بطاريات الليثيوم وتوربينات الهيدروجين تنافس الغاز الطبيعي في توليد الكهرباء (دراسة)

توصّل علماء أميركيون إلى أن بطاريات الليثيوم أيون والتوربينات التي تعمل بالهيدروجين قد تكون الحل الأكثر كفاءة من الغاز الطبيعي في توليد الكهرباء، كما أن الليثيوم أيون يتنافس مع الهيدروجين في تلك المهمة وفقًا لمعدلات الحرارة.

جاء ذلك في دراسة أجراها معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا (إم آي تي)، لتقييم المنافسة المحتملة بين محطات الكهرباء التي تعمل بالهيدروجين وتخزين أيونات الليثيوم، على نطاق واسع، لاستبدال محطات الكهرباء الحرارية التي تعمل بالغاز في الولايات المتحدة، ونشرت الدراسة مجلة "بي في ماغازين".

وكان تقرير خدمة بلومبرغ لتمويل الطاقة الجديدة قد كشف في أبريل/نيسان الماضي أن ولاية كاليفورنيا الأميركية أجرت اختبارًا لقدرة البطاريات على دعم شبكة الكهرباء، بهدف تفادي الانقطاع المستمر للتغذية الكهربائية في فصل الصيف.

نتائج الدراسة

توصّل علماء معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا إلى أن بطاريات الليثيوم أيون قد تكون الحل الأكثر كفاءة من ناحية التكلفة، على الرغم من أن الهيدروجين قد يمثّل بديلاً قابلاً للتطبيق في حالات معينة.

ووفقًا للدراسة، ستتنافس محطات الغاز التي تعمل بالهيدروجين مع تخزين أيونات الليثيوم للتخزين الموسمي، وستعتمد قدرتها التنافسية بشكل صارم على معدل الحرارة في محطات توليد الكهرباء بالغاز التي قد تحل محلها.

وأظهرت الدراسة التي نشرتها مجلة "أبلايد إنرجي" الأميركية، أنه يمكن -حاليًا- بناء توربينات تعمل بالهيدروجين (إتش إفجي تي) بتكلفة 1,320 دولارًا أمريكيًا للكيلوواط، ويمكن أن تحل محل محطات توليد الكهرباء التي تعمل بالغاز الطبيعي لموازنة شبكة الكهرباء على أساس موسمي.

وأشارت الدراسة إلى أنه يُفترض أن تكون تكلفة الصيانة للمحطات التي تعمل بالهيدروجين مماثلة لتكلفة محطات الكهرباء التي تعمل بالغاز، بنحو 13 دولارًا/كيلوواط، سنويًا.

وتُقدّر تكاليف نقل الهيدروجين من 0.60 دولارًا أمريكيًا/كغم، لخط أنابيب بطول 1000 كيلومتر، إلى دولارين أمريكيين/كغم لخط أنابيب بطول 3 آلاف كيلومتر.

تكلفة الهيدروجين والليثيوم

أفاد علماء معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا بأن الهيدروجين الأخضر يمكن إنتاجه -حاليًا- بتكلفة تتراوح بين 3 و10 دولارات للكيلوغرام، اعتمادًا على ظروف التشغيل، بينما يمكن توليد الهيدروجين الرمادي بتكلفة دولار واحد، أو الأزرق بتكلفة 1.50 دولارًا للكيلوغرام.

وأوضح العلماء أنه بافتراض استخدام 40% من المحلل الكهربي بغشاء تبادل البروتون (بي إي إم) وتكلفة تغذية كهربائية تبلغ 10 دولارات/ميغاواط/ساعة، يمكن إنتاج الهيدروجين الأخضر بسعر 5 دولارات/كغم.

وقالت الدراسة إن الهيدروجين الأخضر يُعدّ -حاليًا- أغلى من الهيدروجين الرمادي أو الأزرق، لكن من المتوقع أن تنخفض هذه التكاليف عند الطلب إلى 70% حتى عام 2050 مع زيادة الطلب.

وأما بالنسبة إلى تخزين الليثيوم أيون، فقد قدّر الأكاديميون أن بطارية 100 ميغاواط/400 ميغاواط في الساعة يمكن تصنيعها بتكلفة 236.50 دولارًا أمريكيًا/ميغاواط ساعة.

مقومات المنافسة

افترضت الدراسة أن عمر أي مشروع يجري تركيبه يبلغ 15 عامًا، ومعدل الخصم لأي مشروع جرى تركيبه هو 10%.

ويُحسب استهلاك الوقود السنوي للتوربينات التي تعمل بالهيدروجين على أنه التكلفة الإجمالية المرتبطة بشراء الهيدروجين لتشغيل المنشأة، في حين أن استهلاك الوقود السنوي لمحطة بطاريات أيونات الليثيوم يساوي التكلفة الإجمالية للطاقة الكهربائية المخزنة في النظام.

وأظهر التحليل أن قدرة التوربينات التي تعمل بالهيدروجين تعتمد أساسًا على معدل الحرارة في محطات توليد الكهرباء بالغاز التي يجب استبدالها، حسبما نشرته مجلة "بي في".

ويشير معدل الحرارة إلى كفاءة محطة الطاقة، ويمثّل كمية الطاقة التي تحتاجها لتوليد كيلوواط/ساعة من الكهرباء.

ووفقًا للعلماء، تصبح التوربينات التي تعمل بالهيدروجين أكثر قدرة على المنافسة من تخزين أيونات الليثيوم عندما يكون معدل الحرارة أعلى.

ووجد العلماء أن التوربينات التي تعمل بالهيدروجين الأزرق، المنتج باحتجاز ثاني أكسيد الكربون، قد تكون البديل الأكثر تنافسية من ناحية التكلفة للتوربينات التي تعمل بالغاز الطبيعي.

وأوضح العلماء أن أسعار الكهرباء في سوق اليوم لا تبرر الاستثمار في هذه التكنولوجيا.

اقرأ أيضًا..

• البطاريات.. خطة كاليفورنيا لإنقاذ شبكة الكهرباء من تكرار انقطاع التيار

• أميركا تبحث تطوير الصناعة المحلية لبطاريات الليثيوم

• الهيدروجين الأخضر.. أميركا تستثمر 52.5 مليون دولا لتطوير الصناعة