تخزين الطاقة - الصابورة لانتقال الطاقة العالمي

  إن عملية تحقيق "الحياد الكربوني" في البلدان في جميع أنحاء العالم هي عملية انتقال للطاقة النظيفة تحل تدريجياً محل الطاقة الأحفورية التقليدية ، ومن المتوقع أن تكون المياه والرياح والطاقة الشمسية هي الأكثر واعدة.

  من منظور عالمي ، يتم تمييز تخزين الطاقة بشكل أساسي في تخزين الطاقة التقليدي وتخزين الطاقة الجديدة ، يشير الأول بشكل أساسي إلى تخزين الطاقة التي يتم ضخها ، بينما يتضمن الأخير تخزين الطاقة الكهروكيميائية وتخزين طاقة الهواء المضغوط ، إلخ.

  نتيجة للصراع الروسي الأوكراني ، استمرت أسعار الطاقة في أوروبا في الارتفاع هذا العام ، مما أدى إلى زيادة سريعة في أسعار الكهرباء السكنية ، مما أدى إلى زيادة الطلب على تخزين الطاقة السكنية ، إلى جانب النمو السريع في السوق الأمريكية ، مما يجعل سوق تخزين الطاقة في الخارج طفرة عالية. وفقاً لذلك؛ قدمت Bloomberg New Energy Finance (BNEF) أحدث التوقعات ، بحلول نهاية عام 2030 ، سيرتفع النشر التراكمي العالمي لمقياس تخزين الطاقة المثبت ، في حين شددت BNEF على أن القرن العشرين سيكون "عصر تخزين الطاقة".

  البلدان في جميع أنحاء العالم لتحقيق عملية "محايدة للكربون" هي طاقة نظيفة تحل بشكل تدريجي محل عملية التحول إلى الطاقة الأحفورية التقليدية ، حيث تكون المياه والرياح والطاقة الشمسية هي الأمل الأكبر ، ولكن هناك قيود عنق الزجاجة الكلية على موارد المياه ، لذا فإن الرياح وستلعب الطاقة الشمسية الدور الأكثر أهمية في إضعاف الطاقة الحرارية التقليدية وخلق مستقبل الطاقة الخضراء.

  ومع ذلك ، فإن الطاقة الضوئية وطاقة الرياح هي مصادر طاقة غير مستقرة ، مثل تقلبات طاقة الرياح خلال اليوم والتي تصل إلى 80% ، تظهر ذروة الطاقة في الصباح الباكر ، بعد الظهر إلى أدنى نقطة ، خصائص "الحمل العكسي" واضحة جدا. يصل تذبذب الطاقة الضوئية خلال اليوم إلى 100% ، وتصل إلى ذروة النهار عند الظهيرة ، قبل الظهر وبعده يتراجع الاتجاه بشكل موحد ، والقوة الليلية إلى 0 ، وخصائص الذروة والوادي متميزة. بالإضافة إلى ذلك ، فإن الطاقة الضوئية هي أيضًا عرضة للطقس ، والطقس غائم أو مشمس على الإطلاق الفعلي للطاقة النشطة للطاقة الضوئية واضح جدًا.

  إن الخصائص المتقلبة والمتقطعة والعشوائية لطاقة الرياح والضوء هي التي تؤدي إلى خرج طاقة غير مستقر من جانب توليد الطاقة ، كما تجعل من الصعب تحقيق توازن التوزيع على جانب الشبكة ، بينما لا يمكن أن يكون الطلب من جانب العميل دقيقًا والاستجابة في الوقت المناسب والرضا ، كما أن تقلب نظام الطاقة بأكمله واضح.

  ومع ذلك ، فإن تخزين الطاقة يمكن أن يقضي تمامًا على مخاوف تحويل الطاقة النظيفة إلى طاقة خضراء. من ناحية أخرى ، سيتم جمع الطاقة الفائضة وتخزينها خلال الوقت الذي تكون فيه طاقة الرياح والطاقة الشمسية وفيرة أو عندما يكون استهلاك الكهرباء منخفضًا ، بينما سيتم إطلاق الطاقة الاحتياطية عندما تدخل طاقة الطاقة في المد المنخفض أو عندما يكون استهلاك الكهرباء عندها الذروة ، وذلك لضمان الاستفادة الكاملة من كل وحدة من وحدات الطاقة النظيفة وتطويرها ، ولزيادة تأثير استهلاك طاقة الرياح والضوء ؛ من ناحية أخرى ، يمكن أن يؤدي تخزين طاقة الرياح والضوء إلى تقليل وحماية التداخل غير المتوقع اللاحق لعوامل الطقس ، وبالتالي تعزيز استمرارية واستقرار نقل الطاقة على جانب التوليد.

  في نفس الوقت ، بمساعدة تخزين الطاقة ، يمكن أن يكون جانب شبكة الطاقة (المؤسسة) في جانب إمداد الطاقة من الذروة عندما يكون السعر المنخفض لشراء الكهرباء ، والكهرباء من ارتفاع الطلب عند ارتفاع الأسعار لبيع الكهرباء ، في الذروة ويملأ الوادي في نفس الوقت ، ولكن أيضًا يحسن بشكل كبير مرونة نظام شبكة الطاقة ؛ بالإضافة إلى ذلك ، سواء كان جانب توليد الطاقة أو جانب شبكة الطاقة أو جانب المستخدم ، يمكن أن يكون استخدام طاقة تخزين الطاقة في نقص الطاقة وارتفاع أسعار الكهرباء من خلال سوق تداول الطاقة المدفوعة للتوزيع بالإضافة إلى ذلك ، سواء على في جانب توليد الطاقة أو على جانب الشبكة أو من جانب العميل ، يمكن التخلي عن الطاقة المولدة باستخدام تخزين الطاقة مقابل رسوم والاستفادة منها من سوق تداول الطاقة عندما تكون الطاقة شحيحة والسعر مرتفع.

  التقييم الشامل ، كلما كان استبدال الطاقة النظيفة بالطاقة الأحفورية أقوى ، زاد صعوبة توازن العرض والطلب على الطاقة ، ولكن استخدام تخزين الطاقة يمكن أن يكون في جميع أنحاء مخاطر استبدال الطاقة النظيفة ، وحتى تخزين الطاقة يمكن اعتباره بمثابة ثقل انتقال الطاقة.

  من منظور عالمي ، يتم تمييز تخزين الطاقة بشكل أساسي في تخزين الطاقة التقليدي وتخزين الطاقة الجديدة ، يشير الأول بشكل أساسي إلى تخزين الطاقة الضخ ، بينما يتضمن الأخير تخزين الطاقة الكهروكيميائية وتخزين طاقة الهواء المضغوط. ضخ تخزين الطاقة هو استخدام معدات الضخ الميكانيكية لضخ المياه من منخفض إلى مرتفع ، عند الحاجة لتوليد الطاقة الكهرومائية ؛ في حين أن تخزين الطاقة الكهروكيميائية هو استخدام أقطاب موجبة وسالبة للبطارية عالية الطاقة وعالية الأداء لتخزين وتفريغ الكهرباء ، فإن تخزين طاقة الهواء المضغوط يستخدم بشكل أساسي لضغط الكهرباء المتبقية عندما يكون حمل الشبكة منخفضًا ، وسيتم تخزينه في منشآت محكمة الغلق عالية الضغط ، تُطلق في ذروة استهلاك الكهرباء لتشغيل توربينات الغاز لتوليد الكهرباء.

  من المقياس العالمي المثبت والحصة السوقية ، فإن المقياس التراكمي الحالي لتخزين الطاقة التي يتم ضخها هو الأكبر ، ويحتل المقياس التراكمي المركب لتخزين الطاقة الكهروكيميائية المرتبة الثانية ، ويحتل تخطيط الهبوط لمشاريع تخزين طاقة الهواء المضغوط المرتبة الثالثة.

  على الرغم من أن تخزين الطاقة التي يتم ضخها يعد حاليًا أهم وسيلة لتخزين الطاقة ، وأن كل من تراكم التكنولوجيا ونموذج الأعمال أكثر نضجًا ، إلا أن تخزين الطاقة التي يتم ضخها محدود بشكل صارم بسبب المساحة الجغرافية المحتملة ، وليس فقط بدء التشغيل البطيء ، ودورة البناء الطويلة ، ومحدودية الموارد المتاحة والتكلفة العالية.

  في المقابل ، لا يتأثر تخزين الطاقة الكهروكيميائية أساسًا بالظروف الخارجية ، ووقت الاستجابة السريع ، ومشاريع البناء المرنة ، والأهم من ذلك ، نظرًا لأن أكثر أنواع تخزين الطاقة الكهروكيميائية انتشارًا ، فإن تخزين الليثيوم ليس فقط عملية ناضجة ، ولكن أصبح اتجاه خفض التكلفة أكثر أهمية ، مما يؤدي إلى خفض تكلفة تخزين طاقة الليثيوم بالكامل.

  وفقًا لتقديرات BNEF ، تبلغ التكلفة العالمية لتخزين الليثيوم حوالي $1.66 / واط / ساعة في عام 2022 ومن المتوقع أن تنخفض إلى حوالي $1.29 / واط-ساعة في عام 2025. وبالتالي ، يبدو أنه لا مفر من تخزين الطاقة الكهروكيميائية في النهاية استبدال هيمنة تخزين الطاقة التي يتم ضخها.

  تشير البيانات إلى أنه بحلول نهاية عام 2021 ، انخفض الحجم التراكمي للتخزين العالمي للطاقة التي يتم ضخها بمقدار 4.11 تيرا بايت 2 طن على أساس سنوي ، في حين زادت حصة تخزين الطاقة الكهروكيميائية إلى 12.21 تيرا بايت 2 تيرابايت ، مع الحجم التراكمي المركب 25.4 جيجاوات ، بزيادة قدرها 67.7% على أساس سنوي.

  فيما يتعلق بتخزين الطاقة الكهروكيميائية ، تمتلك بطاريات الليثيوم أيون حاليًا حصة في السوق تزيد عن 90% ، على الرغم من أن بطارية الصوديوم الأخرى ، التي تعمل كحامل لتخزين الطاقة ، قد تتولى المسؤولية لاحقًا.

  تشير البيانات إلى أن الصوديوم يمثل ما يصل إلى 2.75% من القشرة الأرضية ويتم توزيعه في جميع أنحاء العالم ، في حين أن الليثيوم هو 0.0065% فقط بالمقارنة ، خاصة في الأمريكتين. ينعكس أيضًا في السعر ، سعر الصوديوم هو $0.29 / kg فقط ، بينما سعر الليثيوم حاليًا حوالي $21.5 / kg ، وتكلفة المواد الخام لبطاريات الصوديوم مقارنة ببطاريات الليثيوم هي 30% - 40% أقل.

  بالإضافة إلى ذلك ، يمكن لبطاريات أيون الصوديوم أن تحقق معدل استبقاء تفريغ يزيد عن 90% في بيئة درجة حرارة منخفضة تبلغ -20 درجة مئوية ، ويمكن لدرجة حرارة منخفضة -40 درجة مئوية أن تطلق أكثر من 70% من السعة ، ويمكن أيضًا استخدام درجة حرارة عالية 80 درجة مئوية للدوري. الشحن والتفريغ وهبوط المشروع وتطبيقات السيناريوهات أكثر مرونة ، لذا فإن بطاريات الصوديوم لتحل محل بطاريات الليثيوم ستكون هي الاتجاه ، وينطبق نفس الاستنتاج أيضًا على عمر أطول ، وأمان أعلى وبطاريات الفاناديوم الغنية بالموارد ، وينطبق نفس الاستنتاج أيضًا على البطاريات الجديدة مثل مثل بطاريات الفاناديوم مع عمر أطول وسلامة أعلى وموارد وفيرة.

  بالمقارنة مع تخزين الطاقة الكهروكيميائية ، على الرغم من أن حجم تخزين طاقة الهواء المضغوط أقل بكثير ، لكن ألمانيا ، بدأت الولايات المتحدة بالفعل في التطوير والتطبيق التجاريين ، والاستخدام الرئيسي الأولي للكهرباء منخفضة الجودة منخفضة الوادي ، وضغط الهواء والتخزين في كهوف تخزين كبيرة ، في ذروة الكهرباء ، هواء عالي الضغط من إطلاق كهف التخزين ، نفس احتراق الوقود لدفع آلة التوسيع لتوليد الكهرباء ، لكن تخزين طاقة الهواء المضغوط التقليدي يعتمد على الوقود الأحفوري ، ويعتمد على أوجه القصور في كهوف تخزين الغاز الطبيعي تقيد مساحة التوسع. بالنسبة لعوامل الاختناق ذات الصلة ، تعمل البلدان في جميع أنحاء العالم بنشاط على تطوير تقنية تخزين طاقة الهواء المضغوط الجديدة ، مثل نظام تخزين طاقة الهواء المضغوط بالتخزين الحراري ، ونظام تخزين طاقة الهواء المضغوط المتساوي الحرارة ، ونظام تخزين طاقة الهواء المسال.

  في الوقت الحالي ، كان تخزين طاقة الهواء المضغوط الجديد من حيث الوظيفة والتكلفة والعمر والأداء معادلاً بشكل أساسي لتخزين الطاقة التي يتم ضخها ، ولكنه يسلط الضوء أيضًا على مزايا النطاق الواسع والعمر الطويل وعدم التلوث والمدة الطويلة والمرونة ، تطوير إمكانات عالية للغاية لتكنولوجيا تخزين الطاقة.

  سواء تم تخزين الطاقة بالضخ أو تخزين الطاقة الكهروكيميائية أو تخزين طاقة الهواء المضغوط ، فإنها تشكل جميعًا سلسلة صناعية كاملة ومترابطة بشكل وثيق. المنبع هناك المواد الخام ومعدات الإنتاج ؛ يوجد في منتصف الطريق أنظمة بناء وتكامل لمشروع تخزين الطاقة تتكون من حزم البطاريات وأنظمة إدارة البطاريات (المسؤولة عن حالة البطارية) وأنظمة إدارة الطاقة (المسؤولة عن إرسال الطاقة) ومحولات تخزين الطاقة (المسؤولة عن التحويل الحالي) ، إلخ. ، وفي نهاية المطاف هناك تثبيت منتج تخزين الطاقة والمستخدمين النهائيين ، إلخ.

  بالنسبة للاقتصادات العالمية الكبرى ، لا يتعين عليهم فقط التنافس على الخطاب الراقي لسلسلة الصناعة ، مثل التحكم القياسي في المنتجات والمشاريع ، ولكن أيضًا من أجل تجارة القيمة المضافة لسلسلة الصناعة ، مثل القدرة على تصدير المنتجات والخدمات التقنية ، ووضع حواجز الوصول لحماية صناعاتهم ومنتجاتهم ، وما إلى ذلك. لذلك ، فإن تخزين الطاقة الجديدة ، الذي يبدو أنه يعتمد على الرؤية المشتركة "لحياد الكربون" للبشر ، أمر لا مفر منه تميزت بالمنافسة. لذلك ، فإن تخزين الطاقة الجديد ، الذي يبدو أنه قائم على الرؤية المشتركة لـ "حياد الكربون" ، يتم تمييزه حتمًا برموز تنافسية.

  بمسح العالم ، تدعم بعض البلدان الرئيسية للترويج لتخزين الطاقة وتطبيقها بشكل عام تطوير سوق تخزين الطاقة من خلال تقديم الإعانات والإعفاءات الضريبية الاستثمارية والتدابير الأخرى في آليات السياسة الخاصة بها.

  في الولايات المتحدة ، تدعم سياسة ائتمان ضريبة الاستثمار (ITC) للحكومة الفيدرالية خصومات ITC التي تصل إلى 30% لأنظمة تخزين الطاقة التي تزيد عن 5 كيلو واط في الساعة ، بينما يتم تمديد إعانات برنامج حوافز التوليد الذاتي (SGIP) لتخزين الطاقة الموزعة من جانب العميل من خلال 2026 ، وقانون تكنولوجيا تخزين الطاقة الأفضل (BEST) يوفر $1 مليار للابتكار في البحث والتطوير وعرض تقنيات تخزين الطاقة على مدى السنوات الخمس المقبلة. مليار دولار لدعم التمويل.

  في ألمانيا ، لم يقم قانون الطاقة المتجددة (EEG) فقط بإزالة حد الدعم البالغ 52 جيجاوات من السعة الكهروضوئية المركبة ، ولكن سيتم تخفيض ضريبة EEG التي يدفعها مستهلكو الكهرباء المحليون لحوافز الطاقة النظيفة بمقدار 0.25 يورو لكل كيلو وات في الساعة بدءًا من عام 2021 و ستنخفض بمقدار 0.0625 يورو إضافية في عام 2023. في اليابان ، خصصت وزارة الاقتصاد والتجارة والصناعة ميزانية تبلغ حوالي 1 تيرابايت 3 تيرابايت 98.3 مليون هذا العام لدعم 661 تيرا بايت 2 تي من تكلفة تركيب بطاريات أيونات الليثيوم في المنازل والشركات ؛ في المملكة المتحدة ، بالإضافة إلى إزالة سقف 49 ميجاوات لتراخيص تخزين الطاقة ، تم إنشاء صندوق تحدي الإستراتيجية الصناعية وصندوق Net Zero Innovation Portfolio بمبلغ إجمالي قدره 1.246 مليار جنيه إسترليني. "في المملكة المتحدة ، بالإضافة إلى رفع سقف الترخيص البالغ 49 ميجاوات ، تم إنشاء ما مجموعه 1.246 مليار جنيه إسترليني من صندوق تحدي الإستراتيجية الصناعية وصندوق Net Zero Innovation Portfolio Fund لتقديم مساعدة ودعم خاصين لتقنيات تخزين الطاقة.

  رهنًا بجمع القوى التنافسية المتعددة وانتزاعها ، دخل تخزين الطاقة العالمي في المسار السريع لزيادة الحجم. وفقًا للبيانات ، في عام 2021 ، ستكون السعة العالمية المركبة لمشاريع تخزين الطاقة الجديدة 18.3 جيجاواط ، بزيادة قدرها 91 طنًا سنويًا ، وبحلول نهاية عام 2021 ، ستكون السعة التراكمية المركبة لمشاريع تخزين الطاقة قيد التشغيل. 209.4 جيجا واط. وفقًا لشركة الأبحاث HIS Markit ، فإن إجمالي السعة المركبة لأنظمة تخزين الطاقة المنتشرة في جميع أنحاء العالم ستتجاوز 12 جيجاواط في عام 2022. ومن الجدير بالذكر أنه في نمط تخزين الطاقة العالمي ، فإن الولايات المتحدة والصين وأوروبا هي الرؤساء الثلاثة الرئيسية للمربع من الواضح أن الثلاثة تشمل سعة تخزين الطاقة العالمية المثبتة 80% ، وسيتم تعزيز هذا الاتجاه في المستقبل.