التحول الطاقي: الطاقة الكهرومائية النرويجية كركيزة استقرار لشبكة الكهرباء الأوروبية

الطاقة الكهرومائية بدلاً من التخزين بالضخ: كيف يمكن للنرويج أن تُساهم في استقرار شبكة الكهرباء الأوروبية

يواجه التحول في قطاع الطاقة في أوروبا تحديات كبيرة، لكن أحد الموارد الطبيعية قد يلعب دورًا محوريًا في نجاحه: الطاقة الكهرومائية النرويجية. وقد بحث معهد فراونهوفر لاقتصاديات الطاقة وتكنولوجيا أنظمة الطاقة، ضمن مشروع "هايدروكونكت" التعاوني، كيف يمكن لهذا المصدر الطبيعي للطاقة أن يُسهم بشكل كبير في استقرار شبكات الكهرباء الأوروبية، مع تقليل الحاجة بشكل جذري لمحطات تخزين الطاقة الكهرومائية الجديدة والمكلفة.

موقع النرويج الفريد في مجال الطاقة في أوروبا

تحتل النرويج مكانة استثنائية في قطاع الطاقة الأوروبي. فبفضل توليدها لنحو 90% من الكهرباء من الطاقة الكهرومائية، تتمتع هذه الدولة الإسكندنافية بموقع فريد في أوروبا. ويعود هذا الرقم المذهل إلى موقعها الجغرافي المتميز، بما فيه من مضائق بحرية عميقة وجبال شاهقة وموارد مائية لا تنضب. وتنتشر في أرجاء البلاد أكثر من 1600 محطة لتوليد الطاقة الكهرومائية، التي تبلغ مساحتها 385 ألف كيلومتر مربع، أي أكبر بقليل من ألمانيا.

بلغ إنتاج الطاقة الكهرومائية في النرويج رقماً قياسياً تاريخياً قدره 157.2 تيراواط/ساعة في عام 2024. ويتجاوز هذا الرقم إنتاج ألمانيا من الطاقة الكهرومائية بثمانية أضعاف، على الرغم من تقارب حجم البلدين. وما يجعل هذه الأرقام لافتة للنظر هو أن النرويج لا تكتفي بتلبية احتياجاتها فحسب، بل تُنتج أيضاً فوائض كبيرة للتصدير. إذ تُصدّر البلاد حالياً حوالي 14 تيراواط/ساعة من الكهرباء، ما يجعلها أكبر مُصدّر للكهرباء في أوروبا.

تتمتع أنظمة الطاقة الكهرومائية في النرويج بسعة تخزين هائلة في أكثر من ألف خزان، قادرة على تخزين ما يصل إلى 70% من استهلاكها السنوي من الكهرباء. توفر هذه المرافق التخزينية الطبيعية مرونةً يسعى إليها العالم بشدة، بينما تتمتع بها النرويج منذ عقود.

تحديات التحول الطاقي الأوروبي

لتحقيق هدف الحياد المناخي بحلول عام 2050، يجب أن تتضاعف معدلات التوسع في طاقة الرياح والطاقة الشمسية الكهروضوئية في أوروبا من أربعة إلى خمسة أضعاف مقارنةً بالوضع الحالي. إلا أن هذا التحول الهائل يطرح تحديات جوهرية. فطاقة الرياح والطاقة الشمسية تنتجان الكهرباء تبعاً للأحوال الجوية، وليس تبعاً للطلب. ويتطلب هذا التقلب حلولاً مرنة قادرة على الاستجابة السريعة للتغيرات بين العرض والطلب.

يؤدي عدم القدرة على التنبؤ بمصادر الطاقة المتجددة حاليًا إلى مشاكل مكلفة. ففي ألمانيا، بلغت تكلفة تعويضات توربينات الرياح التي اضطرت إلى التوقف عن العمل بسبب زيادة الأحمال على الشبكة حوالي 610 ملايين يورو للمستهلكين في عام 2017. ويؤكد هذا الوضع الحاجة المُلحة إلى آليات مرنة لتخزين الطاقة وموازنتها في نظام الطاقة الأوروبي.

قد تتجاوز القدرة المركبة لطاقة الرياح والطاقة الشمسية في أوروبا ثلاثة أضعاف بحلول عام 2050، لتصل إلى أكثر من 1800 جيجاوات. ومع ذلك، يجب أن تُكمَّل هذه القدرة الهائلة بآليات مرونة مناسبة لضمان نظام طاقة مستقر وموثوق.

هايدروكونكت: الأسس العلمية لمستقبل الطاقة

أجرى مشروع البحث الدولي "هايدروكونكت"، الذي يضم معهد فراونهوفر لهندسة الكهرباء والإلكترونيات، ومعهد سينتيف لأبحاث الطاقة، والجامعة النرويجية للعلوم والتكنولوجيا، وجامعة ترينتو، دراسة منهجية حول كيفية مساهمة الطاقة الكهرومائية النرويجية في تحقيق الحياد المناخي الأوروبي. وقد حلل الباحثون 15 سيناريو مختلفًا لعامي 2030 و2050، باستخدام قاعدة بيانات شاملة تضم أكثر من 850 نظامًا للطاقة الكهرومائية وأكثر من 3600 خزان مائي.

النتائج مبهرة: فزيادة قدرة الطاقة الكهرومائية النرويجية بمقدار 11 جيجاوات فقط، وما يصاحبها من توسيع لشبكات الربط البيني، من شأنها أن تقلل الاستثمار المطلوب في أوروبا بنحو 70 جيجاوات إضافية من القدرة اللازمة للطاقة الشمسية الكهروضوئية، وأجهزة التحليل الكهربائي، وتخزين البطاريات. وتُظهر هذه الأرقام القيمة المضافة الهائلة التي توفرها محطات الطاقة الكهرومائية المرنة وربطها بشبكات الطاقة الأوروبية المجاورة.

استخدم المشروع أدوات نمذجة متطورة، ولا سيما نموذج نظام الطاقة SCOPE Scenario Development، لتحليل سيناريوهات مستقبلية مختلفة. وشمل ذلك ليس فقط الجوانب التقنية، بل أيضاً تقييماً منهجياً لانبعاثات غازات الاحتباس الحراري، وأسعار الكهرباء، والآثار البيئية على المياه النرويجية.

محطات الطاقة الكهرومائية المخزنة بالضخ: إمكانات أوروبا التي لم يتم تقديرها بالشكل الكافي

بينما يتركز الاهتمام غالبًا على التقنيات الجديدة، تمتلك أوروبا إمكانات هائلة غير مستغلة في مجال محطات تخزين الطاقة بالضخ. وقد حددت دراسة أوروبية إمكانات هائلة تبلغ 2291 جيجاوات ساعة في مواقع محتملة لمحطات تخزين الطاقة بالضخ في دول الاتحاد الأوروبي الخمس عشرة، بالإضافة إلى النرويج وسويسرا. وتوجد أكبر هذه الإمكانات في جنوب النرويج، حيث تبلغ 1242 جيجاوات ساعة، أي ما يعادل 54% من إجمالي الإمكانات.

هذه السعة أكبر بسبع مرات من سعة تخزين الطاقة بالضخ الحالية في أوروبا، وتكفي لتزويد مالطا بالكهرباء لمدة عام كامل. ولتحقيق نفس سعة تخزين الطاقة باستخدام بطاريات الليثيوم أيون، سيتطلب الأمر 95 مليون بطارية من السيارات الكهربائية العادية.

تشهد محطات الطاقة الكهرومائية المخزنة بالضخ انتعاشاً ملحوظاً بعد أن كانت تُعتبر غير اقتصادية لفترة طويلة. إلا أن هذا الوضع يتغير بسرعة، إذ تزداد أهميتها في التحول الطاقي. تعتمد هذه التقنية على مبدأ بسيط ولكنه فعال: حيث يتم ضخ فائض الكهرباء إلى خزانات مرتفعة، وعند الحاجة، يتدفق الماء عائداً عبر التوربينات لتوليد الكهرباء.

في النمسا، على سبيل المثال، تستثمر شركة "فيربوند" لتوريد الطاقة أكثر من 200 مليون يورو في تحديث محطات الطاقة الكهرومائية المخزنة بالضخ في جبال الألب الكارينثية. وتبلغ قدرة التوربينات في هذه المحطات حاليًا 1.5 جيجاوات، ويمكنها تخزين فائض الكهرباء مؤقتًا من مئات توربينات الرياح.

وصلات الربط البيني: جسور الطاقة في أوروبا

يكمن مفتاح تسخير الطاقة الكهرومائية النرويجية في ما يُسمى بوصلات الربط البيني - وهي كابلات بحرية عالية الأداء تربط شبكات الكهرباء الوطنية. ولا تقتصر فوائد هذه "الجسور الكهربائية" على تعزيز أمان الشبكات الوطنية فحسب، بل تُسهم أيضاً في خفض تكلفة الكهرباء في أوروبا.

أبرز مثال على ذلك هو خط نوردلينك، الذي يربط ألمانيا والنرويج مباشرةً منذ أبريل 2021. يستطيع هذا الكابل البحري، الذي يبلغ طوله 623 كيلومترًا، نقل ما يصل إلى 1400 ميغاواط، تكفي لتزويد أكثر من 3.6 مليون منزل ألماني بالكهرباء. وتُقسّم تكاليف الاستثمار، التي تبلغ حوالي ملياري يورو، بالتساوي بين الشريكين النرويجي والألماني.

المبدأ بسيط: عندما تنعدم الرياح على ساحل بحر الشمال الألماني وتتوقف توربينات الرياح عن العمل، تتدخل محطات الطاقة الكهرومائية النرويجية. وعلى العكس، إذا أنتجت ألمانيا فائضًا من طاقة الرياح، فإنها تتدفق إلى النرويج، مما يسمح بإيقاف تشغيل محطات الطاقة الكهرومائية النرويجية مؤقتًا. وتعمل المضائق النرويجية كـ"مستودع افتراضي" في هذه العملية.

ترتبط النرويج بالفعل بشبكة الكهرباء الأوروبية عبر عدة خطوط ربط: مع هولندا عبر خط نورنيد (منذ عام ٢٠٠٨)، ومع الدنمارك عبر عدة خطوط ربط، ومع المملكة المتحدة عبر كابل جديد. يتيح هذا الربط الاستفادة المثلى من الطاقة الكهرومائية المرنة في النرويج للتعويض عن تقلبات طاقة الرياح والطاقة الشمسية في البلدان الأخرى.

حلٌّ مبتكر للطاقة الشمسية الكهروضوئية لخفض التكاليف وتوفير الوقت - الصورة: Xpert.Digital

للمزيد من المعلومات، انقر هنا:

• حلول الطاقة الشمسية الكهروضوئية لتقليل الجهد والنفقات

المرونة كجوهر التحول في مجال الطاقة

تُعدّ الطاقة الكهرومائية المصدر الأكثر مرونةً للطاقة المتجددة. فعلى عكس تخزين الطاقة في البطاريات، الذي يقتصر على تخزين الطاقة لفترات قصيرة، توفر محطات الطاقة الكهرومائية مرونةً على نطاق زمني واسع، من أجزاء من الثانية إلى فصول كاملة. هذه الخاصية تجعلها عنصراً لا غنى عنه لاستقرار شبكة الكهرباء.

تستطيع الطاقة الكهرومائية النرويجية الاستجابة لتقلبات الطلب في غضون دقائق. كما يمكنها تصدير الكهرباء بكميات كبيرة عندما يكون الهواء والشمس شحيحين في أوروبا، وعلى العكس، استيرادها عند وجود فائض. هذه القدرة تجعل النرويج لاعباً رئيسياً في سوق الطاقة الأوروبية المترابطة والمحايدة مناخياً.

تتجاوز مرونة الطاقة الكهرومائية مجرد توليد الكهرباء، إذ يمكن لمحطات الطاقة الكهرومائية تقديم خدمات متنوعة للنظام، تشمل التحكم في التردد والجهد، وتعويض القدرة التفاعلية. وتُعد هذه الخدمات أساسية لاستقرار تشغيل الشبكة، لا سيما مع تزايد حصة مصادر الطاقة المتجددة المتقلبة.

الأبعاد الاقتصادية والسياسية

يُشكّل تزايد اندماج الطاقة الكهرومائية النرويجية في أسواق الكهرباء الأوروبية تحدياتٍ أيضاً. إذ يعاني السكان النرويجيون من ارتفاع أسعار الكهرباء، في حين تُصدّر كميات كبيرة منها. وقد أدّى هذا الوضع إلى توترات سياسية، بل وساهم في انهيار الحكومة النرويجية.

ينتقد حزب الوسط المتشكك في الاتحاد الأوروبي وأحزاب أخرى ارتفاع أسعار الكهرباء التي تدفعها الأسر النرويجية بسبب بيع احتياطيات الطاقة الكهرومائية في الخارج، إذ تقيّد لوائح الاتحاد الأوروبي سيطرة النرويج على هذه الاحتياطيات. بل إن وزير المالية النرويجي حمّل سياسة الطاقة في الاتحاد الأوروبي مسؤولية انهيار الحكومة.

على الرغم من هذه التحديات السياسية، تظل الفوائد الاقتصادية للتكامل كبيرة. فزيادة قدرة الطاقة الكهرومائية بمقدار 11 جيجاوات وإنشاء خطوط ربط جديدة يقلل من تكاليف الشبكة، ويوحد أسعار الكهرباء، ويخفف من حدة ارتفاع الأسعار خلال فترات انخفاض إنتاج طاقة الرياح والطاقة الشمسية. وتشير التحليلات إلى أن زيادة طاقة الرياح تعزز صادرات الكهرباء النرويجية وتساعد على استقرار الشبكة الأوروبية.

حلول تخزين الطاقة الافتراضية والحلول اللامركزية

إلى جانب محطات الطاقة الكهرومائية الضخمة، تكتسب أنظمة تخزين الطاقة الافتراضية أهمية متزايدة. تربط هذه الأنظمة آلاف وحدات التخزين الصغيرة في نظام ذكي ضخم. ففي ألمانيا، على سبيل المثال، قامت شركة Sonnen بربط 25 ألف بطارية لإنشاء محطة طاقة افتراضية بسعة 250 ميغاواط/ساعة.

تُكمّل هذه الحلول اللامركزية محطات الطاقة الكهرومائية الكبيرة بشكل مثالي. فبينما توفر الطاقة الكهرومائية في النرويج استقرارًا طويل الأمد، تستطيع محطات الطاقة الافتراضية الاستجابة بسرعة للتقلبات المحلية وتخفيف الضغط على شبكة التوزيع. ويُسهم الجمع بين الطاقة الكهرومائية المركزية النرويجية وحلول التخزين اللامركزية في إنشاء نظام طاقة قوي ومرن.

الآثار البيئية والاستدامة

تُعدّ الطاقة الكهرومائية في أوروبا عنصراً أساسياً في نظام الطاقة المستدام، إذ تُوفّر كميات كبيرة من الكهرباء منخفضة الكربون بتكلفة زهيدة، وتُقلّل من الإنفاق المجتمعي على تطوير نظام طاقة محايد مناخياً. وقد أكّدت المفوضية الأوروبية صراحةً على أهمية الطاقة الكهرومائية للصفقة الخضراء الأوروبية، وأقرّت بضرورتها كمصدر مرن وقابل للتوزيع للطاقة المتجددة.

توفر خزانات الطاقة الكهرومائية فوائد إضافية تتجاوز توليد الكهرباء، فهي تضمن توافر المياه للسيطرة على الفيضانات، والري، وإمدادات المياه، والترفيه. هذه الوظائف المتعددة تجعل الطاقة الكهرومائية مورداً قيماً للغاية في ظل تغير المناخ.

كما بحث مشروع "هايدروكونكت" الآثار البيئية على الخزانات وأنظمة الأنهار النرويجية. يجمع هذا المشروع متعدد التخصصات بين الأرصاد الجوية وتحليل الطاقة والبحوث البيئية لربط بيانات الطقس وتوليد الطاقة والعوامل البيئية مثل تكسر الجليد في الخزانات.

الطاقة الكهرومائية في أوروبا: 47% من الإمكانات لا تزال غير مستغلة

تبدو آفاق الطاقة الكهرومائية في أوروبا واعدة. إذ يمثل إجمالي الطاقة الكهرومائية الاقتصادية غير المستغلة في أوروبا 47% من إجمالي الطاقة الكهرومائية القابلة للتطوير تقنياً. ولا سيما في جبال الألب، والدول الاسكندنافية، وجبال البرانس، حيث لا تزال هناك فرص كبيرة غير مستغلة.

يُعدّ تحديث محطات الطاقة الكهرومائية القائمة من أكثر الطرق فعالية لزيادة إنتاج الكهرباء مع تقليل الأثر البيئي. وتساهم التقنيات الحديثة، مثل التوربينات متغيرة السرعة، في جعل محطات الطاقة الكهرومائية أكثر مرونة وكفاءة.

تُعدّ أوروبا رائدةً أيضاً في مفاهيم الطاقة الكهرومائية المبتكرة. وتعمل مشاريع مثل مشروع ألفيوس على تطوير سدود بحرية دائرية تستخدم مياه البحر كوسيط لتخزين الطاقة. ويمكن لهذه السدود أن توفر في المستقبل سعة تخزين إضافية تعادل آلاف البطاريات.

ستوفر رقمنة وأتمتة شبكات الطاقة مرونة أكبر لمحطات الطاقة الكهرومائية اللامركزية، لا سيما على مستوى شبكة التوزيع. وفي الوقت نفسه، ستضمن مرافق عبور الأسماك الذكية، مثل توربين أرخميدس اللولبي من شركة هايدروكونكت، أن تلبي الطاقة الكهرومائية المتطلبات البيئية.

الأهمية النظامية لتحقيق الحياد المناخي

ستظل الطاقة الكهرومائية النرويجية عنصراً أساسياً في نظام طاقة محايد مناخياً في أوروبا. وتُظهر تحليلات مشروع "هايدروكونكت" بوضوح القيمة المضافة النظامية لمحطات الطاقة الكهرومائية المرنة وارتباطها بالأنظمة الأوروبية المجاورة.

إن إنشاء عدد قليل من محطات الطاقة الجديدة التي تعمل بتقنية التخزين بالضخ قد يُغني عن توسيع قدرات التقنيات الأخرى أضعافاً مضاعفة. هذه الفكرة أساسية لسياسة الطاقة: فبدلاً من الاعتماد حصراً على التقنيات الجديدة، ينبغي لأوروبا أن تستغل قدراتها التخزينية الطبيعية الحالية على النحو الأمثل وأن تربطها بشبكة ذكية.

يُسهم الجمع بين الطاقة الكهرومائية النرويجية ومحطات تخزين الطاقة بالضخ الحديثة وشبكات الربط الذكية في إنشاء نظام طاقة مستقر وبأسعار معقولة. وتشكل هذه البنية التحتية الركيزة الأساسية لنجاح دمج قدرات طاقة الرياح والطاقة الشمسية المتنامية بسرعة في أوروبا.

بفضل بعض الاستثمارات الموجهة في ربط الشبكات وتحديث قدرات الطاقة الكهرومائية القائمة، تستطيع أوروبا اتخاذ خطوة حاسمة نحو الحياد المناخي دون المساس بأمن الإمداد أو القدرة على تحمل التكاليف. وتُثبت الطاقة الكهرومائية النرويجية أنها الركيزة الطبيعية للاستقرار التي تحتاجها أوروبا بشدة لنجاح تحولها في قطاع الطاقة.

☑️ أعمال الإنشاء والاستشارات لأنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية في الحقول المفتوحة

☑️ تخطيط محطات الطاقة الشمسية ☑️ تطبيقات الطاقة الشمسية الكهروضوئية الزراعية

☑️ أنظمة الطاقة الشمسية الأرضية ذات حلول الاستخدام المزدوج

تُعدّ Xpert.Solar شريككم الأمثل لتخطيط واستشارات وإنشاء أنظمة الطاقة الشمسية الأرضية ومشاريع الطاقة الشمسية الزراعية، وذلك بفضل خبرتنا الطويلة في قطاع الطاقة الشمسية. يضم فريق Xpert.Solar نخبة من الخبراء المتخصصين الذين يقدمون حلولاً مصممة خصيصاً لتلبية احتياجات المزارعين والمستثمرين. بدءاً من تحليل الموقع وتقديم الاستشارات المالية والقانونية، وصولاً إلى التنفيذ الفني والمتابعة، توفر Xpert.Solar لعملائها دعماً احترافياً وموثوقاً لضمان نجاح واستدامة مشاريعهم.

Konrad Wolfenstein

يسعدني أن أكون مستشارك الشخصي.

يمكنك الاتصال بي عن طريق ملء نموذج الاتصال أدناه أو ببساطة الاتصال بي على الرقم +49 89 89 674 804 (ميونخ) .

أتطلع إلى مشروعنا المشترك.

Xpert.Digital هو مركز صناعي يركز على الرقمنة والهندسة الميكانيكية والخدمات اللوجستية/الخدمات اللوجستية الداخلية والخلايا الكهروضوئية.

بفضل حلولنا الشاملة لتطوير الأعمال، ندعم الشركات المرموقة من الأعمال الجديدة إلى خدمات ما بعد البيع.

تُعدّ معلومات السوق، والتسويق الموجه، وأتمتة التسويق، وتطوير المحتوى، والعلاقات العامة، وحملات البريد، ووسائل التواصل الاجتماعي الشخصية، ورعاية العملاء المحتملين جزءًا من أدواتنا الرقمية.

يمكنكم الاطلاع على المزيد من المعلومات على المواقع التالية: www.xpert.digital - www.xpert.solar - www.xpert.plus