تخزن الطاقة للأجيال القادمة.. ابتكار تقنية جديدة تسمح بتخزين الطاقة الشمسية لمئات السنين

على مدى عقود، سعى العلماء للحصول على وسيلة فعالة للحصول على الطاقة الشمسية وتخزينها لإطلاقها في وقت لاحق.

ووفقا لوكالة «بلومبرغ» للأنباء، فقد تمكن عدد من العلماء في السويد من ابتكار تقنية جديدة يمكنها احتواء طاقة الشمس وتخزينها لعقود، لاستخدامها فيما بعد للتسخين والتدفئة.

وتعتمد التقنية الجديدة، التي ابتكرها علماء ينتمون لجامعة شالمر للتكنولوجيا في غوتنبرغ، على مجموعة من الجزيئات المكونة من سائل يحتوي على الكربون والهيدروجين والنيتروجين.

وعند اصطدام هذه الجزيئات بالشمس تقوم بسحب طاقتها وتخزينها، لإطلاقها بعد ذلك عند الطلب على هيئة «حرارة».

وقد أشار العلماء إلى أن هذا التخزين للطاقة الشمسية قد يستمر لعدة عقود، مؤكدين أن أداء الجزيئات في تخزين الطاقة أفضل بكثير من أداء البطاريات التقليدية.

وهذه التقنية تستخدم بغرض التدفئة والتسخين في الوقت الحالي، إلا أن فريق العمل يطمح إلى تحويل الطاقة المخزنة إلى كهرباء في المستقبل.

ووفقا للعلماء، فإن التقنية ستكون على هيئة طبقة شفافة يتم وضعها على نوافذ المنازل أو السيارات أو حتى على ملابس الأشخاص، لإصدار طاقة حرارية، الأمر الذي قد يقلل من الكهرباء المستخدمة للتدفئة.

وأنفق العلماء نحو 2.5 مليون دولار خلال ما يقرب من عقد لابتكار هذه التقنية والتأكد من فاعليتها.

وقوبل هذا الابتكار بثناء كبير من قبل المجتمع العلمي، وقد أكد العلماء أنهم ينتظرون دعم المستثمرين له حتى يتمكنوا من تسويقه.

اقرأ أيضاً: 9 مشروعات لتخزين الطاقة الشمسية في هاواي الأميركية

وقّعت شركة هولو هو إنرجي الأميركية عقودًا لإنشاء 9 مشروعات لتخزين الطاقة الشمسية، مع المطورين وأصحاب العقارات في ولاية هاواي الأميركية، بقيمة إجمالية تبلغ 49.8 مليون دولار.

وأعلنت شركة “بوركس تكنولوجيز Borqs Technologies” الأميركية، المعنية بالحلول اللاسلكية لشبكات الجيل الخامس، والطاقة النظيفة المبتكرة -وهي الشركة الأم لشركة “هولو هو إنرجي”- أن 8 من 9 مشروعات ستُنفَّذ في جزيرة أواهو وواحدًا في جزيرة هاواي.

وأضافت “بوركس تكنولوجيز” أن تنفيذ مشروعات تخزين الطاقة سيبدأ في وقت مبكر من الربع الثالث من عام 2022 ويكتمل في عام 2023، وفقًا لما أوردته منصة “ياهو فاينانس” (finance.yahoo)، وفق ما اطلعت عليه منصة الطاقة المتخصصة.

تقنية مشاركة الطاقة

يشتري جميع المطورين وأصحاب العقارات في ولاية هاواي الأميركية أنظمة تخزين الطاقة الفريدة من نوعها من شركة “هولو هو إنرجي”، بما في ذلك نظام تخزين الطاقة الشمسية المتفرد بتقنية مشاركة الطاقة “Energy Share” لتطبيقات الوحدات السكنية متعددة المساكن.

وتتيح تقنية مشاركة الطاقة الفريدة لدى شركة “هولو هو إنرجي” توفير كهرباء أكثر بنسبة 25% باستخدام عدد قليل من البطاريات بنسبة 50%، وتفتح بالكامل سوق العقارات للوحدات متعددة المساكن غير المستغلة سابقًا، حسب بيانات اطلعت عليها منصة الطاقة المتخصصة.

وقال الرئيس التنفيذي لشركة “بوركس تكنولوجيز” الأميركية، بات تشان: إنه بفضل هذه النتائج القوية للجهود التسويقية في الربع الثاني تمضي الشركة نحو توقيع عقود بأكثر من 140 مليون دولار هذا العام، متجاوزة توقعاتها السابقة البالغة 128 مليون دولار.

الحوكمة البيئية والاجتماعية

أضاف بات تشان أن هذه النتائج تبيّن أن إستراتيجية الشركة بشأن الحوكمة البيئية والاجتماعية والمؤسسية يمكن أن تحقق مسار نمو قويًا إلى حد ما، معبرًا عن سعادته بأن تميز تقنية الشركة يلقى رواجًا في سوق الطاقة المتجددة.

وأكد أن هذه العقود الموقعة -مؤخرًا- في الربع الثاني تدلّ على وعي العملاء بمزايا شركة “هولو هو إنرجي” وعلى قدرتها على منافسة العديد من العلامات التجارية الأكثر شهرة منها.

وتوقّع أن تلقى القدرات التكنولوجية التنافسية للشركة ترحيبًا في السوق عندما يكلف المزيد من العملاء البارزين شركة هولو هو إنرجي، ومقرها ولاية ديلاوير الأميركية، بتوفير احتياجات تخزين الطاقة لديهم.

كما توقع مشروعات إضافية تأتي من ولاية هاواي في الأرباع المقبلة، وكذلك من ولاية كاليفورنيا.

اقرأ أيضًا: هل تكون آبار النفط والغاز الناضبة حلًا لتخزين الطاقة المتجددة؟

مع تزايد أعداد آبار النفط والغاز الناضبة يومًا بعد يوم، وجد مجموعة من الباحثين تقنية جديدة لاستغلال هذه الآبار لتصبح حلًا محتملًا لتخزين الطاقة.

وتوصّل الباحثون في المختبر الوطني للطاقة المتجددة التابع لوزارة الطاقة الأميركية إلى إمكان استخدام آبار النفط والغاز المستنفدة؛ كونها مكامن لتخزين الغاز الطبيعي المضغوط.

ويمكن إطلاق الغاز عند الحاجة لتشغيل التوربينات وتوليد الكهرباء، وتُعاد تغذية المكامن باستخدام فائض إمدادات الكهرباء من الشبكة، وتتكرر الدورة، وبذلك يتوافر حلّ للطلب المتزايد على تخزين الطاقة.

وسيستفيد مقترح استخدام آبار النفط والغاز الطبيعي الناضبة من تزايد عدد الآبار الأفقية والتكسير الهيدروليكي في تخزين الطاقة المتجددة من خلال الغاز الطبيعي المضغوط، مع إمكان وصول تكلفة التخزين لما بين 70 دولارًا/ميغاواط/ساعة، و270 دولارًا/ميغاواط/ساعة.

اختيار الغاز الطبيعي

في البداية، اعتمد الباحثون على فكرة حقن الهواء المضغوط في آبار النفط والغاز القديمة، لكن بعد إجراء المزيد من البحث، اكتشفوا أن إضافة الهواء إلى بئر للغاز الطبيعي قد يسفر عن حدوث انفجار.

ونتيجة لذلك، اختار الباحثون الغاز الطبيعي بسبب توافقه مع المكامن الحالية، حسبما نشر موقع بي في ماغازين.

وقال الباحث في المختبر الوطني للطاقة المتجددة، ديفيد يونغ، إنهم يودّون بدء البرنامج بالغاز الطبيعي لأنه ميسور، كما سيسهّل مهمتهم في إقناع مالكي الآبار.

وتابع: “بمجرد إثبات الفكرة، يمكن التحول تدريجيًا إلى مصدر مختلف لتشغيل النظام، إّ يمكن تشغيله بثاني أكسيد الكربون أو النيتروجين أو الهيدروجين، وإذا اعتُمِدَ على ثاني أكسيد الكربون، فسيسهم ذلك في احتجاز الكربون”.

وأوضح الباحثون أن استخدام الهواء المضغوط لتخزين الطاقة سيستغرق سنوات، لإتمام عمليات البناء، بتكلفة تصل إلى مئات الملايين من الدولارات.

وفي هذ الصدد، أشار العلماء إلى إمكان الاستفادة من الآبار الموجودة في بناء موقع تجريبي يستخدم الغاز الطبيعي في غضون شهور، ببضعة ملايين من الدولارات.

التكسير الهيدروليكي

أوصت المجموعة الأميركية بمشروعات التكسير الهيدروليكي، وهي عملية لتحفيز استخراج الغاز الطبيعي بوساطة تدفّق سائل بين الطبقات الصخرية، والتي تمثّل قرابة 75% من جميع الآبار المحفورة حديثًا في الولايات المتحدة.

ووفقًا لبيانات المختبر الوطني للطاقة المتجددة، قفزت أعداد الآبار الأفقية النشطة من نحو 9 آلاف بئر في عام 2000 إلى أكثر من ربع مليون بئر في عام 2017.

وبناء على ذلك، اقترح الباحثون استخدام مواقع التكسير، التي لم تعد قيد الاستخدام، مكانًا لتخزين الغاز الطبيعي المضغوط، واستخدامه في تشغيل المولدات عند ارتفاع الطلب على الكهرباء.

ونشرت مجلة “آي ساينس”، مؤخرًا، النتائج التي توصّل إليها الباحثون تحت عنوان “تخزين الطاقة الكهربائية باستخدام الغاز المضغوط في آبار التكسير الهيدروليكي الناضبة”.

وأشاروا إلى التقنية الخاصة بهم بـ”الآبار الهيدروليكية المعاد تخصيصها لتخزين الطاقة” أو (آر إي إف آر إيه إي إس).

وأوضح الباحثون أنه يمكن استخدام الطاقة المتجددة لضغط الغاز الطبيعي وتخزينه في الآبار، كما يمكن تخزين الحرارة الناتجة عن عملية الضغط لاستخدامها -لاحقًا-.

وأكدوا أن القدرة على التنبؤ والتحكم في حقن وإنتاج الغاز الطبيعي من المكامن الصخرية وإليها، من خلال بئر التكسير الهيدروليكي، من أهم الجوانب وأكثرها تحديًا لتقنية (آر إي إف آر إيه إي إس).

التقنية الجديدة

وفقًا لدرجة الحرارة والضغط في البئر، يمكن استخدام الغاز الطبيعي المضغوط لإنتاج الكهرباء في توليد مئات الكيلوواط إلى قرابة الميغاواط، حسب تقديرات الباحثين.

وتعتمد تقنية (آر إي إف آر إيه إي إس) على 4 مراحل، وتتمثل المرحلة الأولى في حقن الغاز، بعد ذلك تأتي مرحلة التخزين، بعدها مرحلة إنتاج الكهرباء، وصولاً إلى آخر مرحلة وهي مدة الاستخراج، التي تُغلَق البئر خلالها.

وتوقّع الباحثون أن التقنية ستعمل على تخزين الطاقة على المدى القصير والطويل.

فعلى المدى القصير، يمكن أن توفر العملية 6 ساعات من الكهرباء، وستستغرق الدورة 24 ساعة حتى تكتمل، أمّا على المدى الطويل، فيعتقد الباحثون أنه يمكن توفير الكهرباء لمدة 90 يومًا، وستستغرق الدورة بأكملها 360 يومًا.

تخزين الطاقة المتجددة

من خلال تحليل الباحثين، وجدوا أن مرافق التخزين قد تحقق كفاءة تخزين خلال الدورة بين 40% إلى 70% اعتمادًا على درجة حرارة المكمن.

ويرون أن تخزين الطاقة المتجددة في الآبار قد تحقق تكلفة تخزين متساوية (إل سي أوه إس)، فتكلفة التخزين باستخدام الغاز الطبيعي تتراوح بين 70 دولارًا و270 دولارًا/ميغاواط/الساعة، بينما تبلغ 225 دولارًا أميركيًا للتخزين عن طريق الضخ بالماء، وترجع تكلفة التخزين المتساوية المنخفضة إلى إعادة استخدام البنية التحتية الحالية.

كما قدّر الباحثون تكلفة هذه المرافق، ووجدوا أنها تتراوح بين 1000 دولار و3 آلاف و500 دولار/الكيلوواط المركب.

وعمومًا، تُظهر تقنية (آر إي إف آر إيه إي إس) بأنها مجدية لتخزين الطاقة، وقادرة على توسيع نطاقها لتلبية احتياجات التخزين على نطاق الشبكة.

المصدر: مواقع إلكترونية