نظام الطاقة الإقليمي للجامعات: أربعة مسارات لتسريع إزالة الكربون ومرونة الطاقة في الحرم الجامعي

تحول الطاقة في الجامعات: من المباني المنفردة إلى إزالة الكربون على مستوى النظام

في موجة العمل المناخي العالمي، أصبحت مؤسسات التعليم العالي روادًا في إزالة الكربون. بحلول عام 2026، انضم أكثر من 1050 جامعة من 68 دولة إلى "سباق نحو الصفر" (Race to Zero)، متعهدة بتحقيق صافي انبعاثات صفري بحلول عام 2050. ومع ذلك، لا تزال العديد من الحرم الجامعية التاريخية تدير محطات طاقة مركزية تعمل بالفحم أو الغاز، وأصبحت مداخنها المميزة رمزًا لانخفاض الكفاءة.

يشير غينا عنان، رئيس أعمال إزالة الكربون في شركة Stantec، وجيف شرودر، الرئيس الأعلى لأعمال المباني، إلى أن الحرم الجامعية هي بطبيعتها حامل مثالي لنظام الطاقة الإقليمي (District Energy System, DES). هذه المجتمعات المستقلة غالبًا ما تمتلك شبكات كهرباء خاصة، وإذا تم تحويلها إلى نظام DES حديث ومنخفض الكربون، فإن فوائد خفض الانبعاثات ستتجاوز بكثير مجموع فوائد تحويل المباني الفردية.

أربع روافع خفية لخفض الكربون

1. الحرارة المهدورة من مراكز البيانات: من ثقب الطاقة إلى "هدف" التدفئة

مع تطور الذكاء الاصطناعي والحوسبة عالية الأداء، ارتفع استهلاك الطاقة في مراكز البيانات الجامعية بشكل كبير. كانت قوة الرفوف التقليدية تتراوح بين 10-15 كيلوواط فقط، بينما وصلت الرفوف المخصصة للذكاء الاصطناعي إلى 80-150 كيلوواط. استهلكت مراكز البيانات الأمريكية 4.4% من الكهرباء الوطنية في عام 2023، ومن المتوقع أن يتضاعف بحلول عام 2028. تتوقع المنظمة الدولية للطاقة الإقليمية أن مراكز البيانات الأمريكية ستنتج أكثر من 2 كوادريليون وحدة حرارية بريطانية من الحرارة المهدورة بحلول عام 2030، أي ما يعادل إجمالي تدفئة القطاع التجاري في الولايات المتحدة لمدة عام كامل.

الحل هو تقنية التبريد السائل. يمكن للحرم الجامعية جمع الحرارة المهدورة من مراكز البيانات عبر شبكات الطاقة الإقليمية، واستخدامها في تدفئة المباني المحيطة. تشمل الأمثلة النموذجية حرم Tallaght بجامعة دبلن للتكنولوجيا (الذي استخدم الحرارة المهدورة من مركز بيانات مجاور منذ عام 2023)، ومشاريع مماثلة في باريس والدنمارك، والعديد من المشاريع في مقاطعتي أونتاريو وكولومبيا البريطانية في كندا. يوفر نظام استعادة الحرارة المهدورة من مركز الحوسبة الفائقة في المختبر الوطني لجبال روكي (NLR) التدفئة للمكاتب والمختبرات، ويتضمن تصميمه حلقة توزيع حرارية يمكن للجامعات البحثية الاستفادة منها مباشرة.

2. الطاقة الحرارية من المياه العادمة: خزان حراري مخفي

تحتوي كميات كبيرة من الماء الدافئ المنبعثة من مساكن الطلاب وخدمات الطعام والمختبرات على طاقة حرارية هائلة. من خلال المضخات الحرارية والمبادلات الحرارية، يمكن استعادة الحرارة من المياه العادمة قبل دخولها الشبكة البلدية، وإرسالها عبر دورة ماء نظيفة إلى نظام الطاقة الإقليمي.

طبقت Stantec هذا النظام في مشروع التطوير متعدد الاستخدامات Sen̓áḵw في فانكوفر: حيث أعطت الأولوية لاستخدام الطاقة المتجددة، والتقطت الحرارة المهدورة من شبكة الصرف الصحي المجاورة، إلى جانب المضخات الحرارية المائية وأجهزة تخزين الحرارة، لتوفير 26 ميجاواط من التدفئة و12 ميجاواط من التبريد، مع توفير متوقع في الطاقة بنسبة 30% سنويًا. يمكن نقل نفس المبدأ إلى الحرم الجامعية.

3. أنظمة الطاقة الحرارية الأرضية ذات الدائرة المفتوحة: خفض عتبة المضخات الحرارية الأرضية

على الرغم من نضج أنظمة الطاقة الحرارية الأرضية التقليدية ذات الدائرة المغلقة، إلا أنها تتطلب حفرًا كثيفًا ومساحات كبيرة من الأراضي، واستثمارًا أوليًا مرتفعًا.أنظمة الطاقة الحرارية الأرضية ذات الدائرة المفتوحة: خفض حاجز الدخول لمضخات الحرارة الأرضية

على الرغم من نضج أنظمة الطاقة الحرارية الأرضية التقليدية ذات الدائرة المغلقة، إلا أنها تتطلب حفرًا كثيفًا ومساحات كبيرة من الأراضي، وتكاليف أولية مرتفعة. يختلف نظام المياه الجوفية ذو الدائرة المفتوحة (open-loop aquifer system) عن ذلك: فهو يسحب المياه الجوفية مباشرة عبر مبادل حراري، ثم يعيد حقنها في نفس طبقة المياه الجوفية. تعمل طبقة المياه الجوفية كمصدر حراري في الشتاء، ومصدر بارد في الصيف.

هذا النظام مستقر وفعال، وتكاليف تركيبه أقل، كما أن عدد عمليات الحفر المطلوبة يقل بشكل كبير. وهو مناسب للحرم الجامعي الذي يعاني من قيود على الأراضي أو التمويل، ويمكن ربطه بشبكات الطاقة الإقليمية. وقد طبقت شركة Stantec هذا النظام في عدة مشاريع مثل evolv1، وتقوم حاليًا بتقييم جدوى الأنظمة ذات الدائرة المفتوحة لعدة جامعات. كما تستخدم بعض الجامعات آبار الدائرة المفتوحة كمختبرات بحثية تعليمية، مما يدمج التشغيل المستدام مع المناهج الدراسية.

4. تثقيف سلوك المستخدم: استراتيجية منخفضة التكلفة وعالية العائد

بالإضافة إلى الترقيات التقنية، فإن تغيير سلوك مستخدمي الحرم الجامعي أمر بالغ الأهمية أيضًا. من خلال التغذية الراجعة الفورية لاستهلاك الطاقة، والمسابقات، ودمجها في المناهج الدراسية، يمكن توجيه الطلاب وأعضاء هيئة التدريس نحو توفير الطاقة بنشاط. هذا ليس مفهومًا جديدًا، ولكن في العصر الرقمي، تعمل العدادات الذكية والتطبيقات المحمولة على مضاعفة تأثيره.

مسارات التمويل والتنفيذ

على الرغم من أن المقال لا يتعمق في تفاصيل التمويل، إلا أنه من منظور تمويل المشاريع، يمكن أن يجمع تحويل الطاقة الإقليمي بين أنواع متعددة من رأس المال: السندات الخضراء الخاصة بالجامعة، والدعم الحكومي (مثل صندوق الحرم الجامعي الأخضر الكندي)، واستثمارات ESG، وعقود أداء الطاقة (EPC). كما يمكن لإعادة استخدام الحرارة المهدورة من مراكز البيانات تحقيق التعاون عبر الأطراف من خلال "اتفاقيات خدمات الحرارة".

الاتجاهات العالمية: الحرم الجامعي كمختبرات لتحقيق صافي الانبعاثات الصفري

يتحول إزالة الكربون في مؤسسات التعليم العالي من التزامات بيئية إلى تحديثات منهجية للبنية التحتية. تعمل أنظمة الطاقة الإقليمية كشبكة أساسية لا تقلل انبعاثات الكربون فحسب، بل تزيد أيضًا من مرونة الطاقة ويقين التكلفة. مع تزايد الطلب على الكهرباء بدفع من الذكاء الاصطناعي، ستحدد "عقلية النظم" هذه ما إذا كانت الجامعات قادرة على الوفاء بأهدافها المناخية دون التضحية بقدراتها البحثية.

(تمت كتابة هذه المقالة بناءً على تقرير BDCnetwork "الاستدامة في التعليم العالي: 4 طرق لإعادة التفكير في أنظمة الطاقة الإقليمية"، بقلم خبيري شركة Stantec Ghina Annan وJeff Schroeder.)