أقل تقنيات تخزين الكهرباء تلويثاً للبيئة
تمثّل تقنيات تخزين الكهرباء حجر الزاوية في انتشار مصادر الطاقة المتجددة إذ تحلّ مشكلة تقطّع الإمدادات في أوقات الذروة أو ليلًا في حالة الطاقة الشمسية مثلاً.
تقنيات تخزين الكهرباء
وفي هذا الصدد كشفت دراسة حديثة أعدها علماء المختبر الوطني للطاقة المتجددة التابع لوزارة الطاقة الأميركية أن تخزين الطاقة الكهرومائية بالضخ ذات الحلقة المفرغة هي الأقل دون غيرها في إطلاق الانبعاثات المسببة لظاهرة الاحتباس الحراري بحسب تقرير نشرته منصة “ريتشارج نيوز”.
وجاءت نتائج الدراسة في ورقة بحثية بعنوان “تقييم دورة حياة أنظمة تخزين الطاقة الكهرومائية بالضخ ذات الحلقة المغلقة” في الولايات المتحدة ونُشرت في دورية العلوم البيئية والتكنولوجيا.
ويأتي ذلك وسط اهتمام أميركي بخفض الانبعاثات في قطاع الطاقة وصولاً إلى الحياد الكربوني بحلول عام 2050.
تخزين الطاقة الكهرومائية بالضخ
ويعمل تخزين الطاقة الكهرومائية بالضخ بوصفه بطارية عملاقة وتُوَلَّد الكهرباء عن طريق خزّانَي مياه علوي وسفلي.
وعندما يرتفع الطلب على الكهرباء أو ينخفض المعروض تُولد الكهرباء عبر إطلاق المياه التي تشغل التوربينات من الخزان العلوي إلى السفلي وإذا كان الطلب منخفضاً أو العرض مرتفعاً تُخزَّن الكهرباء مع تحرّك المياه المخزنة في الخزان السفلي إلى الخزان العلوي.
وتتضمن أنظمة الطاقة الكهرومائية بالضخ طريقتين للتخزين إحداهما ذات الدائرة المفتوحة وفيها تكون المحطة متصلة بمصدر مائي ضخم كالأنهار والبحيرات وعلى العكس من ذلك تكون أنظمة تخزين الطاقة الكهرومائية بالضخ ذات الحلقة المغلقة.
وتقول الدراسة الجديدة إن أنظمة تخزين الطاقة الكهرومائية بالضخ ذات الحلقة المغلقة هي الأقلّ إطلاقاً للانبعاثات المسببة للاحتباس الحراري بين تقنيات تخزين الكهرباء على المديين القصير والطويل وذلك من ناحية الآثار الكاملة للمواد المستعمَلة وعمليات البناء.
وتساعد تقنيات تخزين الكهرباء في دعم موثوقية الطاقة المتجددة ودعم الشبكة بإمدادات أكبر من السابق.
كما تحظى التقنية بدور كبير في الولايات المتحدة إذ يمثّل تخزين الطاقة الكهرومائية بالضخ نسبة 94 بالمئة في حين تمثّل البطاريات والتقنيات الأخرى نسبة الـ 6 بالمئة المتبقية.
ويقول المؤلف المشارك في إعداد الورقة البحثية دانييل إنمان: ثبتَ أن أنظمة تخزين الطاقة الكهرومائية بالضخ ذات الحلقة المغلقة هي الأقلّ إطلاقاً للانبعاثات المسبّبة للاحتباس الحراري.
تفاصيل الدراسة
وحلّل الباحثون في المختبر الوطني للطاقة المتجددة تقنيات تخزين الكهرباء التي تقف بوصفها حجر عثرة في طريق الاستهلاك النهائي للكهرباء المنتجة من مصادر الطاقة المتجددة.
وكان هناك القليل من المعلومات المتاحة بشأن حجم الانبعاثات الناتجة عن استعمال أنظمة تخزين الطاقة الكهرومائية بالضخ.
وبفضل الدراسة الجديدة قدّم الباحثون تقييماً لدورة الحياة الكاملة لتلك الأنظمة كما قارنوها بتقنيات تخزين الكهرباء الأخرى مثل تخزين الكهرباء بالهواء المضغوط وبطاريات الليثيوم أيون على مستوى المحطات وبطاريات الرصاص الحمضية على مستوى المحطات وبطاريات تدفّق الأكسدة من الفاناديوم.
وتُستعمل تقنيات تخزين الكهرباء عبر الطاقة الكهرومائية بالضخ والهواء المضغوط للتخزين لمدد أطول مقارنة ببطاريات الليثيوم أيون وتدفّق الأكسدة.
يؤكد الباحث بالمختبر “دانييل إنمان” أن كل تقنيات تخزين الكهرباء لا تؤدي الدور نفسه مضيفاً: بحثنا في تقنية تخزين طاقة الهواء المضغوط التي تسمح بتخزين الكهرباء لاستعمالها داخل الشبكة إلّا أن تخزين الطاقة الكهرومائية بالضخ أصدر انبعاثات تقل عن رُبع تلك التي أطلقتها تقنيات الهواء المضغوط.
ووجدت الدراسة أن محطات تخزين الطاقة الكهرومائية بالضخ أطلقت ما يتراوح بين 58 إلى 680 غراماً من مكافئ ثاني أكسيد الكربون لكل كيلوواط/ساعة من الكهرباء المخزّنة.
كما بحث العلماء تأثير المواد المستعملة في بناء تلك المحطات مثل الأسمنت وأثرها في الانبعاثات مؤكدين أن استعمال المحطات القائمة -وليس إقامة أخرى جديدة سيخفض الانبعاثات بنسبة 20 بالمئة.
ومن بين كل العوامل التي شملتها الدراسة مثل حجم المحطة والمواد المستعملة في تبطين الخزانات والكهرباء المخزّنة كان مصدر الكهرباء هو الأكثر تأثيراً في حجم الانبعاثات.
أكثر الدول من حيث قدرات تخزين الطاقة الكهرومائية
تحتلّ الولايات المتحدة المرتبة الـ 3 على قائمة أكثر دول العالم من حيث القدرات التشغيلية لتخزين الطاقة الكهرومائية بالضخ إلى 22 غيغاواط بعد الصين واليابان.
وعموماً بلغت سعة الطاقة الكهرومائية المركبة على مستوى العالم 1.250 تيراواط بنهاية عام 2022 المنصرم بزيادة 2 بالمئة على أساس سنوي وهو ما جعلها أكبر مصادر توليد الكهرباء من الطاقة المتجددة حسب بيانات الوكالة الدولية للطاقة المتجددة “آيرينا”.
وتشير تقديرات الوكالة إلى حاجة العالم إلى نحو 420 غيغاواط من إجمالي تخزين الطاقة الكهرومائية بالضخ من أجل تحقيق أهداف اتفاق باريس للمناخ وذلك بحلول عام 2050.
وبحسب بيانات وزارة الطاقة الأميركية تُسهم أنظمة تخزين الطاقة الكهرومائية بالضخ بنحو 22 غيغاواط من قدرات توليد الكهرباء في البلاد بالإضافة إلى 550 غيغاواط/ساعة من قدرات تخزين الكهرباء.
وبحسب الوزارة فالتقنية لاعب رئيس في إرساء قواعد شبكة كهرباء نظيفة ومرنة وموثوقة كما أنها التقنية الوحيدة لتخزين الكهرباء على المدى الطويل التي تُستَغَلّ تجارياً.