توفر الألواح الشمسية وتوربينات الرياح للعالم طاقة وفيرة، ولكنها تأتي مع معضلة. عندما يكون الجو مشمسًا وعاصفًا، تنتج مصادر الطاقة المتجددة هذه في العديد من الأماكن كهرباء أكثر مما هو مطلوب بالفعل في ذلك الوقت. ثم عندما لا تكون الشمس مشرقة ولا تهب الرياح، فإن مصادر الطاقة المتجددة توفر القليل من الكهرباء أو لا توفرها على الإطلاق عندما تكون هناك حاجة ماسة إليها.
لذا، لكي تصبح شبكة الغد متجددة بنسبة 100%، فإنها تحتاج إلى تخزين المزيد من الطاقة. ربما سمعت عن بطاريات الليثيوم أيون العملاقة تخزين تلك الطاقة لاستخدامها لاحقا. ولكن عند توفير طاقة احتياطية، فعادةً ما يتم استنزاف حتى مخزون البطاريات الكبير خلال أربع ساعات. إن الحاجة إلى بديل دفعت حكومة الولايات المتحدة والباحثين والشركات الناشئة إلى السعي لتطوير المزيد من “تخزين الطاقة طويل الأمد” الذي يمكن أن يوفر ما لا يقل عن 10 ساعات من الطاقة الاحتياطية – غالبًا باستخدام الخزانات والكهوف وأجزاء أخرى من الأرض. المناظر الطبيعية كالبطاريات.
أظهرت دراسة جديدة أجرتها عدة جامعات ومختبرات وطنية في الولايات المتحدة وكندا أن نشر تخزين الطاقة طويل الأمد على نطاق واسع ليس ممكنًا فحسب، بل إنه ضروري لمصادر الطاقة المتجددة للوصول إلى إمكاناتها الكاملة، بل وسيؤدي أيضًا إلى خفض فواتير الخدمات. لقد نظرت على وجه التحديد إلى الربط الغربي، وهو جزء من الشبكة التي تشمل غرب الولايات المتحدة وكندا، بالإضافة إلى جزء من شمال المكسيك. ووجدت الدراسة أن بناء المزيد من أماكن تخزين الطاقة طويلة الأمد هناك من شأنه أن يخفض أسعار الكهرباء بأكثر من 70% في أوقات ارتفاع الطلب.
وقالت باتريشيا هيدالغو غونزاليس، مديرة مختبر الطاقة المتجددة والرياضيات المتقدمة في جامعة كاليفورنيا في سان دييغو والمؤلفة المشاركة في الدراسة: “إنها مثل الأوركسترا”. نشرت الشهر الماضي في المجلة اتصالات الطبيعة. “نحن بحاجة إلى التفكير في كل هذه العوامل، وكيفية عملها. ولكن جلب المزيد من السعة التخزينية لا يمكن إلا أن يساعد في جعل هذا الأمر أكثر فعالية من حيث التكلفة.
إن التقنيات موجودة بالفعل للحفاظ على الطاقة المتجددة لمدة نصف يوم على الأقل، وهناك المزيد في الطريق. تُعرف إحدى التقنيات باسم الطاقة الكهرومائية المخزنة بالضخ: عندما تمتلئ الشبكة بالطاقة المتجددة، تقوم المنشأة بضخ المياه صعودًا إلى الخزان. وبعد ذلك، عندما تنقطع الطاقة الشمسية أو طاقة الرياح، تسمح المنشأة للمياه بالتدفق مرة أخرى إلى خزان آخر، مما يؤدي إلى تشغيل التوربينات التي تنتج الكهرباء. إنها تستغل الطاقة من الرياح والشمس، إلى جانب قوة الجاذبية.
وقال مارتن ستاديكر، الباحث في أنظمة الطاقة في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا والمؤلف الرئيسي للدراسة الجديدة: “إن تخزين البطارية بمفردها – أو ما يسميه الناس تخزين الطاقة قصير الأمد – أمر مهم للغاية”. “لكن لا يمكنك الاعتماد فقط على بطاريات الليثيوم أيون، لأنه سيكون مكلفًا للغاية الحصول على ما يكفي لتوفير الطاقة فعليًا لمدة أسبوع كامل”.
اعتبارًا من عام 2022، كان لدى الولايات المتحدة 43 منشأة تخزين للطاقة الكهرومائية بقدرة توليد مجمعة تبلغ 22 جيجاوات. (للمنظور(تمتلك الولايات المتحدة نحو 150 جيجاوات من طاقة الرياح و140 جيجاوات من الطاقة الشمسية). ووفقاً لوزارة الطاقة، فإن الولايات المتحدة لديها القدرة على مضاعفة قدرتها على هذا النوع من تخزين الطاقة. وفي عام 2021، أطلقت إدارة بايدن حملتها لقطة تخزين طويلة المدة، جزء من مبادرة “إيرث شوتس” للطاقةبهدف خفض تكاليف التكنولوجيا بنسبة 90% خلال عقد من الزمن. وفي العام الماضي، ذلك أعلن عن 325 مليون دولار ل 15 مشروعًا لتخزين الطاقة على المدى الطويل، بما في ذلك واحد يخزن الطاقة الحرارية في الخرسانة وأخرى لصنع بطاريات جديدة مصنوعة من الحديد والماء والهواء.
نظر الباحثون إلى تخزين الطاقة على المدى الطويل دون النظر إلى التقنية المحددة المعنية، وتساءلوا عن أرخص طريقة لجعل الربط الغربي خاليًا من الانبعاثات بنسبة 100٪. وجدت دراستهم أن تخزين الطاقة على المدى الطويل سيكون مفيدًا بشكل خاص لعملاء المرافق، مما يقلل من تكاليف الكهرباء في أوقات ارتفاع الطلب على الشبكة، كما هو الحال في وقت متأخر بعد الظهر عندما يعود الناس إلى منازلهم ويقومون بتشغيل الأجهزة في نفس الوقت الذي يتم فيه استخدام الطاقة الشمسية على الشبكة يتضاءل. المزيد من مساحة التخزين تعني أيضًا المزيد من الطاقة الاحتياطية لموجات الحرارة الأكثر سخونة، عندما تقوم مناطق بأكملها بتشغيل وحدات التكييف الخاصة بها.
وتكتشف الشركات أيضًا كيفية تخزين الطاقة تحت الأرض. وتستخدم شركة تدعى Hydrostor، ومقرها تورونتو، كندا، الطاقة المتجددة الزائدة على الشبكة لضخ الهواء المضغوط إلى كهوف جوفية مملوءة بالمياه. وهذا يدفع الماء الموجود فوق سطح الأرض إلى الخزان. عندما تحتاج الشبكة إلى الكهرباء، يسمح Hydrostor بتدفق المياه مرة أخرى إلى الغرفة، مما يدفع الهواء مرة أخرى إلى السطح لتشغيل التوربينات. قال جون نورمان، رئيس Hydrostor: “إننا نوعًا ما نقوم بإنشاء مكبس للمياه تحت الأرض”. “نحن في الواقع نبني تجويفًا باستخدام التقنيات التي يستخدمونها في صناعة تخزين الهيدروكربون لتخزين البروبان والبيوتان.”
إذا كانت الطاقة المتجددة منخفضة في منطقة ما، كما هو الحال عند غروب الشمس، فسيتعين عليها استيراد كهرباء خالية من الكربون من مكان آخر. لكن ذلك يتطلب خطوط نقل تقطع مئات أو آلاف الأميال من الأراضي، والتي يصعب الحصول على الموافقة عليها كما أن بنائها مكلف. وجدت الدراسة الجديدة أن نشر مقدار تخزين الطاقة طويل الأمد في النمذجة سيكلف ما بين 83 مليار دولار و130 مليار دولار، اعتمادًا على كيفية انخفاض سعر التكنولوجيا مع نضوجها.
ومن خلال تخزين الطاقة على المدى الطويل، يمكن للمرافق نشر المزيد من الألواح الشمسية وتوربينات الرياح محليا وتخزين طاقتها، بدلا من الاضطرار إلى شحنها من مكان آخر. وقال كيفن شنايدر، وهو مهندس كهربائي يدرس الشبكة في مختبر شمال غرب المحيط الهادئ الوطني ولكنه لم يشارك في البحث الجديد، إن ذلك يمكن أن يقلل التكاليف الكبيرة لبناء خطوط نقل لمسافات طويلة. “إن الحصول على تلك المرونة في النظام، حيث يمكنك الحصول على خزان من الكهرباء يمكنك تخزينه ثم إطلاقه، هذا ما يسمح لنا بعدم الاضطرار إلى بناء الكثير من البنية التحتية، كما يتيح لنا أن نكون أكثر مرونة قليلاً.”
إذن، قد تنبض شبكة الغد بالطاقة المتجددة المخزنة في بنوك البطاريات العملاقة، ولكنها مخزنة أيضًا في المناظر الطبيعية نفسها. ولن يتم إهدار الطاقة الشمسية وطاقة الرياح بعد الآن.
ظهرت هذه المقالة في الأصل في طحن في https://grist.org/climate/long-duration-energy-storage-batteries-store-solar-wind-power/. غريست هي منظمة إعلامية مستقلة غير ربحية مكرسة لسرد قصص الحلول المناخية والمستقبل العادل. تعلم المزيد في غريست.org.
