تقنيات التخزين.. الهيدروجين والغاز لاعبان رئيسان لتوفير كهرباء رخيصة في أميركا

أجرى الباحثون في المختبر الوطني للطاقة المتجددة (إن آر إي إل)، التابع لوزارة الطاقة الأميركية، تقييمًا لتكلفة وأداء معظم تقنيات تخزين الكهرباء طويلة الأمد (إل دي إي إس).

ودرسوا التقنية التي توفّر أقل تكلفة من أجل تزويد شبكة الربط البيني الغربية الأميركية بالكهرباء عند غياب طاقة الرياح والطاقة الشمسية، حسبما نشرته مجلة "بي في ماغازين" قبل أيام.

منهجية الدراسة

انطلق الباحثون من افتراض إدخال 85% من مصادر الطاقة المتجددة، وقرروا أن تخزين الهيدروجين تحت الأرض ومحطات الدورة المركبة بالغاز الطبيعي وتقنية احتجاز الكربون وتخزينه يُعدّ أرخص الخيارات لتطبيقات التفريغ لمدة 120 ساعة.

ووجدوا أنه، في ضوء سيناريوهات التكلفة الرأسمالية الحالية والمستقبلية، يمثّل ضخ المياه والهواء المضغوط والبطاريات أرخص الحلول للتفريغ لمدة 12 ساعة.

ونظرًا إلى أن تقنيات تخزين الطاقة سوف تتنافس مع تقنيات توليد الكهرباء منخفضة الكربون مثل الدورة المركبة بالغاز الطبيعي مع احتجاز الكربون وتخزينه لتزويد الشبكة بالكهرباء في الأوقات التي لا تنتج فيها الرياح والطاقة الشمسية الكهرباء، يقوم الباحثون بمقارنتها جميعًا.

• ارتفاع قياسي بقدرات الطاقة المتجددة في أميركا
• فلوريدا تستعد لتشغيل أكبر بطارية تخزين كهرباء في العالم

وقال أحد الباحثين، تشاد هانتر، إن هذا يسمح بإجراء مقارنة سريعة للتقنيات التي لم يُنظر إليها كلها في التحليل نفسه قبل صدور البحث.

وأضاف أن التحليل الاقتصادي التقني أخذ في الاعتبار دور تخزين الكهرباء طويلة الأمد وتقنيات توليد الكهرباء الهجينة في الربط البيني الغربي للولايات المتحدة.

ويعتمد الربط البيني على شبكة متزامنة واسعة النطاق تمتد من غرب كندا إلى مدينة باجا كاليفورنيا في المكسيك، مع حصة 85% من الطاقة المتجددة في مزيج الكهرباء في المنطقة.

تخزين الكهرباء

أوضح الباحثون أن تخزين الكهرباء طويلة الأمد يتطلب قدرات طاقة كبيرة، إذ يمكن الحفاظ على معدل نموذجي للشحن أو التفريغ لأيام أو أسابيع أو حتى لمدة أطول.

وبيّنوا أن محطات توليد الكهرباء الهجينة ومعدات توليد الكهرباء بنظام تخزين الكهرباء طويلة الأمد بقدرات 100 ميغاواط، في هذه الدراسة، تكون في نطاق أحجام محطات الذروة ومتابعة الأحمال اليوم، حسبما نشرته مجلة "بي في ماغازين".

ويُضبط حجم أنظمة تخزين الكهرباء طويلة الأمد لتزويد الكهرباء المقدرة لمدة من 12 ساعة إلى 7 أيام، إضافة إلى حساب أقل تكلفة مستوية للطاقة لتكاليف رأس المال الحالية والمستقبلية.

ووجد الباحثون -من خلال تحليلهم- أنه خلال مدة 7 أيام حدًا أقصى، فإن محطات الدورة المركبة بالغاز الطبيعي المزودة بتقنية احتجاز ثاني أكسيد الكربون وتخزينه تمثّل الحل الأرخص.

وأمّا بالنسبة إلى الحد الأدنى لمدة 12 ساعة، فإن الخيارات الأقل تكلفة هي تخزين الهواء المضغوط (سي إيه إي إس)، وبطاريات أيونات الليثيوم، وبطاريات تدفق الفاناديوم، وتخزين الطاقة الكهرومائية بالضخ (بي إتش إس)، وتخزين الطاقة الحرارية بالضخ (بي-تي إي إس).

تكاليف الكهرباء

قال الباحثون إن هذه الخيارات ترجع أساسًا إلى التكاليف الرأسمالية المعتدلة المتعلقة بالكهرباء وكفاءة الرحلة الانكفائية العالية.

وقال الباحث تشاد هانتر إنه من المحتمل أن تلعب البطاريات دورًا كبيرًا في مواصلة تخزين كهرباء الشبكة، خاصة إذا استمرت أسعار البطاريات في الانخفاض القوي، كما حصل خلال العقد الماضي.

وأضاف أنه سيُستكمل تخزين البطارية لمدة أقصر بفضل تكنولوجيات تخزين منخفضة التكلفة وطويلة المدة، مثل تخزين الهيدروجين تحت الأرض.

وبيّن أن الحلول الأقل تكلفة تتمثّل في تخزين طاقة الهواء المضغوط في الصخور البركانية الفُتاتية والدورة المركبة بالغاز الطبيعي وتقنية احتجاز الكربون وتخزينه وتوربينات احتراق الغاز الطبيعي وتخزين الهيدروجين في الكهوف الملحية.

وتوصل الباحثون إلى أن التخزين المائي الذي يُضخّ وخلايا الوقود مع تخزين في الكهف الملحي يوفران أدنى تكلفة مستوية للطاقة لمدة 12 ساعة و120 ساعة على التوالي.

وقال الباحثون إن تقليل رأسمال التخزين إلى الحد الأدنى مناسب اقتصاديًا لمدد أطول من 48 ساعة تقريبًا، وإن أدنى تكلفة مستوية للطاقة أكثر حساسية لتكاليف سعة طاقة التخزين من تكاليف سعة التخزين.

وقدّم فريق الباحثين النتائج التي توصل إليها في تقرير "التحليل الاقتصادي التقني لتخزين الكهرباء طويل الأمد وتقنيات توليد الكهرباء الهجينة لدعم شبكات الطاقة المتجددة عالية التغير"، الذي نُشر مؤخرًا في مجلة "جول" لأبحاث التكنولوجيا.