نجاح التخزين: كيف تعمل البطاريات على إحداث ثورة في سوق الطاقة العالمي

مع التقدم المتزايد في أنظمة بطاريات التخزين، ومواصلة البحث والتطوير في جميع أنحاء العالم بمعدل غير مسبوق، ما هي النظرة الحالية لهذه التكنولوجيا المثيرة – وكيف يمكن أن تؤثر على تخطيط الطاقة في المستقبل؟

مع مواصلة الزيادة المتسارعة التي تشهدها الطاقة المتجددة، يجب التغلب على كم من العقبات. ويتمثل أكبر تحدٍ في كيفية موازنة الشبكة أثناء تذبذب العرض والطلب. بمعنى آخر، ما الذي سيحدث لتوليد الطاقة القائمة على الطاقة المتجددة إذا لم تشرق الشمس أو لم تهب الرياح؟

يكمن أحد الحلول في التحول الفعلي إلى مشاريع توليد الطاقة في جميع أنحاء العالم: بطاريات التخزين.

ووفقًا لـ KPMG، فإن التنفيذ الواسع والسريع لمصادر الطاقة المتجددة المتقطعة، أي الطاقة الشمسية الكهروضوئية (PV) والرياح، “يحفز الجهود الرامية إلى تحديث أنظمة الكهرباء حول العالم[1]“. ويمثل تطوير أنظمة بطاريات التخزين واستخدامها وتنميتها جزءًا أساسيًا من برنامج التحديث.

صرح سيب هينبست، رئيس أوروبا والشرق الأوسط وأفريقيا في بلومبرغ نيو إنرجي فاينانس قائلاً: 

“الوصول إلى بطاريات تخزين رخيصة السعر سيعني أنه أصبح من الممكن بشكل أكبر تحسين توصيل الكهرباء من الرياح والطاقة الشمسية، حيث يمكن أن تساعد هذه التقنيات في تلبية الطلب حتى عندما لا تهب الرياح أو لا تشرق الشمس. وستكون النتيجة استيلاء مصادر الطاقة المتجددة على المزيد والمزيد من السوق الحالية للفحم والغاز والطاقة النووية[3].”تنخفض تكلفة بطاريات التخزين بشكلٍ كبير، مدفوعةً بزيادة الطلب على السيارات الكهربائية[2]، فضلاً عن التطورات التكنولوجية التي تشهد اتساع نطاق معدات تخزين الطاقة المتجددة وتوفير خيارات احتياطية لتزويد الطاقة التقليدية. وفي الوقت نفسه، تتزايد قدرة وأداء أنظمة بطاريات التخزين بشكلٍ كبير.

إن التطور الرائد في تشيلي يحول بالفعل هذه التوقعات إلى حقيقة. فوتواتيو رينيوابل فينتشرز (FRV)، وهي جزء من عبد اللطيف جميل للطاقة، تطور مشروعًا غير مسبوق للطاقة الهجينة الطاقة الشمسية وطاقة الرياح بطاقة 540 جيجا واط/ساعة مع إمكانات متكاملة لبطاريات التخزين.

ويعد هذا المشروع، وهو الثالث لفوتواتيو رينيوابل فينتشرز في أمريكا اللاتينية، أول مشروع هجين للطاقة الشمسية وطاقة الرياح للشركة والأول الذي يستخدم بطاريات التخزين، مما مكنها من توفير الطاقة المتجددة على مدار الساعة طوال أيام الأسبوع.

صرح دانيال ساجي فيلا، الرئيس التنفيذي بشركة فوتواتيو رينيوابل فنتشرز (FRV) قائلاً “عندما تكون الظروف غير ملائمة للطاقة الشمسية أو طاقة الرياح، ستعمل البطاريات تلقائيًا على إطلاق مخزونها من الطاقة المتجددة لتحافظ على استقرار معدل إمداد الشبكة بالطاقة المتجددة طوال الوقت.”

توجد ابتكارات مماثلة تعمل على التحول إلى مشروعات استدامة الطاقة المتجددة في جميع أنحاء العالم، بما في ذلك في اليابان، حيث تقوم شركات Tokyu Land Corp وMitsubishi UFJ Lease and Finance وGreen Power Development Corporation ببناء محطة للطاقة الشمسية بقدرة 92 ميجا واط مزودة ببطارية ليثيوم أيون بقدرة 25 ميجا واط/ساعة في كوشيرو-تشو بهوكايدو[4].

الوضع الحالي لبطاريات التخزين

يتوفر لدى خبراء شركة McKinsey & Co. اعتقاد راسخ بأن “عصر التخزين قادم بلا شك[5].”

تتوقع بلومبرغ نيو إنرجي فاينانس أن يتم استثمار 548 مليار دولار أمريكي في تكنولوجيا طاقة متقدمة للبطاريات بحلول عام 2050، مع توجيه %41 منها إلى منطقة آسيا والمحيط الهادي و168 مليار دولار أمريكي تتدفق إلى أوروبا[6].

ومن القدرة الجديدة التي تتوقعها والتي تبلغ 1,291 جيجا واط، سيكون ثلثيها، على حد قولها، على مستوى الشبكة، بينما تأتي نسبة %33 الأخرى من التركيبات الخاصة في المنازل والشركات[7].

تحتوي البطارية التي تخزن الطاقة الزائدة من توربينات الرياح في مزرعة هورنسديل للرياح[8]، على ما يكفي من الطاقة لثمانية آلاف منزل لمدة 24 ساعة، أو أكثر من 30 ألف منزل لمدة ساعة أثناء انقطاع التيار الكهربائي[9]. وقد أظهرت قيمتها في مناسبتين منفصلتين خلال الشهر الأول من تشغيلها. فقد استجابت خلال 140 جزء من الثانية فقط عندما انقطع التيار الكهربائي في محطة لوي يانج التي تعمل بالفحم في فيكتوريا، في كانون الأول/ديسمبر من عام 2017[10]. وقد أبدى توم كوثانتونيس، وزير الطاقة الأسترالي، انتقادًا صارخًا لمحطة الطاقة البديلة، محطة جزيرة تورينس، والتي “قد تستغرق من نصف ساعة إلى ساعة لتنشط وتتوائم مع السوق[11]“.على هذه الخلفية، يمكن فهم قدرة تكنولوجيا بطاريات التخزين على احتلال العناوين الرئيسية حول العالم. يرجع ذلك جزئيًا إلى الشهرة الإعلامية التي حازها إيلون موسك وشركته تيسلا، عندما قام في عام 2017 بتسليم أكبر بطارية ليثيوم أيون في العالم في ذلك الوقت إلى محطة Hornsdale Power Reserve للطاقة في جنوب أستراليا. وكان السيد موسك قد شارك في رهان رفيع المستوى بأنه يستطيع تسليم البطارية خلال 100 يوم فقط – أو يتنازل عن أي مدفوعات للمشروع.

إنه قانون أساسي في توفير الطاقة، أنه إذا تجاوز الطلب على الطاقة مقدار الطاقة المتولدة، فيجب أن يتوفر مصدر بديل لتحقيق التوازن. ولكن حتى محطات توليد الكهرباء التقليدية التي تحتوي على توربينات بخارية يمكن أن تستغرق 30 ثانية حتى تبدأ العمل[12]. لذا، وبينما استجابت بطارية تيسلا بشكلٍ أسرع بكثير من جزيرة تورينس، إلا أنها تفوقت بشكل كبير عن طريق حل بطارية التخزين المستخدم في شبكة ألمانيا والذي يمكن أن يزيد إنتاجها من الطاقة من 0 إلى 100% في 40 جزء من الثانية[13]. ويخطط سانجيف جوبتا، الملياردير البريطاني، بالفعل لتركيب بطارية أكبر من بطارية تيسلا كجزء من خطة الطاقة المتجددة التي تبلغ قيمتها مليار دولار أمريكي في جنوب أستراليا[14].

في هذه الأثناء، في المكسيك، تم تركيب أول بطارية على نطاق الشبكة في البلاد على سبيل الدعم لشبكة متناهية الصغر بقدرة 130 ميجا واط تخدم مصنع سيارات في مونتيري. وصرح مات جينتزبرج، المدير في شركة أرويو للطاقة، المطور للبطارية قائلاً “لقد كنا بحاجة إلى شيء يستطيع الاستجابة بسرعة كبيرة.”[15]

اقتصاديات النجاح

على الرغم من أهمية سرعة أداء توليد الطاقة المعتمدة على البطارية، إلا أن القضايا الاقتصادية لا تقل أهمية.

ليتمكن أي تطوير جديد في قطاع الطاقة من الوصول إلى الانتشار واسع النطاق، يجب أن يتضمن منظورًا اقتصاديًا ملائمًا. ومع تقدم التكنولوجيا، أصبح من المستحيل تجاهل اقتصاديات بطاريات التخزين. “تحتاج بطاريات نطاق الشبكة إلى توفير ما يقرب من 200 دولار أمريكي لكل ميجا واط/ساعة لكل دورة شحن-تفريغ للوصول إلى نقطة التعادل. إلا أن ذلك قد ينخفض إلى أقل من 100 دولار أمريكي بحلول عام 2020[16]،” وفقًا لتقرير بلومبرغ نيو إنرجي فاينانس الصادر في تموز/يوليو 2018.

وفقًا لدراسة اقتصاديات بطاريات تخزين الطاقة التي أعدها معهد روكي ماونتن (RMI) في عام 2015، يكون تخزين الطاقة منطقيًا عندما يمكن يحقق التركيب وظائف متعددة. ومن ثم يمكن ترجمة ذلك إلى مصادر متعددة للإيرادات أو تجنب للقروض الائتمانية (كما هو موضح أدناه).

يؤدي تركيب أنظمة بطاريات التخزين أيضًا إلى توفير كبير من حيث عدم الحاجة إلى بناء محطات “أوقات الطلب المرتفع” التي تعمل لساعات قليلة في اليوم[17]. ويُقال إن إجمالي المبالغ تجعل التكلفة الأولية للمنشأة المعتمدة على البطارية أكثر ربحية[18].

هذا المزيج المربح لكل الأطراف هو الذي دفع المسؤولين في ولاية نيويورك إلى وضع هدف لنشر 1500 ميجا واط من الطاقة المخزنة بحلول عام 2025[19]. ويعادل ذلك 20% من الطلب على الكهرباء في جميع منازل ولاية نيويورك. ومن المقرر أن تقدم الخطط التي تضع “تخزين الطاقة في طليعة التغييرات الديناميكية التي تحدث في قطاع الطاقة في نيويورك“، باقة من المزايا[20]، تتضمن ما يلي:

• خفض انبعاثات ثاني أكسيد الكربون بمقدار مليون طن على مدار 10 سنوات
• خلق 30 ألف فرصة عمل في قطاع التخزين بحلول عام 2030
• تحقيق القدرة على تلبية ذروة الطلب حيث تأخذ الطاقة المتجددة نسبة أكبر من مزيج الطاقة في الولاية

مستقبل أكثر مراعاة للبيئة لمحطات تحلية المياه

يمتلك مزيج حلول الطاقة المتجددة وبطاريات التخزين أيضًا القدرة على تعزيز أجندة الاستدامة في الصناعات الأخرى الحيوية “للبنية الأساسية للحياة”، مثل توفير المياه.

تمثل الطاقة أحد أكبر التحديات التي تواجه تحسين الاستدامة والجدوى التجارية لمحطات تحلية المياه. وتستهلك محطات تحلية المياه الحرارية التقليدية الكثير من الطاقة، مما يؤدي إلى ارتفاع انبعاثات الكربون. وحتى في حالة استخدام حلول الطاقة المتجددة، كالطاقة الشمسية أو طاقة الرياح، فإن موارد الطاقة تلك لا تعمل طوال الوقت من دون انقطاع، لذا يلزم استخدام مولدات تعمل بالغاز الطبيعي أو البترول، وتنتج انبعاثات كربونية.

كفاءة الطاقة بالجيل الجديد من محطات تحلية المياه التي تعتمد تقنية التناضح العكسي أكبر من نظيرتها في المحطات التي تستخدم الطاقة الحرارية، حيث تقدر الزيادة في مقدار الكفاءة بحوالي عشرة أضعاف، لكن توجد مشكلة عدم وجود مصدر دائم للطاقة المتجددة، يعمل على مدار الساعة.

يمكننا تشغيل محطات تحلية المياه بواسطة طاقة متجددة غير متقطعة على مدار الساعة باستخدام مزيج الطاقة المتجددة وبطاريات تخزين الطاقة، وهي نفس التقنيات المستخدمة في المشروع الرائد الذي ستقيمه فوتواتيو رينيوابل فينتشرز (FRV) في تشيلي.

وهناك فائدة أخرى لتلك المحطات، بجانب تحويل عملية تحلية المياه إلى عملية محايدة للكربون، ألا وهي توفير كميات هائلة من البترول للتصدير، بدلاً من استخدامه لتشغيل محطات تحلية المياه، وخاصةً المحطات الحرارية التي تستهلك الطاقة بكميات هائلة.

“ستوفر حلول الطاقة المتجددة أيضًا درجة أكبر من المرونة فيما يتعلق بموقع محطات تحلية المياه،” على حد قول كارلوس كوزين، الرئيس التنفيذي لشركة ألمار لحلول المياه، وهي جزء من عبد اللطيف جميل للطاقة. “لن تحتاج إلى وضع محطة تحلية المياه بالقرب من محطة الطاقة التقليدية بعد الآن. ويمكن إنشاؤها بالقرب من البلدات والمدن حيث تكون هناك حاجة بالفعل إلى المياه.”

تعزيز ثورة الطاقة خاصة

في حين أنه من الواضح أن التقدم في بطاريات التخزين من المرجح أن يعيد تعريف قطاعات الطاقة وتحلية المياه، فإن المنفعة لن تقتصر فقط على تطوير البنية التحتية والنظم العامة واسعة النطاق.

فهناك إثارة متنامية من الأرقام الرائدة التي تقرها الصناعة حول إمكانات بطاريات التخزين في تحويل استخدام الطاقة على مستوى السكن أيضًا، من خلال قيام الأفراد بتزويد منازلهم بالطاقة على مدار الساعة من الألواح الشمسية ومرافق بطاريات التخزين المنزلية.

تعد McKinsey & Co. من بين أولئك الذين يقودون التقييمات الإيجابية لبطاريات التخزين المنزلية. “في نهاية المطاف، فإن المزج بين الطاقة الشمسية والتخزين ومولّد كهربائي صغير (يُعرف باسم الانشقاق الكامل للشبكة) سيكون منطقيًا اقتصاديًا – في غضون سنوات، وليس عقود، بالنسبة لبعض العملاء في الأسواق عالية التكلفة[21].”

بدأت العلامات الأولية لهذا الوعد تصبح حقيقة واقعة في جنوب أستراليا، حيث يتم تركيب الألواح الشمسية والبطاريات في 50 ألف منزل[22]. في أقصى الشرق، تخطط Tokyo Electric Power Holdings (TEPCO)، واحدة من المرافق الوطنية وشركات تشغيل الشبكات اليابانية، لتزويد عملائها بالطاقة الشمسية الكهروضوئية بالإضافة إلى بطاريات تخزين الطاقة لمنازلهم، وذلك كجزء من تحرك البلاد نحو معايير المساكن ذات المستوى صفر في تبديد الطاقة[23].

صرح دانيال ساجي-فيلا، الرئيس التنفيذي بشركة فوتواتيو رينيوابل فنتشرز (FRV) قائلاً “توجد تقنيات مختلفة والكثير من الأبحاث والتطويرات التي تدور حول البطاريات[24].” “من خلال بطاريات التخزين البطارية، يمكنك تشغيل كل شيء في المنزل – بما في ذلك تكييف الهواء – من الألواح التي تضعها على سطح منزلك. ستقوم بشحن البطاريات تلقائيًا في أوقات معينة من اليوم عندما لا تستخدم الأدوات أو المعدات الأخرى.”

في أيار/مايو 2018، شكلت البطاريات جزءًا رئيسيًا من التفكير الذي ساعد في دفع ولاية كاليفورنيا لتصبح أول ولاية أمريكية تجعل وضع الألواح الشمسية في المنازل الجديدة والمباني السكنية منخفضة الارتفاع إجباريًا اعتبارًا من عام 2020[25]. في الوقت نفسه في نوفا سكوتيا بكندا، تخطط شركة Nova Scotia Power للاستفادة من طاقة البطارية لمساعدتها في تحقيق هدف 40% من الطاقة المتجددة بحلول عام 2020.

وكجزء من التجربة الرائدة، تم تركيب بطاريات عالية السعة في 10 منازل للعملاء. وتتصل البطاريات بخط كهربائي مدعوم جزئيًا من توربينات الرياح. وقد وصفت جيل سيرل، كبيرة مديري البرنامج في شركة Nova Scotia Power هذه الخطوة بأنها “تغيير لقواعد اللعبة”. وعبرت عن سعادتها قائلة: “تكنولوجيا بطاريات التخزين هي الشيء الكبير التالي فيما يتعلق بكيف ستتمكن Nova Scotia Power من توفير هذه الخدمة الموثوقة” دائمًا “لعملائنا[26].”

في نهج مشابه، يمكن للأسر في ألمانيا شراء حزمة الطاقة القائمة على بطاريات التخزين، بما في ذلك نظام للطاقة الكهروضوئية وجهاز تخزين 4.4 كيلو واط/ساعة والتي يمكنها تلبية احتياجات الكهرباء لعائلة صغيرة أثناء المساء وساعات الليل[27].

في قلب مستقبل جديد للمملكة العربية السعودية

لقد أصبح من المقبول الآن على نطاقٍ واسع أن إدخال مرافق بطاريات التخزين سيغير قواعد اللعبة في الصناعات الحيوية للغاية بالنسبة “للبنية الأساسية للحياة” – الطاقة والمياه.

يقود عمر بن حمد الماضي، الرئيس التنفيذي لشركة عبد اللطيف جميل للطاقة بالمملكة العربية السعودية والمدير العام التنفيذي وعضو مجلس الإدارة في شركة عبد اللطيف جميل للاستثمارات، جهود منظمته في البلاد لتكون في طليعة هذه المرحلة المثيرة، لتجمع بين المعرفة العالمية والفريق قيادة ذو الخبرة العالية في شركة عبد اللطيف جميل للطاقة وفوتواتيو رينيوابل فينتشرز (FRV)، في محاولة حثيثة لتقديم مستقبل أكثر نظافة وصحة للمملكة العربية السعودية ومنطقة الشرق الأوسط وشمال أفريقيا وتركيا.

“من خلال الجمع بين بطاريات التخزين وتوفير أفضل نماذج الطاقة المتجددة لشركة عبد اللطيف للطاقة عبر الطاقة الشمسية الكهروضوئية وحلول الرياح والمياه، تستطيع المملكة العربية السعودية تحقيق تغيير تحويلي وأن تصبح عملاقًا استراتيجيًا في السوق العالمي للطاقة المتجددة للقرن الحادي والعشرين وما يليه.”

تتوافق طموحات السيد الماضي مع الأهداف المعلنة لخطة المملكة العربية السعودية لرؤية 2030، والتي تسلط الضوء على أنه “من خلال الحفاظ على بيئتنا ومواردنا الطبيعية، نفي بواجباتنا الإسلامية والبشرية والأخلاقية[28]“. وفي مؤشر آخر على استعداد البلد لدعم التطورات التكنولوجية الجديدة مثل حلول بطاريات التخزين، تضيف:

“كما أن المحافظة من ضمن مسؤولياتنا تجاه الأجيال القادمة وهي ضرورية لجودة حياتنا اليومية. وسنسعى إلى حماية بيئتنا من خلال … الحد من جميع أنواع التلوث.”

في الواقع، بينما نستعد للدخول في العقد الثالث من القرن الحادي والعشرين، يبدو أن بطاريات التخزين تلعب دورًا أساسيًا متزايدًا في مزيج الطاقة العالمي. لأسباب تتعلق بالبيئة والفعالية والاقتصاد، ظهرت الآن التكنولوجيا التي تم تجاهلها على نطاقٍ واسع كآلية دعم رئيسية لكل من طاقة نطاق الشبكة والمساكن الخاصة – فضلاً عن تقديم إمكانيات جديدة ومثيرة في قطاع السيارات. تستمتع شركة عبد اللطيف جميل بالفرصة التي أُتيحت لها لتكون في مركز أحدث ثورة للطاقة بينما نواصل سعينا لتحقيق مستقبل أفضل للجميع.

[1] Electricity Storage Insight, KPMG, 2016

[2] New Energy Outlook 2018, Bloomberg NEF, 2018

[3] New Energy Outlook 2018, Bloomberg NEF, 2018

[4] Japan’s Largest-scale Battery-equipped Solar Plant to Be Built in Hokkaido, Solar Power Plant Business, 6 September 2017

[5] Battery storage: The next disruptive technology in the power sector, McKinsey & Company, June 2017

[6] New Energy Outlook 2018, Bloomberg NEF, 2018

[7] New Energy Outlook 2018, Bloomberg NEF, 2018

[8] Tesla’s enormous battery in Australia, just weeks old, is already responding to outages in ‘record’ time, The Washington Post, 26 December 2017

[9] Elon Musk just met his 100-day deadline on a $50 million bet and Tesla’s giant battery is ready to roll, Business Insider Australia, 23 November 2017

[10] Elon Musk’s massive backup battery took just 140 milliseconds to respond to crisis at power plant, International Business Times, 25 December 2017

[11] Elon Musk’s massive backup battery took just 140 milliseconds to respond to crisis at power plant, International Business Times, 25 December 2017

[12] Distributed Energy: Innovation in solar, PwC, 15 August 2016

[13] Distributed Energy: Innovation in solar, PwC, 15 August 2016

[14] Sanjeev Gupta: $1bn South Australia renewable energy plan will mean cheaper power, The Guardian, 15 August 2018

[15] Mexico Gets Its First Grid-Scale Battery – at a Car Factory, Green Tech Media, 17 December 2018

[16] There’s a Hidden Battery Play in the ‘Extremes’ of Power Prices, Renewable Energy World, 31 July 2018

[17] Hyundai building 150 MW energy storage battery in South Korea, Digital Journal, 7 December 2017

[18] Hyundai building 150 MW energy storage battery in South Korea, Digital Journal, 7 December 2017

[19] New York unveils roadmap to 1.5 GW storage by 2025, Utility Dive, 21 June 2018

[20] New York State Energy Storage Roadmap and Department of Public Service / New York State Energy Research and Development Authority Staff Recommendations, 21 June 2018

[21] Battery storage: The next disruptive technology in the power sector, McKinsey & Company, June 2017

[22] Tesla Tapped by Australia for Solar-plus-Storage Virtual Power Plant Plan, Renewable Energy World, 5 February 2018

[23] Renewable retail plans from Japanese utility TEPCO include home battery rollout, Energy Storage News, 5 April 2018

[24] The Business Breakfast, DubaiEye 103.8, 17 January 2018

[25] California poised to be first state to require solar panels on new homes, The Guardian, 9 May 2018

[26] Nova Scotia Power Engages Eager Elmsdale Residents to Test Intelligent Feeder Pilot Project, Nova Scotia Power, 8 February 2018

[27] Electricity Storage Insight, KPMG, 2016

[28] رؤية 2030، المملكة العربية السعودية