشمسية بللورات مصنوعة من طبقات ذات خصائص إلكترونية، تؤدي إلى مجالات كهربية قوية داخلها، وعندما يسلط عليها ضوء الشمس تنفصل الإلكترونات المولدة في هذه البللورات بفعل ضوء الشمس بواسطة هذه المجالات الكهربية، ويظهر فرق جهد كهربي ما بين السطح العلوي والسفلي للبلورة.

وتولد هذه الخلايا لحظياً تياراً كهربائياً مستمراً، عندما تتعرض لضوء الشمس، وكلما كان الضوء أكثر إشراقاً، زادت قيمة التيار الكهربي المولد. ويكبر هذا التيار ويمكن تحويله من التيار المستمر إلى التيار المتغير وفق حاجتنا.

وتوجد حالياً ست تقنيات تعطى مؤشرات واعدة بالنسبة للإنتاج التجاري:

أ. البلورة الأحادية من السيليكون.

ب. البلورة المتعددة.

ج. الشريط السيليكوني المتشابك.

د. السيليكون غير البللوري.

هـ. كاديوم تيلوريوم.

ويقدر إجمالي سعة المنظومات الفوتوفلتية التي تم تركيبها في العالم بحوالي 327 ميجاوات، وقد أشارت التقارير العالمية إلى نجاح التجارب العملية لمنظومات الخلايا الفوتوفلتية بكفاءة بلغت 18.8% وسوف تعمم هذه المنظومات الجديدة مستقبلاً. وقد قامت الحكومة الأمريكية بدعم المنظومات الفوتوفلتية التي تُربط بالشبكات الكهربائية بتحقيق أهداف وزارة الطاقة الأمريكية للوصول إلى قدرة تعادل 92 ميجاوات عام 2020 إلا أن هذا البرنامج قد أُوقف. وفي المقابل بدأ تنشيط هذه الصناعة في كل من ألمانيا وسويسرا واليابان.

4. عملية توليد الهيدروديناميك أو مولدات البلازما الكهربائية

عملية توليد الهيدروديناميك المغناطيسية عملية لتوليد الطاقة الكهربائية، يجري تطويرها في كُلٍ من الولايات المتحدة الأمريكية والاتحاد السوفيتي سابقاً وبعض الدول الأخرى.

وأصبح الآن الاهتمام بعملية التوليد كبيراً؛ نظراً لاعتمادها الكبير على مصدر متوفر جداً في الطبيعة وهو الفحم، ومن ثم يمكن أن تضاف إلى وسائل الحفاظ على أنواع الوقود الحفرية الناضبة.

وبتقدم برامج الفضاء والصواريخ أُدخلت تقنية جديدة، تستفيد مباشرة من التوليد الهيدروديناميك المغناطيسي لإنتاج قدرة نبضية Pulse-Power، وتسير الأبحاث الخاصة بهذه التقنية في اتجاهين متوازيين هما:

أ. توليد الطاقة الكهربائية على نطاق تجاري، تلائم الاتجاه إلى ترشيد مصادر الوقود الناضبة.

ب. توليد قدرات نبضية عالية جداً، لفترات قصيرة جداً، وذلك للاستخدامات العسكرية.

5. نظرية عمل مولدات الهيدروديناميك المغناطيسي

تتحد البلازما الساخنة من احتراق وقود مناسب مع مؤكسد، خلال فونية متجهة إلى مجرى. ويحقن ملح معدني قلوي يسهل تأينه أثناء الحريق، يجعل البلازما موصلة كهربائياً، وعند تسليط مجال مغناطيسي على المجرى، فإن مجالاً كهربياً يولد بالحث في البلازما، يكون متعامداً على اتجاه البلازما والمجال المغناطيسي المستخدم. ويجعل جدران القناة عمودية على المجال الكهربي المولد بالحث بينما تكون الجدران موازية للعوازل، فأنه يمكن استخلاص تيار كهربائي يمكن أن يغذي حملاً كهربائياً.

6. المحطة الفضائية لتوليد الكهرباء من الطاقة الشمسية، مشروع جليسر

رأى العالم بيتر جليسر Glaser بشركة آرثر ليتيل Little Arthorالأمريكية أن يتخلص من مشكلتين هامتين من مشكلات استغلال الطاقة الشمسية؛ هما عدم توافرها بالليل وفي الأيام الغائمة، وكذلك امتصاص الغلاف الجوي لنسبة كبيرة منها، وذلك بأن يضع عدداً كبيراً من مصفوفات الخلايا الشمسية في الفضاء وعلى بعد 22300ميل من سطح الأرض، وهذه تتحرك في مدارها حول الأرض وتتجه دائماً نحو الشمس وتبلغ مساحة هذه المحطة 30 كم مربعاً، ويمكنها أن تعطى 9.3ميجاوات من الكهرباء، تُنقل إلى الأرض على شكل موجات ميكرونية طولها الموجي 12سم. 

ويستقبل هذه الموجات على سطح الأرض هوائي ضخم يبلغ قطره 10كيلومترات ويستطيع أن يستقبل 90% من الطاقة الكهربائية. ويعاد تحويل هذه الطاقة بعد ذلك إلى تيار كهربي متردد يُغذي الشبكة الكهربائية بما يقرب من خمسة ميجاوات من الكهرباء. ويبلغ وزن المحطة الفضائية 1.8 ألف طن، ويتوقف نجاح هذا المشروع على الطريقة التي سيتم بها نقل هذه المحطة وتركيبها في الفضاء. وتبلغ تكاليف هذا المشروع عشرة بلايين دولار، وتتعاون العديد من الشركات الأمريكية مثل بوينج وروكويل ويسبيتل وناسا في دراسة هذا المشروع.