تُعدُّ أنظمة تخزين الطاقة، أو ما يُعرف اختصارًا بـ ESS، لبنة أساسية في ضمان استمرارية توفير الطاقة الكهربائية بحيث يمكن تلبية متطلبات الاستهلاك، خاصة في تلك الأوقات مثل ليالي الصيف الحارة التي يُشغِّل فيها الجميع مكيفات الهواء الخاصة بهم في نفس اللحظة. وفي حال عدم وجود حلول مناسبة للتخزين، لواجهنا عددًا أكبر من الانقطاعات الكهربائية مما نواجهه حاليًا، وهو أمر يثير قلق شركات المرافق نظرًا لتقلبات الطلب على الطاقة يومًا بعد يوم. وتُشير التوقعات السوقية إلى أن قطاع ESS العالمي سيصل إلى نحو 86.76 مليار دولار أمريكي بحلول عام 2032، وهو ما يدل على حجم هذا المجال المتضخم. تعالج هذه الأنظمة المشكلة عبر طرق مختلفة تشمل بطاريات الليثيوم-أيون، ومرافق الضخ الهيدروليكي التقليدية، وحتى تقنيات الهواء المضغوط. والميزة التي تجعل هذه الأنظمة ذات قيمة عالية هي مرونتها التي تتيح لمديري الشبكات الحفاظ على تزويد الطاقة بثبات رغم التقلبات غير المتوقعة في أنماط الاستهلاك خلال اليوم.
إن مشكلة الألواح الشمسية والمحركات الريحية هي أنها لا تنتج الكهرباء طوال الوقت. ولهذا السبب نحن بحاجة إلى نوع من نظام التخزين إذا أردنا الحصول على طاقة موثوقة عندما لا يشرق الشمس أو لا يهب الرياح. عندما تولّد هذه المصادر المتجددة كهرباء أكثر مما هو مطلوب، يتم حفظ الفائض في مكان ما. ومن ثم، في وقت لاحق، عندما تنخفض الإنتاجية، يمكن إعادة الطاقة المخزنة إلى الشبكة. وقد أظهرت الدراسات أن تقنية البطاريات، وخاصةً الأنواع ذات الليثيوم أيون، تساعد في جعل الشبكة بأكملها تعمل بشكل أفضل مع المصادر المتجددة. وتمكننا هذه الحلول التخزينية من موازنة التقلبات في إنتاج الطاقة المعتمدة على الطقس. ولولا الخيارات الجيدة للتخزين، لكان من الصعب الاعتماد على الطاقة النظيفة لتلبية معظم احتياجاتنا اليومية.
تعتبر تقنية بطارية تدفق الحديد-الفاناديوم تقدمًا حقيقيًا في طريقة تخزين الطاقة للأغراض الصناعية، ويرجع ذلك أساسًا إلى أن هذه الأنظمة قابلة للتوسيع بسهولة وتتميز بعمر افتراضي أطول من معظم الخيارات الأخرى. ما يلفت الانتباه حقًا هو التكلفة - إذ يجد الشركات أن التكلفة لكل كيلوواط ساعة مخزّن أقل مقارنةً ببatterيات الليثيوم أيون أو الخيارات التقليدية الأخرى، مما يجعل هذه التقنية جذابة بشكل خاص للمصانع الكبيرة ومشاريع تخزين الشبكات الكهربائية. ميزة رئيسية أخرى؟ تصل هذه البطاريات إلى أكثر من 20,000 دورة شحن قبل الحاجة إلى الاستبدال، مع الحفاظ على كفاءة جيدة طوال عمرها الافتراضي. علاوة على ذلك، فإن كمية النفايات السامة الناتجة أثناء التصنيع أو التخلص من البطاريات تكاد تكون معدومة، مما يفسر سبب بدء العديد من مشاريع الطاقة المتجددة في اعتماد هذه التقنية رغم التكاليف الأولية الأعلى. تجعل مزيج من الطول في العمر والموثوقية والمزايا البيئية من بطاريات تدفق الحديد-الفاناديوم خيارًا جادًا في السوق المتغير لتجارة الطاقة اليوم.
لقد قطعت تقنية الليثيوم أيون شوطًا طويلاً في السنوات الأخيرة، حيث تراجعت التكاليف في الوقت الذي أصبحت فيه أفضل بكثير في الأداء. تُظهر الأرقام الصناعية شيئًا مذهلاً بالفعل - فقد انخفضت أسعار هذه البطاريات بنسبة تصل إلى 89٪ منذ عام 2010، مما يفسر سبب انتشارها الواسع الآن. لقد فتحت التخفيضات في التكلفة آفاقًا جديدة لتقنيات تخزين الطاقة، بدءًا من السيارات الكهربائية التي نراها على الطرق اليوم وصولًا إلى الأنظمة الضخمة التي تخزن الطاقة لمدن بأكملها. لا عجب أن حزم الليثيوم أيون أصبحت ذات أهمية كبرى في الطريقة التي نفكر بها حاليًا في تخزين الطاقة.
تُعد المحطات الكهربائية المحمولة تغييراً جذرياً في طريقة حصول الناس على الطاقة، خاصةً للمنازل والأفراد الذين يعيشون خارج الشبكة الكهربائية. تسمح هذه الأجهزة الصغيرة والقوية لمالكي المنازل بتخزين طاقة الشمس التي تُجمع على مدار اليوم، ومن ثم استخدام هذه الطاقة المخزنة عندما يغيب الشمس أو أثناء الانقطاعات الكهربائية، مما يمنحهم تحكماً حقيقياً في إمداداتهم الكهربائية. ومع تطور التكنولوجيا باستمرار، أصبحت هذه المجموعات الكهربائية أكثر كفاءة في أدائها وأقل تكلفة في الوقت نفسه. كما أنها لا تعمل بشكل ممتاز فقط أثناء الطوارئ، بل تتعامل بسلاسة مع متطلبات الطاقة اليومية المعتادة.
تعمل أرامكو على مشروع مثير للاهتمام في الوقت الحالي - حيث تقوم بدمج الطاقة الشمسية مع أنظمة تخزين الطاقة (ESS) لتحسين تشغيل آبار الغاز الخاصة بها. عندما بدأوا باستخدام الألواح الشمسية في عملية استخراج الغاز، اكتشفوا أنهم قادرون على تقليل استخدام وقود الديزل بشكل ملحوظ. كلما قل استخدام الديزل، قلت الانبعاثات الناتجة عن عملياتهم، كما يتم توفير تكاليف الوقود على المدى الطويل. بالنظر إلى النتائج الفعلية من هذه المشاريع، لاحظت أرامكو تحسناً ملموساً في مؤشرات الاستدامة بعد عدة سنوات من التشغيل. الشيء المثير للاهتمام هو إمكانية نجاح هذا النهج في أماكن أخرى أيضاً. يمكن لشركات أخرى تسعى إلى تقليل البصمة الكربونية الخاصة بها مع الحفاظ على كفاءة العمليات أن تستفيد كثيراً من الإنجازات التي حققتها أرامكو حتى الآن.
إن مشروع استقرار الشبكة الكهربائية بسعة 140 ميغاواط ساعة في فنلندا يمثل شيئًا مميزًا إلى حد كبير من حيث حلول تخزين الطاقة بالبطاريات لموازنة شبكة الكهرباء. كان الهدف الأساسي من هذه المبادرة هو معالجة تلك القضايا المعقدة التي تتسم بعدم تطابق العرض مع الطلب، والتأكد من بقاء الشبكة موثوقة حتى مع إدخال المزيد من مصادر الطاقة المتجددة. ما شهدناه حتى الآن يثبت أن تخزين الطاقة على نطاق واسع يعمل فعلاً في تحقيق استقرار الشبكات. وقد بدأ فنلندا تنفيذ هذه الأنظمة في جميع أنحاء البلاد، مما يساعدها على التحول نحو شبكة كهربائية أكثر ذكاءً يمكنها التعامل مع مختلف أنواع الطاقة النظيفة دون أي عناء.
قامت جورجيا مؤخرًا بتركيب نظام بطاريات كبير بسعة 765 ميغاواط في شبكتها الكهربائية لتحسين إدارة الطاقة وتوسيع سعتها عند الحاجة. يستخدم المشروع تقنية تخزين متقدمة تساعد على دمج المزيد من طاقة الرياح والطاقة الشمسية في الشبكة، وهو أمر قد ترغب ولايات أخرى في اتباعه. أظهرت النتائج المبكرة أن هذه البطاريات تُسهّل الحياة لمشغلي الشبكة، وتقلل من المشاكل خلال فترات الذروة وتخفف من التكاليف غير المتوقعة. ما قامت به جورجيا يمكن أن يصبح نموذجًا يحتذى به للآخرين الذين يسعون لتعزيز شبكاتهم الكهربائية في طريقهم نحو مصادر طاقة نظيفة. لقد بدأنا بالفعل نرى تحسينات ملموسة في موثوقية الشبكة منذ دخول البطاريات الخدمة في العام الماضي.
أصبحت تقنيات التخزين الآن ضرورية لتحقيق توازن شبكات الطاقة واستقرار تردداتها. يمكن لهذه الأنظمة المتقدمة إدخال الطاقة إلى الشبكة أو سحبها عند الحاجة بسرعة، مما يساعد في التعامل مع التقلبات غير المتوقعة بين الطلب على الكهرباء والكمية المتوفرة فعليًا. تشير بعض البيانات إلى أن حلول التخزين المناسبة قد تقلل مشاكل التردد بنسبة تصل إلى النصف، مما يجعل النظام بأكمله يعمل بسلاسة أكبر. عندما تعمل الشبكات بشكل مستقر وموثوق، تقل فرص حدوث انقطاعات في التيار الكهربائي، خاصة في الأوقات التي يكون فيها الاستهلاك مرتفعًا جدًا مثل ليالي الصيف أو صباحات الشتاء.
أدى النمو في الحاجة إلى تخزين الطاقة الموثوق إلى لفت انتباه العديد من الخبراء إلى مناهج التصميم الوحدوي، وخاصة الطريقة التي تتعامل بها مع الظروف المناخية الصعبة. صُنعت هذه الأنظمة من مواد تتحمل البيئات القاسية وهندستها لتتحمل الظروف التي تفرضها الطبيعة، مما يسمح لها بالاستمرار في العمل عندما تفشل أنظمة أخرى. وتُظهر الاختبارات الميدانية أيضًا مدى كفاءة أدائها - فبعض التركيبات تحافظ على كفاءة تزيد عن 95% حتى أثناء العواصف الشديدة أو موجات الحرارة. ما يجعل هذا الأمر ذا قيمة كبيرة هو أنه يعني بقاء التيار الكهربائي متاحًا عند الحاجة إليه، مما يسهم في بناء الثقة في مصادر الطاقة المتجددة عبر مختلف المناطق التي تواجه أنماطًا غير متوقعة من الطقس.
تشير التوقعات السوقية إلى أن قطاع تخزين الطاقة العالمي قد يصل إلى نحو 86.76 مليار دولار أمريكي بحلول عام 2032، مما يدل على نمو ملموس مع دمج مصادر الطاقة المتجددة بشكل متزايد في شبكات الطاقة، إلى جانب السياسات الحكومية الداعمة للتكنولوجيا النظيفة. يشير الخبراء في الصناعة إلى زيادة الاهتمام بخيارات التخزين، نظرًا لعدم توفر طاقة الرياح والطاقة الشمسية دائمًا عند الحاجة إليها، مما يجعل وجود حلول احتياطية موثوقة أمرًا بالغ الأهمية. عامل آخر يدفع هذا السوق نحو الأمام؟ تواصل تراجع تكاليف تقنيات البطاريات في حين أصبح الأشخاص أكثر وعيًا بكيفية استخدام الكهرباء بكفاءة في المنازل وأماكن العمل. مجتمعة، ترسم كل هذه الاتجاهات صورة مشرقة للشركات العاملة في مجال تخزين الطاقة في السنوات القادمة.
تتجه تخزين الطاقة نحو تغيير كبير مع شيوع الأنظمة الهجينة بشكل متزايد. تجمع هذه الأنظمة بين الطاقة الشمسية وتوليد الرياح وتخزين البطاريات معًا، مما يجعل النظام بأكمله يعمل بشكل أفضل ويستمر لفترة أطول. عندما تُدمج مصادر الطاقة المختلفة معًا، فإنها تتعامل مع الطلب على الكهرباء بذكاء أكبر من الاعتماد على مصدر طاقة واحد فقط. في الواقع، تجعل هذه التنوعات إمدادات الطاقة لدينا أكثر موثوقية خلال فترات انقطاع التيار أو الأحوال الجوية القاسية. لدينا بالفعل بعض المشاريع الهجينة العاملة في جميع أنحاء البلاد تُظهر كيف يمكن لهذه الأنظمة أن تتوسع من التركيبات الصغيرة على مستوى المجتمع إلى عمليات أوسع على مستوى الشبكة. ما نتعلمه من هذه الاختبارات الواقعية سيساعد في تشكيل الجيل القادم من حلول الطاقة الهجينة عبر البنية التحتية للطاقة في البلاد.
لا يمكن المبالغة في دور السياسات الحكومية والحوافز المالية عندما يتعلق الأمر بتحقيق المزيد من الأسر لتثبيت أنظمة تخزين الطاقة. تعمل هذه البرامج الداعمة بشكل فعال على خفض التكاليف التي يتحملها الأشخاص لهذه الأنظمة، مما يجعلها متاحة لأكثر الأسر من مستويات دخل مختلفة. انظر إلى الأماكن التي قدمت فيها الحكومات حزم دعم جيدة، وسنرى عددًا أكبر بكثير من المنازل مزودة بأنظمة تخزين الطاقة الخاصة بها. في المستقبل، تدور المحادثات حول توسيع الأمور مثل الإعفاءات الضريبية، والخصومات النقدية، والتمويل الخاص لمشاريع التخزين على مستوى الأحياء. يمكن أن يعزز هذا الاهتمام بالخيارات المنزلية لتخزين الطاقة، حيث تبدأ المجتمعات في رؤية فوائد ملموسة من الموارد المشتركة.