تشهد محركات الرياح البحرية لإنتاج الطاقة نجاحاً متزايداً وانتشاراً متنامياً. وإذا كانت هذه التقانة لم تر النور في بعض البلدان، فإنها موضع تطبيق في العديد من المشاريع الملموسة للسنوات القادمة في مناطق عديدة. وكانت بعض الدول، كبريطانيا، وهولندا والدانمرك، قد أقامت عدة مزارع محركات رياح في عرض مياهها، مع التصميم على الاستمرار في هذا المضمار. من جهة ثانية، تشكل الرياح العنيفة السائدة في الطبقة العليا من الجو مصدراً عظيماً للطاقة، نظيفاً وغير نضوب، يمكن أن يغطي حاجات الكوكب كلها منها.        

مصدر رائج للطاقة
تبدو محركات الرياح المنصوبة بعيداً عن الشاطئ، التي وصفت في أوربا بأنها مصدر نظيف للطاقة، ومستديم، وعلى أنها وسيلة مطلوب تنفيذها للوصول إلى الأهداف التي وضعها الاتحاد الأوربي لنفسه بخصوص تخفيض انبعاثات ثاني أكسيد الكربون، مجالاً أساسياً يستحيل تفاديه.
تختلف محركات الرياح البحرية عن الأخرى البرية في عدة جوانب، وتشكل مجالاً يجتذب عدداً متزايداً من الشركات والمستثمرين بشكل خاص. ولكن، كيف يعمل محرك الرياح البحري؟ ما الفرق بينه وبين ذاك الذي يعمل على اليابسة؟ ما هي الانتقادات الموجهة لهذه التقانة؟.

عمل محرك الرياح البحري
هذه الآلة هي أولاً مولِّد هوائي aérogénérateur، يتيح تحويل طاقة الريح الحركية إلى طاقة كهربائية. المبدأ فيه هو نفسه في محرك الرياح البحري والآخر البري، اللذين يتألفان من العناصر الرئيسية ذاتها:  
- برج أسطواني يسمى "سارية" (عمود): يحمل هذا البرج القفصَ والشفرات، ومن هنا يجب أن يكون بارتفاع كاف كي يتيح لها الحركة والتعرض لرياح قوية ومنتظمة. وتتوضع أسلاكه الكهربائية الموصولة بالشبكة، مع سلّم الصعود، داخل البرج.
- قفص يقع في أعلى البرج يضم مكوِّنات كثيرة ضرورية لعمل محرك الرياح، خصوصاً المولد الذي ينتج الكهرباء بنتيجة دوران الشفرات، والمُضاعِف multiplicateur الذي يعمل على تحويل قوة الدوران (للحصول على دوران بسرعة كبيرة وقوة قليلة بدلاً من دوران ضعيف السرعة مع قوة كبيرة) والتجهيزات التي تستخدَم في فرملة محركات الهواء وتوجيهها وجهة الريح.
- دوّار، مثبت في القفص ومؤلف من ثلاث شفرات عموماً ومقدمة المحرك. ويدور بطاقة الرياح.      
مع ذلك، قواعد محركات الرياح البحرية مختلفة بالمقارنة مع مثيلتها البرية. تشاد الأبراج على هذه القواعد، التي تصمَّم وفقاً لعمق وخاصيات قاع البحر وتياراته أيضاً. وتكون عموماً من الباطون أو من المعدن، وتغرس في القاع تحت الماء بواسطة رافعة متحركة فوق سطح البحر. ويوصَل كل محرك رياح بعد ذلك بالشبكة الكهربائية بواسطة كوابل تحت بحرية. ويتحتم إقامة منشآت تحويل كهربائي في البحر بهدف الحد من خسائر الخطوط وتقليل عدد الكوابل الممتدة إلى اليابسة. وعلى سبيل المثال، يصل ارتفاع قواعد محركات رياح مزرعة London Array المستقبلية، التي يقدّر أن تزود البريطانيين بـ 1 جيغاواط من الكهرباء، إلى 52 م بقطر 5,7 م ووزن 450 طناً.   

محرك الرياح البري ومحرك الرياح البحري
إذا كان المبدأ هو نفسه في الحالتين، فإن شروط البحر تتطلب بناء آلات أمتن: يجب أن تقاوم الأبراجُ قوة الأمواج والتيار، وينبغي التفكير بالحماية من التآكل، وبالتوصيل الكهربائي عبر كوابل تحت بحرية. توصيل محركات المزرعة البحرية مسألة نوعية بنتيجة بعد شبكة الكهرباء عنها. ومن هنا، إنشاؤها أكبر كلفة بكثير بالمقارنة مع محركات الرياح البرية. 
ولكن، رغم أن كلف البناء، والتركيب والصيانة أعلى في البحر مما هي في البر، فإن محرك الرياح بعيداً عن الشاطئ يتيح الحصول على إنتاج كهربائي أكثر انتظاماً وأكبر. والرياح أقوى في عرض البحر، مما يجعل هذه الآلة مغرية بالنسبة لعدد من الشركات. ووفقاً لمعطيات جمعية France Energie Eolienne فإن "الموقع الموجود على مسافة عدة كيلومترات داخل البحر يمكن أن يعطي طاقة أكبر بنسبة 50% من موقع مجاور على بر الشاطئ"، عدا ذلك، يمكن أن يعطي محرك الرياح البحري حتى 5 ميغاواط وسطياً، أي 15 جيغاواط ساعة من الكهرباء سنوياً، مقابل 3 ميغاواط فقط لمحركات الرياح البرية. 

حسنات ومساوئ
إن كان مبدأ محرك الرياح البحري مغرياً في العديد من الجوانب، فإن انتقادات استخدامه متعددة. ما هي حسناته ومساوئه؟
الحسنات:
تأتي الحجة البيئية على رأس الحسنات: محركات الرياح البحرية شكلٌ من الطاقة اللامتناهية، وبالتالي مستديمة، ونظيفة. لا تتطلب أي وقود ولا تطلق غازات دفيئة. ولا تنتج فضلات ضارة بالصحة والبيئة وسكان الشواطئ والأجيال القادمة. هناك أيضاً ميزة اقتصادية، تتيح مزارع محركات الرياح البحرية إيجاد فرص عمل وتجلب نشاطات جديدة إلى المنطقة المعنية: من حيث الصيانة، والتركيب والتصنيع... تأمل المملكة المتحدة مثلاً، وهي رائدة في هذا الميدان منذ عدة سنوات، إيجاد أكثر من 70000 فرصة عمل جديدة. 
المساوئ:
يبقى التأثير الإبصاري معطاة هامة بالنسبة لسكان الشواطئ ومحبي الطبيعة. وإذا كان بعض المستثمرين يجدون شكل المزرعة "جميلاً" في الأفق فإن الكثيرين يعبرون عن استيائهم من هذا المنظر اللاجمالي في قلب المشهد الطبيعي. يتوجب بناء محركات الرياح على مسافة عشرات الكيلومترات من الشواطئ للتخلص من هذه المشكلة. لكن أعماق البحر الكبيرة في بعض المناطق تحول دون تحقيق ذلك أحياناً. فضلاً عن ذلك، إذا كان يمكن تفكيك محرك الرياح في نهاية حياته، فلا يبقى له أثر في المشهد بعد ذلك، فإن قاعدته الإسمنتية لن تتزحزح أبداً من مكانها.
المشكلة الأخرى: كيف يمكن التوفيق بين نشاط الصيد وتطوير مزارع محركات الرياح البحرية؟ من الصعب جداً الطلب من الصيادين أن يسمحوا لمستثمري المحركات بقضم مساحات من مجال صيدهم. هذه مشكلة أساسية وتتطلب حواراً حقيقياً بين الأطراف المعنية.   
المسألة الأخرى التي تثير قلقاً أيضاً هي تأثير هذه المنشآت على المنظومات البيئية البحرية. وكانت دراسة بعنوان Greening blue energy نشرها "الاتحاد الدولي للحفاظ على الطبيعة" (UICN) في عام 2010 قد أكدت أن بناء واستغلال مزارع الرياح البحرية يمكن أن تتمخض عن تأثيرات سلبية بعضها وقتي والآخر دائم على حيوانات المنطقة البحرية والطيور المهاجرة. وحسب هذه الدراسة، فإن ضجيج أشغال البناء يمثل الخطر الأكبر على البيئة البحرية إذ يجعل أنواعاً من الأسماك تهرب بعيداً. وقد تؤثر الأمواج الصوتية أيضاً على سلوك الدلافين والفقمة على مسافة آلاف الأمتار. مع ذلك، لم تظهر بعد دراسات مطورة حول هذه المسائل. يضاف إلى ذلك أنه يتوجب "طرد" بعض الحيوانات من منطقة الإنشاء، ومن هنا "ليس مستبعداً أن تتخوَّف الحيتان كي تترك المنطقة المطلوب العمل فيها"، حسب قول "ريتشارد ريغ" Richard Rigg مدير مشروع London Array.

اختيار المناطق في البحر
لا يمكن بناء محركات رياح أينما كان في عرض البحر. لا بد أن نعرف أن قيعان البحار مليئة بالمفاجآت: حطام متنوع أو قنابل منسية من حروب ماضية. من المناسب إذاً في البداية فحص كل منطقة بحرية بشكل دقيق. ثم، يجب التفكير بالتوفيق، قدر الإمكان، بين هذه المنشآت البحرية ونشاط الصيادين، وطرق النقل البحري ومناطق الاستخراج المختلفة. يجب أيضاً تذكر الأثر البيئي: يجب أن تنجز دراسات حول نباتات وحيوانات قاع المنطقة البحري. في الواقع، يمكن أن يتمخض غرس محركات الرياح عشوائياً عن مشكلات بالنسبة للمنظومات البيئية إذا ما أقيمت مثلاً في مناطق تكاثر الحيوانات البحرية أو هجرة بعض الأنواع.
يجب أن لا تكون منطقة بناء المحركات عميقة كثيراً، أي أقل من 50 م حسبما هو متعارف عليه اليوم. ولتقليل الكلفة، ينبغي أن لا تنصب المحركات بعيداً كثيراً عن شبكة الكهرباء العامة.   

تجربة مزارع محركات الرياح الأوربية
أقيمت أولى محركات الرياح في أوربا عام 1993، في الدانمرك وهولندا. وكثرت مزارع هذه المحركات منذئذ بنتيجة الحالة البيئية الملحة. وسجل العام 2010 رقماً قياسياً من حيث قدرة محركات الرياح وسعة نطاق المشروعات الجديدة. ووفقاً لمعطيات " الرابطة الأوربية لطاقة الرياح " EWEA فإن عدد محركات الرياح البحرية في أوربا وصل إلى 1136 محركاً في كانون الثاني 2011 تبلغ قدرتها الإنتاجية 2964 ميغاواط، أي ما يعادل الحاجة الكهربائية لـ 2,9 مليون منزل أوربي. تأتي المملكة المتحدة في المقدمة على المستويين الأوربي والعالمي مع سعة تركيبات (مجموع القدرات الكهربائية) تصل إلى 1341 ميغاواط، تأتي بعدها الدانمرك (854 ميغاواط) وهولندا (249 ميغاواط) وبلجيكا (159 ميغاواط) والسويد (164 ميغاواط)، ثم ألمانيا (92 ميغاواط) وفنلندا (26 ميغاواط) وأيرلندا (25 ميغاواط) والنرويج (2,3 ميغاواط). ومن المتوقع أن تشهد الأعوام القادمة مزيداً من هذه المشروعات من حيث عدد المزارع والقدرة الإنتاجية على المستوى الأوربي، خصوصاً من أجل تزويد العواصم الـ 14 الأكبر في أوربا بالكهرباء. ومن المقدر، حسب "الرابطة الأوربية لطاقة الرياح"، أن تصل سعة التركيبات عام 2020 في أوربا إلى 40000 ميغاواط.

محركات الرياح الجوية
تعتبر الرياح العنيفة السائدة في طبقات الجو العليا، والتي تسير بسرعة 200 كم / سا على ارتفاع 1000 م، حقلاً مذهلاً لإنتاج الطاقة. إنها نوع من التيارات الهوائية الدافقة السريعة جداً، التي تنتج عن الاحتكاك الدائم بين الهواء الاستوائي الحار والهواء القطبي البارد في أجواء المناطق المعتدلة. "لا حاجة للارتفاع أكثر من ذلك، فسرعة الرياح على ارتفاع  1000 م تتضاعف مرتين قياساً إلى الأرض"، تقول "كريستينا آرشر" Christina Archer باحثة علوم الجو من جامعة ولاية كاليفورنيا الأمريكية، والتي ساهمت في وضع أول أطلس عالمي يحدد قدرة الرياح على امتداد 500 إلى 12000م على مدى 28 عاماً. وقد أوضح هذا الأطلس وجود كثافات قدرة (القدرة المحتملة للرياح بالكيلواط في المتر المربع من السطح الذي يغطيه محرك الرياح) هائلة. وهكذا، أفقياً فوق مدن كبرى مثل نيويورك وطوكيو وسيئول، تعطي الرياح، بامتداد 8000 م، خلال نصف الوقت، أكثر من 10 كيلواط / م2، أي أكثر بـ 50 مرة من الكثافة المتوقعة بالنسبة لأي موقع على الأرض. وحتى لو كانت هذه الأداءات محدودة في المناطق الاستوائية حيث لا تؤدي قلة التضادات الحرارية إلى إحداث رياح قوية جداً، فإن هذه الطاقة يمكن أن تكون واعدة، ذلك إلى حد أن الحصول على 1% من قدرة هذه الرياح قد يكفي لتلبية حاجات البشرية الطاقية، وفقاً لحسابات "كريستينا آرشر" وزملائها. ولكن يبقى الآن العمل على التقاطها، غير أن محركات الرياح التقليدية ليست صالحة هنا، إذ لا تتجاوز سواريها كثيراً طول 100م. وتقوم اليوم خمس عشرة شركة في العالم بدراسة ثلاثة مسارات للتمكن من استغلال الرياح على ارتفاعات عالية: المنطاد المقيَّد، والأجنحة الطائرة، والدوّارات rotors. وقد طورت شركة Magenn مناطيد مقيَّدة معبأة بالهليوم، بطول بضعة أمتار إلى بضعة عشرات من الأمتار، للعمل في الارتفاعات الأدنى. وعند دورانها، بقوة الرياح، حول محور أفقي مقرون بمولّد تيار متناوب، تولِّد هذه الآلات، بنتيجة انتظام الرياح على ارتفاع عال، مقداراً من الكهرباء يبلغ ضعف ما يولده محرك الرياح التقليدي الذي يمكن أن يغطي المساحة نفسها على الأرض. إلا أن الكثافة المتوسطة للرياح تجعل القدرة محدودة بـ 1 ميغاواط بالنسبة لمنطاد طوله 100م، وهو ما ينعكس سعراً مرتفعاً نسبياً للكيلواط ساعي. مع ذلك، تراهن شركة Magenn على سهولة نشر المناطيد وعلى الزيادة في الإنتاجية. "مع مناطيدنا، تصبح طاقة الرياح الجوية مربحة على ما نسبته 45% من سطح الأرض، مقابل 13% فيما يتعلق بمحركات الرياح التقليدية. مثلاً، وخلافاً للتقانات الأخرى، لا تحتاج مناطيدنا إلى بنى تحتية ضخمة كالمحركات البحرية"، يقول "أنتوني بيزارو " Anthony Pizzaro مدير التطوير الاستراتيجي في هذه الشركة.  

تشكيلة أشرعة ضخمة
اختبرت الشركة نماذج أولية بقدرة 10 كيلواط عام 2008، وعملت منذئذ على تطوير مناطيد بطول 30 م لتأمين 100 كيلواط. وفيما يتعلق بالارتفاعات الأعلى، بين 1000 و5000 م، درست كل من شركتي Makani و Kit Gen الأمريكيتين تقانات بارعة على مستوى الأجنحة الطائرة، حيث كشفت الثانية عن ابتكار جناح طائر مصنوع من النسيج ينتفخ بالهواء في الأجواء العليا وتصل السعة بين طرفيه الأبعد إلى عشرات الأمتار حيث يرتفع وهو يبسط السلك المعلق به نحو الأسفل، ويؤدي دورانُ أسطوانات موجودة فيه إلى تشغيل مولّد تيار متناوب على الأرض، حيث يتم إنتاج الكهرباء. وقد صمم الجناح بحيث يبقى في حالة ارتفاع وهبوط متعاقبين على ارتفاعات معينة. وتتطلع هذه الشركة إلى صنع أجنحة عملاقة مزودة بعشرات الأشرعة لإنتاج مئات الميغاواط خلال 60% من الوقت.
أخيراً، فوق ارتفاع 5000 م، مع الاقتراب من التيارات الهوائية الدافقة والسريعة، يمكن إطلاق الدوارات التي طورتها شركة Sky WindPower و Joby Energy. تقلع هذه الدوارات على غرار طائرة الهليكوبتر وتقوم بحقن الهواء في المولدات الكهربائية ثم تبقى على ارتفاعها بفعل قوة الرياح على الدوارات (على غرار الطائرات التي تقلع وتهبط عمودياً) أو على الأجنحة التي تحملها (على غرار الطائرات الورقية). وتعمل شركة  Sky WindPower على مشروع يجمع 4 دوارات في كل جناح للحصول على قدرة 20 ميغاواط مع إنتاجية تصل إلى 80%. ويقول "جوبن بفيرت " JoeBen Bevirt، مؤسس Joby Energy إن شركته تعمل على مشروع مماثل ولكن بقدرة 100 ميغاواط مع جناح بسعة 200 م وارتفاع 60 م ويجمع بين عشرات العنفات المتصلة بعضها بالبعض الآخر بواسطة أجنحة حاملة لها (بكلفة 120 مليون دولار للمجموعة الواحدة). "ستدخل إحدى نسخ هذه المجموعات ميدان الخدمة الإنتاجية عام 2013، بقدرة 100 ميغاواط،" حسب تأكيد "بفيرت". لكن هناك تساؤلات حول هذا المشروع: كيف سيتم ربط هذا الجهاز العملاق بالأرض؟ ذلك أن طول السلك المطلوب مدّه نحوها يصل إلى 10000م وقطره 15 سم ويعني ذلك أن وزنه سيبلغ 200 طن، أي أثقل من بنية الجهاز بـ 50 مرة!. مع ذلك، مؤسس الشركة واثق منه: "هذا تحدّ، وسنجد الحل، مثلاً من خلال تغليف الموصلات المعدنية بألياف خفيفة ومقاوِمة مثل الكفلار".
مع ذلك، الرهان خطِرٌ، لاسيما وأن الأجواء العليا بيئة صعبة. وحتى لو وعد الصانعون بأن أجهزتهم وآلاتهم ستكون غير مؤذية إذا ما سقطت، فإن الأضرار التي ستنجم عن سقوطها ستكون كارثية في مرحلة الإنتاج الصناعي. ثم "إن إعادة الآلة من ارتفاع 12000م إلى الأرض لسبب ما يستغرق وقتاً. ثم إن الرياح في الصيف يمكن أن تتحول إلى عواصف في غضون أقل من نصف ساعة، وأن تصل سرعتها إلى مئات الكيلومترات في الساعة وهو ما ينبغي أخذه بعين الاعتبار"، يقول "برنار لوغرا " Bernard Legras من المركز الوطني للأبحاث العلمية بباريس. "يضاف إلى ذلك أن الأجهزة، على ارتفاع أكثر من 1000م، ستدخل في حالة احتكاك مع طائرات الخطوط الجوية، ومن هنا لا بد من إدخال تنظيمات وتوجيهات جديدة، ولا بد أن يستغرق ذلك كله عقداً من الزمن كي يصبح المشروع تجارياً "، تقول "كريستينا آرشر"، التي تعبّر عن تفاؤلها بنجاحه وأنه سيوفر 20% من حاجات الطاقة العالمية في حينه، ولا ينضب، ونظيف. 
                                                                   

عن Science & Vie و Maxisciences