تكنولوجيا تخزين الطاقة: هل ستعزز جهود التحول نحو الطاقة النظيفة؟

تُعدّ حلول تخزين الطاقة جوهرَ التحوّل الناجح نحو الطاقة النظيفة. ومع تزايد دمج طاقة الرياح والطاقة الشمسية في شبكات الطاقة العالمية، أصبحت إمدادات الطاقة أكثر تقلبًا، ما أدى إلى اختلال في معدلات العرض والطلب عليها.

ويُعدّ تخزين الطاقة حلاً حاسمًا لاستقرار تدفقات الطاقة الداخلة والخارجة من وإلى الشبكة، مما يعزز أمن الطاقة. ويشهد هذا القطاع نموًا ملحوظًا ليصبح قطاعًا رئيسيًا في السوق في السنوات القادمة، ولكن لا يزال من غير الواضح ما هي تقنية تخزين الطاقة التي ستبرز كأبرز التقنيات.

كما يُشكّل عدم التوافق المتكرر بين إنتاج الطاقة المتغير وطلب المستهلكين ضغطًا كبيرًا على شبكات الكهرباء، المصممة تاريخيًا لتوفير إمدادات أساسية ثابتة وسهلة التحكم من الوقود الأحفوري. وقد أدى ذلك إلى خلق مشاكل معقدة في أسواق الطاقة العالمية. ففي البلدان التي تُشكّل فيها مصادر الطاقة المتجددة جزءًا كبيرًا من مزيج الطاقة، قد تنخفض أسعار الطاقة إلى ما دون الصفر، مما يُحدث فوضى في أسواق الطاقة. وتُشير وكالة الطاقة الدولية إلى أن "هذا يُقلل من إمكانية تحقيق أرباح من السوق الفورية للمنتجين، ويُبرز الحاجة إلى استثمارات مُكمّلة في المرونة وسعة التخزين". نتيجةً لذلك، فإن تخزين الطاقة، على الرغم من حداثته، يكتسب زخمًا كبيرًا ليصبح "العمل التجاري التالي للطاقة النظيفة بقيمة تريليون دولار".

في عام 2022، قُدِّر حجم سوق أنظمة تخزين الطاقة بـ 198.8 مليار دولار. وعلى المدى القريب، تُقدِّر شركة Allied Market Research أن يصل إلى 329.1 مليار دولار بحلول عام 2032، بمعدل نمو سنوي مركب قدره 5.2% من عام 2023 إلى عام 2032.

وفي الوقت الحالي، تُهيمن بطاريات الليثيوم أيون على تخزين الطاقة، ولكن هناك منافسة كبيرة للتوصل إلى حلول تخزين طويلة الأجل أكثر ملاءمة. يتميز قطاع تخزين الطاقة اليوم بتجزؤ شديد وتنافسية شديدة، مع تنافس تقنيات متنوعة على إحداث تغييرات جذرية في السوق.

وعلى الرغم من هيمنتها، إلا أن لبطاريات الليثيوم أيون عيوبًا كبيرة كحل لتخزين الطاقة. أولًا، لا تستطيع بطاريات الليثيوم أيون تخزين الطاقة إلا لساعات في المرة الواحدة، بينما تكون حلول التخزين الأكثر ملاءمة قادرة على تخزين الطاقة لأشهر وحتى سنوات لتحقيق الاستقرار في أنماط الإنتاج والطلب الأكبر، مثل التغيرات الموسمية. علاوة على ذلك، تتميز هذه البطاريات بعمر تخزين قصير، وتتحلل بسرعة مع انخفاض سعتها، ويصعب إعادة تدويرها.

ثم هناك مشاكل في الحصول على الليثيوم. أولًا، يُعد استخراج الليثيوم عمليةً قذرةً وتستهلك كمياتٍ كبيرةً من المياه، مما قد يُسبب مشاكل كبيرة للبيئة والصحة العامة. ثانيًا، تُهيمن الصين على سلاسل قيمة الليثيوم العالمية، حيث تُقدر حصتها بنحو 72% من سوق أيونات الليثيوم، مما يُسبب نقاط ضعف حرجة. وقد ذكرت ياهو! نيوز مؤخرًا: "تدفع هذه العوامل العديد من الحكومات والشركات إلى استكشاف بدائل تعمل دون الاعتماد بشكل كبير على المواد المُستخرجة من المناجم".

وتمزج بعض البدائل الناشئة لتخزين البطاريات من الجيل التالي بين الليثيوم وعناصر أخرى لتحسين أدائها، مثل بطاريات الليثيوم-الكبريت، التي تتميز بعمر تخزين أطول بكثير من بطاريات أيونات الليثيوم العادية، وبطاريات الليثيوم-المعادن التي تستخدم إضافات النايلون لزيادة الكفاءة، وتحسين العمر الافتراضي، وتقليل التفاعلات الضارة.

وتبتعد التقنيات الناشئة الأخرى عن الليثيوم تمامًا. يُعد تخزين الجاذبية، أحد أقدم أشكال تخزين الطاقة، أحد أكثرها واعدةً للمستقبل. مشروع جديد بين شركة إنرجي فولت السويسرية والحكومة الصينية، يُعرف باسم EVx، يبني مشروعًا تجريبيًا ضخمًا لتخزين الطاقة بالجاذبية في رودونغ بالصين. وأفادت ياهو نيوز: "يبلغ ارتفاع مبنى EVx أكثر من 120 مترًا، وهو عبارة عن برج ميكانيكي ضخم لرفع كتل عملاقة تزن 24 طنًا أثناء فائض الطاقة". "عندما تتطلب الشبكة المزيد من الطاقة، يتم خفض الكتل، وتحويل طاقتها الكامنة إلى كهرباء مرة أخرى". تكمن بساطة تخزين الطاقة بالجاذبية في قوته - ففي حالة عدم وجود عطل ميكانيكي، يمكن لبطاريات الجاذبية تخزين الطاقة إلى أجل غير مسمى.

هذا، تشمل خيارات تخزين الطاقة الواعدة الأخرى تخزين الطاقة الكهرومائية المضخوخة - أي تخزين الطاقة بالجاذبية باستخدام الماء - وتخزين الطاقة بالهواء المضغوط، والذي يمكن أن يخزن الطاقة في حوالي 3.9 مليون بئر نفط وغاز مستنفدة في الولايات المتحدة.