توسّع التطور في تكنولوجيا الطاقة المتجددة ومجالات تطبيقها باستمرار. ازدياد التطور في الطرق وأنظمة النقل والكهربة يزيد أيضًا من الطلب على الكهرباء. تشغل الطرق مساحات يمكن استغلالها لتركيب توربينات الرياح أو الأنظمة الفوتوفولتية لتزويد محطات شحن المركبات الكهربائية والبنية التحتية التقنية للطريق (مثل مناطق خدمات السفر، إنارة الأنفاق، إشارات الطرق). يوجد العديد من الأمثلة في جميع أنحاء العالم حيث تم استخدام هذه الحلول. قد تُساهم هذه المراجعة النقدية للحلول الحالية وإمكانيات تطبيقها في أماكن جديدة في المزيد من التطوير والأبحاث في هذا المجال. تم التركيز بشكل خاص على إمكانية استخدام أنظمة الطاقة المتجددة في بولندا، والتي يمكن نقلها بنجاح إلى دول أخرى ذات مناخ مشابه.
مصادر الطاقة المتجددة، حاجز الضوضاء الفوتوفولتي، توربين الرياح، طريق الطاقة، الكهربة
استخدام وتوفير الوصول إلى الطاقة الخضراء يؤدي إلى التنمية المستدامة في جميع أنحاء العالم. يركز العالم على مصادر الطاقة المتجددة (RESs) لتحقيق أهداف حماية المناخ. تُعتبر مصادر الطاقة المتجددة مثل الطاقة الشمسية والرياح بأنها مناسبة لتزويد الطرق السريعة وأنظمة صيانتها وإدارتها، الإنارة، الإشارات، اللوحات المعلوماتية، إلخ. يقلل دمج تقنيات الطاقة المتجددة المختارة في الطرق السريعة من عدد التركيبات وتكاليف بناء خطوط الطاقة لتغذية الشبكات المستخدمة على الطرق السريعة. في الوقت نفسه، لا تصدر مصادر الطاقة المتجددة ثاني أكسيد الكربون.
سبب آخر لاستخدام الطاقة المتجددة في مجال بناء الطرق هو أن حوالي 2-5٪ من سطح الأرض مغطى بالطرق. يُقدر أنه بحلول عام 2050، قد يزيد هذا النسبة بمقدار 6٪ إضافية، مما يشير إلى أن ما يصل إلى 8٪ من سطح الكوكب سيتم استبعاده من الطبيعة وسيكون له تأثير قوي على البيئة الطبيعية. في المقابل، يشير التقدم التكنولوجي والحلول الجديدة المتعلقة بالألواح الفوتوفولتية إلى قوتها الميكانيكية الفائقة. يمكن للطرق الفوتوفولتية أن تحل محل الطرق التقليدية المعبدة بالأسفلت، وتصبح في الوقت نفسه مولدات طاقة قوية، مما سيكون له أهمية كبيرة مع تطور الكهربة.
تنفيذ مصادر الطاقة المختلفة يزيد من كفاءة الطاقة ويحقق أيضًا هدف المدن الذكية، أي استخدام الطاقة النظيفة بانبعاثات صفرية من ثاني أكسيد الكربون والملوثات الجوية الأخرى الغازية والجسيمية.
استخدام أنظمة الطاقة الضوئية في إنشاء الطرق حول العالم وأوروبا
تعتبر الأنظمة الضوئية (PV) من الحلول المتقدمة لتوليد الكهرباء، إلا أن استخدامها على نطاق واسع يواجه تحديات كبيرة بسبب الحاجة إلى مساحات واسعة لتركيب الألواح الشمسية. تزداد هذه التحديات في الدول المتقدمة حيث تشغل الأنظمة النقلية، مثل الطرق والسكك الحديدية والمطارات، مساحات كبيرة. رغم ذلك، تُعَد أنظمة الحواجز الضوئية للحد من الضوضاء (PVNBs) حلاً مبتكراً يحقق توليد الكهرباء وتقليل الضوضاء باستخدام البنية التحتية الحالية للطرق دون الحاجة إلى مساحات إضافية.
تطبيقات الأنظمة الضوئية في مناطق الطرق
- الأسطح، والأعمدة، والمظلات المصنوعة من الأنظمة الضوئية:
– يمكن استخدام الألواح الشمسية لإنشاء أسطح فوق الطرق، مثل مشروع DACH الذي نفذته ألمانيا، النمسا، وسويسرا في 2020-2021. يُساهم هذا المشروع في حماية سطح الطريق من الظروف الجوية القاسية وتقليل تكاليف الصيانة، بالإضافة إلى إنتاج الطاقة الكهربائية.
– تم تركيب أول حاجز ضوضاء ضوئي في عام 1989 في سويسرا، ومنذ ذلك الحين ازداد الاهتمام بهذا النوع من التطبيقات.
- استخدام الأسطح والأعمدة الشمسية:
– في سويسرا، تم تكليف مكتب الطرق الفيدرالي بدراسة إمكانية تغطية الطرق بأسطح مزودة بألواح شمسية، مع إمكانية تحقيق إنتاج يصل إلى 55 جيجاواط ساعة سنوياً.
– في ألمانيا، تم اقتراح إنشاء أعمدة فولاذية على طول الطرق لتركيب الألواح الشمسية، مع توقع توليد 200 تيراواط ساعة سنوياً.
- الطرق الشمسية، المسارات، والأرصفة:
– تم تطوير طرق شمسية في الولايات المتحدة، فرنسا، والعديد من الدول الأوروبية، إلا أن التحديات التقنية والاقتصادية لا تزال قائمة. على سبيل المثال، تكلفة الطرق الشمسية في فرنسا تجاوزت بكثير إنتاجها للطاقة.
- ممرات الدراجات الشمسية:
– في هولندا، تم إنشاء ممرات دراجات مزودة بألواح شمسية، مما يساهم في توليد الطاقة وحماية راكبي الدراجات من العوامل الجوية. كما تم تنفيذ مشاريع مشابهة في ألمانيا وسويسرا.
- فوائد الأنظمة الضوئية في مناطق الطرق:
– يمكن استغلال البنية التحتية الحالية لتوليد الطاقة بدون الحاجة إلى مساحات إضافية.
– توفر الحواجز الضوئية تقليل الضوضاء بالإضافة إلى توليد الطاقة.
– تحمي الأسطح الشمسية الطرق من العوامل الجوية وتحسن من عمرها الافتراضي.
– يمكن أن تساهم الأنظمة الضوئية في تحسين كفاءة النقل وتقليل استهلاك الطاقة.
التحديات والاعتبارات:
– تكلفة تركيب الأنظمة الضوئية على الطرق والبنى التحتية الحالية لا تزال مرتفعة.
– تشمل التحديات التقنية الزوايا غير المثلى لتركيب الألواح الشمسية والتعرض للظلال.
– يتطلب تنفيذ هذه المشاريع دراسة مكثفة للعوامل البيئية والهندسية لضمان سلامة واستدامة الأنظمة.
يمكن القول أن استخدام الأنظمة الضوئية في إنشاء الطرق وتطوير البنى التحتية هو خطوة مبتكرة نحو تحقيق الطاقة المستدامة، رغم التحديات التي تواجه هذا الاستخدام. تستمر الأبحاث والتطوير في هذا المجال لتحسين كفاءة وفعالية الأنظمة الضوئية في مناطق النقل المختلفة.
مترجم بتصرف من:
The Use of Renewable Energy Sources in Road Construction and Public Transport: A Review
https://www.mdpi.com/1996-1073/17/9/2141
