تقديرات أقل بكثير لقدرة الرياح البحرية في الصين باستخدام نمذجة فضاء المزارع وتأثيرات الاضطراب الهوائي

لماذا هذا مهم للطاقة النظيفة

تمتلك الصين بعض أفضل المواقع في العالم لتوربينات الرياح البحرية، وتعتمد العديد من خطط الطاقة على أن هذه البحار العاصفة قادرة على توفير حصة كبيرة من كهرباء البلاد في المستقبل. يطرح هذا البحث سؤالًا بسيطًا لكنه حاسم: كم من الطاقة يمكن إنتاجه فعليًا عندما ننتقل من خرائط مثالية إلى الواقع الفوضوي للمزارع الفعلية؟ من خلال فحص دقيق لترتيب التوربينات، وكيف تتداخل خلفياتها الهوائية مع بعضها، وتكلفة هذه المشاريع، يجد المؤلفون أن التوقعات السابقة لإمكانات الرياح البحرية في الصين كانت على الأرجح متفائلة أكثر من اللازم.

النظر إلى ما وراء الخرائط البسيطة

قامت معظم الدراسات السابقة بتقدير إمكانات الرياح البحرية عن طريق توزيع التوربينات بشكل متساوٍ عبر مساحات بحرية واسعة، مع تطبيق قواعد أساسية فقط حول عمق المياه والمناطق المحمية وتباعد تقريبي بين الآلات. ثم كانت تُطبق خصمًا واحدًا粗粗—غالبًا حوالي 10 بالمئة—لتمثيل الطاقة المفقودة عندما تجلس التوربينات في ظلال رياح بعضها البعض، أو «الموجات الخلفية» (wakes). في الواقع، لا يقوم المطورون ببناء توربينات معزولة؛ بل يبنون مزارع كاملة، لكل منها تصميم تخطيطي مدروس بعناية. كما أن مشاريع الرياح البحرية الجديدة في الصين تتجه إلى مواقع أبعد عن الشاطئ وفي مياه أعمق، مما يغير كلاً من التصميم الفني والتكلفة. كل هذه التفاصيل مهمة لمعرفة كمية الكهرباء التي يمكن توصيلها فعليًا إلى الشبكة بتكلفة معقولة.

قياس مزارع الرياح الواقعية من الفضاء

بدأ الباحثون برسم خريطة تقريبًا لجميع مزارع الرياح البحرية القائمة في الصين باستخدام صور رادار الأقمار الصناعية وقواعد بيانات المشاريع العامة. قاسوا مدى تباعد التوربينات بالفعل، سواء على طول اتجاه الريح السائد أو عبره، وعدوا عدد الصفوف المستخدمة عادة. وجدوا أن معظم مزارع الرياح البحرية الصينية تستخدم ثلاث أو أربع صفوف من التوربينات، مع تباعد للآلات يبلغ حوالي 8–12 قطر روتور على طول اتجاه الريح و3–6 أقطار عبره. باستخدام هذه الأنماط المرصودة، صمموا ستة تخطيطات نموذجية للمزارع بأحجام مختلفة، بدلاً من افتراض شبكة توربينات مثالية واحدة. ثم وضعوا هذه المزارع الواقعية في أنحاء المنطقة الاقتصادية الخالصة للصين حيث سمحت عمق المياه والمسافة من الشاطئ والأمواج والمناطق المحمية بالبناء.

تعديل مقدار طاقة الرياح المتاحة

لتقدير كمية الكهرباء التي يمكن أن تنتجها هذه المزارع، جمع الفريق عدة مكونات: بيانات طقس مفصلة للعقود القليلة الماضية، إسقاطات نماذج مناخية لنصف القرن، منحنيات قدرة واقعية لتوربينات عصرية بقدرات 4 و8 و11 ميغاواط، ونماذج متقدمة لكيفية انتشار الاضطرابات الهوائية داخل المزرعة. قارنوا ثلاث نماذج للاضطراب من الأبسط إلى الأكثر تقدمًا. عبر عشرات السيناريوهات، وجدوا أن خسائر الاضطراب على مستوى المزرعة عادة ما تكون أعلى بكثير من افتراض 10 بالمئة التقليدي، وغالبًا في نطاق 14–20 بالمئة وحتى أكثر تحت أكثر النماذج تحفظًا. ونتيجة لذلك، ينخفض الإجمالي التقني لإمكانات طاقة الرياح البحرية في الصين إلى نحو 2.5–4.2 بيتاواط-ساعة سنويًا—أدنى بكثير من العديد من التقديرات السابقة، التي كانت غالبًا تتجاوز 5.6 بيتاواط-ساعة وأحيانًا تقترب من 10.

التكاليف والمزارع في المياه العميقة والحدود الإقليمية

تحسب الدراسة أيضًا تكلفة تعادل الكهرباء لكل مزرعة نموذجية، مع الأخذ في الاعتبار عمق المياه والمسافة من الشاطئ وتكاليف التركيب والصيانة والفروقات بين الأساسات الثابتة والعائمة. عمومًا تكلف المشاريع الضحلة والقريبة من الشاطئ أقل لكل وحدة كهرباء، لكن معظم أفضل المواقع الضحلة قد استُغلت بالفعل. يفتح الانتقال إلى مياه أعمق موارد أكثر ويسمح بمزارع رياح عائمة أكثر كثافة، لكنه يرفع التكاليف بشكل حاد. في العديد من السيناريوهات، لن تكون سوى نسبة من المزارع الممنهجة مربحة حاليًا دون دعم إضافي. كما يجد المؤلفون أن معظم المقاطعات الساحلية لا يمكنها تلبية كل احتياجاتها من الطاقة من الرياح البحرية وحدها؛ فالكثير منها قد يغطي فقط 60–80 بالمئة من الطلب المحلي، وبعضها، مثل شنغهاي وخبي، أقل بكثير.

ماذا يعني هذا لخطط الطاقة النظيفة

بالنسبة لغير المتخصصين، الرسالة الأساسية أن مورد الرياح البحرية في الصين ما يزال كبيرًا جدًا، لكنه ليس بلا حدود أو رخيصًا كما كان يُأمل عندما تُدرج قيود الهندسة والمسافات الواقعية. سيكون التصميم الدقيق للمزارع، والتعامل الأذكى مع تأثيرات الاضطراب، وخفض التكاليف—وخاصة لتوربينات العائمة في المياه العميقة—أمورًا أساسية إذا ما أرادت الرياح البحرية أن تلعب الدور البارز الذي تصوره العديد من خطط المناخ. يقدم هذا النهج على مستوى المزرعة والواعي بتخطيط الصفوف أساسًا أكثر واقعية واعتدالًا لوضع أهداف الطاقة الوطنية، واختيار مواقع البناء الأولية، وموازنة الرياح البحرية مع خيارات منخفضة الكربون أخرى في مسار الصين نحو صافي انبعاثات صفرية.

الاستشهاد: Xu, S., Yin, G., Hu, P. et al. Substantially lower estimates in China’s offshore wind potential using farm-scale spatial modeling and wake effects. Nat Commun 17, 2043 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-68655-2

الكلمات المفتاحية: الرياح البحرية, طاقة الصين, إمكانات الطاقة المتجددة, تصميم مزارع الرياح, توربينات الرياح العائمة