العبارات الكهربائية: شرح المدى والاستدامة

تقف صناعة النقل البحري، التي تعتمد منذ فترة طويلة على عبّارات محركات الاحتراق التي يمكن الاعتماد عليها ولكنها مرهقة بيئياً، عند منعطف محوري. ومع تكيّف الصناعة مع دعوات الاستدامة، تبرز السفن الكهربائية كبدائل واعدة

تضرب أمثلة عالمية، من موانئ ولاية واشنطن الصاخبة إلى السواحل الإسكندنافية الخلابة. وإلى جانب تقليل الانبعاثات، فإنها في الوقت نفسه تعيد تعريف النقل العام المنقول بالمياه في القرن الحادي والعشرين.

يرجع التحول نحو العبارات التي تعمل بالبطاريات إلى التحديات التي تمثلها السفن التقليدية. فمحركات الديزل، وهي المحركات التي تعمل بالديزل، وهي المحركات التي تعمل بالطاقة منذ فترة طويلة وراء خدمات العبارات، تشتهر بانبعاثات غازات الاحتباس الحراري الكبيرة، بما في ذلك ثاني أكسيد الكربون والميثان وأكسيد النيتروز. ولا تساهم هذه الانبعاثات في الاحتباس الحراري العالمي فحسب، بل تساهم أيضاً في تلوث الهواء المحلي، حيث أن أكاسيد النيتروجين والكبريت ضارة بصحة الإنسان بشكل خاص.

علاوة على ذلك، يؤدي عدم كفاءة هذه المحركات التقليدية إلى ارتفاع استهلاك الوقود والتكاليف التشغيلية. وتضيف تعقيدات التحكم في الانبعاثات طبقة أخرى من الصعوبات، وغالباً ما تتطلب استخدام تقنيات متقدمة للمعالجة اللاحقة لتلبية المعايير التنظيمية. ونتيجة لذلك، تواجه قوارب الركاب الحالية حاجة متزايدة إلى بدائل جديدة أكثر نظافة وفعالية من حيث التكلفة تلبي متطلبات أنظمة النقل والعبور الحديثة.

في خضم التحديات التي تواجهها الصناعة البحرية، يبرز الدفع الكهربائي في السفن البحرية كابتكار واعد. المزايا متعددة. تتميز العبّارات الكهربائية بانخفاض تكاليف التشغيل والصيانة بسبب بساطة تصميمات المحركات وتقليل البلى الميكانيكي. ولهذه الوفورات تأثير مضاعف على الأسطول بأكمله، حيث تتطلب القوارب الكهربائية صيانة أقل تواتراً وأقل تكلفة مقارنةً بنظيراتها من محركات الاحتراق.

ميزة أخرى هي الهدوء الذي يضفيه الدفع الكهربائي على البيئة البحرية. تنزلق هذه السفن عبر المياه بصوت هامس يتناقض بشدة مع هدير محركات الديزل. وهذا يقلل من التلوث الضوضائي ويعزز تجربة السفر. علاوةً على ذلك، يوفر التكرار المدمج في الأنظمة الكهربائية شبكة أمان موثوقة، مما يضمن استمرار عمل القوارب حتى في حالة تعطل أحد أجزاء النظام.

توفر العبّارات الكهربائية فوائد بيئية واضحة، لا تقل وضوحاً عن المياه البكر التي تسعى جاهدةً لحمايتها. من خلال التحول إلى الدفع الكهربائي، يمكن لقوارب الركاب أن تقلل بشكل كبير من انبعاث الغازات الضارة مثل أكاسيد النيتروجين وأول أكسيد الكربون، بالإضافة إلى ثاني أكسيد الكربون والسخام، مما يؤثر بشكل كبير على البيئة.

لننظر إلى منطقة Puget Sound، حيث تنتج العبارة الكهربائية 25% فقط من عادم نظيرتها التي تعمل بالديزل. في المناطق ذات شبكات الكهرباء النظيفة، يمكن أن يكون لسفن الركاب الكهربائية انبعاثات غازات دفيئة أقل بكثير مقارنة بمحركات الديزل. وهذا يسلط الضوء على الفوائد البيئية العميقة التي يمكن أن تقدمها هذه السفن.

علاوة على ذلك، من خلال تقليل الحاجة إلى سيارات الركاب على الطرق القصيرة، تساعد العبّارات الكهربائية في تقليل الازدحام المروري والأثر البيئي المرتبط به.

في حين أن الفوائد البيئية هي عامل جذب رئيسي، فإن كفاءة التكلفة والآثار الاقتصادية للعبارات الكهربائية مقنعة بنفس القدر. فلننظر إلى حالة عبّارة كهربائية بالكامل، حيث تنزلق عبر المياه بتكلفة أقل بنسبة 21% من حيث تكلفة وحدة الطاقة مقارنةً بالعبّارات التقليدية التي تعمل بالديزل. هذه ليست ظاهرة معزولة؛ ففي معظم البلدان الأوروبية، أظهرت سفن الركاب الكهربائية تكاليف تشغيلية أقل بكثير مقارنة بنظيراتها التي تعمل بالديزل. على الرغم من أن سعر الشراء المبدئي للعبّارة التي تعمل بالبطارية قد يكون أعلى، إلا أن انخفاض تكاليف التشغيل والصيانة على المدى الطويل واضح.

إن جوهر العبّارة الكهربائية هو طاقة البطارية التي تعمل كمصدر للطاقة ورمز لكفاءة الطاقة. تُعدّ بطاريات الليثيوم أيون قياسية نظراً لقدرتها على تخزين كميات كبيرة من الكهرباء وإمدادها بكفاءة. تكتسب بطاريات فوسفات الحديد الليثيوم زخماً في التطبيقات البحرية نظراً لسلامتها وطول عمرها. وهذا يمثل تحولاً نحو مصادر طاقة أكثر متانة وموثوقية للقوارب التي تعمل بالبطاريات.

يتم الإشراف على إدارة مراكز الطاقة هذه بواسطة أنظمة إدارة البطاريات المتطورة (BMS)، والتي تضمن الأداء الأمثل والأمان وطول عمر البطاريات. تُعد التحسينات في قدرة إعادة الشحن السريع عاملاً مغيراً لقواعد اللعبة. فهي ستمكّن العبّارات التي تعمل بالبطاريات من الحفاظ على جاهزيتها التشغيلية وتمديد رحلاتها إلى ما كان يُعتقد أنه ممكن في السابق.

يتطلب تقدير قدرات العبّارات الكهربائية وحدودها فهم نطاقها. في حين أن هذه العبّارات عادةً ما يكون نطاقها أقصر من نظيراتها التي تعمل بمحرك احتراق، إلا أن التطورات في تخزين البطاريات توسع آفاقها بشكل مطرد. عادةً ما يتراوح مدى العبارات الكهربائية الصغيرة (وإن كانت بطيئة الحركة)، والتي غالباً ما تُرى وهي تنزلق عبر الموانئ أو على طرق قصيرة المسافة، من 5 إلى 30 ميلاً بحرياً. وهي مدعومة ببطاريات بسعة بطارية تتراوح من 1 إلى 2 ميجاوات في الساعة، مما يجعلها مثالية للرسو المتكرر وفرص إعادة الشحن.

أما بالنسبة للسفن المتوسطة والأكبر حجماً (التي تسير ببطء أيضاً)، مثل تلك التي تربط بين الجزر أو التي تعمل على مسارات أطول، يمكن أن يمتد المدى من 20 إلى أكثر من 100 ميل بحري. وعادةً ما تتمتع هذه السفن بسعات بطاريات تتراوح بين 2 ميجاوات ساعة إلى أكثر من 10 ميجاوات ساعة.

من ناحية أخرى، يمكن للعبّارة المائية الكهربائية سريعة الدوران Candela P-12 تحقيق مدى يصل إلى 50 ميلاً بحرياً بسرعة 25 عقدة. وهذا يُظهر الإمكانات المذهلة لتكنولوجيا العبارات الحديثة. من خلال رفع الهيكل خارج الماء، تستخدم العبارة P-12 طاقتها لدفع نفسها للأمام بدلاً من حرثها في الماء، مما يحسن كفاءة الطاقة بنسبة تزيد عن 80% مقارنةً بالسفن غير المزودة بطفو.

على الرغم من الزخم المتزايد في الدفع نحو تزويد أساطيل العبارات بالكهرباء، لا تزال هناك تحديات كبيرة. تتمثل إحدى العقبات الرئيسية في إنشاء بنية تحتية قوية للشحن في الموانئ، وهو عنصر حاسم لضمان التشغيل السلس للعبارات التي تعمل بالبطاريات. يمكن أن يتراوح إعداد الشحن من الدوائر المنزلية البسيطة إلى أجهزة الشحن السريع الأكثر تعقيداً. علاوة على ذلك، يعد الوصول إلى كهرباء نظيفة وشبكة قوية أمراً حيوياً لدعم أسطول السفن الكهربائية المتنامي.

غالباً ما تكون الموانئ والأرصفة ذات قدرة كهربائية محدودة، خاصة في المجتمعات الجزرية النائية. وهذا يمثل تحدياً كبيراً أمام الاعتماد الواسع النطاق لسفن الركاب الكهربائية. بالإضافة إلى ذلك، فإن إيجاد التوازن الصحيح بين حجم البطارية ووزن السفينة أمر بالغ الأهمية للحفاظ على الكفاءة والأداء. ومع ذلك، هناك حلول محتملة آخذة في الظهور. وتشمل هذه الحلول تطوير شبكات أقوى وأنظمة هجينة وتقنيات بطاريات مبتكرة. وتمهد هذه الحلول معاً الطريق لانتقال أكثر سلاسة إلى الأساطيل الكهربائية. ومع ذلك، كلما كانت السفينة أكثر كفاءة في استخدام الطاقة، باستخدام بطاريات كيلوواط/ساعة بدلاً من بطاريات ميغاواط/ساعة، أصبح التحول إلى الكهرباء أسهل.

هناك تحدٍ كبير آخر يتمثل في التكلفة الأولية المرتفعة للعبارات الكهربائية وما يرتبط بها من تحديثات للبنية التحتية. وعلى الرغم من الوفورات طويلة الأجل في الوقود والصيانة، إلا أن الاستثمار الأولي قد يكون شاقاً بالنسبة للعديد من المشغلين. يمكن للحوافز والإعانات الحكومية أن تلعب دوراً محورياً في تعويض هذه التكاليف وتشجيع اعتماد العبارات الكهربائية. بالإضافة إلى ذلك، يشهد قطاع النقل البحري تعاوناً بين القطاعين العام والخاص. وتقوم هذه الشراكات بتمويل البحث والتطوير في تقنيات الدفع الكهربائي. هذه الشراكات ضرورية لتسريع الابتكار وخفض التكاليف وخلق مسار مستدام لكهربة أساطيل العبارات.

مع دخول كل سفينة جديدة إلى الخدمة، يقترب قطاع النقل المائي خطوة أخرى نحو مستقبل مستدام. بدأت عبّارة MV Ampere النرويجية، وهي رائدة في مجال العبارات التي تعمل بالبطاريات، رحلتها في عام 2015. وقد شكلت سابقة لمشاريع العبارات الكهربائية اللاحقة في جميع أنحاء البلاد. وفي الوقت نفسه، تخطط شركة Wightlink في المملكة المتحدة لتقديم أول عبّارة شحن وركاب كهربائية بالكامل في سولنت في غضون السنوات الخمس المقبلة.

وتمثل هذه التطورات أحدث التطورات في مجال التكنولوجيا البحرية، حيث تتصدر العبارات مثل مكوك كانديلا P-12 الطريق. ومع انضمام هذه السفن إلى الأسطول، فإنها تدفع حدود خدمة العبارات. كما أنها تدل على التزام الصناعة البحرية بالانتقال إلى عصر أكثر نظافة وفعالية من حيث التكلفة.

في عصر تتسم فيه الاستدامة البيئية وكفاءة التكلفة بأهمية قصوى، يُعد مكوك كانديلا P-12 أول عبّارة محملة بالطاقة الكهربائية في العالم وقد ظهر ليحدث ثورة في مجال النقل البحري.

تقع العبّارات التقليدية في حلقة مفرغة من عدم الكفاءة التي تؤثر على كل من التكاليف التشغيلية والأثر البيئي. يؤدي الاستهلاك المرتفع للوقود إلى ارتفاع نفقات التشغيل وزيادة أسعار التذاكر، مما يثبط استخدام الركاب ويقلل من الإيرادات. وتتفاقم هذه الحلقة بسبب تكاليف الصيانة المرتبطة بمحركات الاحتراق المعقدة والأضرار البيئية الناجمة عن انبعاثات الكربون. ونتيجة لذلك، غالبًا ما يعلق المشغلون في حلقة من النفقات المرتفعة والعوائد المنخفضة، ويكافحون لتحقيق التوازن بين الاستدامة والربحية.

يقدم مكوك Candela P-12 Shuttle حلاً رائداً لهذه التحديات. يجمع مكوك P-12 Shuttle، باعتباره عبّارة هيدروفيل كهربائية، بين مزايا الدفع الكهربائي وتكنولوجيا القوارب الهيدروفيل. ترفع الجنيحات الهيدروفويل الهيكل خارج الماء، مما يقلل من السحب بشكل كبير. يسمح هذا للمكوك P-12 Shuttle بالانزلاق بسلاسة وكفاءة، مما يقلل من استهلاك الطاقة بنسبة تصل إلى 80% مقارنةً بالعبارات التقليدية. ويؤدي ذلك إلى انخفاض التكاليف التشغيلية وانخفاض كبير في انبعاثات غازات الاحتباس الحراري.

يُغني نظام الدفع في P-12 عن الحاجة إلى الوقود الأحفوري. وهذا يقلل بشكل كبير من تكاليف الوقود ويقلل من البصمة الكربونية لعمليات تشغيل العبارات. يمكن لعبّارة P-12 أن تقطع مسافات أطول بشحنة واحدة، مما يعالج المخاوف المتعلقة بالمدى الذي عادةً ما يحد من قوارب الركاب الكهربائية. وبالإضافة إلى ذلك، يؤدي انخفاض السحب والتآكل على المكونات إلى انخفاض تكاليف الصيانة وعمر تشغيلي أطول. ونتيجة لذلك، تُعد P-12 خياراً صديقاً للبيئة وفعالاً من حيث التكلفة لمشغلي العبارات.

اعرف المزيد عن تقنيتنا

يمكن للركاب على متن مكوك P-12 الاستمتاع برحلة أكثر هدوءاً وسلاسة دون ضوضاء واهتزازات محركات الاحتراق التقليدية. كما يتيح التصميم المتطور للعبّارة سرعات أعلى وأوقات سفر أقصر. وهذا يجعلها خياراً أكثر جاذبية لكل من الركاب والسائحين.

تُظهِر تقييمات دورة الحياة أن القوارب المائية الكهربائية لها تأثير بيئي أقل بكثير من البدائل التي تعمل بالوقود الأحفوري. وتؤكد إحدى الدراسات التي أجراها المعهد الملكي للتكنولوجيا في السويد هذه الفوائد، حيث سلطت الضوء على التخفيضات الكبيرة في انبعاثات ثاني أكسيد الكربون. وجد دينيس أولسون وفيليكس جلونسينجر في المعهد الملكي للتكنولوجيا في السويد أن القارب الترفيهي الكهربائي القارب الترفيهي الذي يعمل بالوقود الهيدروفيل كانديلا سي-8 كان له تأثير بيئي أقل بكثير من حيث إمكانية الاحتباس الحراري العالمي والطلب التراكمي على الطاقة مقارنة بنظرائه التي تعمل بالبنزين. كما قارنوا القارب Candela P-12 بالعبارات التي تعمل بالديزل المستخدمة في نظام النقل العام في ستوكهولم ووجدوا أن النموذج الكهربائي يمكن أن يقلل من الأثر البيئي بمقدار 1,670 طن من مكافئ ثاني أكسيد الكربون سنوياً.

تؤكد هذه النتائج على المزايا الكبيرة التي توفرها القوارب الهيدروفيل الكهربائية مقارنة بالسفن البحرية التقليدية. فمن خلال إعطاء الأولوية للدفع الكهربائي، يمكن للمشغلين البحريين تقليل بصمتهم البيئية بشكل كبير. يمهد هذا النهج الطريق لمستقبل أنظف وأكثر اخضراراً في المياه.

يمكنك قراءة الدراسة بالكامل باتباع هذا الرابط: تقييم دورة الحياة المقارن للقوارب المائية الكهربائية والبدائل التي تعمل بالوقود الأحفوري

ترسم الصناعة البحرية مسارها نحو مستقبل من الابتكار والاستدامة. إن إمكانات العبارات الكهربائية هائلة. فعلى سبيل المثال، ستكون سفن الجيل التالي من سفن E-flexer من شركة Stena Line من الجيل التالي من سفن E-flexer هجينة تعمل بوقود الميثانول المزدوج. وهذا يُظهر قدرة الصناعة على التكيف والتزامها بالحد من الانبعاثات. وفي الوقت نفسه، على الجانب الآخر من المحيط الأطلسي، تستعد سان فرانسيسكو لإطلاق أول خدمة عبّارات عالية السرعة وعالية السعة خالية من الانبعاثات في البلاد. ستضع هذه الخطوة معيارًا جديدًا للنقل الحضري.

ويوضح تطوير السفن الهجينة من قبل شركات مثل بريتاني فيريز وشركة آيل أوف مان ستيم باكيت كومبانيت النهج المتنوعة للتحول إلى الكهرباء. تشير هذه التطورات إلى مستقبل ستلعب فيه العبارات التي تعمل بالبطاريات دوراً حاسماً في الدفع العالمي نحو خدمات بحرية خالية من الانبعاثات.

تمثل العبّارات الكهربائية تحوّلاً جذرياً في النقل البحري، حيث توفر تأثيراً بيئياً وتكاليف تشغيلية أقل. مع التقدم المستمر في تكنولوجيا البطاريات والبنية التحتية للشحن، ستصبح هذه السفن قابلة للتطبيق بشكل متزايد. وهذا يجعلها خياراً مقنعاً لمشغلي العبّارات والركاب على حد سواء.

هل تشغيل العبارات الكهربائية أكثر تكلفة من العبارات التي تعمل بالديزل؟

لا، فهي أرخص في تشغيلها بشكل عام بسبب انخفاض استهلاكها للطاقة، وانخفاض متطلبات الصيانة، والإعانات الحكومية المحتملة.

كيف تؤثر العبارات الكهربائية على المجتمعات المحلية والموانئ؟

يمكن للعبارات الكهربائية أن تؤثر بشكل إيجابي على المجتمعات المحلية والموانئ من خلال الحد من تلوث الهواء والضوضاء وتحسين جودة الحياة وتعزيز تجربة الركاب.

ما نوع تقنية البطاريات المستخدمة في العبّارات الكهربائية؟

تستخدم العبّارات الكهربائية عادةً بطاريات الليثيوم أيون وفوسفات حديد الليثيوم نظراً لكثافة طاقتها العالية وكفاءتها وسلامتها، وتدار بواسطة أنظمة متطورة لتحقيق الأداء الأمثل.

ما هي التطورات التي يتم إجراؤها لزيادة مدى العبارات الكهربائية؟

تساعد التطورات في مجال تخزين البطاريات والكفاءة والبنية التحتية للشحن السريع في الموانئ على توسيع النطاق التشغيلي للعبارات الكهربائية. كما يتم استكشاف الأنظمة الهجينة المزودة بمصادر طاقة إضافية لتعزيز المدى والمرونة.

كيف تساعد العبارات الكهربائية في تقليل انبعاثات غازات الاحتباس الحراري؟

وهذا يعتمد إلى حد كبير على مدى "خضرة" الشبكة. فالكهرباء في السويد تأتي إلى حد كبير من مصادر الطاقة المتجددة، ولكن هذا ليس هو الحال في جميع البلدان. ومع ذلك، لا تنبعث من العبّارات الكهربائية محلياً أبخرة العوادم، وبالتالي فهي تقضي على الانبعاثات الضارة المرتبطة عادةً بمحركات الديزل.

هل يمكن للعبارات الكهربائية أن تقطع المسافة التي تقطعها العبارات التي تعمل بالديزل دون إعادة الشحن؟ 

في حين أن مدى العبارات الكهربائية عادةً ما يكون أقصر من مدى العبارات التي تعمل بالديزل، فإن التطورات في تكنولوجيا البطاريات تزيد تدريجياً من مسافات السفر، ويجري تطوير البنية التحتية للشحن السريع لدعم الشحن الإلكتروني بشكل أسرع.

ما هي أكبر التحديات التي تواجه اعتماد العبارات الكهربائية على نطاق واسع؟ 

تمثل تكاليف الاستثمار الأولية المرتفعة، إلى جانب عدم وجود بنية تحتية للشحن السريع، تحديات رئيسية أمام نمو سوق العبارات الكهربائية. بالإضافة إلى ذلك، تشكل القيود المفروضة على المدى مقارنة بالعبارات التقليدية تحديات أمام الجدوى التجارية.

ما هي العوامل الرئيسية التي تدفع إلى اعتماد العبارات الكهربائية؟

تعد المبادرات الحكومية والإعانات الحكومية من بين الدوافع الرئيسية لاعتماد العبارات الكهربائية، مما يعزز التحول نحو حلول نقل بحري أكثر استدامة.