برق روی آب
چین چگونه مزارع خورشیدی‌اش را گسترش می‌دهد؟
در رقابت جهانی برای دستیابی به انرژی پاک، زمین به منبعی ارزشمند و پرچالش بدل شده است. با گسترش شهرها و توسعه کشاورزی، یافتن فضاهای تازه برای احداث نیروگاه‌های خورشیدی دشوارتر از گذشته شده است. در پاسخ به این چالش، چین راه‌حلی جسورانه و نوآورانه در پیش گرفته است: نصب صفحات خورشیدی بر سطح آب. این رویکرد، به‌جای مصرف زمین‌های کشاورزی یا آسیب‌زدن به زیست‌بوم‌ها، امکان می‌دهد زیرساخت‌های خورشیدی روی دریاچه‌ها، سدها و آب‌های ساحلی مستقر شوند. یکی از جاه‌طلبانه‌ترین پروژه‌های چین تاکنون، نیروگاه خورشیدی شناوری است با ظرفیت یک گیگاوات در نزدیکی استان شاندونگ که در مساحتی حدود ۱۲۰۰ هکتار گسترده شده و با فعالیت‌های آبزی‌پروری در زیر سطح خود ادغام شده است. این پروژه نقطه عطفی است در بازتعریف نحوه تولید انرژی پاک، استفاده از زمین و همزیستی میان سامانه‌های انرژی و غذا.
پروژه شاندونگ تنها یک نوآوری فناورانه نیست؛ بلکه نشانه بازتنظیم عمیق‌تری در راهبرد فضایی و اقتصادی چین است. با انتقال تولید برق به پهنه‌های آبی، این کشور در پی آزادسازی زمین برای کشاورزی و توسعه شهری است. درواقع، چین به سوی مدلی دوگانه گام برمی‌دارد؛ «انرژی بر آب، غذا بر زمین». در زیر صفحات خورشیدی، فعالیت‌های پرورش ماهی ادامه دارد و در بالای آنها برق تولید می‌شود. این ترکیب، کارایی نظری بالایی دارد؛ آب باعث خنک‌شدن صفحات و بهبود عملکرد آنها می‌شود، صفحات تبخیر آب را کاهش می‌دهند، و درعین‌حال تعارض بر سر زمین از میان می‌رود. گزارش‌های اولیه نشان می‌دهد که نیروگاه‌های خورشیدی شناور می‌توانند تا ۱۵ درصد بازدهی بیشتری نسبت به نیروگاه‌های زمینی مشابه داشته باشند و همزمان زمین‌های کشاورزی ارزشمند را حفظ کنند. بااین‌حال، پرسش‌هایی درباره خطرات زیست‌محیطی، خوردگی در آب شور، پیچیدگی نصب و هزینه‌های توسعه در مقیاس وسیع همچنان پابرجاست.
ابعاد جاه‌طلبی چین در این زمینه چشمگیر است. شرکت «CHN Energy» اخیراً اعلام کرده است که نیروگاه یک گیگاواتی شناور خود را، که در فاصله حدود هشت‌‌کیلومتری از سواحل دونگ‌یینگ در شاندونگ قرار دارد، به شبکه برق متصل کرده است. این تاسیسات حدود ۱۲۲۳ هکتار وسعت دارد و شامل نزدیک به ۲۹۳۴ سکوی فتوولتائیک است که به کمک سازه‌های فولادی دریایی و پایه‌های کوبیده‌شده در بستر دریا مهار شده‌اند. این پروژه بزرگ‌ترین نیروگاه خورشیدی شناور دریایی جهان شناخته می‌شود. در این مدل، کابل ۶۶ کیلوولتی دریایی، مجموعه را به شبکه برق سراسری در خشکی متصل میکند. برآوردها نشان می‌دهد این نیروگاه می‌تواند سالانه برق موردنیاز حدود 67 /2 میلیون نفر از ساکنان شهری را تامین کند، درحالی‌که در زیر آن فعالیت‌های شیلات نیز جریان دارد. این مدل دوگانه، هم نمادین و هم کارکردی است و نشان می‌دهد چگونه فناوری می‌تواند در خدمت همزمان توسعه و پایداری قرار گیرد.
بااین‌حال، مسیر توسعه چنین پروژه‌هایی خالی از چالش نیست. در محیط‌های دریایی، پاشش نمک، امواج، فشار طناب‌های مهار و خوردگی صفحات، موانع جدی مهندسی به شمار می‌روند. متخصصان محیط‌زیست هشدار می‌دهند که سایه‌افکنی صفحات متراکم ممکن است اکوسیستم‌های آبی را دگرگون کند و بر سطح اکسیژن محلول، رشد جلبک‌ها و پویایی گونه‌های دریایی تاثیر بگذارد.
نیروی خورشیدی شناور و اهمیت آن
نیروگاه‌های خورشیدی شناور -که اغلب با نام «فتوولتائیک» شناخته می‌شوند- مرز تازه‌ای در تولید انرژی‌های تجدیدپذیر به شمار می‌آیند. در ساده‌ترین شکل، این فناوری شامل نصب پنل‌های فتوولتائیک روی سکوهای شناوری است که در پهنه‌های آبی همچون سدها، دریاچه‌ها یا مناطق ساحلی آرام مهار شده‌اند. بااین‌حال، در پس ظاهر ساده این فناوری، توازنی پیچیده میان فیزیک، بوم‌شناسی و اقتصاد نهفته است. این سامانه‌ها باید در برابر باد و امواج مقاوم باشند، درعین‌حال کمترین اختلال را در حیات آبزیان ایجاد کنند، پایداری خود را حفظ کنند و در برابر خوردگی مقاوم بمانند. اما پرسش اساسی این است: چرا اصلاً باید پنل‌ها را روی آب نصب کرد؟ پاسخ در کمبود فضا و ضرورت افزایش بهره‌وری نهفته است. در بسیاری از مناطق چین، به‌ویژه در استان‌های پرجمعیت شرقی، زمین زیر فشار شدید ناشی از شهرنشینی و توسعه کشاورزی قرار دارد. نیروگاه‌های خورشیدی شناور راه‌حلی هوشمندانه ارائه می‌دهند: آنها از سطح آب‌های بی‌استفاده برای تولید برق بهره می‌برند، بی‌آنکه زمین‌های کشاورزی یا سکونتگاه‌های انسانی را جابه‌جا کنند. علاوه بر این، اثر خنک‌کنندگی آب می‌تواند بازده پنل‌ها را نسبت به سامانه‌های زمینی ۵ تا ۲۰ درصد افزایش دهد. دمای پایین‌تر به معنای عملکرد بهتر و طول عمر بیشتر ماژول‌های خورشیدی است. مفهوم نیروگاه خورشیدی شناور نخستین‌بار در پروژه‌هایی در ژاپن (سد یاماکورا، ۲۰۱۷) و هند (کرالا، ۲۰۲۲) توجه جهانی را جلب کرد، اما ورود چین این مفهوم را وارد مرحله‌ای تازه کرد. بین سال‌های ۲۰۲۰ تا ۲۰۲۴ ظرفیت نصب‌شده سامانه‌های خورشیدی شناور در چین از ۳۲۰ مگاوات به بیش از 8 /2 گیگاوات افزایش یافت و این کشور را به رهبر جهانی در این حوزه بدل کرد.
هم‌افزایی این فناوری با زیرساخت‌های برق‌آبی موجود نیز نقشی تعیین‌کننده دارد. نصب صفحات خورشیدی بر سطح مخازن نیروگاه‌های برق‌آبی، امکان استفاده مشترک از خطوط انتقال، کاهش تبخیر آب و تثبیت تولید انرژی را فراهم می‌آورد. شب‌ها که خروجی نیروگاه خورشیدی کاهش می‌یابد، نیروگاه برق‌آبی می‌تواند کمبود را جبران کند؛ ظهرها نیز، هنگامی که تولید خورشیدی به اوج می‌رسد، اپراتورهای سد می‌توانند آب را برای زمان‌های بعد ذخیره کنند. این رابطه مکمل، که در استان‌های آنهویی و ججیانگ آزمایش شده، نمونه‌ای از سامانه‌های ترکیبی آینده است که انعطاف‌پذیری انرژی خورشیدی را با قابلیت اطمینان انرژی برق‌آبی در هم می‌آمیزد.
پروژه شاندونگ چین
در استان شاندونگ در شرق چین، جایی که زمین میان کشاورزی و صنعت به‌شدت مورد رقابت است، آزمایشی جسورانه در عرصه انرژی پاک به‌آرامی قواعد را بازنویسی کرده است. نیروگاه خورشیدی شناور «دِژو دینگ‌ژوانگ» که بیش از ۱۲۰۰ هکتار از سطح آب را در بر می‌گیرد، یکی از بزرگ‌ترین پروژه‌های فتوولتائیک شناور در جهان به شمار می‌آید. این نیروگاه که در سال ۲۰۲۳ به بهره‌برداری رسید، بیش از یک گیگاوات برق تولید میکند -معادل انرژی موردنیاز حدود ۶۰۰هزار خانوار در سال- و درعین‌حال، در زیر صفحات خورشیدی خود یک مزرعه پرورش ماهی فعال دارد.
این پروژه نمونه‌ای از مدل تازه چین برای زیرساخت‌های «دوکاربردی» است: تولید غذا در زیر و تولید برق در بالا. با تبدیل دریاچه‌های کم‌استفاده و گودال‌های معدنی به مناطق فعال انرژی، چین از تعارضات کاربری زمین که در بسیاری از کشورها مانع گسترش انرژی خورشیدی شده، اجتناب میکند. بنا بر داده‌های موسسه مهندسی انرژی‌های تجدیدپذیر چین (۲۰۲۴)، سامانه‌های خورشیدی شناور به‌طور میانگین حدود ۴۵ درصد از زمین موردنیاز نیروگاه‌های زمینی مشابه صرفه‌جویی میکنند.
آنچه در پروژه شاندونگ چشمگیر است، نه‌تنها مقیاس مهندسی آن، بلکه منطق زیست‌محیطی پشت آن است. پنل‌های خورشیدی روی پانتون‌هایی از جنس پلی‌اتیلن با چگالی بالا نصب شده‌اند که با دقت برای سازگاری با نوسان سطح آب مهار شده‌اند. پوشش‌های ویژه از چهارچوب‌ها در برابر خوردگی و رسوب‌های زیستی محافظت میکنند و سامانه‌های کابل‌کشی انعطاف‌پذیر امکان انتقال موثر جریان برق را در میان حرکت دائمی فراهم میکنند. در زیر آب، سایه ایجادشده از طریق پنل‌ها میزان تبخیر را تا حدود ۷۰ درصد کاهش می‌دهد؛ مزیتی چشمگیر برای مناطقی که در معرض خشکسالی قرار دارند. از سوی دیگر، پرورش‌دهندگان محلی ماهی گزارش داده‌اند که دمای آب در زیر این سامانه‌ها پایدارتر است و رشد جلبک‌ها کاهش یافته است؛ عواملی که در مجموع موجب افزایش بازده تولید آبزیان شده‌اند. از منظر مالی، پروژه دژو نشانگر چرخشی بزرگ در سیاست سرمایه‌گذاری سبز چین است. این طرح با همکاری گروه انرژی نو «سه‌دره چین» و دولت‌های محلی در قالب مشارکت عمومی-خصوصی توسعه یافته و حدود 6 /1 میلیارد یوآن (معادل ۲۲۰ میلیون دلار) سرمایه جذب کرده است. پروژه با اهداف ملی چین برای دستیابی به ظرفیت ۱۲۰۰ گیگاوات انرژی بادی و خورشیدی تا سال ۲۰۳۰، طبق تعهدات این کشور در توافق پاریس، همسو است. اهمیت واقعی این طرح در تبدیل‌شدن آن به میدان آزمایشی برای تکرار در سراسر کشور نهفته است. استان‌هایی چون آنهویی، ججیانگ و هونان پروژه‌هایی مشابه را با ظرفیت‌هایی بین ۲۰۰ تا ۸۰۰ مگاوات اعلام کرده‌اند. در همین حال، اداره ملی انرژی چین در حال تدوین استانداردهایی جدید برای طراحی نیروگاه‌های شناور، آزمون مقاومت در برابر خوردگی و پایش زیست‌محیطی است. این روند یادگیری سریع نهادی می‌تواند چین را به نخستین کشوری تبدیل کند که سامانه‌های خورشیدی شناور را در برنامه‌ریزی اصلی شبکه برق خود ادغام میکند؛ گامی که پهنه‌های آبی را از دارایی‌های مغفول‌مانده به موتورهای تاب‌آوری اقلیمی و رشد منطقه‌ای بدل خواهد کرد.
مدل تلفیقی آبزی‌پروری و فتوولتائیک
مدل تلفیقی «پرورش ماهی + انرژی خورشیدی» در چین، نمادی از چگونگی بهره‌گیری هوشمندانه از منابع محدود برای تولید همزمان غذا و برق است. در این رویکرد، دریاچه‌ها، استخرها و پهنه‌های آبی کم‌استفاده با صفحات خورشیدی پوشانده می‌شوند، درحالی‌که در زیر سطح آب، فعالیت‌های پرورش ماهی به‌صورت معمول ادامه دارد. نتیجه، نوعی همزیستی کارآمد میان دو بخش حیاتی -کشاورزی و انرژی- است که پیشتر اغلب در رقابت با یکدیگر بودند.
در عمل، این مدل با استفاده از سکوی شناور چندمنظوره اجرا می‌شود. ساختارهای مهندسی‌شده، علاوه بر نگهداری صفحات خورشیدی، امکان عبور نور کافی برای رشد جلبک‌ها و حفظ چرخه اکولوژیک را فراهم میکنند. درعین‌حال، سایه ایجادشده از پنل‌ها دمای آب را پایین‌تر نگه می‌دارد، که این امر برای رشد گونه‌هایی مانند کپور یا تیلاپیا مناسب‌تر است. این کاهش دما همچنین باعث کاهش تبخیر و حفظ تعادل اکسیژن محلول می‌شود که مسئله‌ای حیاتی برای سلامت اکوسیستم آبی است.
ازنظر اقتصادی، مدل ترکیبی مزایای چشمگیری برای جوامع محلی دارد. پرورش‌دهندگان ماهی با اجاره زمین‌های آبی خود به شرکت‌های انرژی، منبع درآمد تازه‌ای به‌دست می‌آورند و درعین‌حال از برق ارزان‌تر بهره‌مند می‌شوند. در برخی استان‌ها مانند شاندونگ و آنهویی، دولت‌های محلی با ارائه وام‌های کم‌بهره و تسهیلات فنی، این مدل را به بخشی از برنامه توسعه روستایی خود تبدیل کرده‌اند. برآوردها نشان می‌دهد که درآمد ماهیگیران مشارکت‌کننده در این طرح‌ها تا ۳۰ درصد افزایش یافته است. از دید سیاست‌گذاری، مدل آبزی‌پروری-فتوولتائیک درواقع پاسخی به دو دغدغه ملی چین است: امنیت غذایی و گذار به انرژی پاک. این الگو، نوعی بازتعریف از مفهوم بهره‌وری سرزمینی است؛ جایی که هر مترمربع فضا می‌تواند همزمان هم برق تولید کند، هم غذا. کارشناسان انرژی این مدل را یکی از نمونه‌های درخشان «اقتصاد چرخشی» می‌دانند که در آن، منابع طبیعی چندمنظوره می‌شوند و رابطه میان انسان، آب و انرژی به شکلی پایدار بازتنظیم می‌شود.
اقتصاد انرژی خورشیدی شناور
در نگاه نخست، ساخت نیروگاه بر سطح آب ممکن است پرهزینه یا حتی غیرعملی به نظر برسد. سامانه‌های خورشیدی شناور به سازه‌های برافرازنده، سیستم‌های مهار و لنگر، سیم‌کشی ضدآب و مواد مقاوم در برابر خوردگی نیاز دارند و همه این عوامل هزینه‌های اولیه را افزایش می‌دهند. بااین‌حال، وقتی اقتصاددانان و مهندسان کل چرخه عمر این پروژه‌ها را بررسی میکنند، محاسبات معنا پیدا میکنند.
براساس گزارش سال ۲۰۲۴ «آژانس بین‌المللی انرژی‌های تجدیدپذیر» (IRENA)، هزینه نصب سامانه‌های خورشیدی شناور در چین از سال ۲۰۱۵ تاکنون بیش از ۶۰ درصد کاهش یافته است. در حال حاضر، میانگین هزینه 75 /0 تا 95 /0 دلار به ازای هر وات بوده که تنها اندکی بیشتر از سامانه‌های زمینی سنتی است. درعین‌حال، مزایای عملکردی آن روزبه‌روز آشکارتر می‌شود: پنل‌های خورشیدی شناور به دلیل اثر خنک‌کنندگی آب، ۵ تا ۱۰ درصد بازدهی بالاتری دارند. این ویژگی از داغ‌شدن بیش‌ازحد پنل‌ها جلوگیری کرده و عمر مفید آنها را افزایش می‌دهد. این بهره‌وری بیشتر در عمل، افزایش جزئی هزینه نصب را جبران میکند.
فراتر از جنبه فنی، این پروژه‌ها از منظر ارزش زمین نیز مزیت چشمگیری دارند. تراکم بالای جمعیت و محدودیت زمین‌های قابل‌کشت در چین، گسترش نیروگاه‌های خورشیدی زمینی را دشوار میکند، چراکه ممکن است با زمین‌های کشاورزی یا زیستگاه‌های طبیعی تداخل پیدا کند. انتقال این تاسیسات به مخازن آب، دریاچه‌ها و معادن متروک، نوعی بازاستفاده هوشمندانه از فضاهای بی‌استفاده است. تحلیلگران «موسسه تحقیقات انرژی کمیسیون توسعه و اصلاحات ملی» (NDRC) برآورد کرده‌اند که فناوری خورشیدی شناور می‌تواند تا ۳۰۰ گیگاوات ظرفیت اضافی ایجاد کند، بدون آنکه با جنگل‌ها یا زمین‌های کشاورزی رقابت داشته باشد.
محاسبات اقتصادی فقط به وات و مگاوات خلاصه نمی‌شود. سامانه‌های خورشیدی شناور تبخیر آب را کاهش داده و کیفیت آن را بهبود می‌بخشند که از مزایای غیرمستقیم، اما حیاتی برای کشاورزی و زیست‌بوم‌های محلی است. برای نمونه، مطالعه‌ای از دانشگاه تسینگ‌هوا در سال ۲۰۲۳ نشان داد که یک مجموعه ۱۰۰ مگاواتی می‌تواند سالانه تا ۱۰ میلیون مترمکعب آب صرفه‌جویی کند؛ عددی قابل‌توجه برای استان‌های خشک چین. ترکیب تولید انرژی و صرفه‌جویی در آب، در عمل ارزش اقتصادی این سامانه‌ها را دوچندان میکند، به‌ویژه در چهارچوب اهداف «دوگانه کربنی» دولت چین.
علاوه بر این، نگهداری و دوام سامانه‌های شناور بهتر از پیش‌بینی‌ها بوده است. گردوغبار کمتر، دمای پایین‌تر و دسترسی آسان از طریق قایق، هزینه‌های نظافت و نیروی کار را کاهش می‌دهد. درحالی‌که بازگشت سرمایه اولیه ممکن است شش تا هشت سال طول بکشد، عمر مفید پروژه‌های مدرن اکنون بیش از ۲۵ سال با بازدهی ثابت و حداقل افت عملکرد در طول زمان تخمین زده می‌شود.
از منظر سیاست‌گذاری نیز، دولت چین مشوق‌های مالی سبز و وام‌های ترجیحی برای توسعه‌دهندگان این سامانه‌ها در قالب برنامه‌هایی مانند «راهنمای اعتبارات سبز ۲۰۲۲» و «صندوق توسعه انرژی‌های تجدیدپذیر» فراهم کرده است. این سیاست‌ها روند تجاری‌سازی را سرعت بخشیده‌اند. تا نیمه سال ۲۰۲۵، چین بیش از 5 /8 گیگاوات ظرفیت خورشیدی شناور نصب کرده است؛ معادل نیمی از کل ظرفیت جهانی. کارشناسان پیش‌بینی میکنند تا سال ۲۰۳۰، صنعت خورشیدی شناور در آسیا به ارزشی ۳۰ تا ۳۵ میلیارددلاری برسد، و چین بازیگر اصلی آن باشد. آنچه از این روندها برمی‌آید، تنها یک دستاورد مهندسی نیست، بلکه منطقی اقتصادی است؛ انرژی و محیط‌زیست می‌توانند بر سطحی واحد همزیستی کنند. خورشید شناور، مفهوم سنتی «تعارض میان توسعه و حفاظت» را به چالش می‌کشد و محدودیت زمین را از مانعی قدیمی به موتور نوآوری و بهره‌وری بدل میکند.
