حصاد الطاقة العملية التي يتم من خلالها استخلاص الطاقة من مصادر تحيط بنا، مثل الطاقة الشمسية والطاقة الحرارية وطاقة الرياح والطاقة الحركية وغيرها. ويتم بعد ذلك تخزينها لاستخدامها مرة أخرى.
هذه الطاقة المجمعة تستخدم أيضا بواسطة أجهزة لاسلكية صغيرة مستقلة، وتوجد هذه الأجهزة بشكل شائع اليوم بالتقنيات الفائقة وبالتحديد في الأجهزة الإلكترونية القابلة للارتداء أو في مراقبة البيئة المحيطة بنا ومتغيراتها المتعددة، وفي شبكات الاستشعار اللاسلكية على سبيل المثال.
يتم اشتقاق الطاقة في هذا النوع من مصادر خارجية تسمى أيضا باسم الطاقة المحيطة، والمشتقة من مصادر خارجية غالبا ما تكون صديقة للبيئة، لدعم التقنيات القابلة للارتداء على سبيل المثال باستخدام الطاقة المحصودة منها.
وحول حصاد واشتقاق الطاقة مصادر طبيعية ونقاط رئيسة أهمها الطاقة المحيطة، الطاقة الشمسية، الطاقة الحرارية، طاقة الرياح والطاقة الزرقاء والطاقة الحركية والطاقة النابعة من الإشعاع الكهرومغناطيسي، والعديد من أنواع الطاقة القابلة للاشتقاق من المحيط حولنا، التي نتفاعل مع تطبيقاتها الحديثة بشكل يومي في التقنيات القابلة للارتداء والتي أيضا تمكننا فيها التكنولوجيا الفائقة من حصد واشتقاق الطاقة وذلك لتشغيل أو إعادة شحن الهواتف المحمولة أو المتنقلة وأجهزة الحاسبات المحمولة ومعدات الاتصالات اللاسلكية للاستفادة منها.
كذلك الأمر في المستشعرات الفائقة التي تعمل على اشتقاق الطاقة مما يمكن تحويله من حركة مثل أمواج المحيطات إلى طاقة لتشغيل أجهزة الاستشعار المستقلة. والتطبيقات الحديثة لها لا تنتهي لكنه من المهم استخلاص وتعلم أن اشتقاق الطاقة أو حصاد الطاقة يتيح لنا الاستفادة من مصادر الطاقة المحيطة بنا حاليا، مما يقلل من اعتمادنا على موارد الوقود التقليدية وتمكين الأجهزة المستدامة والمستقلة ليس ذلك فحسب، بل يساعدنا أيضا في خفض بصمتنا الكربونية التي نخلفها من انبعاثات غاز ثاني أكسيد الكربون سواء كانت من العمل أو المنزل أو النقل والحياة اليومية.
لأنظمة حصاد واشتقاق الطاقة فوائد متعددة لكنها تأتي مع عديد من التحديات وأهمها كثافة الطاقة المحيطة ومدى وتوافرها، واحدة من أهم التحديات. إذ إن عديداً من مصادر الطاقة المحيطة متقطعة وليست مستمرة. فتصميم الأنظمة التي تمكننا من التقاط الطاقة وتخزينها بكفاءة من هذه المصادر المتغيرة، تشكل تحدياً في عالمنا المتغير اليوم. وتحديات متنوعة أخرى مثل مطابقة الأحمال وذلك لنقل الطاقة بكفاءة.
بل وأيضا ضمان جودة ومدى صلابة أنظمة اشتقاق وحصاد الطاقة على المدى الطويل أمر ضروري إذ إنه غالباً ما يتم نشرها في بيئات عمل صعبة مثل درجات الحرارة العالية أو الرطوبة أو الظروف المسببة للتآكل في المستشعرات تحت الماء على سبيل المثال.
يعد تطوير حلول حصاد واشتقاق الطاقة بأسعار معقولة غاية ملحة، لاعتمادها على نطاق واسع. كما يعد الحفاظ على الأداء فيها مطلباً حيوياً وتحدياً جوهرياً في عديد من التطبيقات التي تعمل من خلال حاصدات طاقة مدمجة، فالتصغير لها في ما يتعلق بحجمها في التقنيات القابلة للارتداء ينبغي أن يكون دون التضحية بالأداء وذلك يمثل تحدياً.
تغذية التقنيات القابلة للارتداء وتزويدها بالطاقة ليس فقط تطبيقاً واضحاً في عالمنا اليوم لمفهوم حصد الطاقة واشتقاقها بل يعمل أيضاً في المدن الذكية، وبالتحديد في الطرق السريعة لتغذية الأجهزة المستقلة وإمدادها بالطاقة التي تفي متطلباتها اليومية إذ إن جدوى حصاد الطاقة على الطرق السريعة وفي المدن الذكية تظهر ليس فقط في النمذجة النظرية والتجارب العملية بل واقعاً ملموساً في عالمنا اليوم. إذ إننا نستطيع أن نرى بوضوح بعضاً من الأجهزة المستقلة التي تقدم أفكاراً مبتكرة، وتوسع حدود المجال في حصاد واشتقاق الطاقة التي لا يتوقف عندها حدود للإبداع والابتكار إذ إن الطريق نحو نظام يعمل على تغذية باستخدام طاقة محصودة أكثر استدامة وكفاءة، يقلل من التأثير البيئي المتزايد مع توليد موارد طاقة قيمة، التي تعمل برامج رؤية المملكة 2030 على الاستفادة منها في توفير موارد للطاقة المتجددة لها، التي تستثمر فيها بكثافة في تنويع مزيج الطاقة لديها نحو مصادر الطاقة المتجددة للمساعدة في خفض انبعاثات الكربون. مع التركيز على طاقة الرياح والطاقة الشمسية، التي تهدف فيها السعودية إلى توفير 50 % من احتياجاتها من الكهرباء من مصادر الطاقة المتجددة بحلول عام 2030.
ففي 2021 افتتحت السعودية أول مزرعة رياح على نطاق تجاري، وهو مشروع دومة الجندل بقدرة 400 ميجاوات، وهو الأكبر حاليًا في الشرق الأوسط. وهناك مشاريع رياح إضافية واسعة النطاق قيد التنفيذ. وتشمل المشاريع الكبرى أيضا محطة سكاكا للطاقة الشمسية بقدرة 300 ميجاوات، ومجمع سدير للطاقة الشمسية بقدرة 420 ميجاوات، ومشروع الشعيبة للطاقة الشمسية المخطط له بقدرة 2 جيجاوات. وتستكشف السعودية أيضًا تطبيقات مبتكرة مثل مزارع الطاقة الشمسية العائمة. ويولد سد بيشة في الجنوب الغربي من السعودية ما يقارب من 2.1 ميجاوات من الطاقة. وتدرس السعودية أيضًا إمكانية إقامة مشاريع للطاقة الكهرومائية للتخزين وإعادة نقلها. ويجري تنفيذ مشاريع تجريبية لتقييم جدوى توليد الطاقة الحرارية الأرضية. وتشير التقديرات الأولية إلى إمكانية وصول الطاقة الحرارية الأرضية إلى 3 جيجاوات. وتهدف المملكة أيضا إلى إنتاج 9.5 ملايين لتر من الإيثانول الحيوي و0.3 مليون لتر من وقود الديزل الحيوي سنويًا بحلول عام 2030. كما يتم استكشاف مشاريع تحويل النفايات الزراعية والبلدية إلى طاقة متجددة. فسواء كان نوع الطاقة المتجددة المستخدمة في الحصد والاشتقاق كطاقة الرياح والوقود الحيوي والحرارية الأرضية والشمسية الحرارية أو الحركية فإنها تنتج من الموارد ما يعمل على تحريك التوربينات إما بشكل مباشر أو عن طريق تسخين المياه لتوليد البخار، وبالتالي توليد الكهرباء. فمن المتوقع وخلال السنوات المقبلة أو نحوها أن يكون لدى ملايين الأشخاص خيار العيش في مناطق تستمد احتياجها من الطاقة وذلك من شبكات مصغرة مستدامة.
هذه الطاقة المجمعة تستخدم أيضا بواسطة أجهزة لاسلكية صغيرة مستقلة، وتوجد هذه الأجهزة بشكل شائع اليوم بالتقنيات الفائقة وبالتحديد في الأجهزة الإلكترونية القابلة للارتداء أو في مراقبة البيئة المحيطة بنا ومتغيراتها المتعددة، وفي شبكات الاستشعار اللاسلكية على سبيل المثال.
يتم اشتقاق الطاقة في هذا النوع من مصادر خارجية تسمى أيضا باسم الطاقة المحيطة، والمشتقة من مصادر خارجية غالبا ما تكون صديقة للبيئة، لدعم التقنيات القابلة للارتداء على سبيل المثال باستخدام الطاقة المحصودة منها.
وحول حصاد واشتقاق الطاقة مصادر طبيعية ونقاط رئيسة أهمها الطاقة المحيطة، الطاقة الشمسية، الطاقة الحرارية، طاقة الرياح والطاقة الزرقاء والطاقة الحركية والطاقة النابعة من الإشعاع الكهرومغناطيسي، والعديد من أنواع الطاقة القابلة للاشتقاق من المحيط حولنا، التي نتفاعل مع تطبيقاتها الحديثة بشكل يومي في التقنيات القابلة للارتداء والتي أيضا تمكننا فيها التكنولوجيا الفائقة من حصد واشتقاق الطاقة وذلك لتشغيل أو إعادة شحن الهواتف المحمولة أو المتنقلة وأجهزة الحاسبات المحمولة ومعدات الاتصالات اللاسلكية للاستفادة منها.
كذلك الأمر في المستشعرات الفائقة التي تعمل على اشتقاق الطاقة مما يمكن تحويله من حركة مثل أمواج المحيطات إلى طاقة لتشغيل أجهزة الاستشعار المستقلة. والتطبيقات الحديثة لها لا تنتهي لكنه من المهم استخلاص وتعلم أن اشتقاق الطاقة أو حصاد الطاقة يتيح لنا الاستفادة من مصادر الطاقة المحيطة بنا حاليا، مما يقلل من اعتمادنا على موارد الوقود التقليدية وتمكين الأجهزة المستدامة والمستقلة ليس ذلك فحسب، بل يساعدنا أيضا في خفض بصمتنا الكربونية التي نخلفها من انبعاثات غاز ثاني أكسيد الكربون سواء كانت من العمل أو المنزل أو النقل والحياة اليومية.
لأنظمة حصاد واشتقاق الطاقة فوائد متعددة لكنها تأتي مع عديد من التحديات وأهمها كثافة الطاقة المحيطة ومدى وتوافرها، واحدة من أهم التحديات. إذ إن عديداً من مصادر الطاقة المحيطة متقطعة وليست مستمرة. فتصميم الأنظمة التي تمكننا من التقاط الطاقة وتخزينها بكفاءة من هذه المصادر المتغيرة، تشكل تحدياً في عالمنا المتغير اليوم. وتحديات متنوعة أخرى مثل مطابقة الأحمال وذلك لنقل الطاقة بكفاءة.
بل وأيضا ضمان جودة ومدى صلابة أنظمة اشتقاق وحصاد الطاقة على المدى الطويل أمر ضروري إذ إنه غالباً ما يتم نشرها في بيئات عمل صعبة مثل درجات الحرارة العالية أو الرطوبة أو الظروف المسببة للتآكل في المستشعرات تحت الماء على سبيل المثال.
يعد تطوير حلول حصاد واشتقاق الطاقة بأسعار معقولة غاية ملحة، لاعتمادها على نطاق واسع. كما يعد الحفاظ على الأداء فيها مطلباً حيوياً وتحدياً جوهرياً في عديد من التطبيقات التي تعمل من خلال حاصدات طاقة مدمجة، فالتصغير لها في ما يتعلق بحجمها في التقنيات القابلة للارتداء ينبغي أن يكون دون التضحية بالأداء وذلك يمثل تحدياً.
تغذية التقنيات القابلة للارتداء وتزويدها بالطاقة ليس فقط تطبيقاً واضحاً في عالمنا اليوم لمفهوم حصد الطاقة واشتقاقها بل يعمل أيضاً في المدن الذكية، وبالتحديد في الطرق السريعة لتغذية الأجهزة المستقلة وإمدادها بالطاقة التي تفي متطلباتها اليومية إذ إن جدوى حصاد الطاقة على الطرق السريعة وفي المدن الذكية تظهر ليس فقط في النمذجة النظرية والتجارب العملية بل واقعاً ملموساً في عالمنا اليوم. إذ إننا نستطيع أن نرى بوضوح بعضاً من الأجهزة المستقلة التي تقدم أفكاراً مبتكرة، وتوسع حدود المجال في حصاد واشتقاق الطاقة التي لا يتوقف عندها حدود للإبداع والابتكار إذ إن الطريق نحو نظام يعمل على تغذية باستخدام طاقة محصودة أكثر استدامة وكفاءة، يقلل من التأثير البيئي المتزايد مع توليد موارد طاقة قيمة، التي تعمل برامج رؤية المملكة 2030 على الاستفادة منها في توفير موارد للطاقة المتجددة لها، التي تستثمر فيها بكثافة في تنويع مزيج الطاقة لديها نحو مصادر الطاقة المتجددة للمساعدة في خفض انبعاثات الكربون. مع التركيز على طاقة الرياح والطاقة الشمسية، التي تهدف فيها السعودية إلى توفير 50 % من احتياجاتها من الكهرباء من مصادر الطاقة المتجددة بحلول عام 2030.
ففي 2021 افتتحت السعودية أول مزرعة رياح على نطاق تجاري، وهو مشروع دومة الجندل بقدرة 400 ميجاوات، وهو الأكبر حاليًا في الشرق الأوسط. وهناك مشاريع رياح إضافية واسعة النطاق قيد التنفيذ. وتشمل المشاريع الكبرى أيضا محطة سكاكا للطاقة الشمسية بقدرة 300 ميجاوات، ومجمع سدير للطاقة الشمسية بقدرة 420 ميجاوات، ومشروع الشعيبة للطاقة الشمسية المخطط له بقدرة 2 جيجاوات. وتستكشف السعودية أيضًا تطبيقات مبتكرة مثل مزارع الطاقة الشمسية العائمة. ويولد سد بيشة في الجنوب الغربي من السعودية ما يقارب من 2.1 ميجاوات من الطاقة. وتدرس السعودية أيضًا إمكانية إقامة مشاريع للطاقة الكهرومائية للتخزين وإعادة نقلها. ويجري تنفيذ مشاريع تجريبية لتقييم جدوى توليد الطاقة الحرارية الأرضية. وتشير التقديرات الأولية إلى إمكانية وصول الطاقة الحرارية الأرضية إلى 3 جيجاوات. وتهدف المملكة أيضا إلى إنتاج 9.5 ملايين لتر من الإيثانول الحيوي و0.3 مليون لتر من وقود الديزل الحيوي سنويًا بحلول عام 2030. كما يتم استكشاف مشاريع تحويل النفايات الزراعية والبلدية إلى طاقة متجددة. فسواء كان نوع الطاقة المتجددة المستخدمة في الحصد والاشتقاق كطاقة الرياح والوقود الحيوي والحرارية الأرضية والشمسية الحرارية أو الحركية فإنها تنتج من الموارد ما يعمل على تحريك التوربينات إما بشكل مباشر أو عن طريق تسخين المياه لتوليد البخار، وبالتالي توليد الكهرباء. فمن المتوقع وخلال السنوات المقبلة أو نحوها أن يكون لدى ملايين الأشخاص خيار العيش في مناطق تستمد احتياجها من الطاقة وذلك من شبكات مصغرة مستدامة.
