بملايين البطاريات المكدسة.. خطط لمضاعفة قدرة أكبر منشأة لتخزين الكهرباء في العالم

تعتزم شركة باسيفيك للغاز والكهرباء الأميركية مضاعفة قدرة أكبر منشأة لتخزين الكهرباء في العالم “موس لاندينغ” بحلول صيف عام 2023، على الرغم من إيقافها لعدة أشهر بعد حادثتين في 5 أشهر.

ولا يوجد جدول زمني لإعادة تشغيل محطة موس لاندينغ لتخزين الكهرباء بولاية كاليفورنيا، مع استمرار التحقيق في سبب اندلاع دخان ونيران من المنشأة.

وقدّمت باسيفيك، وشركة فيسترا -مشغل الموقع- طلبًا إلى لجنة المرافق العامة بكاليفورنيا لبناء منشأة أخرى لتخزين البطاريات في الموقع؛ لاستكمال التطورات الحالية التي تبلغ 300 ميغاواط و100 ميغاواط.

المشروع هو واحد من 9 منشآت ليثيوم أيون اقترحتها شركة باسيفيك للغاز والكهرباء، وتُعَد توسعة موس لاندينغ -بقدرة 350 ميغاواط- هي الأكبر، حسبما أفادت صحيفة “مونتيري كاونتي ويكلي” المحلية.

إعادة تشغيل المنشأة

يبدو أن كلًّا من شركة باسيفيك للغاز والكهرباء وفيسترا واثقتان من أن بطاريات تيسلا لم تكن مرتبطة بالحوادث.

وقالت المتحدثة باسم فيسترا، ميراندا كوهن، إن أحداث 4 سبتمبر/أيلول 2021 و13 فبراير/شباط 2022 لن تؤثر على دفعها للمضي قدمًا.

وأكد المتحدث باسم باسيفيك للغاز والكهرباء، بول دوهرتي، الأمر نفسه، مضيفًا أن المرفق لديه “ثقة كاملة” بالمشروع، وقد أظهر هذا التحليل حتى الآن أن البطاريات ليست مسؤولة عن الحادثتين.

وأوضح أن شركة باسيفيك قد ألزمت نفسها “بتطوير مجال السلامة من الحرائق في منشآت تخزين الكهرباء”.

كما حصلت على جائزة لعملها في مجال السلامة من الحرائق في منشأة بطاريات تيسلا الليثيوم أيون التابعة لموس لاندينغ، والتي من المتوقع أن يبدأ تشغيلها بحلول الصيف.

بداية أكبر منشأة لتخزين الكهرباء في العالم

ظهر مشروع أكبر منشأة لتخزين الكهرباء في العالم في محطة موس لاندينغ، عندما قدمته شركة باسيفيك للغاز والكهرباء إلى لجنة المرافق العامة بكاليفورنيا، وكانت الشركة تجري محادثات مع تيسلا في عام 2017.

ويتضمن 4 مشروعات منفصلة لتخزين الكهرباء، ومن المفترض أن يصبح اثنان منهم أكبر أنظمة بطاريات في العالم.

وستنشر شركة دينيجي مشروعًا بقدرة 300 ميغاواط/1200 ميغاواط ساعة في شبكة شركة باسيفيك للغاز والكهرباء، بينما سيكون مشروع تيسلا بقدرة 182.5 ميغاواط/730 ميغاواط ساعة، والذي يُمكن أن يصل في النهاية إلى 1.1 غيغاواط ساعة.

في عام 2018، حصلنا على اقتراح تيسلا للمشروع، وهو يوضح أن الشركة تخطط لاستخدام بطاريات “ميغاباك” بدلًا من “باورباك” المعتادة للمشروعات الكبيرة على نطاق المرافق، حسبما أفادت منصة “إلكتريك”.

وفي عام 2020، جرت الموافقة رسميًا على المشروع، وبدأت تيسلا البناء في المرحلة الأولى من المشروع في يوليو/تموز.

وفي العام الماضي، نشرت تيسلا بطاريات ميغاباك بسعة 100 ميغاواط/300 ميغاواط ساعة في الموقع، وبدأت شركة فيسترا في تشغيل النظام.

حوادث

مع ذلك، كانت هناك حادثتان متعلقتان بالدخان والنيران في الموقع في سبتمبر/أيلول 2021 وفبراير/شباط 2022؛ ما أدى إلى إغلاق نظام تيسلا ميغاباك لإجراء تحقيق كامل.

وتعرّضت أكبر منشأة لتخزين الكهرباء في العالم -في سبتمبر/أيلول الماضي- لمشكلة ارتفاع درجة الحرارة بعدد محدود من وحدات البطاريات في المرحلة الأولى، وهو ما دفع إلى توقّفها عن العمل.

ثم تعطلت المرحلة الثانية من المنشأة -في فبراير/شباط- إثر اندلاع إنذارات الحريق، الذى تمكّن رجال الإطفاء من السيطرة عليه.

اقرأ أيضاً: تخزين الكهرباء.. بطارية الملح تقنية جديدة رخيصة الثمن

في غياب السطوع اللازم لتشغيل ألواح الطاقة الشمسية وتوقف توربينات الرياح عن الدوران، تحتاج الشبكة الكهربائية التي تدمج طاقة الرياح والطاقة الشمسية بسلاسة إلى طريقة لتخزين الكهرباء بكميات كبيرة.

ويمكن لبطارية الملح المصهور الجديدة أن توفر شبكة تخزين أرخص من المنافسين باستخدام مواد منخفضة التكلفة وغير سامة، وتستطيع تخزين الكهرباء لأشهر دون فقدان سعة التخزين.

وابتكر باحثون في مختبر “باسيفيك نورث ويست ناشيونال لابروتوري” (بي إن إن إل) في الولايات المتحدة الآن بطارية كهذه، وفقًا لما نشره موقع مجلة “أنثروبوسين ماغازين” الأميركية في 7 أبريل/نيسان الجاري.

البطارية الجديدة

تخزّن بطارية “تجميد-الذوبان” الجديدة الكهرباء لأشهر عندما تنتقل المادة النشطة بداخلها من الحالة السائلة إلى الحالة الصلبة، وعند تسخين تلك المادة، يمكنها تفريغ 90% من الكهرباء المخزنة، كما أفاد الباحثون في مجلة “سيل ربورتس فيزيكل ساينس” الأميركية.

وقال المحرر في المجلة، مينيوان لي: إن عمل البطارية يشبه إلى حد كبير زراعة النباتات الغذائية في الحديقة في فصل الربيع، ووضع الكمية الإضافية في وعاء في الثلاجة، ثم إذابتها لتناول وجبة العشاء في الشتاء.

وعلاوة على ذلك، حلّت طاقة الرياح والطاقة الشمسية محل الفحم والغاز الطبيعي بسرعة في السنوات الأخيرة، وتشكل الآن أكثر من 9% من توليد الكهرباء في العالم، وفقًا لوكالة الطاقة الدولية.

ومن المتوقع أن يؤدي ارتفاع أسعار الغاز الطبيعي والفحم بسبب الحرب في أوكرانيا وتفشي وباء كوفيد-19 إلى تسريع التحول نحو مصادر الطاقة المتجددة.

تقنيات تخزين الكهرباء

ستكون تقنيات تخزين الكهرباء طويلة الأمد أساسية للتحول نحو مصادر الطاقة المتجددة، في حين تعتمد معظم شبكات التخزين اليوم على بطاريات الليثيوم أيون باهظة الثمن، أو على بطاريات الرصاص الحمضية، التي تتحمل عبء استخدام الرصاص السام.

ولذلك يبذل الخبراء والشركات المصنِّعة جهدًا متزايدًا لتطوير تقنيات جديدة للبطاريات مثل بطاريات التدفق وأنواع أخرى من تخزين الكهرباء مثل التخزين القائم على الجاذبية.

وتمثل بطارية مختبر “باسيفيك نورث ويست ناشيونال لابروتوري” (بي إن إن إل) نوعًا من بطاريات الملح المصهور، وهي تقنية كانت موجودة منذ عدة عقود.

وتستخدم هذه البطارية عادةً ملحًا مصهورًا -وهو مادة صلبة في درجة حرارة الغرفة وتصبح سائلة عند ارتفاع درجةالحرارة – مثل الإلكتروليت الذي يسمح للشحنة بالتدفق بين الأقطاب الكهربائية.

تكاليف رخيصة

ابتكر فريق الباحيثن في المختبر تصميمًا يعتمد على مواد شائعة ومنخفضة التكلفة وأقل تفاعلًا، مقارنةً بالتركيب الكيميائي المعروف لبطاريات الملح المصهور.

ويُصنَع القطب الموجب والقطب السالب من الألومنيوم الصلب والنيكل، على التوالي، ويغمرها الباحثون في ملح مذاب مكوّن من خلطة الصوديوم والألومنيوم والكلوريد.

وتُشحن البطارية عند 180 درجة مئوية، إذ يكون الإلكتروليت “المنحل بالكهرباء” في حالته المنصهرة، ما يسمح للأيونات بالتدفق لتوليد الكهرباء.

وبالمقارنة، تُسمّى بطاريات الملح المصهور التجارية بطاريات كبريت الصوديوم، وتعمل عند درجة حرارة 245-350 مئوية.

ويؤدي تبريد الجهاز إلى درجة حرارة الغرفة إلى تصلب الإلكتروليت، ما يحافظ على أيوناته في مكانها ويؤمن كهرباء البطارية. ويجب إعادة تسخين البطارية كلما دعت الحاجة إلى استخدام تلك الكهرباء المخزنة.

وتُجدر الإشارة إلى أن الاختبارات التي أُجريت على النموذج الأولي للبطارية بحجم قرص الهوكي أظهرت أنها احتفظت بنسبة 92% من كهربائها على مدار 12 أسبوعًا.

ومن ناحيتها، تسمح التركيبة الكيميائية المستقرة لفريق باحثي بطارية مختبر “باسيفيك نورث ويست ناشيونال لابروتوري” بإجراء ترقية مهمة.

وعلاوة على ذلك، تتطلب بطاريات الملح المصهور التقليدية ذات درجة الحرارة المرتفعة فواصل سيراميك هشة بين الأقطاب الكهربائية، قد تكون هذه البطاريات أكثر تكلفة ويمكن أن تنكسر في أثناء دورة تجميد الذوبان.

تطوير التقنية

واستخدم باحثو بطارية مختبر “باسيفيك نورث ويست ناشيونال لابروتوري” فاصلًا أرخص ثمنًا وأقوى من الألياف الزجاجية، وقدروا تكلفة مواد البطارية بنحو 23 دولارًا للكيلوواط/ساعة.

ويتوقع الباحثون أن بإمكانهم خفض التكلفة إلى نحو 6 دولارات للكيلوواط/ساعة، باستخدام معادن رخيصة الثمن مثل الحديد، وهو ما يقل بنحو 15 مرة عن تكلفة المواد المستخدمة في بطاريات الليثيوم أيون الحالية.

اقرأ أيضاً: أفضل بطارية لتخزين الكهرباء.. دراسة تكشف أسباب تفوق الليثيوم على الرصاص

أجرى فريق بحث علمي بلجيكي إثيوبي دراسة حديثة للتعرف على أفضل بطارية لتخزين الكهرباء، من خلال المقارنة بين التكلفة المستوية للطاقة (إل سي أو إي) وصافي التكلفة الحالية (إن بي سي) لبطاريات أيونات الليثيوم وبطاريات الرصاص للتخزين الثابت للكهرباء، ووجد أن الأولى أكثر قابلية للاستخدام من الناحية التقنية والاقتصادية.

وتوصّل الفريق -من خلال التحليلات التي أجراها على افتراض استخدام البطاريات في نظام الكهروضوئية المربوط بالشبكة بقدرة 10 كيلوواط- إلى أن بطاريات أيونات الليثيوم تُعد أفضل بطارية لتخزين الكهراء والحل العملي الأكثر القابل للاستمرار.

وصُمّم تحليل تقنيتي التخزين من خلال برمجية التحسين المختلط لمصادر الطاقة المتعددة (إتش أو إم إي آر) ونموذج الدارة المكافئة (إي سي إم)، الذي يصف السلوك الكهربائي الخالص للبطارية من ناحية الجهد الكهربي (الفولتية) والتيارات والسعة، حسبما نشرته مجلة “بي في ماغازين إنديا”.

وأوضح العلماء أن نموذج الدارة المكافئة مدمج باستخدام مكونات كهربائية تستجيب إلى البطارية كهربائيًا، في حين تُستخدم برمجية التحسين المختلط مصادر الطاقة المتعددة، لتحسين المكونات المستخدمة في نظام الطاقة الكهربائية المتصل بالشبكة.

معدل الشحن والتفريغ

أخذ التحليل في الاعتبار تأثير معدل الشحن والتفريغ على أداء كلا النوعين من البطاريات في ظل ظروف التطبيق النموذجية بافتراض استخدامها في نظام كهروضوئي متصل بالشبكة (بي في جي سي إي) بزاوية مَيْل 16 درجة، وزاوية سمت تبلغ 0 درجة.

وتُجدر الإشارة إلى أن النظام يتألّف من مصفوفة كهروضوئية 10 كيلوواط، ومحوِّل متصل بالشبكة بسعة 5 كيلوواط، وبطارية رصاص بقوة 83 أمبيرًا/ساعة، وبطارية ليثيوم أيون بقوة 167 أمبيرًا مع حمولة بمعدل 4-5 كيلوفولت أمبير.

تقدير تكلفة الكهرباء

أوضح الباحثون أنه جرى تقدير سعر كهرباء الشبكة بـ0.084 يورو (0.10 دولارًا)/كيلوواط ساعة، في أثناء المحاكاة.

وقالوا، نقلاً عن الدراسات السابقة، إنه بالنسبة إلى تخزين الكهرباء الثابتة يبلغ متوسط تكلفة الطاقة الرأسمالية لبطاريات الرصاص 300.88 دولارًا/كيلوواط في الساعة، وبطاريات أيونات الليثيوم 184.59 دولارًا/كيلوواط ساعة.

وأضافوا أن متوسط تكلفة الطاقة الإجمالية يبلغ 395.84 دولارًا/كيلوواط ساعة و2623.10 دولارًا/كيلوواط ساعة، على التوالي.

وأكد الباحثون أن التأثير البيئي لبطاريات الرصاص صُنِّفَ على أنه كبير الأثر، في حين أن لبطاريات أيونات الليثيوم تأثيرًا بيئيًا متوسطًا/ منخفضًا.

ما هي أفضل بطارية لتخزين الكهرباء؟

من خلال المحاكاة، وجد الباحثون أن بطاريات أيونات الليثيوم وبطاريات الرصاص لها خصائص شحن وتفريغ متشابهة تقريبًا، لكنهم تأكدوا أيضًا من أن أجهزة أيونات الليثيوم لها خصائص التفريغ نفسها لدى بطاريات الرصاص حتى بوجود قدرة وعدد بطاريات أقل.

وتوصلوا إلى أن انخفاض عدد وحدات البطارية يوفّر خصائص مستدامة، وتبلغ التكلفة الحالية الصافية للشبكة الدقيقة التي شكلها النظام الكهروضوئي وبطاريات أيونات الليثيوم 17090.49 دولارًا.

بينما تبلغ تكلفة النظام الكهروضوئي الذي يحتوي على بطاريات الرصاص نحو 17929.64 دولارًا.

أما بالنسبة إلى التكلفة المستوية للطاقة، فقد وصلت القيمة في بطاريات الرصاص إلى 0.40 دولارًا/كيلوواط ساعة، ووصلت القيمة في بطاريات أيونات الليثيوم إلى 0.38 دولارًا/كيلوواط ساعة.

المصادر: الطاقة – مواقع إلكترونية