المضخات الحرارية الأرضية تضمن التدفئة والتبريد النظيفَين لملايين الأشخاص

تُعدّ المضخات الحرارية الأرضية إحدى التقنيات الرئيسة التي حظيت باهتمام قليل رغم ما لديها من إمكانات غير مستغلة لتحقيق الفوائد الهائلة للتدفئة والتبريد النظيفين لملايين الأشخاص.

يأتي ذلك وسط ازدهار سوق المضخات الحرارية، إذ ارتفعت المبيعات في أوروبا العام الماضي إلى مستوى قياسي مرتفع بنسبة 37% عن عام 2021، حسبما نشره مؤخرًا موقع معهد روكي ماونتن الأميركي (Rocky Mountain Institute).

وفي الولايات المتحدة، تجاوزت مبيعات المضخات الحرارية أفران الغاز للمرة الأولى منذ عقود، وفق المعلومات التي رصدتها منصة الطاقة المتخصصة.

ما هي المضخات الحرارية الأرضية؟

تُعدّ المضخة الحرارية الأرضية تقنية نظيفة ومتجددة تساعد المنزل أو المبنى على الشعور بالراحة في أيّ موسم. وتستعمل هذه المضخة درجة الحرارة الثابتة تحت سطح الأرض لتوفير التدفئة والتبريد والمياه الساخنة في كثير من الأحيان.

ونظرًا لأن الطاقة الحرارية الأرضية مورد وفير ومتجدد متاح، تعدّ المضخات الحرارية الأرضية من أكثر أنظمة التدفئة والتهوية وتسخين المياه كفاءة وفاعلية من حيث التكلفة والصديقة للبيئة المتاحة.

• الطاقة الحرارية الجوفية.. حل مثالي لتدفئة المنازل وتبريدها في الدول العربية (خاص)

وبما أنّ المضخات الحرارية الأرضية تنقل الحرارة ولا تعتمد على الاحتراق، مثل فرن الغاز أو سخان المياه، فيمكنها تقليل تكاليف الطاقة بنسبة تصل إلى 50%، ولا تنتِج الانبعاثات المباشرة التي تسهم في تلوث الهواء وتغير المناخ.

أنظمة المضخات الحرارية الأرضية

تتكون أنظمة المضخات الحرارية الأرضية من مضخة حرارية تحلّ محلّ الفرن المنزلي ومتصلة بأنابيب أو حلقة أرضية تحتوي على سائل ناقل للحرارة.

ويمكن طَمْر هذه الحلقات الأرضية في خنادق أفقية أسفل سطح الأرض مباشرة أو في آبار عمودية أعمق، اعتمادًا على الموقع.

وتستعمل المضخة الحرارية الكهرباء لسحب الحرارة من الأرض خلال الأشهر الباردة، وتعمل بشكل عكسي لتفريغ الحرارة في الأرض عندما تكون ساخنة، وتعمل كمكيِّف هواء، حسب تقرير اطّلعت عليه منصة الطاقة المتخصصة.

وتُستَعمَل مجاري الهواء التقليدية لتوزيع الهواء الساخن أو المبرد من المضخة الحرارية في جميع أنحاء المبنى.

وتنتج محطات الطاقة الحرارية الأرضية الكهرباء عن طريق استعمال الحرارة تحت الأرض لتدوير التوربينات، وتُستعمَل أساسًا لتغذية كهرباء الشبكة على نطاق واسع، وليس المنازل والمباني المتصلة.

وتشمل المزايا الأخرى للمضخات الحرارية الأرضية انخفاض تكاليف التشغيل والصيانة، ونظامًا هادئًا وطويل الأمد مع تحكّم جيد في الرطوبة، وطلبًا أقلّ على الطاقة لدعم شبكة كهربائية أكثر مرونة.

تجدر الإشارة إلى أن وزارة الطاقة الأميركية تقدّم نصائح مفيدة لاختيار وتركيب المضخات الحرارية الأرضية.

وبالإضافة إلى منازل وشقق الأسرة الواحدة، رُكِّبَت مضخات الحرارة الأرضية في الجامعات والمستشفيات ومجمعات المكاتب التجارية والأحياء.

وتُعدّ هذه المضخات فاعلة في أنظمة الشبكة التي تربط العديد من المباني من خلال الأنابيب المشتركة، التي تستعمل الطاقة من الأرض ومياه الصرف الصحي والبرك، من بين مصادر أخرى. ويمكن أن تحقق أنظمة الشبكة هذه كفاءة تزيد عن 500%، ما يعني أن كل وحدة طاقة تنتج 5 وحدات، حسبما نشره موقع معهد روكي ماونتن الأميركي (Rocky Mountain Institute) في 29 مارس/آذار الماضي.

وتتطلب الأنظمة الأكبر حجمًا بنية تحتية لتركيبها وصيانتها، وتعزيز الوظائف المحلية وتنمية اقتصاد الطاقة النظيفة. ويمكنها تحويل مجتمعات بأكملها إلى الطاقة الحرارية الأرضية في وقت واحد؛ ما يتيح وفورات الحجم التي تخفض تكاليف الطاقة لجميع المشاركين.

على سبيل المثال، قام حي ويسبر فالي لولاية تكساس الأميركية بتوصيل 400 منزل بنظام مضخة حرارية أرضية، ما ساعد على إبقاء هذه المنازل باردة خلال أيام الصيف الحارة للغاية.

علاوة على ذلك، تعدّ المضخات الحرارية الأرضية فاعلة في المناخات الباردة؛ لأنها تحافظ على كفاءة عالية وقدرة إنتاج مرتفعة حتى خلال أشهر الشتاء في الولايات الشمالية مثل مينيسوتا.

• المضخات الحرارية الهوائية لتسخين المياه توفر الكهرباء بنسبة 70%

واستفادت ساحة الجليد، المخصصة لرياضة هوكي الجليد، في مدينة وودبيري بولاية مينيسوتا من حوافز المرافق ومنح كتلة كفاءة الطاقة لتثبيت نظام حراري أرضي يحافظ على برودة الجليد وإبقاء قسم المروحة دافئًا.

ومن المتوقع أن يخفض نظام الساحة استعمال الطاقة إلى النصف، ويوفر أكثر من 100 ألف دولار في تكاليف المرافق السنوية، مع تقليل الانبعاثات.

الفوائد المناخية

لإلقاء نظرة على التأثير الذي يمكن أن تحدثه المضخات الحرارية الأرضية في الحدّ من تلوث المناخ في المناخات الباردة، قارن معهد ماونتن روكي انبعاثات الأجهزة عبر مناطق المرافق الـ3 في منطقة الغرب الأوسط الأميركية.

في هذه المنطقة، تعمل المضخات الحرارية الأرضية على تقليل الانبعاثات بشكل كبير مقارنة بأجهزة الوقود الأحفوري؛ ما يؤدي إلى انبعاثات أقلّ بنسبة 85% تقريبًا من فرن الغاز و 90% من الانبعاثات أقلّ من فرن البروبان حتى عام 2050.

ونتيجة لوجود مصادر الطاقة المتجددة في المنطقة، مثل الطاقة الشمسية، أو شبكة نظيفة بنسبة 100% والمضخات الحرارة الأرضية، يمكن للمباني الوصول إلى الحياد الكربوني.

مع دخول المزيد من مصادر الطاقة المتجددة إلى الشبكة، ستستمر المنازل والمباني التي تعمل بمضخات حرارية في احتوائها على آثار كربونية متدنية.

معالجة المخاوف المتعلقة بالكهرباء

تستعمل المضخات الحرارية الأرضية طاقة أقلّ بنسبة 80% سنويًا من أفران الوقود الأحفوري القياسية في الصناعة لتدفئة المنازل في منطقة الغرب الأوسط الأميركية.

وتستعمل هذه المضخات كهرباء أقلّ بـ4 مرات في أكثر أيام البرد قسوة من المضخات الحرارية ذات المصدر الهوائي، ويمكن أن تدعم الحدّ من ذروة الطلب على نظام المرافق خلال الأيام الباردة أو موجات الحَرّ.

التشريع الفيدرالي يخفض التكاليف

على الرغم من أن المضخات الحرارية الأرضية عادة ما تكون أكثر تكلفة بالنسبة لمالكي المنازل والمباني لتركيبها، فإن قانون خفض التضخم قد أنشأ ائتمانات ضريبية ومنحًا وخصومات من شأنها أن تساعد بشكل كبير في خفض التكاليف الأولية.

على سبيل المثال، يمكن للائتمان الضريبي الفيدرالي بنسبة 30% المقترن بخصم الكهربة أن يقلل من تكاليف مشروع الطاقة الحرارية الأرضية المنزلية بنسبة تصل إلى 50%؛ ما يوفر ما يصل إلى 15 ألف دولار للتركيبات عالية التكلفة.

ويمكن أن يساعد الائتمان الضريبي للاستثمار المباني التجارية، مثل المدارس، على تقليل التكاليف الأولية بنسبة 30-50% لمضخة الحرارة الأرضية.

في المقابل، يمكن أن يساعد التنفيذ الفاعل للتمويل الفيدرالي الجديد في تعزيز سوق الطاقة الحرارية الأرضية وتقليل التكاليف الأولية بشكل أكبر.

ويرى المحللون أن تسهيل اعتماد تكنولوجيا المضخات الحرارية الأرضية على نطاق أوسع، يتطلب أن تكون التكاليف التشغيلية ميسورة التكلفة.

ووجد تحليل معهد روكي ماونتن أن تكلفة تشغيل المضخة الحرارية الأرضية منخفضة حاليًا في الغرب الأوسط مقارنة بمصادر التدفئة الأخرى.

وبالنظر إلى تكاليف التسخين الكهربائي، يمكن أن تعمل المضخات الحرارية الأرضية بأقلّ من نصف تكلفة أفران الغاز الطبيعي والبروبان في هذه المنطقة.

الفرص الرئيسة

يمكن تخفيف التكاليف الأولية المرتفعة للطاقة الحرارية الأرضية في المناطق الحضرية والضواحي الكثيفة؛ إذ تسمح أنظمة الشبكة للمشاركين بالاستفادة من فواتير المرافق المنخفضة مع توزيع التكاليف الأولية، بحيث يدفع الأفراد تكاليف قليلة.

إلى جانب المضخات الحرارية الأرضية، تعدّ المضخات الحرارية الهوائية بدائل كهربائية لأفران الوقود الأحفوري، وتقلل من الانبعاثات والتكلفة، وفق ما اطّلعت عليه منصة الطاقة المتخصصة.

ويمكن أن يؤدي تصميم الحوافز المالية المتّسقة التي تعزز التكنولوجيا عالية الكفاءة، مثل المضخات الحرارية الأرضية، إلى حلول أكثر شمولًا لإزالة الكربون من المباني، وتوفير التكاليف، وخفض الانبعاثات.

وتشمل الحوافز النقدية الإعفاءات الضريبية والمنح والخصومات وخيارات التمويل منخفضة الفائدة، على سبيل المثال، يوفر حافز المضخة الحرارية الأرضية بنسبة 30% من الائتمان الضريبي بموجب قانون الحدّ من التضخم حافزًا ثابتًا للسوق لمدة 10 سنوات.

خلاصة القول: تعدّ المضخات الحرارية الأرضية وأنظمة الطاقة الحرارية الأرضية بمثابة مكسب اليوم للأسر والشركات والمجتمعات في جميع أنحاء الولايات المتحدة.

وتوفر هذه المضخات الطاقة والراحة، والحدّ من تلوث الاحتباس الحراري، وتوفير فرص العمل. وستزداد هذه الفوائد فقط عندما تصبح الشبكة الكهربائية أكثر خضرة، ويحتاج المزيد من الناس إلى حلول تدفئة وتبريد نظيفة.

وتعدّ المضخات الحرارية الأرضية جزءًا من الحل لضمان أن تكون المباني صحية، ومتاحة بأسعار معقولة، ومحايدة كربونيًا.

اقرأ أيضًا..

• حصة الرياح والشمس في مزيج الكهرباء العالمي تسجل 12% للمرة الأولى
• تركيا تريد الغاز المسال المصري بعقود طويلة الأجل (خاص)
• ألواح شمسية تعمل 1000 ساعة متواصلة بكفاءة.. أين تُستعمَل؟