انخفاض مخاطر الاستثمار في الطاقات المتجددة

 انخفاض مخاطر الاستثمار في الطاقات المتجددة

 المهندس حيدر حرز يوسف
عضو مجلس ادارة المجلس العربي للطاقة المستدامة  ARABCSE

#حيدر_حرز_يوسف

بالرغم من مرورنا الان في ازمة واضحة تتخبط فيها اسعار السلع عالميا واضطراب سلاسل التوريد العالمية  مما يؤثر بالأداء السلبي للأسواق عموما واسواق الطاقة خصوصا الا ان الباحث بدقة في شؤون الطاقة المتجددة يلاحظ ان هنالك مسار في انخفاض الكلفة يتناسب طرديا مع نموها المستمر وكما يوضح الجدول ادناه والذي تم استلاله من تقارير الوكالة الدولية للطاقة المتجددة IRENA والذي اخذ مستويات المقارنة لعشر سنوات بين عامي 2010 - 2020.

حيث انخفض المتوسط العالمي المرجح للتكلفة المستوية للكهرباء LCOE  (Livelized cost of electricity للعام 2020 من الإضافات الجديدة لطاقة الرياح البرية بنسبة %13 مقارنة بعام 2019 .وخلال نفس الفترة، انخفضت التكلفة المستوية للكهرباء التي يتم توليدها من الطاقة الشمسية المركزة بنسبة %16 ،ومن الرياح البحرية بنسبة %9 ،ومن الطاقة الشمسية الكهروضوئية بنسبة %7.

القدرة التراكمية العالمية للطاقة الشمسية الكهروضوئية المركبة حسب المنطقة ، 2010-2030 (المصدر: GlobalData Power Intelligence Center)

Historical and projected LCOE for the various technologies considered (2010 -   2030)

وونلاحظ ان تكاليف توليد الكهرباء من الطاقة المتجددة شهدت انخفاضا ً كبيرا على مدار العقد الماضي؛ وذلك نتيجة لتطور التقنيات، و وفورات الحجم، وزيادة تنافسية سلاسل التوريد، وتنامي خبرة المطورين. وانخفضت تكاليف توليد الكهرباء من مشاريع الطاقة الشمسية الكهروضوئية على مستوى المرافق بنسبة %85 بين عامي 2010 و2020.

 وفي عام 2021 حطمت إضافات طاقة الكهرباء المتجددة رقماً قياسياً آخر  ، وكاد الطلب على الوقود الحيوي ينتعش إلى مستويات ما قبل كوفيد ، على الرغم من استمرار التحديات اللوجستية وزيادة الأسعار. ومع ذلك ، فإن الحرب  في أوكرانيا ارسلت موجات صادمة من خلال أسواق الطاقة والغذاء ، مما أدى إلى أزمة طاقة عالمية غير مسبوقة في العديد من البلدان  حيث تحاول الحكومات حماية المستهلكين من ارتفاع أسعار الطاقة ، وتقليل الاعتماد على الإمدادات المتأثرة بالحرب وتقترح سياسات لتسريع الانتقال إلى تقنيات الطاقة النظيفة.

تتمتع الطاقة المتجددة بإمكانيات كبيرة لخفض الأسعار والاعتماد على الوقود الأحفوري على المدى القصير والطويل. على الرغم من زيادة تكاليف منشآت الطاقة الشمسية الكهروضوئية وطاقة الرياح الجديدة ، مما أدى إلى عكس اتجاه خفض التكلفة الذي دام عقدًا من الزمان كما اسلفنا مسبقا، فقد ارتفعت أسعار الغاز الطبيعي والنفط والفحم بشكل أسرع ، مما أدى في الواقع إلى زيادة تحسين القدرة التنافسية لمصادر الطاقة المتجددة. ومع ذلك ، فإن مدى السرعة التي يمكن أن تحل بها مصادر الطاقة المتجددة بالوقود الأحفوري يتوقف على العديد من العوامل.

ومن الاسئلة المنطقية ربما تتردد في اذهاننا (هل ستتحدى مصادر الكهرباء المتجددة أزمة الطاقة العالمية هذه وتستمر في التوسع بسرعة على الرغم من التحديات السياسية والاقتصادية الكلية الناشئة؟) و في الوقت نفسه ، يواجه النمو في الطلب على الوقود الحيوي رياحًا معاكسة كبيرة من انخفاض نمو الطلب على النقل وارتفاع أسعار الوقود الحيوي. هل سيستأنف الطلب والنمو بالمعدلات التاريخية؟ 

عند دراسة أحدث التطورات في السوق والسياسة اعتبارًا من أبريل 2022 ، يتوقع ان تحدث في سوق الطاقة المتجددة إضافات طاقة متجددة عالمية جديدة والطلب على الوقود الحيوي لعامي 2022 و 2023. ويناقش أيضًا أوجه عدم اليقين الرئيسية والآثار المتعلقة بالسياسات التي قد تؤثر على التوقعات لعام 2023 وما بعدها.

الطاقة المتجددة وازمة الطاقة الحالية

أضافت أزمة الطاقة العالمية الحالية إلحاحًا جديدًا لتسريع التحول الى الطاقة النظيفة ، ومرة ​​أخرى ، سلطت الضوء على الدور الرئيسي للطاقة المتجددة.

 بالنسبة للكهرباء المتجددة ،ادت سياسات ما قبل الأزمة إلى نمو أسرع، والجدير بالذكر أن طاقة الرياح والطاقة الشمسية الكهروضوئية لديها القدرة على تقليل اعتماد قطاع الطاقة على الوقود الاحفوري عموما.

حطمت الإضافات السنوية للقدرة المتجددة رقمًا قياسيًا جديدًا في عام 2021 ، حيث زادت بنسبة 6٪ لتصل إلى ما يقرب من 295 جيجاوات ، على الرغم من استمرار تحديات سلسلة التوريد التي يقودها الوباء ، وتأخيرات البناء ، وأسعار السلع الأساسية القياسية للمواد الخام.

من المتوقع أن تظل تكاليف الطاقة الشمسية الكهروضوئية وطاقة الرياح أعلى في عامي 2022 و 2023 من مستويات ما قبل الجائحة بسبب ارتفاع أسعار السلع والشحن. ومع ذلك ، فإن قدرتها التنافسية تتحسن بالفعل بسبب الزيادات الأكثر حدة في أسعار الغاز الطبيعي والفحم.

من المتوقع أن تزداد الطاقة المتجددة أكثر من 8٪ في عام 2022 لتصل إلى ما يقرب من 320 جيجاوات. ومع ذلك ، ما لم يتم تنفيذ سياسات جديدة بسرعة ، يظل النمو مستقرًا في عام 2023 لأن التوسع في الطاقة الشمسية الكهروضوئية لا يمكن أن يعوض بشكل كامل عن انخفاض الطاقة الكهرومائية وإضافات الرياح الثابتة على أساس سنوي.

على الصعيد العالمي ، تمت مراجعة الإضافات المتوقعة لعامي 2022 و 2023 صعودًا بنسبة 8٪ مقارنة بشهر ديسمبر من العام الماضي ، وذلك بفضل دعم السياسات القوي في الصين  والاتحاد الأوروبي وأمريكا اللاتينية .

تعافى الطلب على الوقود الحيوي في عام 2021 من أدنى مستوياته في Covid-19 ، إلى ما يقرب من مستويات 2019 ، ونتوقع أن يتوسع النمو على أساس سنوي بنسبة 5٪ في عام 2022 وبنسبة 3٪ في عام 2023. من ناحية أخرى ، زيادة أسعار المواد الأولية ورد فعل السياسات من بلدان متعددة يؤدي إلى إبطاء النمو على المدى القصير ، مما يؤدي إلى مراجعة هبوطيه بنسبة 20٪ للتوقعات السابقة لنمو الطلب على الوقود الحيوي وكذلك الحرب في أوكرانيا أيضًا تؤدي إلى زيادة الضغط على بيئة مرتفعة السعر بالفعل لمواد أولية للوقود الحيوي ، ولا سيما الزيوت النباتية.

تحديات امن الطاقة

في حين أن حالة عدم اليقين التي تلوح في الأفق تزيد من التحديات ، فإن التركيز الجديد على أمن الطاقة - لا سيما في الاتحاد الأوروبي - يؤدي أيضًا إلى إطلاق زخم سياسي غير مسبوق نحو تسريع كفاءة الطاقة ومصادر الطاقة المتجددة و في النهاية ، ستعتمد توقعات أسواق الطاقة المتجددة لعام 2023 وما بعده على ما إذا كان سيتم تقديم سياسات جديدة وأكثر قوة وتنفيذها في الأشهر الستة المقبلة أي النصف الثاني من هذا العام.

زيادة الخبرة تقلل المخاطر

 ما وجده الباحثون هو أن الأشخاص الذين يقومون بتشغيل مصادر الطاقة المتجددة مثل منظومات ومحطات الطاقة الشمسية وطاقة الرياح بمرور الزمن صاروا يعملون بشكل أكثر كفاءة ، مما يخفض التكلفة الموحدة وأن الأمر نفسه ينطبق على تمويل مرافق الطاقة المتجددة هذ حيث انفتح وصار اكثر احترافية.

عندما تكون الصناعة حديثة السن ، فإنها تعتبر محفوفة بالمخاطر ، وبالتالي فإن تكلفة التمويل مرتفعة. ولكن مع نمو الخبرة ، أصبح المقرضون والمستثمرون أكثر راحة مع الأصول ومستعدون لتقديم أسعار أكثر تنافسية ، مما يؤدي أيضًا إلى انخفاض التكاليف. "ليست التكاليف الرأسمالية الأولية فقط هي التي يمكن أن تستفيد من التعلم ، بل يمكن أن تستفيد جميع مدخلات LCOE من التعلم من خلال العمل بمرور الوقت. كل منهم يمكن أن يساهم في خفض التكاليف ".

إن LCOE يتكون من عدة مكونات، الأهم هو تكلفة التركيب المسبق للمصنع. ويتبع ذلك عامل السعة ، وهو قياس كمية الطاقة التي يمكن أن ينتجها المصنع كل عام. عوامل LCOE أيضًا في تكاليف التشغيل ، ومعدلات الضرائب الحكومية ، وتكاليف التمويل ، والعمر المتوقع للمحطات ، ان  LCOE يوزع التكاليف بشكل أساسي عبر العمر الكامل لتلك المحطات.

قرر الباحثون أن معدلات الخبرة المتراكمة والتعلم القائم على دعم مدخلات  LCOE كانت 15٪ للرياح و 24٪ للطاقة الشمسية ، بمجرد حساب معدلات تراكم الخبرة والتعلم  التاريخية هذه ، يمكنك عندئذٍ تطبيقها ، وعلى سبيل المثال ، إذا تضاعف الانتشار التراكمي للرياح مرتين بحلول عام 2030 ، فهذا يعني انخفاضًا بنسبة 30 ٪ في  LCOE كل ما يتعلق بمنحنيات التعلم هو أنك تنظر إلى العلاقات بمرور الزمن (Historical) ، ثم تقوم باستقرائها.

في السابق ، كان هذا النوع من البحث يعتمد إلى حد كبير على تكاليف رأس المال ، والتي ركزت فقط على تكلفة الأقساط المقدمة ، ربما لأنه من الأسهل العثور على بيانات تجريبية حول التكاليف  ولكن من الصعب جمع بيانات إضافية حول التكاليف الأخرى التي ينطوي عليها . LCOE 

تتصاعد كثافة بياناتك قليلاً إذا كنت تأمل في القيام بذلك بناءً على LCOE. ولكن إذا فكرت في الأمر ، فإن LCOE هو حقًا المقياس الصحيح الذي تريد استخدامه هنا لأن تكلفة رأس المال هي مجرد واحد من خمسة أو ستة مدخلات في معادلة LCOE. وبمرور الوقت ، ركزت الصناعة تاريخيًا على تحسين أو تقليل LCOE بدلاً من التركيز الضيق على تكاليف رأس المال ".

الانخفاض التاريخي في تكلفة مصادر الطاقة المتجددة

في ملخصهم ، يركز الباحثون على الانخفاضات التاريخية في تكلفة مصادر الطاقة المتجددة. من متوسط ​​قدره 440 دولارًا لكل ميجاوات في الساعة خلال السنوات القليلة الأولى من السوق (1982-1984) ، انخفض LCOE لطاقة الرياح بنسبة 93٪ حتى عام 2020 ، إلى متوسط ​​32 دولارًا لكل ميجاوات في الساعة في عام 2020 بالدولار. 85٪ خلال فترة أقصر بكثير من أكثر من 230 دولارًا لكل ميجاوات ساعة خلال السنوات القليلة الأولى من السوق (2007-2010) إلى 34 دولارًا لكل ميجاوات ساعة في عام 2020.

"على الرغم من أننا نصور تخفيضات LCOE بمرور الوقت ، إلا أنه من الجدير توضيح أنه في إطار منحنى التعلم ، فإن النشر التراكمي ، وليس الوقت نفسه ، هو الذي يدفع خفض التكلفة. وبعبارة أخرى ، فإن الانخفاض في LCOE بمرور الوقت هو مظهر من مظاهر التعلم ، ولكن ليس قياسًا مباشرًا ، "حسبما أفاد الباحثون.

ما وددت ايضاحه هو ( ان توفير بعض القدرة على التنبؤ المحسوبة بعناية للتطوير المستقبلي لمصادر الطاقة المتجددة. كلما شعر المقرضون براحة أكبر بشأن سلامة استثماراتهم ، كلما توفرت أموال أكثر لجعلها حقيقة واقعة).

القدرة على التنبؤ هي أعظم فائدة للجنوح نحو التطوير.

 

 

التحديات القائمة في انشاء المدن المستدامة

 

تكافح مدننا للحد من جميع أنواع التلوث  ، لتصبح أكثر خضرة وصحة ، و جودة حياة أفضل.ان التلوث البيئي من اكبرمصادر القلق المجتمعي و بقدر ما تحاول بعض الأصوات   لتحويل الانتباه أو تهميش تأثير المشكلة ، فإننا نقترب بسرعة من نقطة اللاعودة وهو التاريخ الذي يتفق عليه الخبراء باعتباره الحد الأقصى للتخلص من هذه المشكلة هو عام 2030

وحسب معايير المدن المستدامة المعتمد من قبل المنظمات الدولية المختصة واولها الامم المتحدة  ، تفكر شركات التصاميم والاستشارات المختصة بتصميم المدن في تطبيق هذه المعايير وتضع تصنيفًا لأفضل المدن في العالم ، مع مراعاة المعايير التالية:                                        

توليد الطاقة المستدامة واستخدامها

انبعاث غازات الاحتباس الحراري

المساحات الخضراء

جودة الهواء

توفير ممرات للدراجات

تدابير لتشجيع استخدام السيارات الكهربائية

مراقبة ورصد الكوارث البيئية

إدارة المخلفات.

وفقًا لمؤشرات ومعايير المدن المستدامة ، فهذه هي بعض المدن الأكثر صداقة للبيئة ، وذلك بفضل استثماراتها في البنية التحتية المستدامة ، وانبعاثات منخفضة وجودة هواء جيدة:

فيينا، النمسا

تشتهر فيينا عالميًا بواحدة من أفضل شبكات النقل العام. حصلت المدينة على جائزة أسبوع التنقل الأوروبي للبلديات الأكبر لالتزامها بالتنقل النظيف والمشترك والذكي.

ميونخ المانيا

بمساعدة شركة الطاقة والبنية التحتية البلدية التابعة لها أصبحت مدينة ميونيخ في طليعة حماية المناخ والبيئة. يتم بالفعل تغطية متطلبات الكهرباء للمنازل في ميونيخ بشكل حصري من مصادر الطاقة المتجددة ، بحلول عام 2025 سيكون هذا ممكنًا للمدينة بأكملها ، بما في ذلك التجارة والصناعة. بالإضافة إلى ذلك ، تريد إدارة النفايات الصلبة  تلبية جميع طلبات ميونيخ لتدفئة المناطق بطريقة تحييد لثاني أكسيد الكربون ، باستخدام الطاقة الحرارية الأرضية بشكل أساسي ، بحلول عام 2040.

 اوسلو، النرويج

منحت المفوضية الأوروبية أوسلو لقب العاصمة الخضراء ،هدف المدينة هو خفض انبعاثات ثاني أكسيد الكربون إلى النصف بحلول عام 2022 وأن تكون محايدة للكربون بحلول عام 2050. ولتحقيق ذلك ، أدخلت المدينة سلسلة من الإجراءات بما في ذلك تعزيز النقل الصديق للبيئة. مع مبيعات النرويج للسيارات الكهربائية بالكامل بنسبة 31٪ في 2018 و 58٪ من إجمالي مبيعات السيارات في مارس 2019 ، أصبحت أوسلو عاصمة السيارات الكهربائية في العالم.

التحديات الرئيسية لمدن المستقبل 

هذه المدن هي أمثلة رائعة على كيفية سيرنا على الطريق الصحيح. ومع ذلك ، لا يزال هناك الكثير مما يجب القيام به في مواجهة ديناميكيات النظام البيئي المتسارع: 

     سوف يعيش 5 مليارات شخص في المدن بحلول عام 2030

    200000 تيراواط ساعة من الطلب العالمي على الطاقة في عام 2030 

    2.5  مليار مركبة على الطرق بحلول عام 2050 ، بزيادة 100٪ مقارنة بعام 2015

 

وهنالك سؤال يطرح نفسه وهو عند النظر الى المستقبل ، ما هي النماذج الموجودة لمدينة مستدامة حقًا ، وما الأدوات والتقنيات التي ستساعدنا في تحقيق التنمية الحضرية المستدامة

ان الرقمنة بصورة عامة وشبكة الانترنت بصورة خاصة تقلل من البصمة البيئية للمباني بنسبة تصل إلى 80٪.

كذلك إمدادات الطاقة المستدامة من مصادر متجددة ، والتنقل متعدد الوسائط ، والمباني الموفرة للطاقة ، والسلامة والأمان .ان الرقمنة والانترنت وانترنت الاشياء تساعد  في تنفيذ حلول مبتكرة تجعل المناطق الحضرية أماكن أفضل للعيش فيها.

لتسليط الضوء على قوة الرقمنة ، سيكون إكسبو دبي الذي سيفتتح في الاول من اكتوبر 2021 أحد أكبر المعارض في مدينة متصلة ومستدامة. من 1 أكتوبر 2021 إلى 31 مارس 2022 ، ستستضيف دبي عرضًا يضم 190 دولة ومنطقة تسترشد بموضوع "تواصل العقول وصنع المستقبل".

بصفتها شريكًا رئيسيًا لرقمنة البنية التحتية ، ستقوم شركة سيمنز الالمانية بربط ومراقبة والتحكم في المباني والأصول الأخرى عبر أكثر من 40 هكتارًا من الموقع و سيتم دعم كل هذا من خلال نظام تشغيل إنترنت الأشياء (IOT) المفتوح والقائم على السحابة ، والذي سيقود جمع البيانات والارتباط والتحليل لاتخاذ القرارات واتخاذ الإجراءات بذكاء.

وباعتباره العمود الفقري الذي يربط الأنظمة ويجمع البيانات معًا ، سيكون إنترنت الأشياء مكونًا مهمًا للمدن الذكية في المستقبل.

مع توقع أكثر من 25 مليون زيارة ، سيكون إكسبو  دبي أكبر حدث يقام على الإطلاق في العالم العربي ، وعلى هذا النحو لن يواجه فقط تحديات الحدث الضخم ، ولكن أيضًا تحديات المدينة الذكية.

الهيدروجين الاخضر .. يجب ان يكون اخضر

الهيدروجين الاخضر .. يجب ان يكون اخضر

المهندس حيدر حرز يوسف - العراق

نلاحظ ان  هناك زيادة في الاهتمام بالهيدروجين الأخضر مؤخرا من جانب صانعي السياسات والمستثمرين على حد سواء ، مما يبرز قدرته على دعم إزالة الكربون. ومع ذلك ، في حين أن تكنولوجيا إنتاج الهيدروجين الأخضر قد نضجت ، إلا أنها لم تصل بعد إلى نطاق واسع - فما الذي يمكن للحكومات والمستثمرين فعله لتحفيز الطلب ودعم حجم الإنتاج الذي سيجعل الهيدروجين الأخضر قادرًا على المنافسة مع الوقود الأحفوري وخيارات إزالة الكربون الأخرى؟

الهيدروجين جزيء نظيف الاحتراق ، مما يعني أنه يمكن أن يساعد في إزالة الكربون من مجموعة من القطاعات التي ثبت صعوبة تنظيفها في الماضي

ولكن اليوم ، لا يزال 99٪ من الهيدروجين يُصنع باستخدام الوقود الأحفوري ، وعادةً ما يتم ذلك من خلال عملية شديدة التلوث، باختصار يمكن أن يكون الهيدروجين الأخضر بديلاً قابلاً للتطبيق وخالٍ من الانبعاثات للوقود الأحفوري وأشكال الهيدروجين الأخرى ، إذا انخفضت تكاليف انتاجه وتحسنت وابتعدت عن التلوث . يمكن أن يكون الهيدروجين الأخضر ، الذي يتم إنتاجه باستخدام الكهرباء من الموارد المتجددة ، هو المفتاح للحد من بصمتنا الكربونية.

يتكون الهيدروجين الأخضر من خلال عملية تعرف باسم التحليل الكهربائي. هنا ، يقوم جهاز يُعرف بالمُحَلِّل الكهربائي بتقسيم المركب إلى العناصر المكونة له باستخدام تيار كهربائي. غالبًا ما يكون هذا المركب عبارة عن ماء ينقسم إلى هيدروجين وأكسجين. إذا كانت الكهرباء المستخدمة تأتي من مصادر متجددة ، مثل الرياح والطاقة الشمسية ، فإن الهيدروجين اللاحق يعرف باسم "الأخضر".وفقًا لوكالة الطاقة الدولية ، يتم إنتاج أقل من 1٪ من الهيدروجين اليوم من خلال التحليل الكهربائي للماء ، بينما يهيمن الإنتاج "الرمادي" على السوق الحالي للهيدروجين ، والذي يستخدم الوقود الأحفوري مما يؤدي إلى انبعاثات الكربون ، تركز استراتيجية الاتحاد الأوروبي على تطوير الهيدروجين "النظيف والمتجدد" أو الأخضر. يتم إنتاج هذا من خلال التحليل الكهربائي للمياه ، باستخدام كهرباء خالية من الكربون من مصادر الطاقة الشمسية أو الرياح. يتم إنتاج خيار آخر منخفض الكربون ، وهو الهيدروجين الأزرق ، باستخدام الوقود الأحفوري الذي يتم من خلاله التقاط انبعاثات الكربون وتخزينها.

من الآن وحتى عام 2024 ، يهدف الاتحاد الأوروبي إلى تركيب ما لا يقل عن 6 جيجاواط من المحلل الكهربائي المستخدم في إنتاج الهيدروجين الأخضر ، لإنتاج ما يصل إلى مليون طن. بحلول عام 2030 ، تريد أن يكون لديها ما لا يقل عن 40 جيجاواط من المحلل الكهربائي للهيدروجين المتجدد ، وتنتج ما يصل إلى 10 ملايين طن من الهيدروجين الأخضر.

ستتطلب مثل هذه الأهداف استثمارات في المحلل الكهربائي تتراوح بين 24 مليار يورو و 42 مليار يورو (28 مليار دولار أمريكي - 49 مليار دولار أمريكي) قبل عام 2030 ، وفقًا لاستراتيجية الاتحاد الأوروبي. وستكون هناك حاجة إلى مبلغ إضافي يتراوح بين 220 مليار يورو و 340 مليار يورو (257 مليار دولار أمريكي - 396 مليار دولار أمريكي) لتوسيع وتوصيل 80 جيجاواط - 120 جيجاواط من قدرة إنتاج الطاقة المتجددة بهذه المحلل الكهربائي.

يتم استخدام غالبية الهيدروجين اليوم في الصناعة ، بما في ذلك تكرير النفط وإنتاج الأمونيا والميثانول والصلب. لكن التطورات الحديثة في تكنولوجيا الهيدروجين الأخضر تجعلها أكثر جاذبية لعدد من الصناعات المختلفة.

في النقل ، يمكن أن يعمل وقود الهيدروجين كبديل مباشر للغاز والديزل. على عكس المركبات الكهربائية ، التي يمكن أن تستغرق حوالي 30 دقيقة لشحنها بأسرع محطات الشحن ، يمكن أن تكون سيارات خلايا وقود الهيدروجين جاهزة للانطلاق في غضون دقائق. لكن خلايا الوقود ، التي تحول وقود الهيدروجين إلى طاقة قابلة للاستخدام للسيارات ، لا تزال باهظة الثمن. ولا تزال البنية التحتية لمحطة الهيدروجين اللازمة لتزويد سيارات خلايا وقود الهيدروجين بالوقود متخلفة على نطاق واسع. ومع ذلك ، يعتقد الخبراء أن الهيدروجين يمكن أن يكون فعالًا بشكل خاص عندما يتعلق الأمر بالشاحنات لمسافات طويلة ، وقطاعات أخرى مثل شحن البضائع والسفر الجوي لمسافات طويلة ، حيث سيكون استخدام البطاريات الثقيلة غير فعال.

يمكن أيضًا استخدام الهيدروجين لتدفئة منازلنا ولإزالة الكربون من مجموعة من القطاعات التي ثبت صعوبة تنظيفها في الماضي. وهذا يشمل الصناعات الكيماوية والحديدية والصلب.

استخدام محتمل آخر للهيدروجين هو تخزين الطاقة المتجددة التي من شأنها أن تضيع. تعمل شركة Mitsubishi Power وتخزين الوقود Magnum Development على مشروع في ولاية يوتا لبناء منشأة تخزين تبلغ 1000 ميغاوات من الطاقة النظيفة ، جزئيًا عن طريق الاحتفاظ بالهيدروجين في كهوف الملح. من المقرر أن يتم تشغيل مشروع تخزين الطاقة النظيفة المتقدم بحلول عام 2025 ، وسيكون أكبر نظام تخزين للطاقة النظيفة في العالم.

إذا كان للهيدروجين الأخضر أن يؤدي هذا الدور على نطاق واسع ، فيجب أن يصبح منافسًا من حيث التكلفة مع الهيدروجين الأزرق والرمادي والبدائل التقليدية الأخرى. وفقًا لتقرير Clean Hydrogen Monitor 2020 الصادر عن شركة Hydrogen Europe ، تبلغ التكلفة التقديرية الحالية لإنتاج الهيدروجين الرمادي حوالي 1.5 يورو للكيلوغرام (1.76 دولار أمريكي / كجم) في أوروبا ، اعتمادًا على أسعار الغاز الطبيعي وتجاهل تكاليف ثاني أكسيد الكربون. يتكلف الهيدروجين الأزرق حوالي 2 يورو / كجم (2.35 دولار أمريكي / كجم) بينما ينتج اللون الأخضر حاليًا ما بين 5 إلى 6 يورو / كجم (5.87 دولار أمريكي - 7.04 دولار أمريكي / كجم) في المتوسط في معظم دول الاتحاد الأوروبي.

ويضيف التقرير أنه لكي يدرك الهيدروجين إمكاناته في الاقتصاد الخالي من الكربون ، يجب إنتاجه "على نطاق واسع بطريقة مستدامة. ولكي يحدث ذلك ، يحتاج الهيدروجين النظيف (الأخضر والأزرق) إلى المنافسة من حيث التكلفة مع الوقود التقليدي. اليوم ، لا الهيدروجين المتجدد (الأخضر) ولا الهيدروجين منخفض الكربون (الأزرق) ... منافسين من حيث التكلفة مقابل الهيدروجين المستخرج من الأحافير. "

قال بول براوننج ، الرئيس والمدير التنفيذي لشركة Mitsubishi Power Americas: "سنقوم ببناء نظام تحليل كهربائي ضخم جدًا سيكون قادرًا على تحويل الطاقة المتجددة إلى هيدروجين". "سنقوم بتخزين هذا الهيدروجين في قبة الملح تلك لفترات طويلة من الوقت بحيث يمكن استخدامه عندما تحتاج الشبكة إلى الكهرباء بدلاً من وقت إنتاجها."

في الواقع ، يعتقد المحللون بحلول عام 2050 ، يمكن أن يمثل الهيدروجين النظيف ما يقدر بنحو 22٪ من احتياجاتنا من الطاقة ، ارتفاعًا من 4٪ فقط من الطاقة التي يوفرها الهيدروجين اليوم. لكن هذا سيتطلب كميات هائلة من توليد الكهرباء المتجددة الإضافية.

سباق البطاريات .. حلول تخزين الطاقة المتجددة

#حيدر_حرز_يوسف 

العمل على قدم وساق ويتم استثمار المليارات في تقنيات التخزين الضرورية لتسريع استبدال الوقود الأحفوري بمصادر الطاقة المتجددة.

ستساعد مئات حاويات الشحن المنتشرة في اصقاع مختلفة وخاصة الارياف وخارج المدن المليئة بخلايا البطاريات في توصيل واضافة الطاقة إلى الشبكات الكهربائية وستوفر خدمة أساسية لإدارة الاستخدام المتزايد لطاقة الرياح والطاقة الشمسية ، والتي يتقلب عرضها مع الطقس لتحقق الحلم الاخضر مستقبلا .

من المقرر أن تصبح محطات البطاريات هذه مشهدًا مألوفًا في المستقبل القريب في الكثير من بلدان العالم واولها بريطانيا وأماكن أخرى من العالم. أصبحت مصادر الطاقة المتجددة مثل الرياح والطاقة الشمسية أرخص من الوقود الأحفوري في معظم أنحاء العالم ، ولكنها تحتاج إلى التخزين لتكون مصدرًا مستقرًا وبمرونه ومناورة عالية جدا. وتعهد رئيس الوزراء البريطاني ، بوريس جونسون ، الأسبوع الماضي ، بتركيب ما يكفي من توربينات الرياح لتشغيل كل منزل بحلول عام 2030 ، لكن ذلك سيتطلب حلولًا لإدارة الإمداد المتقطع للطاقة.

هذا هو المكان الذي نضع فيه البطاريات (الأجهزة التي تخزن الكهرباء كطاقة كيميائية. بطاريات الليثيوم أيون)، المستخدمة في الهواتف المحمولة وسيارات تسلا الكهربائية وهي تكنولوجيا التخزين المهيمنة حاليًا ، لمساعدة شبكات الكهرباء في إدارة إمدادات الطاقة المتجددة المتزايدة. قال إيلون ماسك ، الرئيس التنفيذي لشركة Tesla ، إنه يتوقع أن تكون أعمال الشركة في مجال الطاقة - بما في ذلك توريد الطاقة الشمسية وبطاريات الليثيوم أيون الضخمة للشبكة - كبيرة مثل أعمالها في مجال السيارات على المدى الطويل.

ولكن إلى جانب بطاريات الليثيوم أيون ، فإن تقنيات التخزين الأرخص والأطول مدة ستكون مطلوبة عند استبدال محطات الطاقة التي تعمل بالوقود الأحفوري بالكامل والسماح باستخدام الطاقة المتجددة بنسبة 100 في المائة.

أطلقت حكومة المملكة المتحدة الأسبوع الماضي ثورة الطاقة الخضراء وهي عبارة عن صندوق ابتكار للطاقة قيمته مليار جنيه إسترليني للمساعدة في تسويق تقنيات جديدة منخفضة الكربون. وتشمل هذه بطارية هواء سائل يتم تصنيعها بواسطة Highview Power  خارج مانشستر.

 بدون التخزين ، سيكون من الصعب على البلدان تقليل استخدامها بشكل كبير لمحطات الطاقة التي تعمل بالغاز والفحم وتقليل الآثار الضارة لتغير المناخ ، من ارتفاع مستويات سطح البحر إلى الظروف الجوية القاسية.

 

من تقنيات البطاريات التي تستخدم مواد خام وفيرة إلى الصخور البركانية ، وخزانات مليئة بالهواء السائل والأنظمة التي تخفض الأوزان أسفل أعمدة المناجم المهجورة ، تتسابق الشركات لتطوير المفصل الذي سيفتح الطاقة المتجددة على نطاق واسع بحلول منتصف القرن. إنها مهمة مدعومة من قبل العديد من قادة الأعمال البارزين ، بما في ذلك مؤسس Microsoft بيل جيتس وماسايوشي سون من SoftBank

 

يقول الخبراء  "إذا كنا نريد إزالة الكربون بالكامل ، فستكون كل هذه التقنيات مطلوبة". "لكن حجم الاستثمار الذي تحتاجه لإحداث تأثير على أي شيء هو مليارات الدولارات." سلسلة التوريد "بدون مخزون" كل يوم يجب أن تتطابق شبكات الكهرباء باستمرار بين العرض والطلب - وهو إنجاز يصبح أكثر صعوبة عندما تستبعد محطات تعمل بالفحم والغاز والتي توفر مصدرًا موثوقًا وثابتًا للطاقة.

في الربع الأول من هذا العام ، وفرت مصادر الطاقة المتجددة رقماً قياسياً بنسبة 47 في المائة من كهرباء المملكة المتحدة. ومع ذلك ، خلق هذا النجاح مشكلة بعد أسابيع فقط عندما انخفض الطلب على الطاقة بنسبة تصل إلى 20 في المائة بعد أول إغلاق وطني لفيروس كورونا في مارس. تصبح مهمة الشبكة الوطنية أكثر صعوبة عندما يصل توليد الكهرباء من مصادر الطاقة المتجددة إلى حوالي 50 في المائة من الإجمالي - فهي تحتاج إلى مساعدة التوربينات الكبيرة لمحطات الوقود الأحفوري لتخفيف التقلبات في النظام. مع انخفاض الطلب ، كان ذلك يعني أن حصة مصادر الطاقة المتجددة من مزيج الطاقة تجاوزت النصف ، واضطر المهندسون في مركز التحكم في الشبكة الوطنية إلى إجراء عملية موازنة دقيقة ، تضمن جزء منها زيادة استخدام التخزين - الدفاع ، كما يقول المدافعون ، عن توسيع نطاق التكنولوجيا. 

ان الطاقة الشمسية والرياح هي أرخص أشكال التوليد في العديد من البلدان ، لكنك تحتاج إلى هذا التخزين لجعله يعمل بمجرد حصولك على تغلغل الطاقة المتجددة إلى حجم معين من مزيج الطاقة لديك .

ان أكثر من 97% من تخزين الطاقة في العالم حاليا يتم باستخدام الكهرباء لضخ المياه إلى خزان مرتفع ثم إطلاقها ، مما يؤدي إلى تشغيل التوربينات لتوليد المزيد من الكهرباء ، ما يسمى بـ "ضخ المياه". يعمل خزان الماء كوسيلة لتخزين الطاقة. لكن هذه الأنظمة تواجه تحديات بسبب الجغرافيا ويمكن أن تكون محدودة بسبب زيادة ندرة المياه في المستقبل. 

تتمثل ميزة بطاريات الليثيوم أيون في إمكانية وضعها في أي مكان ويمكنها توفير الطاقة للشبكة بسرعة كبيرة ، كما هو الحال في السيارات الكهربائية و يمكن أن تستجيب في أجزاء من الثانية وتوفر بشكل عام ما يصل إلى أربع ساعات من التخزين ، مما يساعد الشبكات على التعامل مع الانقطاعات المفاجئة في توليد الكهرباء ، ولكنها أقل فعالية من حيث التكلفة على المدى الطويل.

كذلك من التحديات يخشى السكان المحليون على سلامتهم ، بعد سلسلة من حرائق البطاريات على مدى السنوات القليلة الماضية. كان هناك 33 حريقًا في منشآت في كوريا الجنوبية بين عامي 2017 و 2018 فقط ، ووقعت حوادث أكثر مؤخرًا في المملكة المتحدة والولايات المتحدة.

خليط من التقنيات

يمكن للتقنيات البديلة أن تتيح تخزينًا أكثر أمانًا لكميات كبيرة من الطاقة لفترات زمنية أطول ، مما يسمح بتكامل أكبر بين طاقة الرياح والطاقة الشمسية. ولكن يجب زيادة حجمها بسرعة لتلبية الطلب المتزايد وتصبح تنافسية من حيث التكلفة.

في كانون الثاني (يناير) ، أصدرت لجنة كاليفورنيا للطاقة ، وهي وكالة التخطيط وسياسة الطاقة الأولية في الولاية الأمريكية ، دعوة لتخزين الطاقة على المدى الطويل - المعرَّف على أنه توفير الطاقة لأكثر من 10 ساعات - بما يكفي لتخزين ما يكفي من الطاقة الشمسية ليوم واحد للاستخدام بين عشية وضحاها.

 

من بين الفائزين بالمناقصة شركة Invinity Energy Systems ، وهي شركة تستخدم بطاريات كبيرة تعتمد على الفاناديوم ، وهي مادة خام تستخدمها صناعة الصلب لزيادة قوة المعدن. تستخدم بطاريات تدفق الأكسدة والاختزال - التي طورتها وكالة ناسا لأول مرة في السبعينيات - خزانات كبيرة من الإلكتروليتات المشحونة بشكل منفصل لتخزين الطاقة ، مما يجعل توسيع السعة أسهل من البطاريات التقليدية.

إن بطاريات الفاناديوم يمكن أن تخزن ما بين ثماني إلى 10 ساعات من الطاقة المتجددة خلال النهار ونشرها خلال ذروة الطلب ، أو بين عشية وضحاها ، مما يساعد على وضع حد أدنى لأسعار الطاقة. كما أنه اكثر امان لأنهم يستخدمون إلكتروليت قائم على الماء. كما أنها تدوم لفترة أطول من خلايا أيونات الليثيوم - ويمكن أن تستمر لمدة 30 عامًا.

في وسط مدينة داليان ، شمال شرق الصين ، تبني شركة Rongke Power أكبر بطارية فاناديوم في العالم. عند  200MW/800MWh ، سيكون حجمها أكثر من ثلاثة أضعاف حجم أكبر تركيب لبطارية ليثيوم أيون في العالم في كاليفورنيا. سيساعد شبكة الكهرباء في مقاطعة لياونينغ على دمج طاقة الرياح بشكل أفضل.

يقول لي بين ، مدير التسويق في Rongke: "لن يُسمح لنا بتركيب بطارية ليثيوم أيون كبيرة الحجم في وسط المدينة ، [بسبب مخاوف تتعلق بالسلامة]". "لم يتم حل مشكلات السلامة في بطاريات الليثيوم أيون."

ومع ذلك ، فإن أسعار الفاناديوم شديدة التقلب وارتفعت إلى 127 دولارًا للكيلوغرام الواحد في نوفمبر 2018 قبل أن تنخفض إلى 25 دولارًا للكيلوغرام اليوم ، مما قد يكون له تأثير على تكلفة الإنتاج.

يعتقد الخبراء أن التقنيات يجب أن تعتمد على مواد أكثر وفرة من تلك المستخدمة في بطاريات الليثيوم أيون والفاناديوم مثل الألومنيوم والكبريت والكالسيوم والأنتيمون. في عام 2005 ساعد في تطوير بطارية معدنية سائلة تستخدم الكالسيوم والأنتيمون وإلكتروليت الملح المصهور. الشركة التي طورتها ، Ambri ، كانت مدعومة منذ البداية من قبل مؤسس مايكروسوفت بل غيتس.

تهدف بطارية Ambri إلى تخزين الطاقة لمدة تزيد عن ست ساعات وان تكلفتها يمكن أن تقل عن 150 دولارًا للكيلوواط / ساعة عند نشرها على نطاق واسع ، مما يجعلها أرخص من أنظمة الليثيوم أيون الحالية.