وقد برزت الولايات المتحدة الجنوبية الغربية كنقطة ساخنة عالمية لتنمية الطاقة المتجددة، مدفوعة بمواردها الطبيعية الاستثنائية وجغرافيا داعمة، وتمتلك الطاقة الشمسية والريحية، على وجه الخصوص، إمكانات هائلة لتحويل مشهد الطاقة في المنطقة، وخفض انبعاثات الكربون، وتعزيز النمو الاقتصادي، حيث توفر مساحات واسعة من الأراضي المفتوحة، وارتفاع درجة الإشعاع الشمسي، والأنماط الثابتة للريح، مثل تكساس، ونيو مكسيكو، وأريزونا، وكاليفورنيا، ونيفادا.

الطاقة المتجددة

إن موارد الطاقة الريحية في جنوب غرب الولايات المتحدة هي من أقوى الموارد في العالم، ولا سيما في السهول المرتفعة، ومردود الجبال، والمناطق الساحلية، وقد نمت قدرة المنطقة على الطاقة الريحية بسرعة على مدى العقد الماضي، بدعم من التقدم المحرز في تصميم التربين، والتكامل الشبكي، والسياسات المواتية، ومن الضروري، لفهم هذه الإمكانية، دراسة التوزيع الجغرافي لموارد الرياح، وتطور تكنولوجيا الرياح، والحقائق التشغيلية للمزارع الكبيرة.

جيوغرافيا هوتسبوتات ونوعية الموارد الشتوية

وتشمل مناطق الطاقة الريحية الرئيسية في الجنوب الغربي منطقة تكساس بانهادل وغرب تكساس، وشرق نيو مكسيكو، وبلاط كولومبيا في أوريغون وواشنطن (التي تجمع في كثير من الأحيان على الصعيد الإقليمي)، واختيار الجبال في أريزونا ونيفادا، ووفقا لـ ] خرائط الموارد الريحية لمختبر الطاقة المتجددة ، فإن هذه المناطق تشهد باستمرار ارتفاعا متوسطا في سرعة الرياح

فالتنوع الجغرافي يوفر مزايا واعتبارات على السواء، إذ تتيح السهول المتصاعدة إمكانية الترسب الفعال في التربينات بأقل قدر من الاضطراب، في حين أن تصاريح المرور الجبلية يمكن أن توجه الرياح لتحقيق سرعة أعلى، غير أن المواقع النائية كثيرا ما تتطلب هياكل أساسية كبيرة للنقل من أجل إيصال الطاقة إلى المراكز السكانية، ويعتبر تحقيق التوازن بين نوعية الموارد وإمكانية الوصول إلى النقل عاملا حاسما في اختيار المواقع.

أوجه التقدم التكنولوجي

وقد تطورت توربينات الرياح الحديثة تطوراً كبيراً من التصميمات المبكرة، حيث تبرز التربينات الحالية التي تُعدُّ دوارات تزيد على 150 متراً، وعمليات متغيرة السرعة، ونظم رقابة متقدمة تُفضي إلى الحد الأمثل من مصادر الطاقة في ظروف مضطربة أو منخفضة الريح، وقد زادت هذه الابتكارات من عوامل القدرة منذ حوالي 30 في المائة في العقد إلى أكثر من 45 في المائة في المواقع الرئيسية.

كما أن تنمية الرياح البحرية على طول ساحل المحيط الهادئ، وإن لم تكن مباشرة في المناطق الداخلية الجنوبية الغربية، تؤثر أيضا على الديناميات الإقليمية، ويجري اختبار منابر التزلّج لمواقع المياه العميقة قبالة كاليفورنيا، التي يمكن أن توفر الطاقة للشبكات الجنوبية الغربية عن طريق خطوط جارية مباشرة عالية الفولط، وعلى الرغم من أن الرياح البحرية الناشطة يمكن أن تكمل الموارد على الشاطئ خلال فترات الرياح الداخلية المنخفضة.

المشاريع الحالية والقدرة المستقرة

ويعود الجنوب الغربي إلى بعض أكبر مزارع الرياح في الولايات المتحدة، حيث توجد مزرعة روزكو ويند في تكساس، حيث يوجد أكثر من 600 توربينة، وقدرة تبلغ 781.5 ميغاوات، وهي تجسد الحجم الذي يمكن تحقيقه في المنطقة، وفي نيو مكسيكو، فإن مجموعة الريح التي تتسع في معظم الأحيان، وعددها 000 650 ميغاواط، و 000 330 من ميغاواط الأحمر(24)، تؤدي إلى التوسع المستمر.

ورغم الأعداد المثيرة للإعجاب، لا تزال الطاقة الريحية تواجه قضايا تقليص حجمها خلال فترات الجيل المرتفع وانخفاض الطلب، ويجري نشر تحسين تخزين البطاريات والتنسيق الإقليمي للتخفيف من هذه الخسائر، فعلى سبيل المثال، تلاحظ إدارة المعلومات المتعلقة بالطاقة المتجددة أن مجلس موثوقية الكهرباء في تكساس قد نفذ إصلاحات في السوق من أجل تحسين تكامل الطاقة الريحية والحد من التخفيض.

التحديات واستراتيجيات التخفيف

ولا توجد عقبات أمام تطوير الطاقة في الجنوب الغربي، وتشمل الشواغل البيئية اصطدامات الطيور والضاربات وتشتت الموائل والآثار البصرية على المناظر الطبيعية، وتدرج قرارات الجلوس بصورة متزايدة الدراسات الاستقصائية للحياة البرية وممارسات الإدارة التكيّفية، مثل التقليص أثناء موسم الهجرة وعمليات الإغلاق التي تعمل بالرادار، وبالإضافة إلى ذلك، فإن تقلب الرياح يتطلب التنبؤ القوي والمرونة في الشبكات، ويحسن تكامل الرياح مع القدرة الشمسية والتخزين في النباتات المهوبة بالوريد.

الطاقة الشمسية

ويقال إن المورد الشمسي في جنوب غرب الولايات المتحدة هو الأفضل في الأمة، حيث يتجاوز الإشعاع العادي السنوي 6.5 كيلوات ساعة لكل متر مربع يوميا في صحراء موجاف وسونوران، ويجعل هذا الوفرة المنطقة مثالية لكل من النظم الفلكية الضوئية (PV) ويزيد تركيز محطات الطاقة الشمسية المتسارعة.

الإشعاع الشمسي وراسخة المواقع

وتتركز أعلى الإمكانات الشمسية في وادي كاليفورنيا الإمبراطورية، وجنوب نيفادا، وغرب أريزونا، وسهول نيو مكسيكو الجنوبية، ووفقا لـ NREL، فإن هذه الخرائط من الموارد الشمسية ، وتتلقى مناطق كثيرة أكثر من 5.0 كيلوواط/م2/يوم من الإشعاع الأفقي العالمي، وهي القيم المتوسطة التي تتجاوز نظم الأشعة المميتة CHI.

وتوفر مواقع الصحراء سماوات واضحة ورطوبة منخفضة في الغلاف الجوي، وتخفف من الغطاء السحابي وتبعثرها إلى أدنى حد، غير أن ارتفاع درجات الحرارة يمكن أن يقلل من كفاءة الفلول؛ وتفقد ألواح السليكون الأحادي الكريستال نسبة 0.3 في المائة إلى 0.5 في المائة من الكفاءة في كل درجة مئوية فوق 25 درجة مئوية. وتساعد الألواح البلاستيكية ونظم التتبع على الإمساك بالضوء والحفاظ على الناتج خلال فترات الظهيرة الساخنة.

Photovoltaic vs. Concentrating Solar Power

وتهيمن نظم الفولطية الضوئية على السوق الشمسية بسبب نمطها وانخفاض تكاليفها وسهولة التركيب، وتسمح المزارع ذات الحجم الأقصى من الطاقة الفلكية في الجنوب الغربي، مثل مشروع نجم القطبي 579 MW في كاليفورنيا ومشروع الجيميني 880 MW في نيفادا، بأن تحقق المقياس، وتحوّل نظم الفول السوداني مباشرة إلى الكهرباء ويمكن نشرها على أسطحها.

ويستخدم تركيز الطاقة الشمسية المرايا لتركيز ضوء الشمس على جهاز استقبال، مما يولد حرارة تقود إلى توربين، وفي حين أن محطات نظام الأفضليات المعمم تكون أكثر تكلفة لكل واط، فإنها توفر تخزينا للطاقة الحرارية باستخدام الملح المميت، مما يتيح توليد الكهرباء لساعات بعد غروب الشمس، وتشمل مرافق نظام إيفانباه للكهرباء الشمسية في كاليفورنيا (392 ميغاواط) ومشروع الهلال دنسايف (Nev) الذي يُرسل في كاليفورنيا.

ويتوقف الاختيار بين برنامج متطوعي الأمم المتحدة وبرنامج دعم البرامج على أهداف المشروع، والموقع، واحتياجات الشبكة، ويزيد حجم الطاقة اليومية في معظمها من حيث الاقتصاد، في حين يوفر نظام الأفضليات المعمم قدرة على التحول، وتبرز التشكيلات الهجينة من برنامج دعم البرامج من أجل التنمية المستدامة كوسيلة للجمع بين مزايا تكاليف المشروع وفوائد التخزين في نظام الأفضليات المعمم.

التخزين وإدماج المحاجرين

وتشترك في مواقع متعددة في المزارع الشمسية في إنتاج الطاقة المتأصلة في الشمس، وتهبط إلى الصفر عند الضرورة الليلية لتخزين الطاقة للموثوقية على مدار الساعة، وتشترك في مواقع شبكات البطاريات الليثيومية في المزارع الشمسية، حيث تصل القدرات إلى مئات الساعات التي تتسع فيها شبكات الميغاوات، وعلى سبيل المثال، تستضيف القوة الجوية السحابية في قاعدة إدواردز في كاليفورنيا مرفقاً للتدفق الشمسي بطول 175 كيلو متراً.

ويقوم مشغلو المظالم في الجنوب الغربي، بما في ذلك مشغل نظام كاليفورنيا المستقل وإدارة الطاقة في المنطقة الغربية، بتنفيذ عمليات التنبؤ المتطورة، والاستجابة للطلب، وإعادة تصميم الأسواق لمراعاة ارتفاع التغلغل الشمسي، وظاهرة " منحنى الداك " - وهي عبارة عن منحدر حاد في الحمولة الصافية بعد غروب الشمس يجري تناولها من خلال التخزين، ونباتات الغاز الطبيعي المرنة، والتسعير الزمني للاستخدام الذي يشجع على حفظ الأمسية.

التصور الاقتصادي والحوافز

وانخفضت تكلفة الطاقة الشمسية على نطاق المرافق من حوالي 40 سنتاً لكل كيلوواط ساعة في عام 2010 إلى أقل من 4 سنتات لكل كيلوواط في عام 2024 للمشاريع في المناطق المرتفعة الإشعاع، كما أن الائتمانات الضريبية للاستثمارات الاتحادية البالغة 30 في المائة بالنسبة للشمس والتخزين، التي مددت بموجب قانون تخفيض التضخم، ما زالت تدفع الانتشار، كما أن العديد من الولايات الجنوبية الغربية تقدم إعفاءات ضريبية على الممتلكات، ومعايير حافظة الطاقة المتجددة، وتحسن المشاريع.

وقد أصبحت اتفاقات شراء الطاقة المؤسسية عاملا رئيسيا، حيث تتعهد شركات التكنولوجيا والشركات الصناعية مثل الأمازون، وغوغل، وميتا بتحقيق 100 في المائة من أهداف الطاقة المتجددة، وهذه العقود الطويلة الأجل توفر يقينا من الإيرادات للمطورين وتعجل التمويل، وتجعل الأراضي الوفيرة في الجنوب الغربي، والناتج الشمسي العالي، منطقة مفضلة لهذه الصفقات.

التوقعات المستقبلية

ويضع تقارب موارد الرياح والطاقة الشمسية، إلى جانب تحديث التخزين والشبكات، الولايات المتحدة الجنوبية الغربية في قيادة الانتقال الوطني إلى نظام للطاقة منخفض الكربون، ويشهد المستقبل تطورات واعدة في النظم الهجينة، والتقدم في السياسات، والانتشار العادل.

هجينة ويند سولار نُظم

ويمكن أن يؤدي الجمع بين الرياح والطاقة الشمسية في نفس الموقع أو في نفس الحافظة إلى تحسين عوامل القدرة، وتخفيض تكاليف الترابط، وتوفير ناتج أكثر اتساقاً عن الطاقة، ويحقق متوسط الذروة في الليل وخلال الربيع، بينما يصل الذروة الشمسية خلال النهار والصيف، ويتيح وضع ملامحها التكميلية للمصانع المهجنة أن تقدم منحنى إمدادي أكثر دقة، وتوضح مشاريع مثل محطة كينغمان للطاقة المختلطة في أريزونا، التي تُحد من 50 ميغاواطا من الكم من الكم من الكم من الكم.

كما تستفيد النظم الهجينة من خطوط نقل الهياكل الأساسية المشتركة، والمراكز الفرعية، ومراكز العمليات التي تقلل من النفقات الرأسمالية العامة، وتشير إدارة الطاقة في الولايات المتحدة إلى أن البحث في نظم الطاقة الهجينة يمكن أن يزيد من كفاءة استخدام الأراضي بنسبة 30 إلى 40% مقارنة بالنباتات القائمة بذاتها.

اتجاهات السياسات والاستثمار

ولا تزال السياسات الاتحادية وسياسات الولايات تشكل مشهد الطاقة المتجددة، إذ ينص قانون الحد من التضخم على ائتمانات ضريبية لا للتوليد فحسب، بل أيضاً للتصنيع المحلي للألواح الشمسية، ومكونات الاضطرابات الريحية، والبطاريات، مما يحفز على تمركز سلسلة الإمداد في ولايات جنوب غربية مثل تكساس وأريزونا، حيث يجري بناء عدة مصانع، بالإضافة إلى أن خطة الطاقة النظيفة التابعة لبرنامج العمل الأوروبي رقم 2.0 في المائة، وأهداف نظيفة مختلفة على مستوى الولايات.

والاستثمار الخاص قوي: فرؤوس الأموال الاستثمارية وصناديق البنية التحتية تتدفق بلايين الدولارات إلى مشاريع الطاقة المتجددة، وتحسين الشبكات، وبدء التخزين، ومن المرجح أن تشهد منطقة الجنوب الغربي استمرار التوسع في خطوط النقل، مثل خط سنزيا في نيو مكسيكو وأريزونا، لفتح الريح عن بعد والموارد الشمسية.

الاعتبارات البيئية والاجتماعية

ويجب أن توازن التنمية السريعة بين الآثار الإيكولوجية والمجتمعية، فالنظم الإيكولوجية الصحراوية هشة، ويمكن للمزارع الشمسية أن تعطل النباتات المحلية وموائل الأحياء البرية، ويتزايد استخدام المطورين للزراعة (المواقع المشتركة للألواح الشمسية مع النباتات المراعية للماشية أو الملوثة) وتتجنب المواقع الثقافية الحساسة، كما أن برامج التدريب على القوى العاملة تكفل استفادة السكان المحليين من الوظائف الجديدة في البناء والعمليات والصيانة.

ويشكل استخدام المياه، ولا سيما بالنسبة لمصانع برنامج دعم البرامج، مصدر قلق في المناطق القاحلة، إذ إن تكنولوجيات التبريد الجاف تقلل استهلاك المياه بنسبة تصل إلى 90 في المائة مقارنة بالتبريد التقليدي الشامل للطعام، وتتطلب نظماً ذات ماء دنيا لتنظيف الألواح، مما يجعلها أكثر ملاءمة للمناطق المعرضة للجفاف، كما أن مشاركة أصحاب المصلحة وتقييمات الأثر البيئي الشفافة أمران أساسيان للحفاظ على الدعم العام.

خاتمة

وتمتلك الولايات المتحدة الجنوبية الغربية مزيجا استثنائيا من موارد الرياح والطاقة الشمسية، التي يمكن، إذا اقترن ذلك بالتكنولوجيا الحديثة والسياسة الذكية، أن توفر الكهرباء النظيفة والميسورة التكلفة والموثوقة لعقود قادمة، كما أن المزارع الفائزة في السهول العالية والصفائف الشمسية في الصحارى ستعيد بالفعل تشكيل مزيج الطاقة في المنطقة، حيث أن تكاليف التخزين لا تزال تسقط وتزداد شيوعية النظم الهجينة، فإن الابتكارات المتجددة في جنوب غربي ستستمر.