الملح والهواء والطوب: هل يمكن أن يكون هذا هو مستقبل تخزين الطاقة؟ | تخزين الطاقة
تتتبادر إلى الذهن فكرة مكونات البطارية والليثيوم والكادميوم والنيكل. الآن فكر مرة أخرى. ماذا عن الملح والهواء والطوب وهلام تدفئة اليدين؟ في مستقبلنا المتعطش للكهرباء، من المقرر أن توفر الحرارة للمصنعين الذين يحتاجون إليها، وللمساعدة في إبقاء الأضواء مضاءة في الأوقات التي تكون فيها الطاقة قصيرة.
لتخزين الطاقة غرض مزدوج: فهو يسد الفجوات عندما تهدأ الرياح أو تتوقف الشمس عن السطوع، ويسمح للمستخدمين بشراء طاقة رخيصة خارج أوقات الذروة واستخدامها عندما يحتاجون إليها.
حتى الآن، كان تركيز التخزين للصناعة منصبًا بشكل أساسي على البطاريات التقليدية العملاقة، والتي تأمل شركة National Grid في ربطها بالشبكة بسرعة أكبر وسط التأخير. ولكن هناك اهتمام متزايد بتخزين الطاقة على شكل حرارة – وهنا تظهر المكونات اليومية مثل الهواء والملح والطوب في الصورة، لأن هذه المواد جيدة حقًا في الاحتفاظ بالدفء. وتهدف الآن مجموعة من الشركات الناشئة إلى تصنيع هذه الممارسة.
تخزين الحرارة يأتي على جدول الأعمال: في الشهر الماضي حثت لجنة اللوردات الحكومة على أخذ تخزين الطاقة على محمل الجد، وهذا الشهر سوف يستمع مؤتمر يديره معهد المهندسين الميكانيكيين (IMechE) إلى قضية البطاريات الحرارية.
توفر الحرارة أكثر من نصف إجمالي الطاقة التي تتطلبها الصناعة، لكن IMEchE يقول إن البطاريات الكهربائية والهيدروجين قد خطفت الأضواء، مع إهمال الأنظمة البسيطة لتخزين الحرارة. ومن بين التقنيات التي تم عرضها في الاجتماع هي Heatcube، التي طورتها شركة نرويجية تدعى Kyoto Group. ويأتي على شكل خزانات مملوءة بالملح، يتم تركيبها في الموقع الذي تحتاج فيه الحرارة.
يتم شحن خزانات الملح العمودية الخاصة بشركة Heatcube بالكهرباء خلال فترات انخفاض التكلفة. الملح المنصهر جيد بشكل خاص في الاحتفاظ بالحرارة عند درجات حرارة تصل إلى 500 درجة مئوية.
يقول بياركي بوشبيرج، كبير مسؤولي التكنولوجيا في كيوتو، من مكتبه المطل على مضيق أوسلو: “مع كل الإثارة حول تكنولوجيا بطاريات السيارات الكهربائية، نسي الناس الطلب الهائل على الحرارة للصناعات التي لا يمكن إنتاجها من البطاريات الكهربائية. . إن الحرارة الصناعية مشكلة كبيرة، ولا يمكننا أن نتجاهلها.
أحد المساهمين الرئيسيين في كيوتو هو العملاق الأسباني إيبيردرولا. تتمتع إسبانيا بأكثر من عقد من الخبرة في استخدام الملح المنصهر لتخزين الحرارة ليتم تفريغها عند غروب الشمس لتوليد البخار الذي ينتج الكهرباء طوال الليل. ووصف فرناندو ماتيو، رئيس قسم إزالة الكربون الصناعية في شركة إيبردرولا، تخزين الطاقة بأنه “أحد التحديات الرئيسية في تحول الطاقة”.
وهناك شركة شابة أخرى تستخدم الملح، وهي مالطا ومقرها ماساتشوستس، والتي تم احتضانها في شركة إكس، وهي شركة تسريع التكنولوجيا التي بدأتها شركة جوجل (ألفابت الآن). وقالت الشركة إن النظام يهدف إلى استكمال تقنيات تخزين الطاقة الأخرى، مثل بطاريات الليثيوم أيون والهيدروجين، بدلاً من التنافس معها، لتوفير “القطعة المفقودة” للانتقال العالمي إلى الطاقة النظيفة. وينصب تركيزها الرئيسي على توليد الطاقة الاحتياطية.
وعلى عكس مكونات البطاريات الكهربائية المرغوبة كثيرًا، فإن الملح ينتشر على نطاق واسع، ويسهل استخلاصه، كما أنه قادر على تخزين الحرارة بأقل قدر من التدهور أو المنتجات الثانوية السامة. وتشير التقديرات إلى أنه يمكن إعادة شحن خزانات الملح آلاف المرات لمدة تصل إلى 40 عامًا، أي أطول بثلاث مرات على الأقل من خيارات التخزين الحالية الأخرى.
يقول الدكتور روبرت بارثورب من جامعة شيفيلد، الذي يدرس خيارات التخزين: “سيكون الملح المصهور جزءًا مهمًا من مزيج الطاقة. إنها تقنية رائعة توفر درجات حرارة عالية على المستوى الصناعي.
والواقع أن شركة روندو في كاليفورنيا تزعم أن بطاريتها الحرارية المصنوعة من كومة من الطوب قادرة على تخزين الطاقة بنصف تكلفة الهيدروجين الأخضر والبطاريات الكيميائية. ويقوم نظامها بتجميع الطاقة المتجددة وتحويلها إلى حرارة باستخدام عناصر كهربائية مشابهة لتلك المستخدمة في المحامص. وتقول الشركة إنه يمكن تسخين هذا الطوب إلى 1500 درجة مئوية، وهو قادر على تخزين الطاقة لأيام مع خسارة أقل من 1٪ يوميًا.
تلقت شركة Sunamp في شرق لوثيان 9.25 مليون جنيه إسترليني من التمويل الحكومي لتجربة نظام متقدم في 100 منزل في جميع أنحاء المملكة المتحدة. وتعتمد تقنيتها على تخزين الحرارة والبرودة في مادة متغيرة الطور تشبه الجل المستخدم في أجهزة تدفئة الأيدي في الجيب. تدعي الشركة أن منتجها Plentigrade الحاصل على براءة اختراع أكثر كفاءة بأربع مرات في تخزين الحرارة في خزانات المياه، مما يسمح لها باستخدام خزان أصغر بكثير.
وفي المملكة المتحدة، تتجه الشركات أيضًا إلى الهواء المضغوط لتخزين الطاقة. نظام آخر، يستخدم الهواء السائل فائق التبريد، ابتكره بيتر ديرمان، مخترع الفناء الخلفي في هيرتفوردشاير. الشركة التي اشترت ابتكاره هي Highview Power، التي بدأت العمل في منشأة بقدرة 250 ميجاوات بالقرب من مانشستر يُقال إنها تخزن ما يكفي من الطاقة لحوالي 50 ألف منزل لمدة خمس ساعات. يقول ديرمان: “نحن بحاجة إلى العديد من الأشكال المختلفة لتخزين الطاقة، وأنا واثق من أن الهواء السائل سيكون أحد هذه الأشكال”.
تعاونت شركة Highview مع شركة الطاقة Ørsted لدراسة كيفية الجمع بين التخزين وطاقة الرياح.
وتقول الشركتان إن التكنولوجيا يمكن أن تساعد في الحد من التقليص – عندما يتم الدفع لأصحاب طاقة الرياح مقابل إيقاف تشغيل مولداتهم لتحقيق التوازن في الشبكة – بالإضافة إلى زيادة الإنتاجية، والمساعدة في الانتقال إلى شبكة خالية من الكربون أكثر مرونة وقدرة على الصمود.
شركة أخرى تستخدم الهواء المضغوط، تستخدم شركة Cheesecake Energy محركًا كهربائيًا لتشغيل ضاغط الهواء الذي ينتج هواءًا عالي الضغط وحرارة. ويمكن بعد ذلك تفريغ البطارية عن طريق تشغيل العملية في الاتجاه المعاكس لتوليد الكهرباء.
وتشمل شركات البطاريات الحرارية الأخرى شركة EnergyNest السويسرية، التي تعمل على تسخين الخرسانة المصنعة خصيصًا، وشركة Lumenion الألمانية، التي تخزن الطاقة في وحدات فولاذية تصل درجة حرارتها إلى 650 درجة مئوية.
التعليقات الأخيرة التي أدلى بها جريج هاندز، وزير الطاقة والتغير المناخي السابق، تعطي الأمل لهذه الصناعة الناشئة. وقال: “إن دفع تقنيات تخزين الطاقة إلى الأمام سيكون أمرًا حيويًا في تحولنا نحو طاقة متجددة رخيصة ونظيفة وآمنة”.
يسلط تقرير صدر عام 2022 من شركة ماكينزي الاستشارية الضوء على مزايا التخزين الحراري، بحساب سعر يتراوح بين 65 إلى 100 دولار (51 إلى 79 جنيهًا إسترلينيًا) للميجاواط في الساعة لإنتاج حرارة البخار من الهيدروجين؛ 45-55 دولارًا للغاز مع احتجاز الكربون وتخزينه؛ و15 إلى 25 دولارًا فقط لمضخة حرارية مع تخزين حراري.
ويحذر التقرير من التحديات المحتملة التي تواجه البطاريات الحرارية، ويرجع ذلك أساسًا إلى أنها غير معروفة على نطاق واسع من قبل صناع السياسات. علاوة على ذلك، تظل هناك مخاطر تجارية محتملة ناشئة عن الحداثة النسبية للصناعة والنضج المتفاوت للتكنولوجيات المختلفة، نظرا لأن الشركات غالبا ما تكون لديها دورات استثمارية طويلة ومكلفة.
ويدعو تقريرها قادة الأعمال إلى الاستثمار في المشاريع التجريبية والمصانع التجريبية لخلق الوعي وعرض تقنيات الحرارة.
في نهاية المطاف، مع الضغوط الرامية إلى خفض انبعاثات الكربون في أسرع وقت ممكن، قد تخسر الشركات الناشئة في مجال تخزين الحرارة إذا بدا أن الطريق الأسهل هو اللجوء إلى التكنولوجيات الراسخة.
روجر هارابين هو زميل في كلية سانت كاثرين في كامبريدج ومراسل سابق لهيئة الإذاعة البريطانية.
