تخزين الطاقة الكهرومائية بالضخ.. بحث بريطاني جديد لتعزيز شبكة الكهرباء
تاريخ النشر: 2nd, October 2024 GMT
مقالات مشابهة 
قناة وناسة.. وجهة الأطفال المفضلة بمحتوى مجاني وتعليمي على مدار الساعة
28 دقيقة مضت
36 دقيقة مضت
59 دقيقة مضت
ساعة واحدة مضت
. 20 شحنة سنويًا
ساعتين مضت
3 ساعات مضت
ترجع أهميّة تخزين الطاقة الكهرومائية بالضخ إلى مسارعة العديد من الدول لاستعمال المصادر المتجددة، التي تتميز بطبيعتها المتغيرة وتحتاج إلى حلول مستدامة لتخزين الكهرباء؛ لضمان استمرارها عندما تغيب الشمس وتهدأ حركة الرياح.
وفي هذا السياق، ظهرت دراسة بريطانية حديثة ألقت الضوء على كيفية استعمال خزانات المياه لتكون بمثابة بطاريات ضخمة لتخزين الكهرباء وتحسين استقرار الشبكة في المملكة المتحدة وغيرها، وفق تقرير حديث رصدته منصة الطاقة المتخصصة (مقرّها واشنطن).
وجاء في البحث الذي أجرته جامعة ستانفورد البريطانية ونشرته مجلة ناتشر ووتر (Nature Water)، أن خزانات المياه يمكنها أن تؤدي دورًا رئيسًا في دعم شبكة الكهرباء الوطنية من خلال استعمال تقنيات تخزين الطاقة الكهرومائية بالضخ التي تستعملها بعض الدول العالم مثل الصين.
وأوضح البحث أنه يمكن استعمال أنظمة المياه بصفتها بطاريات ضخمة لدعم الطاقة المتجددة وتحسين استقرار الشبكة من خلال التحكم في كيفية تخزين المياه، وإطلاقها لتحسين إدارة العرض والطلب على الكهرباء.
وأدى اعتماد المملكة المتحدة بصورة متزايدة على مصادر الطاقة المتجددة، مثل طاقة الرياح والطاقة الشمسية، إلى إرباك عمليات إدارة العرض والطلب على الكهرباء وصعوبة التحكم فيها بسبب طبيعة التوليد المتقلبة للمصادر المتجددة حسب ظروف الطقس والمناخ.
تخزين الطاقة الكهرومائية بالضخ في بريطانيايرى البحث الذي أجرته جامعة ستانفورد أنه من خلال التحكم في كيفية تخزين المياه وإطلاقها، يمكن أن تساعد الخزانات في الحفاظ على استقرار الشبكة البريطانية، بحسب تقرير حديث نشره موقع إنرجي ليف نيوز (Energy Live News).
وعندما يكون إنتاج الطاقة المتجددة مرتفعًا، خلال أوقات الرياح القوية أو سطوع الشمس، يمكن للخزانات المائية تخزين الطاقة الفائضة، لتتحول إلى شبه بطاريات ضخمة تعزز مرونة شبكة الكهرباء، باستعمالها عند الحاجة إلى زيادة التوليد أو خفضه تبعًا للعرض والطلب.
وتؤكد الدراسة أن طريقة تخزين الطاقة الكهرومائية بالضخ يمكن أن تعزز أمن الطاقة في المملكة المتحدة وتقلّل الاعتماد على الوقود الأحفوري، إذ يمكن إطلاق الطاقة المخزنة، خلال أوقات الطلب المرتفع، وتقليل الحاجة إلى أنظمة تخزين البطاريات المكلفة.
ويقدّم البحث إطارًا لتقييم طريقة تخزين الطاقة الكهرومائية بالضخ ومدى قدرة خزانات المياه على توفير مرونة الطاقة، والعمل بصورة فاعلة مثل البطاريات؛ ما يساعد في تحقيق تعاون أفضل بين إدارة المياه وإنتاج الكهرباء.
ويهتم الباحثون في جامعة ستانفورد بدراسة تخزين الطاقة الكهرومائية بالضخ، مع تزايد التوسع في دمج الطاقة الشمسية وطاقة الرياح بالشبكة؛ ما يتطلب من مشغلي الشبكات العمل على موازنة كميات الكهرباء المنتجة مع الكميات المستهلكة.
وإذا كانت هذه الموازنة سهلة مع توليد الكهرباء بمصادر الوقود الأحفوري وضمان إمداداتها بصورة شبه موثوقة، فإن الموازنة صعبة مع الطاقة المتجددة، خاصةً الطاقة الشمسية وطاقة الرياح، التي تتعرض لتقلبات جوية ويتباين توليدها صعودًا وهبوطًا، بحسب ما ترصده منصة الطاقة المتخصصة بصورة دورية.
تخزين الطاقة الكهرومائية بالضخ في آسيايحتاج العالم إلى نحو 420 غيغاواط من قدرة تخزين الطاقة الكهرومائية بالضخ لتحقيق أهداف اتفاقية باريس للمناخ بحلول عام 2050، كما جاء في تقديرات الوكالة الدولية للطاقة المتجددة (آيرينا).
وفي المقابل، كانت مؤسسة غلوبال إنرجي مونيتور قد نشرت العام الماضي 2023 تقريرًا يفيد بأن منطقة شرق آسيا لديها قرابة 425 غيغاواط من قدرة تخزين الطاقة الكهرومائية بالضخ، سواء قيد التشغيل أو مخططة في مراحل الإنشاء وما قبل الإنشاء، ما يمثّل 73% من الإجمالي العالمي.
وتقود الصين اتجاه التوسع في قدرات تخزين الطاقة الكهرومائية بالضخ في العالم، إذ يسعى المطورون في الحصول على الموافقات الحكومية وحقوق الأراضي والتمويل لمشروعات إضافية بسعة 276 غيغاواط مستعدة للانطلاق خلال السنوات المقبلة، بحسب ما رصدته منصة الطاقة المتخصصة.
وتتميز أنظمة تخزين الطاقة الكهرومائية بالضخ بعمر تشغيلي أطول، مع تكاليف تشغيل وصيانة أقل، مقارنة بأنظمة التخزين الأخرى مثل البطاريات، كما تتميز بقدرتها على تخزين الكهرباء على نطاق أوسع ولمدة أطول.
ورغم ذلك، فقد تصبح هذه الأنظمة ذات تكاليف بناء أكبر، كما يمكن أن تتسبب عمليات بنائها وتشغيلها في زيادة المخاطر والتحديات البيئية، لكونها مقيدة بمدى توافر المياه ومتطلبات الأرض.
موضوعات متعلقة ..
اقرأ أيضًا ..
إشترك في النشرة البريدية ليصلك أهم أخبار الطاقة.Source link ذات صلة
المصدر: الميدان اليمني
كلمات دلالية: الطاقة المتجددة
إقرأ أيضاً:
هل تقلل الصين اعتمادها على الفحم الحجري في توليد الكهرباء؟
يعتمد الاقتصاد المحلي في مدينة شوتشو بإقليم شانشي شمالي الصين على استخراج الفحم الحجري، فإلى الشمال من المدينة التي يقطن بها 1.6 مليون نسمة يوجد أحد أكبر المناجم السطحية في الصين، تنتج مناجم شوتشو 200 مليون طن سنويا (إجمالي الإنتاج السنوي في الصين يبلغ 4.8 بليون طن)، وتتولي صفوف من الشاحنات نقل الفحم الحجري لغسله وفرزه ثم حرقه في محطات توليد الكهرباء في أرجاء الصين. يحذر سون تشيجيانج عامل المناجم الذي تقاعد مؤخرا من أن تخلِّي الصين عن الفحم الحجري لصالح مصادر طاقة أنظف سيعني «نهاية هذه المدينة».
سكان شوتشو ربما ليسوا بحاجة إلى القلق. صحيح، زادت سعة توليد الكهرباء بالرياح ثلاثة أضعاف وبالطاقة الشمسية ثلاثين ضعفا في الفترة من 2014 إلى 2024 وهذا ما أتاح للصين قدرة إنتاج للكهرباء من هذين المصدرين تزيد عما يتوافر لباقي العالم بأجمعه.
إلى ذلك، في 5 مارس وفي جلسة الانعقاد السنوية لبرلمان الصين تحدث رئيس الوزراء لي تشيانج عن تنمية أكثر اخضرارا وأقل كربونا. لكن الصين تغلق عددا قليلا من محطات الكهرباء التي تستخدم الفحم الحجري وتبني المزيد. ففي العام الماضي بدأ تشييد محطات جديدة تنتج 100 جيجاواط إضافية من الطاقة الكهربائية إلى جانب السعة الموجودة سلفا التي تبلغ 1170 جيجاواط. هذه الإضافة لوحدها تكافئ تقريبا القدرة التوليدية في بريطانيا. وعلى الرغم من أن حصة إنتاج الكهرباء بواسطة الفحم الحجري تتقلص إلا أن حجم الفحم الذي يحرق يزداد مع تصاعد الطلب. ويعتقد المسؤولون أن تكاليف التخلص التدريجي من الوقود الأحفوري الذي يزود الصين بما يزيد عن نصف إنتاجها من الكهرباء كبيرة جدا. هل هذا صحيح؟
المخاطر جسيمة، فمحطات الكهرباء التي تعمل بالفحم الحجري في الصين تطلق 15% من إجمالي الانبعاثات العالمية لثاني أكسيد الكربون من مصادر الوقود الأحفوري، وعلى الرغم من تراجع متوسط استخدامه مقابل كل محطة إلى أقل من 50% إلا أن إجمالي توليد الكهرباء بحرق الفحم الحجري يزداد مع تشييد المزيد من المحطات. فالصين تسعى لإيجاد المزيد من القدرة التوليدية تحسُّبا لحاجتها إليها. كما تطلق مناجم الفحم الحجري غاز الميثان. وهو غاز احتباس حراري آخر بالغ الضرر. بناء على الاتجاهات الحالية قد تصل انبعاثات الكربون في الصين إلى ذروتها بعد عام أو عامين. لكنها بعد ذلك ستستقر ولن يتسارع تراجعها مع تباطؤ استخدام الفحم الحجري. وسيحول ذلك دون تحقيق الصين الحياد الكربوني بحلول عام 2060 حسب تعهدها. كما سيقوِّض الجهود العالمية لمكافحة التغير المناخي. تقليل استخدام الفحم بوتيرة أسرع سيكون مؤلما للعديدين، وستترتب عنه تكلفة لشركات الكهرباء والعاملين وأمن الطاقة.
الشركات
ستتحمل شركات الكهرباء جزءا كبيرا من التكلفة. فالمحطات التي تستخدم الفحم الحجري في الصين تبلغ أعمارها في المتوسط 12 عاما فقط. لذلك يمكن أن يستمر معظمها في توليد الكهرباء لعقود قادمة. وعلى أصحابها إما تحمل تكاليف إغلاقها في وقت مبكر أو إجراء تعديلات عليها وجعلها أنظف بإضافة تقنية تحاول احتجاز انبعاثات الكربون التي تطلقها. ويمكن أن تصل تكلفة خطة طموحة للتخلص التدريجي من هذه المحطات إلى حوالي 1.4 تريليون دولار، حسب دراسة نشرت في يناير بواسطة باحثين بجامعة تسينجهوا في بكين وفي جامعة ميريلاند. لكن مثل هذه الإغلاقات ستحدث على مدى عقود وستتحمل الشركات المملوكة للدولة تكاليفها وليس الشركات الخاصة والهشة.
نظريا يلزم أن تحفز سوق الكربون الصينية التي نشأت في عام 2021 هذه الشركات على خفض الانبعاثات. ويمكن لمثل هذه السوق إضعاف تنافسية الشركات الأكثر تلويثا للهواء بجعلها تشتري أرصدة كربون لتغطية انبعاثاتها. لكن أثر السوق ضئيل ولا يكاد يذكر حتى الآن لأن الجهات المشرفة تمنح معظم الأرصدة مجانا. هنالك عيب آخر وهو أن السوق لا ترتكز على إجمالي انبعاثات الشركات ولكن على انبعاثاتها مقابل كل وحدة طاقة كهربائية (كيلوواط أو ميجاواط ساعة)، ذلك يحفزها على استبدال مولداتها القديمة التي تستخدم الفحم الحجري بأخرى جديدة وأكثر كفاءة. لكنه لا يدفعها إلى التخلي عنه تماما.
العمال
هنالك تكلفة ثانية لخفض الاعتماد على الفحم في إنتاج الكهرباء يتحملها العمال. في مدينة شوتشو من الصعب أن تجد أحد لا علاقة لعمله باستخراج الفحم الحجري. فبعض العائلات عملت ثلاثة أجيال منها في المناجم. وفي حديقة بجزء من المدينة شيدت خصيصا لإسكان عمال المناجم تنتصب مجسَّمات صخرية لشاحنات الفحم الحجري ومعدات مناجمها وعمال يهلِّلون.
في الصين يوظف قطاع المناجم حوالي 2.7 مليون شخصا إما في استخراج أو معالجة الفحم الحجري، لكن هذا العدد يشكل 0.4% فقط من إجمالي القوة العاملة في الصين. ومن اللافت أن هذه الوظائف تساوي نصف تلك التي كانت موجودة في هذا القطاع قبل 10 سنوات. أغلقت آلاف المناجم الصغيرة أبوابها بسبب حملة حكومية استهدفت تقليل حوادث التعدين. أما البقية فشهدت المزيد من الأتمتة. في العام الماضي ذكر مسؤولو أحد المناجم السطحية في إقليم شينجيانج الغربي أن 300 مركبة ذكية يستخدمها المنجم لجرف التربة العلوية في المنجم يديرها 6 موظفين فقط.
بكلمات أخرى الآثار المؤلمة التي ترتبت على الاستغناء عن العاملين حدثت سلفا. إضافة إلى ذلك صناعة توليد الكهرباء بطاقة الشمس والرياح التي تحتاج إلى أعداد كبيرة من العمال للتركيب والصيانة تتحول بسرعة إلى مصدر لوظائف متزايدة. ففي عام 2023 وظف قطاع الطاقة المتجددة 7.4 مليون عامل. وهو ما يساوي ثلث عددهم قبل عام من ذلك.
أمن الطاقة
التكلفة الثالثة والأكبر لخفض استخدام الفحم الحجري بحسب قادة الصين ستتعلق بأمن الطاقة. فالصين تحتاج إلى استيراد معظم احتياجاتها من النفط والغاز لكن لديها احتياطيات كبيرة من الفحم الحجري. في عام 2021 انتاب المسؤولين الخوف عندما عطل الجفاف إمدادات الكهرباء من محطات الطاقة المائية وقاد إلى انقطاعات في الإمداد الكهربائي لبعض المراكز الصناعية في الصين، ثم في عام 2022 نشبت الحرب في أوكرانيا ورفعت أسعار النفط والغاز، في أثناء ذلك رفع ازدهار الصناعة الطلبَ على الكهرباء. كل ذلك أقنع واضعي السياسات بالحاجة إلى المزيد من الفحم الحجري للحفاظ على استمرار إمدادات الكهرباء للمصانع والمنازل.
تشجع جماعة ضغط من شركات مناجم ومسؤولين بالأقاليم الغنية بالفحم الحجري على هذا النوع من التفكير. وكذلك بعض الحكومات المحلية التي تحب تشييد محطات كهرباء تزيد عن حاجتها لتجنب الاعتماد على أقاليم أخرى عندما يكون الطلب مرتفعا. وأيضا المشغلون المحافظون للشبكات الذين يريدون ضمان الحصول على كهرباء كافية في كل الأوقات. يقول أحد الأكاديميين الذين يقدمون لهم المشورة: «إنهم يقولون دائما من الأفضل أن يكون هنالك المزيد من محطات الفحم الحجري، ولا يقولون أبدا من الأفضل تقليل عددها».
بحسب لاوري ميليفيرتا الباحث بمركز أبحاث الطاقة والهواء النظيف بفنلندا المقاربة الأكثر جرأة يمكن أن تسمح للصين بالتخلص التدريجي من الفحم الحجري دون أن يتسبب ذلك في انقطاعات الإمدادات. فالصين ستحتاج إلى الكثير من كهرباء الموارد المتجددة والى إجراء تحديثات كبيرة للشبكة العامة كي تتمكن من نقل الطاقة النظيفة عبر مسافات بعيدة أو تخزينها (فهذه الكهرباء يمكن توليدها فقط عندما تسطع الشمس أو تهب الرياح)، كل هذا يتطلب أموالا ضخمة، فاستثمارات الطاقة النظيفة بلغت 940 بليون دولار أو 10% من الناتج المحلي الإجمالي للصين في عام 2024، وفي ذلك العام فقط أضافت الصين قدرة طاقة شمسية (277 جيجا واط) تزيد عن تلك الموجودة في الولايات المتحدة بأكملها (200 جيجاواط.)
سوق الكهرباء
العقبة هي أن الصين تفتقر إلى سوق كهرباء قومية ومرنة يمكن أن تضمن نقل الكهرباء النظيفة إلى حيث الحاجة إليها. في الوقت الحالي معظم الكهرباء تباع محليا عبر عقود طويلة الأجل وتفضل المحطات التي تستخدم الفحم الحجري لأنها تضمن شراء كميات ثابتة من الإمداد الكهربائي. إلى ذلك محاولات إصلاح النظام بطيئة. ففي الربع الأخير من عام 2024 تراجعت الاستفادة من كهرباء الطاقة الشمسية والرياح على الرغم من جودة الطقس. ويعود ذلك إلى الإمداد الزائد عن الحاجة من كهرباء الفحم الحجري، حسب مركز أبحاث الطاقة والهواء النظيف كل هذا يهدد بترسيخ دور الفحم الحجري في نظام توليد الكهرباء وسيجعل التخلص التدريجي منه مكلفا، كما يقول يان تشين الباحث بمعهد أكسفورد لدراسات الطاقة. وكلما تم تشييد المزيد من المحطات كلما زادت تكلفة التخلص منها.
في مدينة شوتشو، قلة قليلة من السكان هي التي تعتقد أن الصين ستستغنى يوما ما عن الفحم الحجري، يقول أحد مسؤولي القطاع عندما تُستنزف المناجم ستتوافر كميات كبيرة منه في أماكن أخرى في الصين، ويعتقد المسؤول أن الاستهلاك قد يبدأ في التراجع قريبا لكنه سيحدث ببطء شديد. ويقول سائق شاحنة فحم حجري سابق يدير الآن مطعما بالقرب من أحد مناجم المدينة: «لا يمكنهم التخلي عنه بالتدريج، سيواصلون استخراجه لمائة سنة».
وزير الإسكان يتابع موقف تنفيذ المشروعات التنموية بالعلمين الجديدة والساحل الشمالى الغربي