الطاقة الشمسية هي مصدر طاقة متجدد نظيف ووفير يمكن أن يساعد في تقليل انبعاثات الغازات الدفيئة ومكافحة تغير المناخ. ومع ذلك، فإن الطاقة الشمسية أيضًا متغيرة وغير مؤكدة، مما يعني أنها تعتمد على الطقس والوقت من اليوم. ويشكل هذا تحديًا للمناطق التي تعاني من نقص الكهرباء، حيث تعد الطاقة الموثوقة والميسورة التكلفة ضرورية للتنمية ورفاهية الإنسان.
تقنيات تخزين الطاقة: الحل الرئيسي
تتمثل إحدى طرق التغلب على التقلب وعدم اليقين في الطاقة الشمسية في تخزينها عندما تكون وفيرة واستخدامها عند الحاجة إليها. يمكن أن يساعد تخزين الطاقة في تخفيف فترات الذروة والانخفاضات في الطلب والإمداد بالكهرباء، فضلاً عن توفير الطاقة الاحتياطية في حالة فشل الشبكة أو حالات الطوارئ.
هناك أنواع مختلفة من تقنيات تخزين الطاقة التي يمكن استخدامها مع الطاقة الشمسية، مثل:
البطاريات: تقوم هذه الأجهزة بتحويل الطاقة الكيميائية المخزنة إلى طاقة كهربائية. ويمكن استخدامها على مستويات مختلفة، من مستوى الأسرة إلى مستوى الشبكة، وقد أصبحت أرخص وأكثر كفاءة في السنوات الأخيرة. على سبيل المثال، يعد مرفق تخزين الطاقة في موس لاندينج في كاليفورنيا بالولايات المتحدة، أكبر نظام لتخزين طاقة البطاريات في العالم حتى الآن، بقدرة 300 ميجاوات.
المائية التي يتم ضخها: تتضمن هذه الطريقة ضخ المياه صعودًا في أوقات انخفاض الطلب على الطاقة وإطلاقها عبر توربينات لتوليد الكهرباء في أوقات ارتفاع الطلب. وهو الشكل الأكثر استخدامًا لتخزين الطاقة، خاصة للتطبيقات واسعة النطاق. ومن المتوقع أن تظل الطاقة الكهرومائية، بما في ذلك التخزين بالضخ، أكبر مصدر لتوليد الكهرباء المتجددة في العالم.
تخزين الطاقة الحرارية: تتضمن هذه التقنية تخزين الحرارة أو البرودة في مواد مثل الماء أو الملح المنصهر أو الثلج أو المواد المتغيرة الطور. ويمكن استخدامه لتوفير التدفئة أو التبريد للمباني أو العمليات الصناعية، أو لإنتاج الكهرباء باستخدام التوربينات البخارية أو المحركات الحرارية. ومن المتوقع أن يتضاعف حجم تخزين الطاقة الحرارية ثلاث مرات بحلول عام 2030.
تخزين الطاقة الميكانيكية: يستخدم هذا الأسلوب الحركة أو الجاذبية لتخزين الكهرباء. ومن الأمثلة على ذلك الحذافات، والهواء المضغوط، والأنظمة القائمة على الجاذبية. يمكن لهذه التقنيات أن توفر استجابة سريعة ومرنة لتقلبات الشبكة وقضايا جودة الطاقة.
تقنيات تخزين الطاقة: التحدي الرئيسي
في حين أن تخزين الطاقة يمكن أن يوفر العديد من الفوائد لدمج الطاقة الشمسية في المناطق التي تعاني من نقص الكهرباء، إلا أنه يواجه أيضًا العديد من التحديات. بعض هذه تشمل:
يكلف: لا تزال تقنيات تخزين الطاقة باهظة الثمن مقارنة بمحطات الطاقة التقليدية التي تعتمد على الوقود الأحفوري. تعتمد تكلفة تخزين الطاقة على عوامل مختلفة، مثل نوع التكنولوجيا وحجمها وموقعها وتطبيقها. تختلف تكلفة التخزين المستوية (لكوس)، التي تقيس متوسط التكلفة لكل وحدة من الكهرباء التي يوفرها نظام التخزين على مدار عمره، بشكل كبير عبر التقنيات والمناطق المختلفة.
أداء: تتميز تقنيات تخزين الطاقة بخصائص مختلفة من حيث سعة الطاقة وسعة الطاقة والكفاءة والعمر والأثر البيئي. وتؤثر هذه على مدى ملاءمتها لأغراض وسيناريوهات مختلفة. على سبيل المثال، يمكن للبطاريات توفير خرج طاقة عالي لفترات قصيرة، في حين أن الضخ المائي يمكن أن يوفر خرج طاقة منخفض لفترات طويلة. علاوة على ذلك، قد تتدهور بعض تقنيات تخزين الطاقة بمرور الوقت أو تفقد كفاءتها بسبب التدوير أو التفريغ الذاتي.
مصداقية: يجب أن تكون تقنيات تخزين الطاقة موثوقة بما فيه الكفاية لتلبية الطلب على الكهرباء في المناطق التي تعاني من نقص الكهرباء، حيث يمكن أن يكون لانقطاع التيار الكهربائي عواقب وخيمة على الصحة والتعليم والأنشطة الاقتصادية. ومع ذلك، تعتمد موثوقية تخزين الطاقة على مدى توفر مصدر الطاقة الشمسية وجودته، بالإضافة إلى تصميم النظام وتشغيله. على سبيل المثال، دراسة أجراها تونغ وآخرون. وجدت أنه حتى مع النقل المثالي والتوليد السنوي الذي يساوي الطلب السنوي، ولكن بدون تخزين الطاقة، فإن الأنظمة التي تستخدم الطاقة الشمسية الثقيلة لا يمكنها إلا تلبية احتياجات البلدان من الكهرباء في 48%-u201379% من الساعات (مقارنة بـ 72%-u201391% للأنظمة التي تعمل بالرياح الثقيلة ). يمكن أن تؤدي إضافة 12 ساعة من التخزين إلى زيادة هذا النطاق إلى 65% -1388% للأنظمة التي تعمل بالطاقة الشمسية الثقيلة (و83% -1394% للأنظمة التي تعمل بالرياح الثقيلة)، ولكنها لا تزال تترك مئات الساعات من الطلب غير الملباة سنويًا.
خاتمة
يمكن أن يكون للطاقة الشمسية وتخزين الطاقة دور مهم في توفير الطاقة النظيفة والمستدامة للمناطق التي تعاني من نقص الكهرباء. ومع ذلك، فإنها تواجه أيضًا العديد من التحديات التقنية والاقتصادية والاجتماعية التي تحتاج إلى معالجة. ولذلك، هناك حاجة إلى نهج شامل ومتكامل لا يأخذ في الاعتبار موارد الطاقة الشمسية وطاقة الرياح فحسب، بل أيضا مصادر الطاقة المتجددة الأخرى مثل الطاقة الكهرومائية والطاقة الحرارية الأرضية والكتلة الحيوية؛ بالإضافة إلى حلول أخرى مثل إدارة الطلب والتقليص والتجميع الإقليمي. علاوة على ذلك، ينبغي أن يتماشى تطوير تخزين الطاقة مع احتياجات وتفضيلات المجتمعات المحلية، فضلاً عن الآثار البيئية والاجتماعية للتكنولوجيات.