دراسة: كهربة قطاعات الطاقة من مصادر متجددة هي الحل لأزمة المناخ ومشكلات الوقود
كتبً مصطفى شعبان
يشهد العالم زيادات غير مسبوقة في أسعار الوقود، وصراع الطاقة بين مختلف الكيانات السياسية والدول، وما يصل إلى 7 ملايين حالة وفاة بسبب تلوث الهواء سنويًا في جميع أنحاء العالم، وكارثة مرتبطة بالمناخ تلو الأخرى.
يؤكد النقاد أن التحول إلى الطاقة المتجددة لحل هذه المشاكل سيؤدي إلى إنشاء شبكات كهرباء غير مستقرة ورفع الأسعار أكثر.
ومع ذلك، خلصت دراسة جديدة من مجموعتي البحثية في جامعة ستانفورد إلى أنه يمكن حل هذه المشكلات في كل دولة من 145 دولة تم فحصها- دون انقطاع التيار الكهربائي وبتكلفة منخفضة باستخدام جميع التقنيات الموجودة تقريبًا.
ليس هنآك حاجة لتقنيات معجزة
وانتهت الدراسة إلى أنه ليس هناك حاجة إلى تقنيات معجزة لحل هذه المشكلات، عن طريق كهربة جميع قطاعات الطاقة؛ إنتاج الكهرباء من مصادر نظيفة ومتجددة؛ توليد الحرارة والتدفئة، والهيدروجين من هذه الكهرباء؛ تخزين الكهرباء والحرارة والبرودة والهيدروجين، توسيع الإرسال وتغيير وقت بعض استخدامات الكهرباء، يمكننا خلق طاقة آمنة ورخيصة وموثوقة في كل مكان.
وكشف مارك ز. جاكوبسون، أستاذ الهندسة المدنية والبيئية بجامعة ستانفورد، المتخصص في الأسس العلمية للصفقة الخضراء الأمريكية الجديدة، أن أكبر سبب لخفض التكلفة هو أن نظام الطاقة النظيفة والمتجددة يستخدم طاقة أقل بكثير مما يستخدمه نظام الطاقة القائم على الاحتراق، في الواقع، تنخفض الطاقة التي يستخدمها الناس فعليًا في جميع أنحاء العالم بنسبة تزيد عن 56 % باستخدام نظام كهربائي بالكامل يعمل بمصادر نظيفة ومتجددة.
يرجع التخفيض إلى خمسة أسباب:
كفاءة المركبات الكهربائية على مركبات الاحتراق، وكفاءة مضخات الحرارة الكهربائية لتسخين الهواء والماء فوق سخانات الاحتراق، وكفاءة الصناعة المكهربة، والقضاء على الطاقة اللازمة للحصول على الوقود الأحفوري، فضلاً عن بعض الكفاءة تحسينات تتجاوز ما هو متوقع.
علاوة على ذلك، يعمل النظام الجديد أيضًا على تقليل التكلفة لكل وحدة طاقة بنسبة 12 % أخرى في المتوسط، مما يؤدي إلى انخفاض تكلفة الطاقة السنوية بنسبة 63 بالمائة في جميع أنحاء العالم. إضافة إلى ذلك، توفر التكاليف الصحية والمناخية تخفيضًا بنسبة 92 % في التكاليف الاجتماعية، وهي تكاليف الطاقة بالإضافة إلى الصحة بالإضافة إلى تكاليف المناخ، مقارنة بالنظام الحالي.
التقنيات المنتجة للطاقة النظيفة
تشمل التقنيات المنتجة للطاقة التي تم النظر فيها فقط كهرباء الرياح البرية والبحرية، والخلايا الكهروضوئية الشمسية للكهرباء على أسطح المنازل ومحطات الطاقة، والطاقة الشمسية المركزة، والحرارة الشمسية، والكهرباء الحرارية الجوفية، والطاقة الكهرومائية، فضلاً عن كميات صغيرة من كهرباء المد والجزر والأمواج.
كانت البطاريات هي أهم تقنيات تخزين الكهرباء، على الرغم من معالجة التخزين الكهرومائي بالضخ والتخزين الحالي للسدود الكهرومائية، وتخزين الطاقة الشمسية المركزة للكهرباء.
لم تكن هناك حاجة لبطاريات تزيد عن أربع ساعات من التخزين، بدلاً من ذلك، تم الحصول على تخزين طويل الأمد عن طريق تسلسل البطاريات مع تخزين لمدة أربع ساعات معًا. في اختبار الحساسية، وجدنا أنه حتى لو كانت أسعار البطاريات أعلى بنسبة 50%، فإن التكاليف الإجمالية ستكون 3 فقط.
وذكر مارك، وهو مؤلف كتاب وكتاب مدرسي عن التحول إلى طاقة نظيفة ومتجددة بنسبة 100٪، أنه تم دراسة التخزين الموسمي للحرارة تحت الأرض في التربة، بالإضافة إلى تخزين الحرارة على المدى القصير في خزانات المياه، تخزين الحرارة الموسمي مفيد لتدفئة المناطق.
مع تدفئة المناطق، يتم إنتاج الحرارة وتخزينها في موقع مركزي ثم يتم توصيلها بالأنابيب عبر الماء الساخن إلى المباني لتسخين الهواء والماء، البديل عن تدفئة المناطق هو استخدام المضخات الحرارية في كل مبنى.
ووجدت الدراسة أنه كلما زاد توافر تدفئة المناطق، كان من الأسهل الحفاظ على استقرار الشبكة الكهربائية بتكلفة أقل، نظرًا لأنه قلل من الحاجة إلى البطاريات لتوفير الكهرباء الفورية للمضخات الحرارية، البطاريات أغلى من تخزين الحرارة تحت الأرض.
62 تريليون دولار تكلفة استبدال الطاقة
وجدت الدراسة أن التكلفة الإجمالية الأولية لاستبدال جميع الطاقة في 145 دولة، والتي تنبعث منها 99.7% من ثاني أكسيد الكربون في العالم، تبلغ حوالي 62 تريليون دولار، ومع ذلك، نظرًا لتوفير 11 تريليون دولار سنويًا في تكاليف الطاقة، فإن وقت الاسترداد للنظام الجديد أقل من ست سنوات.
وأوضح مارك الذي شارك في تأليف الدراسة الجديدة “حلول منخفضة التكلفة للاحتباس الحراري وتلوث الهواء وانعدام أمن الطاقة لـ 145 دولة”، أن النظام الجديد قد يخلق أيضًا أكثر من 28 مليون وظيفة طويلة الأجل بدوام كامل أكثر مما فقده في جميع أنحاء العالم ولا يتطلب سوى حوالي 0.53 % من أراضي العالم للطاقة الجديدة، مع كون معظم هذه المنطقة مساحة فارغة بين توربينات الرياح على الأرض التي يمكن أن يمكن استخدامها لأغراض متعددة، وبالتالي، النظام الجديد قد يتطلب طاقة أقل وتكلفة أقل ويخلق وظائف أكثر من النظام الحالي.
شحن السيارة الكهربائية نهاراً
ومن الاكتشافات الأخرى المثيرة للاهتمام أنه مع وجود نظام متجدد بالكامل، كان شحن السيارات الكهربائية التي تعمل بالبطاريات خلال النهار أقل تكلفة للشبكة من شحنها ليلاً لأن الشحن النهاري يتوافق بشكل جيد مع إنتاج الكهرباء الشمسية.
أمن الطاقة في متناول اليد
وفقًا لآنا فون كرولاند، دكتوراه بجامعة ستانفورد المشاركة في الدراسة، فأحد الآثار الرئيسية هو أنه ” بالنسبة لـ 145 دولة تم فحصها، فإن أمن الطاقة في متناول اليد، والأهم من ذلك، كيفية الحصول عليه.”
من المهم ملاحظة أننا لم يتم تضمين التقنيات التي لم تعالج تلوث الهواء والاحتباس الحراري وأمن الطاقة معًا، لم تشمل الطاقة الحيوية أو الغاز الطبيعي أو الوقود الأحفوري أو الطاقة الحيوية مع احتجاز ثاني أكسيد الكربون أو التقاط الهواء المباشر لثاني أكسيد الكربون أو الهيدروجين الأزرق أو الطاقة النووية، فهذه التقنيات ليست ضرورية وتوفر فائدة أقل من تلك التي قمنا بتضمينها.
أخيرًا، تؤكد النتائج أن الانتقال إلى الطاقة النظيفة والمتجددة بنسبة 100 % في كل بلد يجب أن يحدث بشكل مثالي بحلول عام 2035، وفي موعد لا يتجاوز عام 2050 ، مع انتقال بنسبة 80 % بحلول عام 2030.
