Meteorological and Hindcast Data-Based Evaluation of Hybrid Wind–Wave Energy Potential Using WECI for Optimal Site Selection in Oman Sea

تخيل المحيط ليس فقط ككتلة ضخمة من المياه، بل كساحة رقص صاخبة ومتلاطمة. أحياناً تكون الموسيقى عبارة عن تمايل لطيف وإيقاعي؛ وأحياناً أخرى، تكون عبارة عن ساحة "موش بيت" (mosh pit) جنونية وعالية الطاقة. لعقود من الزمن، حاول العلماء استغلال هذه الرقصة لتوليد الكهرباء، لكنهم ركزوا في الغالب على راقصين منفصلين: الرياح والأمواج. توربينات الرياح تلتقط النسيم، بينما تتحرك آلات الأمواج مع التماوجات. ولكن هنا تكمن المشكلة: الرياح والأمواج لا ترقصان دائماً على نفس الإيقاع. فأحياناً تعصف الرياح بقوة بينما يكون البحر هادئاً، أو تضرب الأمواج العاتية بينما يكون الهواء ساكناً. هذا عدم التطابق يجعل من الصعب بناء محطة طاقة موثوقة تعمل طوال الوقت.

لحل هذه المشكلة، بدأ الباحثون في البحث عن نقاط "هجينة" حيث تقوم كل من الرياح والأمواج بأفضل حركاتها في وقت واحد. الأمر يشبه البحث عن حفلة يكون فيها "الدي جي" مثالياً والجمهور متفاعلاً في آن واحد. وللقيام بذلك، يحتاجون إلى طريقة لا تقيس فقط مدى قوة الطاقة، بل مدى استمراريتها. فإذا جاءت الطاقة بإيقاع ثابت ومتوقع، يمكن للمهندسين بناء آلات فعالة ورخيصة. أما إذا كانت الطاقة مشتتة وغير متوقعة، فقد تتعطل الآلات أو تضيع الأموال. يغوص هذا البحث في زاوية محددة من المحيط — بحر عُمان — ليرى ما إذا كان هو "مكان الحفلة" المثالي لمحطة طاقة هجينة تعمل بالرياح والأمواج.

---

البحث عن طاقة المحيط: إيجاد ساحة الرقص المثالية

في الشرق الأوسط، حيث الشمس مشرقة والبحر شاسع، يخوض العالمان مجيد عباس بور وأمير فرش فروش إيماني رحلة بحث عن كنز. ولكن بدلاً من الذهب، يبحثان عن المكان المثالي لبناء محطة طاقة هجينة تلتقط الطاقة من كل من الرياح والأمواج. لقد ركزا بحثهما على بحر عُمان، وهو امتداد مائي يحد إيران وعُمان، باستخدام آلة زمن رقمية ضخمة للعودة إلى ثلاثين عاماً من تاريخ الطقس.

تخيل طاقة المحيط مثل بطارية ضخمة غير مرئية. لشحنها، تحتاج إلى شيئين: دفعة قوية من الرياح وتماوجاً كبيراً ودواراً من الأمواج. المشكلة هي أن الطبيعة فوضوية. فأحياناً تهب الرياح بقوة لكن الأمواج تكون ضئيلة؛ وفي أحيان أخرى، تتدفق أمواج ضخمة من بعيد بينما يكون الهواء ساكناً. إذا بنيت مزرعة رياح في مكان تكون فيه الرياح متقلبة، أو مزرعة أمواج حيث تكون الأمواج مشتتة، فإن إنتاج الطاقة لديك سيكون متذبذباً للغاية. أنت بحاجة إلى موقع تكون فيه الرياح والأمواج "متكتلة" معاً — حيث تحدث أفضل الظروف بشكل متكرر وبنمط يمكن التنبؤ به.

لإيجاد هذه النقاط "المتكتلة"، ابتكر الباحثون أداة جديدة تسمى مؤشر تركيز طاقة الأمواج (WECI). تخيل أنك تحاول العث find أفضل مكان لإنشاء كشك لبيع الليمونادة. يمكنك النظر إلى خريطة ورؤية أن المطر يهطل كثيراً في مدينة ما، ولكن إذا كان المطر مشتتاً في جميع أنحاء المدينة، فقد تبتل وتفقد الزبائن. أما إذا كان المطر يهطل في حي معين ومتركز كل يوم ثلاثاء، فستعرف بالضبط أين تقف. إن مؤشر (WECI) يشبه "رادار المطر" لطاقة الأمواج؛ فهو يقيس مدى تكتل الأمواج عالية الطاقة. الدرجة العالية تعني أن الأمواج تضرب نفس المكان بنفس الإيقاع مراراً وتكراراً، وهو حلم يتحقق للمهندسين الذين يحاولون تصميم آلات فعالة.

لم يعتمد الفريق على التخمين؛ بل استخدموا نموذجاً حاسوبياً متطوراً للغاية يسمى ECMWF ERA5. فكر في هذا النموذج كفيلم ضخم عالي الدقة للطقس من عام 1995 إلى 2024. إنه مفصل للغاية لدرجة أنه يمكنه أن يظهر لك سرعة الرياح وارتفاع الأمواج لكل ساعة خلال تلك الثلاثين عاماً. وقبل الوثوق بهذا "الفيلم الرقمي"، تحققوا من صحته مقابل قياسات واقعية من العوامات والدراسات الأخرى، للتأكد من أن المحاكاة دقيقة بما يكفي لتُصنف ضمن الفئة الثانية (Class 2) من الموثوقية. وبمجرد تأكدهم من جودة البيانات، بدأوا في مسح سواحل إيران وعُمان.

لقد حصروا بحثهم في أربع "نقاط حفلات" محتملة، تم تسميتها أ، ب، ج، ود.

• النقطة أ (درك): والنقطة ب (بندر تنك): تقعان على الساحل الجنوبي الشرقي لإيران.
• النقطة ج (خابار): تقع أيضاً على الساحل الإيراني، جهة الشرق.
• النقطة د (صور): تقع على الساحل الشرقي لعُمان.

عندما قاموا بتشغيل الأرقام، ظهر فائز واضح. فبينما كانت المواقع الإيرانية (أ، ب، ج) تمتلك بعض الأمواج الجيدة، إلا أن الرياح هناك كانت مشتتة نوعاً ما، حيث تهب من اتجاهات مختلفة وبقوة متفاوتة. كان الأمر يشبه حفلة تتغير فيها أنواع الموسيقى كل خمس دقائق.

أما النقطة د، صور، في عُمان، فكانت مختلفة. أظهرت البيانات أن "صور" لديها نمط رياح "مركز". فقد كانت الرياح تهب غالباً من الشمال والجنوب بكثافة عالية، وكانت الأمواج متكتلة بإحكام في توقيتها واتجاهها. في الواقع، سجلت "صور" أعلى درجة في مؤشر تركيز طاقة الأمواج (WECI) بين جميع المواقع، مما يعني أن طاقتها كانت الأكثر اتساقاً وقابلية للتنبؤ. وأظهرت مخططات وردة الرياح (التي تشبه بتلات الزهور وتوضح اتجاه الرياح) أن رياح "صور" كانت مركزة، بينما كانت المواقع الإيرانية أكثر تشتتاً.

نظر الباحثون أيضاً في كيفية تغير الطاقة مع المواسم. ووجدوا أنه بينما تمتلك بعض المواقع أمواجاً ضخمة خلال الموسم الموسمي الصيفي، إلا أنها تكون هادئة في مواسم أخرى. ومع ذلك، أظهرت "صور" إمكانات قوية للأنظمة الهجينة لأن أنماط الرياح والأمواج فيها تكمل بعضها البعض بشكل جيد. فالرياح كانت قوية وثابتة في الصيف، والأمواج كانت موثوقة بما يكفي لإبقاء الآلات تعمل.

كانت هناك نتيجة مثيرة للاهتمام تتعلق بـ نوع الأمواج. ففي خابار (النقطة ج)، كانت الأمواج في الغالب "أمواج تماوجية" (swells) — وهي أمواج ضخمة وطويلة تنتقل من مسافات بعيدة. كانت هذه الأمواج مستقرة ولكنها لم تكن تمتلك أعلى طاقة رياح. أما في صور (النقطة د)، فكانت الأمواج مزيجاً من الأمواج التماوجية والأمواج الناتجة عن الرياح المحلية. هذا التأثير للرياح المحلية جعل كثافة طاقة الرياح أعلى، وهو أمر رائع لتوربينات الرياح. تشير الدراسة إلى أنه نظراً لأن الرياح في "صور" ثابتة وقوية، والأمواج مركزة، فإنها تعتبر المرشح الأكثر واعدية لمزرعة هجينة للرياح والأمواج.

لا يدعي هذا البحث أن بناء محطة طاقة هناك هو قصة نجاح مضمونة بعد. إنها دراسة جدوى، مما يعني أنها بمثابة "ضوء أخضر" لمزيد من الاستقصاء. ويؤكد المؤلفون أنه بينما تبدو إمكانات الطاقة رائعة على الكمبيوتر، فإن العوامل الواقعية مثل تكلفة البناء، والأثر البيئي، والتصميم المحدد للآلات لا تزال بحاجة إلى تحديد. كما أشاروا إلى أن البيانات أظهرت بعض الاتجاهات طويلة المدى، مثل الانخفاض الطفيف في كثافة طاقة الأمواج على مدار الثلاثين عاماً، وهو أمر سيتعين على المهندسين في المستقبل مراقبته.

باختاً، استخدمت هذه الدراسة تاريخ الطقس لثلاثين عاماً و"حاسبة تركيز" جديدة لتخبرنا أن ساحل عُمان، وتحديداً حول مدينة صور، هو المكان الأكثر احتمالاً للعثور على "حفلة" طاقة هجينة من الرياح والأمواج تتسم بالموثوقية. إنه مكان يبدو فيه أن الرياح والأمواج يتفقان على الإيقاع، مما يوفر أساساً متيناً لمستقبل الطاقة المتجددة في المنطقة. لقد فُتح الباب أمام دراسات أكثر تفصيلاً لمعرفة ما إذا كان بإمكاننا أخيراً الاتصال بهذا المصدر الطاقي المحيطي.