The risk to renewable electricity from volcanic eruptions
تستخدم هذه الدراسة ثوران بركان تامبورا عام 1815 كنموذج للمحاكاة لإثبات أن حدثاً بركانياً كبيراً يمكن أن يتسبب في انخفاض عالمي متزامن ومستمر في موارد الرياح والطاقة الشمسية، مما يؤدي إلى خسائر كبيرة في توليد الكهرباء وتكاليف اقتصادية تسلط الضوء على الحاجة الملحة لدمج مثل هذه الصدمات المناخية منخفضة التردد في تخطيط الطاقة طويل الأمد.
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
يشهد العالم تحولاً في مصادر طاقته، مبتعداً عن حرق الوقود الأحفوري نحو الطاقة المستمدة من الرياح والشمس. هذه المصادر المتجددة نظيفة وضرورية لمناخ مستقر، لكنها تنطوي على نقطة ضعف خفية: فهي تعتمد كلياً على الطقس. فإذا توقفت الرياح عن الهبوب أو حجبت السحب الشمسة لفترة طويلة، فقد تنطفئ الأنوار. لطالما درس العلماء كيف تؤثر العواصف اليومية أو التحولات الموسمية على شبكات الطاقة هذه، ولكن هناك نوع أكثر ندرة وإثارة للدهشة من الأحداث الجوية التي تم تجاهلها إلى حد كبير في تخطيط الطاقة، وهو الثوران البركاني الهائل. فعندما ينفجر بركان ذو حجم كافٍ، فإنه يقذف كميات هائلة من الغاز والرماد عالياً في طبقات الجو العليا، حيث تنتشر لتشكل ضباباً عالمياً. يعمل هذا الضباب كستار رقيق يحجب ضوء الشمس، ويمكن أن يستمر لسنوات، مما يؤدي إلى تبريد الكوكب وتغيير أنماط الرياح. وبينما تُعرف آثار مثل هذه الانفجارات على درجات الحرارة العالمية جيداً، لم يسبق لأحد أن حسب كيف سيؤثر هذا النوع المحدد من الاضطراب الجوي على الكهرباء التي نعتمد عليها كل يوم.
لقد سعى فريق من الباحثين لسد هذه الفجوة من خلال محاكاة ما سيحدث إذا انفجر بركان بقوة البركان الذي ثار عام 1815 اليوم. وقد اختاروا ثوران جبل تامبورا عام 1815 ليكون نموذجهم، لأنه كان واحداً من أهم الانفجارات المسجلة في التاريخ، حيث تسبب في "عام بلا صيف" دمر المحاصيل في جميع أنحاء العالم. وباستخدام نموذج حاسوبي متطور للغلاف الجوي للأرض، أعاد العلماء إنشاء ظروف ذلك الثوران وراقبوا كيف ستتفاعل سحابة الهباء الجوي الناتجة — وهي جزيئات كبريت دقيقة تعكس ضوء الشمس — مع موارد الرياح والطاقة الشمسية المتاحة لمحطات الطاقة الحديثة. وأجروا مئات عمليات المحاكاة لضمان أن النتائج ليست مجرد صدفة ناتجة عن كود الحاسوب، حيث اختبروا كيف سيتصرف الثوران في ظل مناخات خلفية مختلفة، بما في ذلك عالم مستقبلي أكثر دافئاً وأثناء الدورات الجوية الطبيعية مثل ظاهرة "النينيو".
وكشفت عمليات المحاكاة عن واقع صادم: إن حدثاً بركانياً بهذا الحجم سيؤدي إلى انخفاض متزامن في كل من توليد طاقة الرياح والطاقة الشمسية في جميع أنحاء العالم. إذ سيحجب الضباب ضوء الشمس، مما يقلل مباشرة من الطاقة التي يمكن للألواح الشمسية حصادها. وفي الوقت نفسه، فإن تأثير التبريد الناتج عن الهباء الجوي سيضعف الدورة الجوية واسعة النطاق التي تحرك الرياح، مما يؤدي إلى هواء أكثر سكوناً في العديد من أفضل مناطق مزارع الرياح في العالم. لن يكون هذا التأثير المزدوج انقطاعاً قصيراً؛ فقد أظهرت النماذج أن انخفاض موارد الطاقة سيستمر لمدة تصل إلى عشرين شهراً. ووجدوا في المتوسط، أن موارد الرياح والطاقة الشمسية العالمية ستنخفض بنحو 3.6 بالمائة خلال هذه الفترة. ورغم أن بضعة بالمائة قد تبدو ضئيلة، إلا أن الحجم الهائل لنظام الطاقة العالمي يعني أن هذا يترجم إلى فقدان هائل في الكهرباء.
وعندما ترجم الباحثون هذه التغيرات الفيزيائية إلى لغة شبكات الطاقة الحديثة، أصبحت الأرقام صارخة. فبناءً على قدرة الرياح والطاقة الشمسية المثبتة حول العالم في عام مر 2024، سيؤدي ثوران واحد بحجم "تامبورا" إلى فقدان ما يقرب من 216.9 تيراواط/ساعة من الكهرباء خلال تلك العشرين شهراً. ولتوضيح ذلك، فإن هذا يعادل كمية الكهرباء التي استهلكتها ولاية كاليفورنيا بأكملها في عام واحد. أما التكلفة المالية لهذه الطاقة المفقودة، المحسوبة باستخدام الأسعار الحالية لتوليد الطاقة، فستبلغ حوالي 9.2 مليار دولار أمريكي. ومع ذلك، لن يكون التأثير متساوياً في كل مكان؛ فقد سلطت الدراسة الضوء على انفصال حاسم بين المناطق التي يكون فيها الطقس في أسوأ حالاته والمناطق التي تكون فيها الأضرار هي الأكثر شدة. فعلى سبيل المثال، ستشهد أمريكا الجنوبية وأفريقيا أكبر نسب انخفاض في الرياح والشمس، مما يجعلهما المنطقتين الأكثر حساسية من الناحية الفيزيائية. ومع ذلك، ولأن آسيا تضم حالياً أكبر تركيز لمحطات طاقة الرياح والطاقة الشمسية، فإنها ستعاني من أكبر خسارة مطلقة في الكهرباء، حيث ستفقد أكثر من 111 تيراواط/ساعة. كما ستواجه أوروبا وأمريكا الشمالية خسائر كبيرة أيضاً، وإن كانت أقل قليلاً من آسيا.
كما بحث الباحثون في الفيزياء الأساسية لفهم سبب تصرف الرياح والشمس بهذه الطريقة. ووجدوا أن الضباب البركاني يبرد الغلاف الجوي الاستوائي، مما يضعف دوران "هادلي" — وهو محرك عملاق ينقل الحرارة من خط الاستواء باتجاه القطبين. ويؤدي هذا الضعف إلى تقليل سرعات الرياح في المناطق شبه المدارية، حيث تقع العديد من مزارع الرياح. ومن المثير للاهتمام أن النماذج أظهرت أن سرعات الرياح زادت بالفعل في بعض المناطق ذات خطوط العرض العليا، لكن هذه المكاسب لم تكن كافية لتعويض الخسائر الواسعة في أما-كن أخرى. وبالنسبة للطاقة الشمسية، كانت القصة أكثر تعقيداً قليلاً؛ فبينما حجزت الجزيئات البركانية ضوء الشمس المباشر، أدى تأثير التبريد أيضاً إلى تقليل الغطاء السحابي في بعض المناطق، مما سمح بمرور المزيد من الضوء. وقد عوض هذا الانخفاض في السحب جزئياً الظلام الناتج عن الرماد، لكن ليس بما يكفي لمنع صافي الخسارة في الطاقة الشمسية. وتشير الدراسة إلى أن هذه الآليات الفيزيائية قوية، مما يعني أنها ستحدث على الأرجح حتى لو وقع الثوران في مناخ مستقبلي أكثر دفئاً أو خلال مرحلة طقس طبيعية مختلفة.
يعمل هذا العمل بمثابة تحذير لمستقبل تخطيط الطاقة. فمع اعتماد العالم بشكل متزايد على الطاقة المعتمدة على الطواطق، تصبح مخاطر الصدمات المناخية النادرة وعالية التأثير أكثر أهمية. وتؤكد الدراسة أن أنظمة الطاقة الحالية ليست مصممة للتعامل مع فترة مدتها عامان من انخفاض الرياح والشمس، وأن تخزين البطاريات القياسي ليس كافياً لسد مثل هذه الفجوة الطويلة. علاوة على ذلك، فإن للنتائج تداعيات على فكرة مثيرة للجدل تُعرف باسم "الهندسة الجيولوجية الشمسية"، حيث قد يقوم البشر عمداً بحقن الهباء الجوي في الغلاف الجوي لتبريد الكوكب. وتشير الدراسة إلى أنه بينما قد يؤدي هذا التدخل إلى خفض درجات الحرارة العالمية، إلا أنه قد يقلل دون قصد من توليد الطاقة المتجددة، مما يخلق صراعاً جديداً بين التخفيف من آثار تغير المناخ وأمن الطاقة. ويخلص الباحثون إلى أنه على الرغم من أن الثوران البركاني الهائل هو حدث منخفض الاحتمالية، إلا أن قدرته على تعطيل شبكة الطاقة العالمية عالية بما يكفي ليتم تضمينه في الخطط طويلة المدى لمستقبل مرن ومنخفض الكربون.
غارق في أبحاث مجالك؟
تصلك نشرة يومية بأحدث الأبحاث المطابقة لكلماتك البحثية المفتاحية — مع ملخصات تقنية، بلغتك.