الطاقات المتجددة: الآن كل شيء يعتمد على أنظمة تخزين الطاقة

تاريخ النشر: 30 نوفمبر 2020 / تاريخ التحديث: 21 أغسطس 2024 - المؤلف: Konrad Wolfenstein

يُعد البحث في مجال تخزين الطاقة ذا أهمية بالغة، لما يتمتع به من إمكانات كبيرة لتطوير السوق، ولفرصٍ سانحة لمحطات الطاقة ما بعد عصر الطاقة الكهربائية

الطاقات المتجددة: الآن، كل شيء يتوقف على أنظمة تخزين الطاقة – الصورة: petrmalinak|Shutterstock.com

يشهد سوق الطاقة المتجددة نموًا متزايدًا. وقد تضاعفت الاستثمارات العالمية في هذا القطاع تقريبًا خلال السنوات العشر الماضية. وبينما نشهد أكبر طفرة عالمية، تتراجع هذه الاستثمارات في ألمانيا، باستثناء الطاقة الشمسية الكهروضوئية. ففي عام ٢٠١٩، استُثمر حوالي ١١ مليار يورو في ألمانيا، وكان التركيز الرئيسي لهذه الاستثمارات على الطاقة الشمسية.

الاستثمار في بناء محطات الطاقة المتجددة في ألمانيا – من عام 2000 إلى عام 2019 – الصورة: Xpert.Digital

الاستثمار في الطاقة الشمسية الكهروضوئية في ألمانيا – من عام 2000 إلى عام 2019 – الصورة: Xpert.Digital

منذ عام 2014، يشهد سوق الخلايا الكهروضوئية في ألمانيا نمواً تصاعدياً مرة أخرى.

بلغت الاستثمارات العالمية في تقنيات طاقة الرياح حوالي 143 مليار دولار أمريكي في عام 2019. أما الاستثمارات في تكنولوجيا الطاقة الشمسية فقد بلغت مؤخراً 141 مليار دولار أمريكي.

الاستثمار العالمي في تكنولوجيا طاقة الرياح – من 2004 إلى 2019 – الصورة: Xpert.Digital

الاستثمار العالمي في تكنولوجيا الطاقة الشمسية – من 2004 إلى 2019 – الصورة: Xpert.Digital

على الرغم من أن أرقام الطاقات المتجددة في ألمانيا تتراجع حاليًا، إلا أنه لا ينبغي إغفال حقيقة أن ألمانيا هي الدولة التي تمتلك أعلى نسبة (52٪) من الطاقات المتجددة مقارنة بالوقود الأحفوري على مستوى العالم.

نظرة عامة عالمية: حصة الطاقات المتجددة مقارنة بمصادر الطاقة الأخرى – الصورة: Xpert.Digital

تحتل ألمانيا المرتبة الثالثة من حيث استهلاك الطاقة المتجددة وتوفيرها، بواقع 224 تيراواط ساعة، بعد الصين والولايات المتحدة. وتتفوق بذلك على الهند والبرازيل، اللتين تفوقانها بكثير من حيث عدد السكان والمساحة.

استهلاك الطاقة المتجددة في أكبر 15 دولة عام 2019 – الصورة: Xpert.Digital

في نوفمبر 2020، أنتجت ألمانيا 54% من كهربائها من مصادر الطاقة المتجددة. وكان المتوسط ​​السنوي للفترة من ديسمبر 2019 إلى نوفمبر 2020 هو 52.46%.

حصة الطاقات المتجددة في إمدادات الكهرباء في ألمانيا – 2019-2020 – الصورة: Xpert.Digital

مع ذلك، لا يُعدّ هذا أداءً ثابتاً، إذ تتراوح التقلبات بين 37% في نوفمبر 2019 وذروة بلغت 61.7% في فبراير 2020. ومن المتوقع أن تتفاقم هذه المشكلة في المستقبل القريب مع التوسع المتزايد في استخدام مصادر الطاقة المتجددة.

يشهد نظام الكهرباء الوطني تحولاً ملحوظاً مع ازدياد الاعتماد على مصادر الطاقة المتجددة. فبينما هيمنت شبكات توليد الطاقة المركزية حتى الآن، يتجه التوجه نحو محطات التوليد اللامركزية. وينطبق هذا على التوليد من مصادر متجددة مثل أنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية، ومحطات الطاقة الشمسية الحرارية، وتوربينات الرياح، ومحطات الغاز الحيوي.

يقول البروفيسور الدكتور كليمنس هوفمان، رئيس معهد فراونهوفر للكهرباء والطاقة: "إن توليد الكهرباء من محطات الطاقة الشمسية وطاقة الرياح يجعل نظام الإمداد أكثر تجزئة واعتمادًا على الطقس بشكل كبير مقارنة بتشغيل محطات الطاقة التقليدية".

ذو صلة بهذا الموضوع:

• الذكاء الاصطناعي في مجال الطاقات المتجددة

يؤدي هذا إلى بنية أكثر تعقيدًا بشكل ملحوظ، لا سيما في مجالات التحكم في الأحمال، وتنظيم الجهد في شبكة التوزيع، والحفاظ على استقرار الشبكة. كما أن محطات التوليد الصغيرة واللامركزية، على عكس محطات الطاقة المتوسطة والكبيرة، تغذي مباشرة مستويات جهد منخفضة مثل شبكات الجهد المنخفض أو المتوسط.

مع تزايد حصة الطاقات المتجددة، يصبح من الأهمية بمكان مواءمة تقلبات إنتاج الطاقة مع تقلبات استهلاك الطاقة من خلال موازنتها بأنظمة تخزين الطاقة.

لذلك، فإن إمكانية تخزين الطاقة الكهربائية باستخدام أنظمة تخزين الطاقة أو محطات الطاقة التخزينية ستلعب دورًا مهمًا في السنوات القادمة.

في عام 2018، بلغت سعة أنظمة تخزين الطاقة حوالي 17 جيجاوات ساعة. ووفقًا لتقديرات بلومبيرغ لتمويل الطاقة الجديدة (bnef.com)، من المتوقع أن تتجاوز هذه السعة 2800 جيجاوات ساعة خلال 20 عامًا تقريبًا.

سعة تخزين الطاقة العالمية – 2018 و2040 – الصورة: Xpert.Digital

تُستخدم أنظمة تخزين البطاريات واسعة النطاق بالفعل في ألمانيا لتحقيق استقرار الشبكة الكهربائية. وفي عام 2017، بلغت سعتها حوالي 250 ميغاواط ساعة.

سعة أنظمة تخزين البطاريات واسعة النطاق لتحقيق استقرار الشبكة الكهربائية في ألمانيا – الصورة: Xpert.Digital

بالمقارنة، بلغت سعة أنظمة تخزين البطاريات المنزلية في ألمانيا في عام 2017 545 ميغاواط ساعة.

سعة أنظمة تخزين البطاريات المنزلية في ألمانيا – الصورة: Xpert.Digital

لضمان نجاح التحول في قطاع الطاقة، يُعدّ البحث في مجال تخزين الطاقة ذا أهمية قصوى. فكلما أمكن تحقيق تخزين الطاقة بكفاءة، كلما أمكن تحقيق توازن في تقلبات شبكة الكهرباء، وبالتالي التحول من الوقود الأحفوري. وفي عام ٢٠١٩، خصصت الحكومة الألمانية ما يقارب تسعة ملايين يورو لتمويل أنظمة التخزين الكهروكيميائية.

ذو صلة بهذا الموضوع:

• من يقود الاستثمار في الطاقات المتجددة؟

التمويل الفيدرالي لتخزين الطاقة حسب القطاع – 2018 و2019 – الصورة: Xpert.Digital

في حين أن سوق الوحدات الشمسية شديدة التنافسية بالفعل، وبالنظر إلى متطلبات سعة أنظمة تخزين الطاقة، يتضح بسرعة أن هناك قدراً كبيراً من إمكانات تطوير السوق هنا.

أبرز الشركات المصنعة لأنظمة تخزين الطاقة الشمسية في ألمانيا حسب حصتها السوقية – الصورة: Xpert.Digital

لا تُؤخذ في الاعتبار هنا إلا أنظمة التخزين المؤهلة لتمويل بنك التنمية الألماني (KfW). أما الشركات المصنعة التي لا تستوفي أنظمة تخزينها شروط التمويل، فلا تُدرج هنا. في عام ٢٠١٧، بلغت حصة شركة SMA في سوق تخزين الطاقة الشمسية في ألمانيا حوالي ستة بالمئة. Sonnenbatterie: تعمل الشركة تحت اسم Sonnen GmbH منذ نوفمبر ٢٠١٥.

إجمالي عدد أنظمة تخزين الطاقة الكهروضوئية المركبة في ألمانيا – الصورة: Xpert.Digital

في عام 2018، ووفقًا للتوقعات، تم تركيب حوالي 100 ألف نظام كهروضوئي مزود بوحدات تخزين الطاقة الشمسية في ألمانيا. ويتزايد عدد الأنظمة المركبة بشكل ملحوظ سنويًا، ففي عام 2013، لم يتجاوز عدد أنظمة تخزين الطاقة الشمسية في ألمانيا 5000 نظام.

ذو صلة بهذا الموضوع:

• تخزين الطاقة - يمكن العثور على أرقام وبيانات وحقائق مثيرة للاهتمام في نهاية هذه المقالة كملف PDF قابل للتنزيل

في مقابلة مع موقع فوكس أونلاين ، وصف أوليفر كوخ، الرئيس التنفيذي لشركة سونين جي إم بي إتش، ربط البطاريات ومحطة الطاقة الافتراضية بنظام طاقة نظيف ولا مركزي، قائلاً: "تحل المنازل محل محطات الطاقة ويتم إنتاج الكهرباء بشكل لا مركزي". ووفقًا للسيد كوخ، من الممكن الوصول إلى فاتورة كهرباء صفرية.

يوصي السيد كوتش بأن يقوم مشغلو محطات الطاقة الذين ستنتهي إعانات برنامج دعم الطاقة الكهربائية (EEG) الخاصة بهم بإعادة حساب الوضع والنظر في استخدام الكهرباء التي ينتجونها بأنفسهم في المستقبل.

لقد اقترحنا هذا الخيار بالفعل في شهر سبتمبر: ماذا نفعل؟ الدعم المقدم لأنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية القديمة سينتهي قريباً.

تُبرهن شركة المرافق البلدية في توبنغن على وجود حل بديل: فابتداءً من عام 2021، تُقدم الشركة لمشغلي محطات الطاقة الشمسية التي تم إنشاؤها بعد تطبيق قانون مصادر الطاقة المتجددة (EEG) ستة سنتات لكل كيلوواط ساعة. وتوصي شركة Lechwerke AG بإجراء تعديلات فنية على محطات الطاقة الشمسية واستهلاك الطاقة الشمسية ذاتيًا في المستقبل. ومن شأن حلول التخزين المناسبة أن تُعزز كفاءة محطات الطاقة الشمسية.

مع ذلك، لا يزال التوجه المستقبلي غير واضح. يتضمن مشروع تعديل قانون مصادر الطاقة المتجددة تغييرًا هامًا للمنشآت التي ستُنشأ بعد صدور القانون: إذ يُخطط لإعفاء مؤقت لأنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية الصغيرة التي تُغذي الشبكة الكهربائية بكامل إنتاجها. كما سيتم تطبيق ترتيب انتقالي للأنظمة التي تصل قدرتها إلى 100 كيلوواط ذروة، مما يسمح لها بمواصلة تغذية الشبكة الكهربائية حتى عام 2027. مع ذلك، يجب تغذية الشبكة الكهربائية بالكامل، ويُستثنى الاستهلاك الذاتي.