الصين تختبر نظام S4000 لطاقة الرياح المحمولة جواً على ارتفاع 4,000 متر

أكمل نظام S4000 الصيني لطاقة الرياح المحمولة جواً، المعروف باسم SAWES، اختبار تحقق لدورة تشغيل كاملة في موقع تجارب شمال غربي الصين. وشملت التجربة الصعود، والثبات في الجو، واختبار توليد الكهرباء، ثم الاسترداد المنضبط، على ارتفاع يصل إلى 4,000 متر. وتصف تقارير صينية التجربة بأنها أول اختبار ناجح عالمياً لتوليد الكهرباء من نظام رياح محمول جواً عند هذا الارتفاع. 25

أهمية النتيجة أنها اختبرت سلسلة عمليات صعبة في منصة واحدة: رفع المركبة بأمان، وتثبيتها وهي مربوطة بالأرض، وتشغيل معدات التوليد، ثم إعادتها بصورة مضبوطة. لكنها لا تعني بعد إثبات القدرة على العمل بصورة اقتصادية ومتواصلة لأشهر أو سنوات، ولا تثبت كمية الإنتاج أو التكاليف اللازمة لاعتبار النظام محطة كهرباء تجارية.

ما الذي أثبته اختبار S4000؟

تقود شركة لينغيي يونتشوان لتكنولوجيا الطاقة، ومقرها بكين، تطوير المشروع بالتعاون مع جامعة تسينغهوا ومعهد معلومات الفضاء الجوي التابع للأكاديمية الصينية للعلوم. ووفق التقارير، اجتاز S4000 جميع مراحل دورة التشغيل المقررة وحقق مؤشرات الاختبار المستهدفة. 26

ولا تكمن أهمية التجربة في فترة توليد واحدة، بل في جمع عدة أنظمة معقدة في عملية متكاملة، تشمل:

• الرفع بالهيليوم للوصول إلى الارتفاع المطلوب؛
• كابل ربط ومحطة أرضية للتحكم بالمنصة على ارتفاع كبير؛
• الثبات في الموقع أثناء عمل معدات التوليد؛
• واسترداد المنصة الجوية والكابل بأمان.

ويمثل S4000 نسخة مطوّرة من منصة S2000 السابقة. وتشير التغطية المنشورة إلى أن سقف التشغيل ارتفع من نحو 2,000 متر في النموذج الأقدم إلى 4,000 متر في النموذج الجديد. 429

كيف يعمل النظام؟

بدلاً من تركيب توربين فوق برج ثابت، يستخدم S4000 منصة هوائية مملوءة بالهيليوم لرفع وحدات توليد خفيفة إلى رياح أعلى. ويربط كابل المنصة بمحطة أرضية؛ فيحافظ على تقييدها ميكانيكياً ويوفّر مساراً لنقل الكهرباء إلى الأرض. 23

وتذكر الأوصاف العلنية أن أبعاد النظام تبلغ 67 متراً طولاً و40 متراً عرضاً و23 متراً ارتفاعاً، وأن حمولته الجوية الفعالة تتجاوز طناً واحداً. كما يُذكر أن جهد الخرج المستهدف يتراوح بين 10 و35 كيلوفولت، بما يتيح الربط مع شبكات الكهرباء الشائعة، وأن عمره التصميمي 20 عاماً. 26

ويُعد كابل الربط محور الفكرة كلها: فهو مطالب بتحمل أحمال ميكانيكية كبيرة جداً، ونقل الكهرباء ذات الجهد العالي من المولد في الجو إلى الأرض، ويمكنه كذلك نقل الاتصالات وتغذية المعدات الموجودة على المنصة بالطاقة. 3

ويختلف هذا التصميم عن أنظمة الطائرات الورقية المربوطة التي تسحب الكابل وتعيد لفه في دورات متكررة. ففي التصور المنشور لنظام S4000، يُحمل المولد إلى الأعلى وتُنقل الكهرباء عبر الكابل بينما تبقى المنصة مستقرة في موقعها. 3

لماذا 4,000 متر؟

تعتمد فكرة طاقة الرياح المحمولة جواً على أن الرياح على ارتفاعات أعلى قد تتأثر بالتضاريس والاحتكاك السطحي بدرجة أقل من الرياح المتاحة عند ارتفاعات محاور توربينات الرياح التقليدية. ولهذا يسعى المشروع إلى وضع معدات التوليد على ارتفاع عدة كيلومترات. 2333

لكن ينبغي التعامل بحذر مع الادعاءات الأكثر طموحاً. فالتغطية العامة تتحدث عن رياح علوية أقوى وأكثر استقراراً، وتعرض الاختبار كخطوة نحو التطبيق الهندسي، لكنها لا تقدم أدلة مستقلة ومدققة على 5,000 إلى 6,000 ساعة تشغيل سنوياً، أو إنتاج يماثل الحمل الأساسي، أو معامل قدرة سنوي، أو معدلات خفض الإنتاج، أو إجمالي الطاقة المنتجة طوال العمر التشغيلي لـS4000. 521

بعبارة عملية: أثبتت الرحلة الناجحة أن البنية الأساسية قادرة على تنفيذ تسلسل تشغيلي حاسم. لكنها لم تثبت بعد قدرة المنصة على البقاء في الجو بتكلفة اقتصادية عبر الفصول والطقس المتغير ودورات الصيانة وفترات طويلة من توليد الكهرباء المتصل بالشبكة.

ما المعروف عن السلامة، وما الذي لا يزال غير معلن؟

تدعم التجربة المعلنة القول إن وظائف الإطلاق والتحليق الثابت وتوليد الكهرباء والاسترداد عملت كما هو مخطط لها في ظروف الاختبار. ويستخدم المشروع أيضاً منظومة ذكية من الكابل والمحطة الأرضية للتحكم في الثبات والاتجاه، فيما تقول شركة Juli Sling إنها زودت المشروع بالكابل ومنظومة النشر والاسترجاع. 439

لكن المواد المتاحة علناً لا تكفي لتقييم مستقل لضمانات تشغيلية أساسية، منها:

• حدود الأحمال في الاضطرابات الجوية والرياح الشديدة؛
• منطق الهبوط أو الاسترداد التلقائي عند العواصف؛
• منظومة الحماية من الصواعق؛
• رصد الجليد وإزالته؛
• التكرار الاحتياطي في الطاقة والتحكم والكابل؛
• إدارة فقدان الهيليوم؛
• إجراءات الفصل عن حركة الطيران؛
• وسيناريوهات الاسترداد الطارئ.

قد تكون بعض هذه القدرات موجودة، لكن التقارير المنشورة هنا لا توثقها بتفصيل كافٍ. وستكون حاسمة في أي تقييم جاد للتشغيل طويل المدة.

من النموذج الأولي إلى مشروعات محتملة للمناطق النائية

يُطرح S4000 للاستخدام في الصحارى والهضاب والجزر، وهي بيئات قد يكون فيها تجنب بناء برج توربين مرتفع وقاعدة تقليدية ضخمة أمراً جذاباً. كما يُقال إنه قابل للربط بالشبكة حيثما كانت الشبكة متاحة. 713

وتوجد أيضاً مؤشرات إلى مسار صناعي للمشروع؛ إذ تشير التقارير إلى مركز بحث وتطوير تجريبي في تشانغشا ومركز للتجميع النهائي للمناطيد في منطقة يويانغ للتنمية الاقتصادية. 14 إلا أنه لم يُعلن عن معدل إنتاج مؤكد بصورة مستقلة، أو طلبات لأسطول من الوحدات، أو جدول زمني لنشر تجاري.

وفي المواقع النائية، لن يكفي إثبات أداء المنصة الجوية وحدها: فالمشروع العملي يحتاج إلى ونش ومحطة تحكم أرضية، ومعدات توزيع محلية، وتخزين للطاقة و/أو توليد احتياطي، وخطة للصيانة والتعامل مع الطقس العنيف. أما نشر أسطول من الوحدات، فيتطلب إثبات منافسة النظام من حيث كلفة الطاقة مع الطاقة الشمسية والبطاريات، ومولدات الديزل، وطاقة الرياح التقليدية.

الخلاصة

يمثل اختبار S4000 تحققاً لافتاً من سير عمل معقد لطاقة الرياح المحمولة جواً على ارتفاع 4,000 متر: الصعود، والثبات عبر كابل، واختبار توليد الكهرباء، ثم الاسترداد. 25 كما يشير حجم النظام، ونطاق الجهد المستهدف للربط بالشبكة، والدعم الصناعي المحيط به إلى محاولة جادة لتطوير منصة قابلة للنشر، لا مجرد مفهوم مختبري. 214

لكن دلالته التجارية لم تُثبت بعد. والدليل الحاسم سيكون بيانات ميدانية طويلة الأمد عن الإنتاج، وفترات التوقف، والقدرة على تحمل الطقس القاسي، والصيانة، والامتثال لمتطلبات الطيران، واستهلاك الهيليوم، والكلفة الفعلية للكهرباء الموردة.