Compound climate hazards erode energy-system resilience through transmission infrastructure
تكشف هذه الدراسة أن المخاطر المناخية المركبة تتلاقى بشكل متزايد مع بنية نقل الطاقة التحتية العالمية، حيث تؤدي حالات الفشل المتزامنة لخطوط متعددة —بدلاً من الاضطرابات المنعزلة— إلى تقويض موثوقية الشبكة وسلامة المستهلكين بشكل خطير، مما يجعل مرونة النقل شرطاً أساسياً وحاسماً لنجاح عملية الانتقال إلى الطاقة النظيفة.
البحث الأصلي مرخَّص بموجب CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). هذا شرح مولَّده بالذكاء الاصطناعي للبحث أدناه. لم يكتبه المؤلفون ولم يصادقوا عليه. وللتحقق من الدقة التقنية، يرجى الرجوع إلى البحث الأصلي. اقرأ إخلاء المسؤولية الكامل
يعتمد العالم الحديث على الكهرباء، لكن الأسلاك التي تنقلها أصبحت عرضة للتقلبات الجوية بشكل متزايد. لعقود من الزمن، درس العلماء كيف يؤثر تغير المناخ على محطات الطاقة، معربين عن قلقهم من أن ارتفاع درجات الحرارة قد يجعل الألواح الشمسية أقل كفاءة، أو أن حالات الجفاف قد تخفض مستويات المياه اللازمة للسدود الكهرومائية. ومع ذلك، ظل جزء حاسم من اللغز مغفولاً عنه في كثير من الأحيان، وهو خطوط النقل نفسها. هذه هي الكابلات الضخمة ذات الجهد العالي التي تمتد لآلاف الأميال، لتربط مزارع الرياح والطاقة الشمسية النائية بالمدن حيث يعيش الناس ويعملون. ومع ارتفاع حرارة الكوكب، أصبح الطقس أكثر تطرفاً وعدم استقرار، مما يهدد بقطع هذه الخطوط أو إسقاطها. ولا يكمن الخطر في أن عاصفة واحدة قد تضرب بلدة واحدة فحسب؛ بل في أن أنواعاً مختلفة من الكوارث — مثل حرائق الغابات، والأمطار المتجمدة، والأعاصاض القوية — بدأت تحدث في الأماكن نفسها وفي الأوقات نفسها، مما يخلق "عاصفة مثالية" يمكنها إغراق الشبكة بأكملها.
قام فريق من الباحثين من جامعات في الصين والولايات المتحدة والمملكة المتحدة ببناء طريقة جديدة للنظر في هذه المشكلة. لقد أنشأوا نموذجاً رقمياً ضخماً يربط البيانات المناخية بالتفاصيل الفيزيائية لأكثر من 500,000 خط نقل حول العالم. وبدلاً من النظر إلى المخاطر واحداً تلو الآخر، يقوم نموذجهم بمحاكاة كيفية تفاعل هذه المخاطر المختلفة. لقد طرحوا سؤالاً بسيطاً ولكنه ملح: إذا استمر تغير المناخ، ما مدى احتمالية تعطل هذه الخطوط، وماذا سيحدث للناس الذين يعتمدون عليها عندما يحدث ذلك؟ أجرى الباحثون آلاف عمليات المحاكاة الحاسوبية لمعرفة مدى احتمالية انكسار الخطوط تحت وطأة النار والجليد والرياح، ثم تتبعوا كيف ستنتشر آثار هذه الانكسارات عبر الشبكة، تاركةً العملاء دون طاقة.
تكشف النتائج عن واقع قاتم. فبحلول منتصف هذا القرن، يتوقع الباحثون أن ما بين 60 و73 بالمائة من جميع خطوط النقل في جميع أنحاء العالم ستواجه خطراً كبيراً بالفشل بسبب واحد على الأقل من هذه المخاطر المناخية. وهذا الخطر ليس موزعاً بالتساوي؛ بل يتركز في مناطق محددة وعلى أنواع معينة من الخطوط. ففي بعض المناطق، تكون الخطوط مهددة بشكل أكبر بالمطر المتجمد، الذي يغلف الأسلاك بطبقة ثقيلة من الجليد. وفي مناطق أخرى، يأتي الخطر من الأعاصير المدارية، أو في أماكن عديدة، من حرائق الغابات التي يمكن أن تحرق الأرض تحت الأبراج أو تشعل الخطوط نفسها. وما يجعل الوضع خطيراً بشكل خاص هو أن هذه المخاطر بدأت تتداخل. ففي ظل سيناريو ارتفاع الانبعاثات، من المتوقع أن يتضاعف عدد الخطوط المعرضة لمخاطر متعددة ومختلفة في آن واحد تقريباً، ليرتفع من حوالي 43,000 خط في عام 2030 إلى 82,000 خط بحلول منتصف القرن. وهذا يعني أن قطاعاً واحداً من الشبكة قد يتعرض لسلسلة من الكوارث، مثل حريق غابات يتبعه مباشرة إعصار، مما يترك البنية التحتية دون وقت للتعافي.
كما تسلط الدراسة الضوء على كيفية ترجمة هذه الانكسارات الفيزيائية إلى معاناة بشرية. فقد وجد الباحثون أنه عندما تفشل الخطوط، فإن التأثير لا يكون عشوائياً. إذ يمكن لعدد صغير جداً من الخطوط الحيوية، إذا تعطلت، أن يتسبب في نقص في الطاقة لملايين البشر. وفي محاكاة للمناطق النامية مثل الصين والبرازيل وجنوب أفريقيا، كان فشل واحد بالمائة فقط من أهم الخطوط مسؤولاً عن أكثر من نصف جميع انقطاعات التيار الكهربائي المتوقعة. علاوة على ذلك، فإن المشكلة غالباً لا تكمكم في سلك واحد مكسور، بل في الفشل المتزامن لخطين أو أكثر. ووجد الباحثون أنه عندما تفشل عدة خطوط في الوقت نفسه، فمن المرجح جداً أن يؤدي ذلك إلى إغراق قدرة النظام على إعادة توجيه الطاقة. وفي الشبكات التي درسوها، كانت هذه الإخفاقات المتزامنة مسؤولة عن جميع العملاء الذين فقدوا الكهرباء تقريباً، حيث شكلت ما بين 89 و97 بالمائة من إجمالي التأثير.
ويعتمد نوع الخط الذي يسبب أكبر قدر من المشاكل على الشبكة المحلية. ففي بعض الأماكن، تكون خطوط الجهد العالي التي تنقل الطاقة لمسافات طويلة هي الأكثر حيوية؛ وإذا انكسرت، يكون الضرر شديداً. وفي أماكن أخرى، تكون خطوط الجهد المتوسط التي تربط الأحياء بالشبكة الرئيسية هي حلقات الوصل الضعيفة. واكتشف الباحثون أنه في البرازيل، كان خط واحد يعمل بمستوى جهد متوسط مسؤولاً عن التأثير على أكثر من 220,000 عميل في عام نموذجي عند تعطلّه. وهذا يوضح أن الخطوط الأكثر خطورة ليست دائماً الأكبر حجماً، بل هي تلك التي تعمل كالجسر الوحيد بين مصدر الطاقة والناس الذين يحتاجون إليها. كما أشارت الدراسة إلى أنه بينما يمكن لتقليل الانبعاثات أن يخفض بعض المخاطر، إلا أنه لا يقضي عليها. فحتى في السيناريو الذي يحد فيه العالم من الاحترار بشكل كبير، ستظل نسبة كبيرة من الشبكة تواجه تهديدات خطيرة، لا سيما من حرائق الغابات، التي من المتوقع أن تصبح المحرك المهيمن للمخاطر في أجزاء كثيرة من العالم.
تشير هذه النتائج إلى أن الطريقة التي نحمي بها أنظمة الطاقة لدينا يجب أن تتغير. لفترة طويلة، صمم المهندسون البنية التحتية لتتحمل أحداثاً محددة ومنعزلة، مثل عاصفة تحدث مرة كل 100 عام أو حمل جليدي معين. لكن البحث الجديد يظهر أن هذا النهج لم يعد كافياً. ولأن المناخ يتغير، فإن القواعد تتغير، والمخاطر التي كانت نادرة أو منفصلة في السابق أصبحت الآن تجتمع بطرق لا تستطيع التصاميم التقليدية التعامل معها. ويجادل الباحثون بأننا بحاجة إلى التوقف عن التفكير في حماية أبراج أو أسلاك فردية والبدء في التفكير في مرونة الشبكة بأكملها. وهذا يعني تعزيز الممرات الأكثر حيوية التي تربط المناطق المختلفة، وتنويع أماكن توليد الكهرباء حتى لا يؤدي وقوع كارثة في مكان واحد إلى ترك الجميع في الظلام، والتخطيط لاحتمالية وقوع كوارث متعددة في تتابع سريع. الهدف هو بناء نظام يمكنه أن ينحني دون أن ينكسر، لضمان بقاء الأضواء مشتعلة مع تغير المناخ.
غارق في أبحاث مجالك؟
تصلك نشرة يومية بأحدث الأبحاث المطابقة لكلماتك البحثية المفتاحية — مع ملخصات تقنية، بلغتك.