حل جديد لأزمة تحزين الطاقة المتجددة.. تقنية الطاقة الحرارية الشمسية فعالة من حيث التكلفة لتخزين طويل الأمد
الطاقة الحرارية الشمسية المركزة توفر تخزين طويل الأمد وحرارة صناعية.. تقنية متزامنة لأنها تستخدم توربينًا دوارًا تقليديًا
يتزايد انتقال العالم إلى مصادر الطاقة المتجددة بسرعة، ولكن هناك مشكلة تلوح في الأفق فيما يتعلق بالتخزين، سنحتاج إلى المزيد من التخزين طويل الأمد حتى نتمكن من قضاء الليل، بمجرد خروج الفحم والغاز الأحفوري من النظام.
نحتاج أيضًا إلى إيجاد طرق جديدة وأفضل لتوليد الحرارة للعمليات الصناعية، يمكن أن توفر مصادر الطاقة المتجددة الكثير من تلك الحرارة خلال النهار، ولكن تخزين الطاقة سيكون مطلوبًا لتلبية احتياجات الحرارة الليلية للصناعة.
تتمتع التكنولوجيا الحرارية الشمسية بالقدرة على توفير تخزين طويل الأمد وحرارة صناعية، ومع ذلك فقد تم تجاهلها إلى حد كبير في السياق العالمي، هذا على وشك التغيير.
تحدد خارطة طريق تخزين الطاقة المتجددة CSIRO مزيجًا من التقنيات التي ستكون مطلوبة، عبر القطاعات، لتلبية احتياجات تخزين الطاقة في أستراليا، لا سيما في الليل، ستكون الطاقة الشمسية الحرارية جزءًا مهمًا من المزيج.
البطاريات وحدها لن تقطعها، وهي جيدة للتخزين قصير المدى، والذي يتراوح من دقائق إلى ساعة أو ساعتين، لكنك ستحتاج إلى الكثير منها، بتكلفة باهظة، لتغطية 8-12 ساعة، تصبح الطاقة الحرارية الشمسية فعالة من حيث التكلفة للتخزين طويل الأمد على نطاق واسع، وتجلب فوائد أخرى أيضًا.
إدخال تخزين الطاقة الحرارية
حدد مشغل سوق الطاقة الأسترالي (AEMO) التخزين لمدة تتراوح من 4 إلى 12 ساعة على أنه “الحاجة الأكثر إلحاحًا على مستوى المرافق في العقد المقبل”ـ هذا هو المطلوب “لإدارة التغيرات اليومية الأقوى في إنتاج الطاقة الشمسية وطاقة الرياح ، ولتلبية طلب المستهلكين ، أيضًا خلال الأيام الأكثر تطرفًا، حيث تنخفض قدرة الفحم.”
يعرف معظم الناس عن تخزين بطاريات الليثيوم أيون (الكيميائية) والتخزين المائي (الميكانيكي) الذي يتم ضخه، فتخزين الطاقة الحرارية غير مفهوم أو معترف به جيدًا، ويرجع ذلك جزئيًا إلى التكاليف المتصورة والتحديات الهندسية، نظرًا لبناء محطات حرارية شمسية مركزة في جميع أنحاء العالم – 30 يجري تطويرها في الصين وحدها – فإن قاعدة المعرفة آخذة في النمو.
أكثر من 80٪ من إجمالي استخدام الطاقة في أستراليا ينطوي على عملية حرارية:
- حرق الفحم والغاز للكهرباء
- احتراق الوقود للنقل
- احتراق الوقود من أجل حرارة العمليات الصناعية.
يمكن تلبية نسبة كبيرة من هذه العمليات الحرارية الحالية للوقود الأحفوري من خلال تخزين الطاقة الحرارية المتجددة.
وجدت خارطة طريق CSIRO أن تخزين الطاقة الحرارية كان حلاً منخفض التكلفة نسبيًا مع تطبيقات متعددة، بما في ذلك توليد الطاقة على نطاق المرافق، وإنتاج الوقود المتجدد، وتسخين العمليات الصناعية.
بالنسبة لتوليد الطاقة على نطاق المرافق، فإن أقل التقنيات تكلفة للتخزين لمدة ثماني ساعات في عام 2050 هي تخزين الطاقة الحرارية باستخدام الطاقة الحرارية الشمسية المركزة.
كانت التكلفة في عام 2050 أعلى بقليل من 100 دولار أسترالي/ ميجاوات ساعة، مقارنة ببطارية ليثيوم أيون عند 140 دولارًا أستراليًا / ميجاوات في الساعة وضخ الماء عند حوالي 155 دولارًا أستراليًا / ميجاوات ساعة.
بالنسبة لتقنيات التخزين على مدار 24 ساعة في عام 2050، كان تخزين الطاقة الحرارية مرة أخرى أقل تكلفة عند 99 دولارًا أستراليًا/ ميجاوات ساعة، مقارنة مع ضخ المياه عند 145 دولارًا أستراليًا / ميجاوات في الساعة أو تخزين الطاقة الحرارية الكهربائية المشحونة بالشبكة (باستخدام الخلايا الكهروضوئية الشمسية وطاقة الرياح) عند 150 دولارًا أستراليًا/ ميجاواط ساعة.
من المرجح أن يظل التخزين قصير المدى مجال بطارية الليثيوم أيون لمدة تصل إلى ساعتين على الأقل، وربما تصل إلى أربع ساعات.
تحويل ضوء الشمس إلى طاقة حرارية
تستخدم الطاقة الحرارية الشمسية المركزة المرايا لتحويل ضوء الشمس إلى طاقة حرارية، عادة ما يتم تخزين هذه الطاقة الحرارية.
يمكن بعد ذلك استخدام الطاقة الحرارية المخزنة، في أي وقت من النهار أو الليل، عند الطلب، لإنتاج البخار لإنتاج الكهرباء، أو الحرارة / البخار للعمليات الصناعية .
يوفر النظام عادةً من ست إلى 24 ساعة من العمليات، ما يعنيه هذا هو أن الحرارة الشمسية المركزة يمكن أن توفر طاقة مستمرة عند الطلب و/ أو حرارة معالجة على مدار الساعة طوال أيام الأسبوع، يمكنه أيضًا توليد الطاقة وتخزين الحرارة في نفس الوقت في نفس الوقت.
عادة ما يتم استخدام الطاقة الحرارية المخزنة في الليل، تتمتع الأنظمة الحرارية الشمسية المركزة المنتشرة في الصين وإسبانيا والولايات المتحدة وأمريكا الجنوبية وأفريقيا والشرق الأوسط عمومًا بأكثر من عشر ساعات من التخزين، مما يسمح بتوليد الطاقة المتجددة والحرارة بين عشية وضحاها.
تعتبر الطاقة الحرارية الشمسية المركزة أيضًا تقنية متزامنة لأنها تستخدم توربينًا دوارًا تقليديًا (مماثل لتلك المستخدمة في محطات الطاقة التي تعمل بالفحم ).
وهذا يخلق قوة النظام وخدمات التردد التي تشتد الحاجة إليها للشبكة.
في الأساس، عند إغلاق محطات الطاقة التي تعمل بالفحم، فإن الحرارة الشمسية المركزة هي تقنية يمكن أن تستمر في تقديم خدمات النظام الأساسية.
في حين تم نشر أكثر من 100 محطة حرارية شمسية مركزة، تولد 7 جيجاوات ساعة من الطاقة ، في جميع أنحاء العالم، لم يتم نشر التكنولوجيا بعد على نطاق واسع في أستراليا.
سيتغير هذا قريبًا مع قيام Vast Solar ببناء محطة حرارية شمسية مركزة بقدرة 30 ميجاوات في بورت أوجستا، بدعم جزئي من الحكومة الفيدرالية.
سيكون للمشروع عشر ساعات من تخزين الطاقة الحراريةلتوليد الطاقة لتزويد الشبكة، بشكل أساسي في الليل.
سيوفر المشروع أيضًا حرارة وطاقة متجددة لإنتاج أكثر من 7000 طن متري من الميثانول الأخضر (المتجدد) كل عام- (الميثانول هو لبنة كيميائية أساسية لمئات من المنتجات الاستهلاكية والصناعية مثل الدهانات والسجاد والأقمشة ومواد البناء والوقود السائل-.
بناء أنظمة تخزين الطاقة طويلة الأمد
نحتاج الآن إلى البدء في بناء أنظمة تخزين الطاقة طويلة الأمد، لذلك لدينا طاقة آمنة وموثوقة عندما لا تشرق الشمس ولا تهب الرياح، نحتاج أيضًا إلى استبدال الوقود الأحفوري المستخدم في توليد حرارة العمليات الصناعية.
تتطلب قطاعات مثل التعدين والصناعة والنقل والزراعة والأسر طاقة متجددة آمنة وموثوقة وبأسعار معقولة، بالنسبة للعديد من القطاعات، تحدث هذه الحاجة في الليل، وهذا يتطلب التخزين.
