محطات الكهرباء العاملة بالفحم قد تتحول إلى بطارية تخزين تنقذ الدول

رغم أن العالم يقترب من توديع محطات الكهرباء العاملة بالفحم، يبدو أن المحطات التقليدية سيكون لها دور في المستقبل، عندما تعجز مصادر الطاقة المتجددة عن تلبية احتياجات الدول.

وتتجه ألمانيا إلى إنهاء عصر الفحم، لا سيما أن هذه المحطات ينتج عنها ملايين الأطنان من ثاني أكسيد الكربون سنويًا، إلّا أن مجموعة من الباحثين يدرسون كيفية تحويل محطات الكهرباء التي تعمل بالفحم إلى منشآت صديقة للبيئة لتخزين الكهرباء، في ظل توافر البنية التحتية.

ويرى الباحثون في معهد الديناميكا الحرارية التقنية التابع للمركز الألماني للطيران والفضاء أن الأجزاء الأساسية بهذه المحطات يمكن أن تؤدي دورًا مهمًا عندما لا تشرق الشمس أو عند توقُّف الرياح، حسبما نقل موقع دويتشلاند فونك (Deutschlandfunk).

ويقول الباحث ستيفان زونفت، إن جزءًا واحدًا في محطات الكهرباء العاملة بالفحم فقط يسبّب إضرارًا بالبيئة، وهو حرق الفحم، ويمكن مواصلة استخدام باقي الأجزاء، مثل المولد البخاري والتوربين والمولد، عن طريق استبدال مصدر حرارة آخر محايد مناخيًا بغلايات حرق الفحم، وفق تقرير اطّلعت عليه منصة الطاقة المتخصصة.

أنظمة التخزين الحراري

من المتوقع أن تستمر الحاجة إلى محطات الكهرباء التقليدية في المستقبل لتعوض مشكلة التقطع عند توليد الكهرباء من الطاقة المتجددة.

وتوصّل مجموعة من العلماء إلى أن محطات الكهرباء العاملة بالفحم يمكنها تحقيق ذلك من خلال دمج أنظمة التخزين الحرارية.

• صدمة مناخية.. توليد الكهرباء من الفحم يشهد زيادة بقيادة الدول الكبرى (تقرير)

ويرى العلماء أن مرونة محطات الكهرباء الجديدة والحالية ستسهم في تعزيز انتقال الطاقة.

وقال زونفت، إنه يمكن توليد حرارة عالية بالكهرباء المتجددة، مشيرًا إلى أن مستويات درجات الحرارة تسمح بتوليد البخار واستبدال حرق الفحم.

ومع صعوبة تحويل طاقة الرياح والطاقة الشمسية الفائضة إلى حرارة ثم إلى كهرباء، سيكون من المنطقي الدمج مع خزان تخزين حراري ضخم.

ويمكن ملء الخزان عندما توفِّر الشمس والرياح الكثير من الكهرباء، وفي الليل يمكن للحرارة المختزنة أن تدفع التوربينات بمحطات الكهرباء العاملة بالفحم، وتوليد الكهرباء، ومن ثم تجنّب نقص الإمدادات.

أول منشأة عملاقة للتخزين

في أغسطس/آب (2018)، بدأت شركة سيمنس جاميسا -أكبر شركة لتصنيع توربينات الرياح في العالم- التركيز على تقنيات التخزين لتوسيع نطاق طاقة الرياح والطاقة الشمسية.

وأعلنت الشركة -آنذاك- أن هدفها يتمثّل في إتاحة مصادر الطاقة المتجددة عند الطلب، حتى في الأوقات التي لا تشرق فيها الشمس أو لا تهب فيها الرياح، لذا ستسخّر إمكاناتها لتطوير تقنيات التخزين.

وفي عام 2018، كشفت الشركة أن نظام تخزين الطاقة الحرارية الكهربائية بمنشأة تابعة لها في هامبورغ يمكنه تخزين قرابة 130 ميغاواط/ساعة لمدة أسبوع، باستعمال صخور حرارية.

ويعتمد النظام على صخور بركانية تزن قرابة 1000 طن، بصفتها وسيطًا للتخزين.

ويمكن لهذه الصخور تخزين الكهرباء الفائضة من مصادر الطاقة المتجددة في شكل حرارة على مدار عدّة أسابيع، بفضل سخان ضخم بمروحة يقوم بتسخين الصخور حتى 800 درجة مئوية.

وخلال ساعات الذروة، يُحول الهواء الساخن بالداخل مرة أخرى إلى كهرباء، بوساطة التوربينات البخارية التقليدية.

وفي هذا الصدد، قال رئيس المشروع حسن أوزديم، إن نظام التخزين يعمل ببساطة شديدة، من خلال أخذ الكهرباء وتحويلها إلى حرارة، ومن ثم تخزينها، وعند الحاجة تُحول هذه الحرارة إلى كهرباء مرة أخرى.

وفي عام 2019، بدأت المرحلة التجريبية للمشروع، وحققت الشركة نجاحًا من الناحية التقنية.

ومع ذلك، أوقفت الشركة المشروع في بداية عام 2022، ويرجع ذلك إلى صعوبة تشغيل المشروع اقتصاديًا، وهو ما يعدّ انتكاسة للمحاولات التي تمنح محطات الكهرباء العاملة بالفحم فرصة في المستقبل.

الملح المصهور

يعمل على هذه الفكرة المهندس في مركز الفضاء الألماني كريستيان أودنتال داخل مركز اختبار يُعرف بـ"تي إي إس آي إس"، إذ طوّر أسطوانة معدنية بارتفاع 8 أمتار متصلة بعدّة خزّانات بوساطة أنابيب من الفولاذ المقاوم للصدأ.

ويقول أدونتال، إنهم قاموا بتخزين نحو 125 طنًا من الملح المصهور في الأسطوانة، لإبقائه في حالة سائلة، ويمكن تسخينه حتى درجة حرارة تصل إلى 560 درجة مئوية، وبهذه الطريقة يمكن تخزين الحرارة في الملح.

في الوقت نفسه، يحاولون الإجابة عن العديد من الأسئلة البحثية المتعلقة بأضرار التآكل، وتصلّب السدادات الملحية عند انخفاض درجات الحرارة إلى ما دون نقطة الانصهار.

وكشف أودنتال أن التجارب ما تزال جيدة حتى الآن، وما يميز هذه التقنية أنه يمكن استعمالها في باقي المحطات، ولا تقتصر على محطات الكهرباء العاملة بالفحم.

ففي إسبانيا -على سبيل المثال- تُستعمَل تقنية الملح المصهور في محطات الطاقة الحرارية الشمسية الضخمة، التي تجمع ضوء الشمس عن طريق المرايا المقعرة، وتعتمد على تخزين الحرارة خلال النهار لتوفير الكهرباء في الليل، لكن هناك تحديات تواجه هذه التقنية، من بينها أن الملح باهظ التكلفة، وثمة مخاطر من أن يصبح التخزين غير مجدٍ اقتصاديًا.

وكشف المهندس كريستيان أودنتال حيلةً يحاول الخبراء استعمالها عن طريق ملء الخزان بالمزيد من الصخور لتخزين الحرارة، موضحًا أنها يمكن أن تكون أرخص من الملح السائل، وتقليل الحاجة إلى الملح بنسبة تصل إلى 80%.

• أوروبا تغض الطرف عن انبعاثات الكربون وتتجه لتوليد الكهرباء بالفحم

تحديّات تواجه أنظمة التخزين الحراري

يرى الباحث في معهد الديناميكا الحرارية التقنية التابع للمركز الألماني للطيران والفضاء، ستيفان زونفت، أن منح محطات الكهرباء العاملة بالفحم عمرًا جديدًا لن يكون مجديًا إلّا إذا أصبحت أنظمة التخزين الحرارية أرخص بمقياس ميغاواط/ساعة.

وقال: "قبل كل شيء، يجب تخفيض التكلفة.. ونحن على الطريق الصحيح لتحقيق ذلك".

ويبدو أن الأهداف المناخية الطموحة وأزمة الطاقة الحالية أعطت هذه الأمور دفعة إلى الأمام.

وأضاف زونفت أنه يتعين عدم حصر رؤيتهم على ألمانيا وحدها، والنظر في جميع أنحاء العالم للإمكانات الكبيرة من تحويل محطات الكهرباء العاملة بالفحم.

فتشيلي، على سبيل المثال، تُبدي اهتمامًا كبيرًا بهذه التقنية، إذ تعتمد -حاليًا- على الفحم المستورد باهظ الثمن في تشغيل محطات الكهرباء العاملة بالفحم، لكن يمكنها تشغيل التوربينات باستخدام طاقة الرياح والطاقة الشمسية، التي تتميز بالتكلفة المنخفضة.

اقرأ أيضًا..

• الرئيس الإماراتي في كوب 27: سنواصل إنتاج النفط والغاز
• اتهام أرامكو السعودية وسوناطراك الجزائرية بزيادة انبعاثات الميثان.. من يموّل التلاعب بالحقائق؟
• أمين عام أوبك: هناك دول تطالبنا بزيادة إنتاج النفط وفي نفس الوقت وقف الاستثمارات