شهدت الطاقات المتجددة نموا هائلا في السنوات الأخيرة. وعلى الرغم من نجاحها في توليد الكهرباء، إلا أنها واحدة من التحديات الأساسية وما زالوا يواجهون اندماجهم في الشبكة الكهربائية. ويرجع ذلك إلى حد كبير إلى تقطع المصادر المتجددة مثل طاقة الرياح والطاقة الشمسية، وقدرتها التخزينية المحدودة. وينطوي مستقبل الطاقات المتجددة على التغلب على هذه العقبات وتطوير آليات فعالة وبأسعار معقولة لتخزين الكهرباء المولدة.
نجاح مصادر الطاقة المتجددة ودورها في إزالة الكربون
ولا تقتصر الطاقات المتجددة على إنتاج الكهرباء فقط. كما أنها تلعب دورًا حيويًا في توليد الحرارة والوقود، وتوفر بديلاً قابلاً للتطبيق للوقود الأحفوري وتخفيف الآثار السلبية لتغير المناخ. وقد أثبتت الطاقة الشمسية وطاقة الرياح، على وجه الخصوص، ذلك قادرة على المنافسة من حيث التكاليف مع مصادر الطاقة التقليدية في العديد من الأسواق.
في الحقيقة 77% من منشآت الطاقة الجديدة في جميع أنحاء العالم وفي عام 2015، كانت الطاقة المتجددة متجددة، وكانت طاقة الرياح والطاقة الشمسية في صدارة الطريق. وقد أصبح هذا ممكنا بفضل التحسينات التكنولوجية التي خفضت بشكل كبير تكلفة توليد الكهرباء من هذه المصادر. على سبيل المثال، أصبحت تكلفة توليد الكهرباء من طاقة الرياح والطاقة الشمسية الكهروضوئية الآن أقل من تكلفة العديد من مصادر الطاقة التقليدية.
التحدي المتمثل في تخزين الطاقة المتجددة
على الرغم من أن نجاح الطاقة المتجددة حتى الآن لا يمكن إنكاره، إلا أن التحدي الحقيقي لا يزال يتمثل في العثور عليها حلول فعالة للتخزين من الكهرباء المولدة. وعلى عكس الوقود الأحفوري، الذي يمكن تخزينه وتوزيعه بسهولة، فإن تخزين الكهرباء المتجددة أكثر تعقيدا ولا يزال صعبا حتى يومنا هذا. غالي جدا.
هناك طرق مختلفة لتخزين الطاقة المولدة من المصادر المتجددة. الأكثر شيوعا تشمل التخزين الميكانيكي، و التخزين الحراري و تخزين المواد الكيميائية. ولكل منها مزايا وعيوب اعتمادًا على نوع الطاقة المتجددة المستخدمة، وتختلف تكلفة وكفاءة كل نظام بشكل كبير.
حلول التخزين الميكانيكية
عادةً ما يتم تمثيل التخزين الميكانيكي بواسطة محطات الضخ الهيدروليكية، وهي تقنية موثوقة وفعالة. خلال أوقات انخفاض الطلب على الطاقة، يقوم النظام بضخ المياه إلى الخزان العلوي، وتخزين الطاقة المحتملة. وعندما يزداد الطلب، يتم إطلاق المياه، وتوليد الكهرباء من خلال التوربينات. ويمثل هذا النوع من التكنولوجيا أكثر من 90% من سعة تخزين الطاقة في أوروبا. مشاريع مميزة مثل شلالات شيرا في غران كناريا إنهم يركزون على هذه التكنولوجيا.
مزايا هذا النظام هي مرونة وكفاءة كبيرة. إلا أنها تحتاج إلى استثمارات أولية كبيرة ويعتمد بناؤها على الجغرافيا المناسبة، مما يحد من توسعها ليشمل كافة المناطق.
التخزين الحراري: الطاقة الشمسية المركزة
التخزين الحراري هو المفتاح لتسخير الطاقة الشمسية بشكل أكثر كفاءة. يسمح هذا النظام بالحرارة الناتجة عن تكنولوجيا تركيز الطاقة الشمسيةحيث تتركز أشعة الشمس لتسخين سائل يمكن أن يكون ماء أو أملاح منصهرة. ال الأملاح المنصهرة وتتميز في هذا المجال بقدرتها على تخزين الحرارة لفترات طويلة من الزمن، وإطلاقها عندما يتطلب الأمر ذلك.
يستخدم هذا النظام بشكل خاص في محطات الطاقة الشمسية المركزة (CSP)، حيث يتم استخدام الحرارة المخزنة لتوليد البخار، وفي نهاية المطاف، الكهرباء. وتعد هذه التكنولوجيا ضرورية للتغلب على انقطاع الخلايا الكهروضوئية المباشرة، والتي تولد الطاقة فقط خلال الساعات المشمسة.
تخزين المواد الكيميائية: المستقبل العظيم للهيدروجين
مما لا شك فيه، أن تكنولوجيا الهيدروجين مدعو للعب دور مركزي في مستقبل الطاقات المتجددة. يتكون هذا النظام من توليد الكهرباء من مصادر متجددة، ومن ثم استخدامها لتقسيم الماء إلى أكسجين وهيدروجين من خلال عملية تسمى التحليل الكهربائي. ويمكن تخزين الهيدروجين الناتج واستخدامه لاحقًا كوقود أو لتوليد الكهرباء مرة أخرى باستخدام خلايا الوقود.
الدعوة "الهيدروجين الأخضر" إنها طريقة لتخزين الطاقة المتجددة لفترات طويلة من الزمن. ومع ذلك، فإن تكلفة إنتاجها لا تزال مرتفعة ويتم تطوير تقنيات جديدة لتحسين الكفاءة وخفض التكاليف.
بطاريات الليثيوم أيون في التخزين الكهروكيميائي
فيما يتعلق بالتخزين الكهروكيميائي بطارية ليثيوم أيون إنها التكنولوجيا الأكثر شيوعًا نظرًا لتطبيقها الواسع في الأجهزة الإلكترونية والمركبات الكهربائية والآن أيضًا في مشاريع الطاقة المتجددة الكبيرة. تسمح هذه البطاريات بتخزين الطاقة الزائدة المتولدة في أوقات انخفاض الطلب وإطلاقها عندما يحتاج النظام إليها.
التحدي الرئيسي لبطاريات الليثيوم هو وجودها التكلفة العالية y العمر الإنتاجي المحدود، وتضاف إليها المخاوف البيئية المستمدة من استخراج المواد اللازمة لتصنيعه، مثل الليثيوم والكوبالت. ومع ذلك، يمكن أن تكون حلاً فعالاً لتخزين الطاقة المتجددة على المدى القصير.
وباختصار، فإن مستقبل الطاقة المتجددة سيعتمد، إلى حد كبير، على القدرة على حل التحديات المتعلقة بتخزين الطاقة. تقدم الابتكارات التكنولوجية الحديثة حلولا واعدة، ولكن لا يزال هناك طريق طويل يتعين علينا قطعه لجعل هذه التكنولوجيات في المتناول وتتسم بالكفاءة. ومع استمرار تقدم مصادر الطاقة المتجددة، سيصبح التخزين الركيزة التي ستسمح بالدمج الكامل لمصادر الطاقة هذه في نظام الكهرباء العالمي.