تخزين الطاقة في بطاريات أيونات الصوديوم: فوائد التكلفة لم تتضح بعد، ولكن هناك إمكانات مستقبلية في تطبيقات محددة
بطارية أيون الصوديوم هي بطارية ثانوية تعتمد على حركة أيونات الصوديوم بين الأقطاب الموجبة والسالبة لإتمام عملية الشحن والتفريغ. يشبه مبدأ عمل تخزين طاقة بطارية أيون الصوديوم مبدأ بطارية أيون الليثيوم، ويتكون هيكلها أيضًا من قطب موجب وقطب سالب وفاصل وإلكتروليت. يكمن الاختلاف الرئيسي في مادة القطب الموجب، حيث يحل ملح الصوديوم محل ملح الليثيوم، بينما تحل رقاقة الألومنيوم محل رقاقة النحاس.
تتمثل مزايا بطاريات الصوديوم في درجة حرارة التشغيل والسلامة ومدة الدورة وسرعة الشحن.
١) السلامة. تتميز بطاريات الصوديوم بثبات أعلى وخطر أقل للتسرب الحراري، وهو أمر بالغ الأهمية لأنظمة تخزين الطاقة، وخاصةً مرافق تخزين الطاقة واسعة النطاق. كما أنها تُقلل بفعالية من احتمالية وقوع حوادث السلامة وتضمن سلامة الأفراد والمعدات.
٢) أداء في درجات الحرارة المنخفضة. عادةً ما تعمل بطاريات أيون الصوديوم بثبات في بيئة تتراوح بين -٤٠ و٨٠ درجة مئوية، بينما يتراوح نطاق درجة حرارة تشغيل بطاريات أيون الليثيوم الثلاثية عادةً بين -٢٠ و٦٠ درجة مئوية. عندما تكون درجة الحرارة المحيطة أقل من ٠ درجة مئوية، ينخفض أداء بطاريات الليثيوم بشكل ملحوظ، بينما تحافظ بطاريات أيون الصوديوم على معدل احتفاظ بالسعة يزيد عن ٨٠٪ في بيئة منخفضة الحرارة تبلغ -٢٠ درجة مئوية.
٣) عمر دورة التشغيل. تتميز بطاريات أيونات الصوديوم بقدرتها على تحمل دورات شحن وتفريغ أطول، مما يقلل التكلفة واستهلاك الموارد الناتج عن الاستبدال المتكرر للبطاريات، ويزيد من عمر الخدمة الإجمالي والفوائد الاقتصادية لأنظمة تخزين الطاقة.
٤) سرعة الشحن. تستغرق عملية شحن بطاريات أيونات الصوديوم ١٠ دقائق، بينما تستغرق بطاريات الليثيوم الثلاثية ٤٠ دقيقة على الأقل، وبطاريات فوسفات الحديد الليثيوم ٤٥ دقيقة.
تُعد ميزة التكلفة عاملاً دافعاً مهماً لتخزين الطاقة باستخدام بطاريات أيونات الصوديوم. وبالنظر إلى عام ٢٠٢٢، شهد سعر كربونات الليثيوم الأولية ارتفاعاً حاداً، وارتفعت تكلفة بطاريات الليثيوم ارتفاعاً هائلاً، مما دفع القطاع إلى زيادة اهتمامه ببطاريات أيونات الصوديوم. وتُعتبر بطاريات أيونات الصوديوم، بفضل مزاياها، مثل انخفاض تكاليف المواد الخام، واعدة بتحقيق طفرة في التكلفة، وتخفيف الضغط على تكاليف تخزين الطاقة الناجم عن ارتفاع أسعار موارد الليثيوم، وبالتالي توسيع آفاق استخدامها.
مع ذلك، عاد سعر كربونات الليثيوم للارتفاع خلال العامين الماضيين، ما أدى إلى انخفاض سعر بطاريات الليثيوم بشكل سريع. في ظل هذه الظروف، لم تعد ميزة التكلفة لبطاريات أيونات الصوديوم، التي كان من المتوقع أن تكون مرتفعة في البداية، بارزة، ولا تزال هناك حاجة إلى مزيد من البحث المتعمق لإبراز قدرتها التنافسية. فعندما ينخفض سعر كربونات الليثيوم عن 100,000 يوان، ستقترب تكلفة بطاريات الليثيوم تدريجيًا من التكلفة النظرية لبطاريات أيونات الصوديوم. وبهذه الطريقة، ستنخفض تكلفة بطاريات أيونات الصوديوم بشكل كبير مقارنةً ببطاريات الليثيوم. ومن المرجح أن تواجه إمكانية استبدالها، وبالتالي الترويج لها في السوق، العديد من العقبات.
على الرغم من أن بطاريات أيونات الصوديوم تتمتع بإمكانيات تحقيق مزايا من حيث التكلفة، إلا أن هذه الميزة لم تُترجم بعد إلى قدرة تنافسية حقيقية في السوق، ولا تزال نظرية. في عملية التطوير اللاحقة، لا يزال قطاع بطاريات أيونات الصوديوم بحاجة إلى التركيز على خفض التكاليف كعامل أساسي.
في السابق، كان من المتوقع أن يكون عام ٢٠٢٣ هو "العام الأول لكهرباء الصوديوم"، إلا أن عملية التسويق التجاري تأجلت مرارًا وتكرارًا. نعتقد أن عام ٢٠٢٥ سيشهد تحولًا جذريًا في مسيرة التنمية الصناعية المتسارعة.
تتمتع بطاريات أيونات الصوديوم بأهمية استراتيجية فريدة لبلدي. ورغم أن حصتها السوقية الحالية لا تزال محدودة، إلا أن طاقة الصوديوم تُعدّ خيارًا احتياطيًا رئيسيًا في ظلّ تعقد الوضع الدولي وعدم استقرار إمدادات الليثيوم، ولا يُمكن الاستهانة بأهميتها. في المستقبل، قد يصعب على طاقة الصوديوم تجاوز حصة طاقة الليثيوم في السوق، لكنها ستتوسع تدريجيًا في قطاعات السوق وتُرسي دعائمها الخاصة. ومن المتوقع أن تكتسب طاقة الصوديوم موطئ قدم في السوق قبل بطاريات الحالة الصلبة، وأن تلعب دورًا رئيسيًا في فترة زمنية محددة. ومن المتوقع أن يتجاوز الطلب على بطاريات أيونات الصوديوم في مجال تخزين الطاقة 2030 جيجاواط/ساعة بحلول عام 300.
تخزين الطاقة في بطاريات الحالة الصلبة: سقف أعلى لكثافة الطاقة، ولكن يجب معالجة مشكلات الواجهة
بطاريات الحالة الصلبة تتكون بطاريات الحالة الصلبة بشكل رئيسي من أقطاب موجبة وسالبة، بالإضافة إلى إلكتروليتات صلبة ومواد رئيسية أخرى. الفرق الجوهري هو أن بطاريات الحالة الصلبة تستخدم إلكتروليتات صلبة غير قابلة للاشتعال بدلاً من الإلكتروليتات السائلة القابلة للاشتعال في البطاريات السائلة.
وفقًا لمحتوى السائل داخل بطارية الحالة الصلبة، يمكن تقسيم بطاريات الحالة الصلبة إلى بطاريات شبه صلبة وبطاريات صلبة. وفقًا لتعريف الأوساط الأكاديمية، تُعتبر البطارية التي يزيد محتوى السائل فيها عن 10% بطارية سائلة؛ وتُعرف البطارية التي يتراوح محتواها بين 5% و10% بأنها بطارية شبه صلبة. يختلف السائل في بطارية الحالة شبه الصلبة (تُعرّفها شركة تشينغتاو للطاقة بأنها عامل ترطيب) عن الإلكتروليت في البطارية السائلة. يتكون عامل الترطيب من مكون واحد، مما يُحسّن قابلية تبليل الواجهة الداخلية للبطارية ويُقلل من مقاومتها؛ بينما لا تحتوي بطارية الحالة الصلبة بالكامل على أي مكونات سائلة.
مخطط تخطيطي لبطارية ليثيوم أيون التقليدية وبطارية ليثيوم الحالة الصلبة بالكامل
تتميز بطاريات الحالة الصلبة بثلاث مزايا رئيسية: ١) أمان أعلى: فالإلكتروليتات الصلبة غير قابلة للاشتعال، وتتمتع بثبات وخصائص ميكانيكية أفضل في درجات الحرارة العالية. ٢) كثافة طاقة أعلى: تتميز الإلكتروليتات الصلبة بنطاق كهروكيميائي أوسع، وتُقلل التفاعلات الجانبية مع مواد الأقطاب الكهربائية، وتُوسّع نطاق مواد الأقطاب الكهربائية المتاحة. ٣) عمر دورة أطول: فالإلكتروليتات الصلبة لا تتطاير بسهولة، ولا تُسبب أي مشكلة تسريب. كما أن بطاريات الحالة الصلبة أخف وزنًا بفضل الاستغناء عن الإلكتروليتات السائلة والفواصل.
تتمتع البطاريات ذات الحالة الصلبة بمزايا أداء كبيرة، ولكن لا يزال أمامها طريق طويل من حيث التطبيق العملي والتصنيع، ولا تزال تواجه بعض التحديات التقنية.
1) مشكلة نقل الأيونات: تكون موصلية الأيونات في الشوارد الصلبة منخفضة، مما يحد من معدل الشحن والتفريغ.
2) مشكلة شجيرات الليثيوم: قد تنمو داخل البلورات وبينها، مما يتسبب في حدوث ماس كهربائي للبطارية وفشلها.
3) مشكلة الواجهة: مساحة التلامس بين القطب والإلكتروليت صغيرة، مما يؤدي إلى زيادة معاوقة الواجهة، وهو ما لا يساعد على التوصيل المباشر للأيونات الليثيوم بين القطبين الموجب والسالب.
٤) مشكلة التكلفة: في نهاية يوليو ٢٠٢٤، بلغ سعر خلية بطارية الطاقة المنشورية NCM ٠٫٤٦ يوان صيني/ساعة، وسعر خلية بطارية الطاقة المربعة من فوسفات الحديد الليثيوم ٠٫٣٧ يوان صيني/ساعة؛ ووفقًا لشركة Xinwangda، ستنخفض تكلفة بطاريات الحالة الصلبة بالكامل المزودة بأنظمة البوليمر إلى ٢٫٠٠ يوان صيني/ساعة في عام ٢٠٢٦. في الوقت الحالي، تُعتبر تكلفة بطاريات الحالة الصلبة مرتفعة نسبيًا، ولا يزال مجال الانخفاض في السنوات الثلاث إلى الخمس القادمة غير متوقع.
من الناحية التكنولوجية، يتمتع مسار الكبريتيد بإمكانيات تطوير هائلة في مجال بطاريات الحالة الصلبة بالكامل، وقد ركزت عليه كبرى شركات تصنيع البطاريات. ومن بين هذه الشركات، أصبح كبريتيد الليثيوم، وهو المادة الأولية، حلقة وصل رئيسية في ضبط التكاليف. وباعتباره عنصرًا أساسيًا في أداء بطاريات الحالة الصلبة بالكامل، ظهرت الكبريتيدات في الإلكتروليتات الصلبة بموصلية عالية وأداء معالجة ممتاز. وعلى وجه الخصوص، برز كلور الليثيوم والفوسفور والكبريت بميزة التكلفة، وأصبح الخيار السائد للإنتاج بالجملة. يتراوح سعر السوق الحالي بين 20,000 و40,000 يوان صيني للكيلوغرام.
مع ذلك، لا يزال السعر الحالي لسلائف كبريتيد الليثيوم مرتفعًا، حيث يتجاوز سعر الطن 5 ملايين يوان، مما يعيق خفض التكاليف بشكل كبير. نعتقد أنه مع الابتكار المستمر في العمليات والمعدات اللاحقة، من المتوقع أن تنخفض تكلفتها بشكل كبير. في الوقت نفسه، يواجه تسويق بطاريات الحالة الصلبة بالكامل تحديات في عملية التصنيع، لا سيما في وصلة تشكيل الغشاء الأمامية. فمتطلبات التحكم في سمك غشاء الإلكتروليت الصلب، وتوحيد تشتت المواد، واستواء القطب السالب صارمة، ويجب أن تكون دقيقة حتى مستوى الميكرون أو حتى النانومتر. في الوقت الحالي، لم تنضج معدات الإنتاج بعد، ومن الصعب تلبية احتياجات الإنتاج الضخم.
في عام ٢٠٢٥، ستبلغ قيمة السوق العالمية لمختلف أنواع بطاريات الحالة الصلبة مئات المليارات من اليوانات. إذا استطاعت بطاريات الحالة الصلبة الاستفادة الكاملة من مزايا السلامة لديها وتعزيز كثافة الطاقة، مع تحسين أداء السرعة وعمر دورة التشغيل وعمليات التصنيع، فستكون لديها قاعدة عملاء محتملة ضخمة في ظروف مواتية محددة. بالإضافة إلى ذلك، إذا تم تحقيق تقدم كبير في تكلفة بطاريات الحالة الصلبة، فمن المتوقع أن يتوسع سوقها بشكل أكبر.
تخزين الطاقة باستخدام بطاريات التدفق: مزايا مميزة لتخزين الطاقة على المدى الطويل في المستقبل
يمكن تقسيم بطاريات التدفق السائل إلى بطاريات تدفق سائل من الزنك والحديد، وبطاريات تدفق سائل من الزنك والبروم، وبطاريات تدفق سائل من الحديد بالكامل، وبطاريات تدفق سائل من الحديد والكروم، وبطاريات تدفق سائل من الفاناديوم بالكامل، وذلك بناءً على الأقطاب الموجبة والسالبة ونوع الكهرباء النشطة في محلول الإلكتروليت. وقد كانت بطاريات الفاناديوم رائدة في دخول المرحلة المبكرة من التسويق، بالتزامن مع تطور الصناعات التحويلية والصناعية.
بطارية التدفق السائل المصنوعة بالكامل من الفاناديوم هي بطارية يكون الفاناديوم المادة الفعالة فيها في حالة سائلة متداولة. يُضخ الإلكتروليت إلى حزمة البطارية عبر مضخة خارجية. تحت تأثير الطاقة الميكانيكية، يدور الإلكتروليت بين خزان التخزين ونصف الخلية، ويتدفق عبر سطح القطب الكهربائي مُحدثًا تفاعلًا كهروكيميائيًا، ثم تجمع ألواح القطب الكهربائي المزدوجة التيار الكهربائي وتُوصله، مما يُؤدي إلى تحويل الطاقة الكيميائية إلى طاقة كهربائية. يتيح وضع التشغيل الفريد هذا لتدفق الدوران لبطاريات الفاناديوم مرونة في سعة تخزين الطاقة، ويمكن تلبية الاحتياجات المختلفة عن طريق ضبط حجم الإلكتروليت.
مخطط تخطيطي لتخزين طاقة البطارية ذات التدفق الكامل
تتميز بطاريات الفاناديوم بمزايا فريدة في مجال تخزين الطاقة طويل الأمد. تُحدد طاقة بطاريات الفاناديوم من خلال مجموعة البطاريات، وتعتمد سعة تخزين الطاقة على الإلكتروليت، وكلاهما مستقل عن الآخر. من حيث التكلفة، تتميز بطاريات الفاناديوم بقدرتها على استهلاك تكلفة وحدات الطاقة ووقت تخزين الطاقة بفعالية، مما يُقلل التكلفة لكل واط/ساعة، وهو ما يتوافق بشكل كبير مع تخزين الطاقة طويل الأمد. في التطبيقات العملية، عند الحاجة إلى زيادة الطاقة، يمكن زيادة عدد مجموعات البطاريات؛ وعند الحاجة إلى زيادة السعة، يمكن تغيير تركيز الإلكتروليت وحجمه لتلبية احتياجات تخزين الطاقة المتنوعة بمرونة، مما يوفر حلاً تقنيًا واعدًا للغاية في مجال تخزين الطاقة.
تخزين طاقة البطارية بتدفق كامل: يمكن تصميم طاقة الإخراج وسعة التخزين بشكل مستقل
كما تتميز بطاريات الفاناديوم أيضًا بخصائص ممتازة من حيث السلامة وعمر الدورة.
١) تستخدم بطاريات الفاناديوم إلكتروليتات غير عضوية قائمة على الماء، وهي خالية من خطر الاحتراق والانفجار، وتعمل بثبات في درجات الحرارة والضغط الطبيعيين، مما يُلغي تمامًا خطر الانفلات الحراري. يتميز نظام البطارية بثبات جيد، وبفضل آلية إدارة البطارية الفعّالة، يضمن التشغيل الموثوق.
٢) من حيث دورة الحياة، يمكن أن يصل عمر البطارية التقويمي إلى ٢٥ عامًا، ويمكن أن يصل عدد دورات الشحن والتفريغ إلى ١٦٠٠٠ مرة، ولا تشارك الأقطاب الكهربائية في التفاعل أثناء عملية التفاعل، ولا يؤثر الشحن والتفريغ العميقان على عمر البطارية. تحافظ السعة على حالة اضمحلال صفري. تحقق بطاريات الفاناديوم معدل احتفاظ بالسعة بنسبة ١٠٠٪ طوال دورة حياتها، دون أي انخفاض في الكفاءة، مما يوفر ضمانًا قويًا لتخزين وتوريد الطاقة بشكل مستقر على المدى الطويل.
في عام ٢٠٢٤، تجاوزت السعة المُركّبة لتخزين طاقة بطاريات التدفق السائل في الصين جيجاوات ساعة لأول مرة، لتصل إلى ١.٨١ جيجاوات ساعة. ووفقًا لمعهد GGII، تشهد بطاريات التدفق السائل انتشارًا سريعًا في تطبيقات تخزين الطاقة الهجينة. من يناير إلى نوفمبر ٢٠٢٤، شكلت مشاريع تخزين الطاقة الهجينة لبطاريات التدفق السائل المصنوعة بالكامل من الفاناديوم وبطاريات فوسفات الحديد الليثيوم (LFP) ما يقرب من ٦٠٪ من مشاريع مناقصة بطاريات التدفق السائل في الصين. ومع استمرار انخفاض سعر أنظمة بطاريات التدفق السائل، من المتوقع أن ينخفض إلى أقل من ٢ ميجابايت/ساعة في عام ٢٠٢٦.
تخزين طاقة الهيدروجين: يمكن تحويل الهيدروجين المخزن إلى كهرباء واستخدامه في قطاعات مختلفة مثل المعادن والنقل
تُقسّم طاقة الهيدروجين بوضوح إلى فئات مختلفة. بالمعنى الضيق، يدور تخزين طاقة الهيدروجين حول عملية تحويل "كهرباء-هيدروجين-كهرباء". عند وجود فائض في إمدادات الكهرباء، وخاصةً خارج أوقات الذروة، يمكن استغلال هذه الكهرباء بالكامل لتنفيذ أنشطة إنتاج الهيدروجين على نطاق واسع بكفاءة عالية، وتحويل الكهرباء بنجاح ومهارة إلى طاقة هيدروجينية للتخزين السليم. يمكن استخدام هذا النوع من طاقة الهيدروجين كطاقة احتياطية وتوفيرها للصناعات ذات الصلة في المراحل اللاحقة عند الطلب؛ كما يمكن استخدامه عند حلول ذروة الطلب على الكهرباء وارتفاعه بشكل حاد. يمكن استخدام تقنية خلايا الوقود الرئيسية لتحويل الهيدروجين المخزن إلى كهرباء بسرعة ونقله إلى الشبكة في الوقت المناسب، مما يلعب دورًا رئيسيًا في تنظيم توازن العرض والطلب على الكهرباء.
يُبرز تخزين طاقة الهيدروجين، بمعناه الواسع، خصائص التحويل أحادي الاتجاه لـ "الكهرباء-الهيدروجين". ويُستخدم الهيدروجين المُخزَّن على نطاق واسع في مجالات عديدة، مثل النقل وصناعة الصلب. على سبيل المثال، يُمكن استخدامه لتشغيل مركبات خلايا وقود الهيدروجين، مما يُسهِّل السفر ويُساهم في التحوّل الأخضر ومنخفض الكربون في صناعة الصلب؛ أو من خلال سلسلة من التفاعلات الكيميائية المُعقّدة، يُمكن تحويل الهيدروجين إلى مُشتقات كيميائية قيّمة، مثل الميثانول والأمونيا، لاستخدامها في صناعات أخرى، مثل إنتاج المواد الكيميائية. بعد التحويل والاستخدام، لن يعود الهيدروجين يتدفق إلى شبكة الكهرباء لتوليد الطاقة.
يتمتع تخزين طاقة الهيدروجين بالمزايا الهامة التالية:
١) طويل الأمد: تتمثل العناصر الرئيسية لتخزين الطاقة طويل الأمد في سهولة حركة حاملات الطاقة وفصل السعة عن الطاقة. على الرغم من أن تخزين الطاقة بالضخ والهواء المضغوط يتميز بقابلية حركة حاملات الطاقة، إلا أن تطبيقهما محدود بالموقع الجغرافي. في المقابل، يُعد تخزين طاقة الهيدروجين أنسب لاحتياجات الشحن والتفريغ طويلة الأمد التي تزيد عن ٤ ساعات، ويمكنه تحقيق نقل موسمي للطاقة. يمكن أن يصل متوسط وقت التفريغ المستمر إلى ٥٠٠-١٠٠٠ ساعة. معدل التفريغ الذاتي لتخزين طاقة الهيدروجين منخفض للغاية، ويكاد يكون معدومًا، مما يُمكّنه من التكيف مع دورات تخزين الطاقة التي تزيد عن عام واحد دون قيود جغرافية.
٢) سعة كبيرة: تصل كثافة طاقة تخزين طاقة الهيدروجين في الهيدروجين السائل إلى ١٤٣ ميجا جول/كجم (حوالي ٤٠ كيلوواط/ساعة/كجم)، أي أكثر من ١٠٠ ضعف كثافة تخزين الطاقة الكهروكيميائية مثل بطاريات الليثيوم. أما من حيث القيمة الحرارية، فيمكن أن تصل القيمة الحرارية للهيدروجين إلى ١٢٠ ميجا جول/كجم، أي ما يعادل ٣-٤ أضعاف قيمة الطاقة الأحفورية التقليدية مثل الفحم والغاز الطبيعي والنفط. يُعد تخزين الطاقة من الطرق القليلة لتخزين الطاقة التي يمكنها تخزين أكثر من ١٠٠ جيجاواط/ساعة.
مقارنة بين زمن التفريغ وأداء السعة عبر تقنيات تخزين الطاقة المختلفة
٣) عبر المناطق: يمكن نقل الهيدروجين بطرق متنوعة، بما في ذلك أشكاله الغازية والسائلة والصلبة. لا يقتصر تخزين طاقة الهيدروجين على شبكات نقل وتوزيع الطاقة، ويمكنه تحقيق تنظيم حمل الذروة عبر المناطق. ومع ذلك، فإن محطات توليد الطاقة الكهروكيميائية لتخزين الطاقة محدودة بشبكة الكهرباء وظروف النقل، ويصعب تحقيق تنظيم حمل الذروة عبر المناطق. وخاصةً في مجال تطوير طاقة الرياح البحرية، ومع التطور الواسع النطاق لطاقة الرياح البحرية، أصبح نقل واستهلاك الطاقة البحرية تحديًا. يمكن أن يحل استخدام طاقة الرياح البحرية لإنتاج الهيدروجين بفعالية مشاكل توصيل الشبكة على نطاق واسع واستهلاك طاقة الرياح البحرية، بالإضافة إلى التكلفة العالية لنقل الطاقة في أعماق البحار.
يُمكن القول إن الهيدروجين هو الطاقة الأمثل. يُمكن إنتاجه عن طريق التحليل الكهربائي للماء، وهو مصدرٌ لا ينضب تقريبًا؛ كما يُمكنه توليد الكهرباء بالتفاعل مع الأكسجين، ولا يتولد سوى الماء، وهو ما يُمثل انبعاثات كربونية صفرية. ومع ذلك، فإن تحديات تخزين ونقل الهيدروجين جسيمة أيضًا. فالخصائص الفيزيائية والكيميائية الخاصة للهيدروجين تُصاحبها مخاطر تتعلق بالسلامة أثناء النقل، سواءً في غاز عالي الضغط أو سائل منخفض الحرارة. إضافةً إلى ذلك، يُؤدي انخفاض كثافة الهيدروجين إلى انخفاض كفاءته في النقل. فحتى في ظل ظروف الضغط العالي، لا تستطيع شاحنة ثقيلة وزنها 49 طنًا نقل سوى حوالي 300 كيلوغرام من الهيدروجين. وتتطلب درجة غليان الهيدروجين السائل المنخفضة للغاية استثمارًا كبيرًا في التكنولوجيا وتكاليف الطاقة للحفاظ على حالته السائلة.
أما فيما يتعلق بموعد تحول تخزين طاقة الهيدروجين إلى صناعة أساسية، فإننا نعتقد أن هناك مرحلتين رئيسيتين تستحقان الاهتمام:
نقطة التحول الأولى: عالميًا، وُضعت سياسات لدعم تطوير تخزين طاقة الهيدروجين. في نوفمبر 2024، طلبت وزارة الصناعة وتكنولوجيا المعلومات آراءً علنيةً حول "خطة عمل التطوير عالي الجودة لصناعة تصنيع تخزين الطاقة الجديدة" (مسودة للتعليقات). أشارت الآراء إلى تطوير تقنيات تخزين الطاقة طويلة الأمد، مثل الهواء المضغوط، والتخطيط المُسبق المُناسب لتقنيات تخزين الطاقة طويلة الأمد، مثل تخزين طاقة الهيدروجين. تشجيع الطاقة الحرارية بنشاط لتكوين تخزين طاقة جديد بشكل معقول، وتوسيع نطاق تطبيقات الطاقة الجديدة، مثل تخزين الهيدروجين بطاقة الرياح والطاقة الشمسية. استكشاف استخدام الطاقة المتجددة لإنتاج الهيدروجين في المناطق الغنية بالطاقة الجديدة، حيث تكون قدرة الامتصاص المحلية منخفضة، مثل الصحاري، وغوبي، والأراضي القاحلة.
نقطة التحول الثانية: مع تسويق إنتاج الهيدروجين من طاقة الرياح البحرية وتكنولوجيا تخزين الهيدروجين في الحالة الصلبة، من المتوقع أن تلعب طاقة الهيدروجين دورًا رئيسيًا في إنتاج المجالات الصناعية مثل الصلب والأسمنت، بالإضافة إلى الميثانول الأخضر ومنتجات أخرى. ومن المتوقع أن تصل طاقة إنتاج طاقة الهيدروجين بحلول عام 2035 إلى 5 تريليونات يوان، لتصبح قوة مهمة في صناعة الطاقة. من ناحية التكلفة، فإن التكلفة الحالية لبناء محطات الهيدروجين مرتفعة. تبلغ تكلفة بناء محطة هيدروجين قياسية ما لا يقل عن مليوني دولار أمريكي، أي حوالي 2 مليون يوان، وتصل تكلفة نظام الهدرجة عالي الضغط إلى 15 مليون يوان. من بينها، تمثل ضواغط الهيدروجين 20٪ من تكلفة محطات الهيدروجين. في مواجهة تحدي مساحة خفض التكلفة المحدودة، تحتاج شركات ضواغط الهيدروجين المحلية بشكل عاجل إلى زيادة الابتكار التكنولوجي لتحقيق الفعالية من حيث التكلفة والقدرة التنافسية في السوق.
تخزين الطاقة الهجين: دمج تقنيات تخزين متعددة لتحقيق تأثير "1 + 1> 2"
ال نظام تخزين الطاقة الهجين يدمج بذكاء تقنيتين أو أكثر لتخزين الطاقة في تقنية واحدة. ويهدف إلى الاستفادة من نقاط قوة العديد من التقنيات والاستفادة الكاملة من المزايا الفريدة لمختلف تقنيات تخزين الطاقة، مما يحقق تخزينًا أكثر كفاءة ومرونة للطاقة وأهدافًا إدارية دقيقة.
استقطب تخزين الطاقة الهجين اهتمامًا كبيرًا في هذا القطاع، نظرًا لقدرته على تحقيق تأثير "1+1>2" بفضل مزاياه المتمثلة في الأداء التكاملي القوي، والوظائف المتعددة، وتشتيت المخاطر، والكفاءة الشاملة العالية. في عام 2022، أشارت "الخطة الخمسية الرابعة عشرة لتطوير تخزين الطاقة الجديدة" الصادرة عن اللجنة الوطنية للتنمية والإصلاح والإدارة الوطنية للطاقة إلى أنها ستعزز التطبيق المشترك لتقنيات تخزين الطاقة المتعددة بما يتوافق مع احتياجات النظام، وستُجري تجارب تجريبية لتخزين الطاقة المركبة.
من منظور التصنيف، يشمل تخزين الطاقة الهجين تكامل البطاريات والبطاريات، مثل الجمع بين بطاريات الأنظمة الكيميائية المختلفة، والتي تستخدم الاختلافات في خصائص الشحن والتفريغ الخاصة بها لتحقيق إمدادات طاقة مستقرة في جميع الأوقات؛ يتم الجمع بين البطاريات والمكثفات الفائقة، حيث تضمن الأولى احتياطيات الطاقة طويلة الأجل، وتعتمد الأخيرة على كثافة طاقة عالية للغاية للاستجابة بسرعة في سيناريوهات الطلب العالي على الطاقة لسد فجوة الطاقة؛ ثالثًا، تعمل البطاريات والعجلات الدوارة معًا، وتعتمد العجلات الدوارة على الدوران عالي السرعة لتخزين الطاقة، والتي يمكنها التعامل مع تقلبات الطاقة قصيرة الأجل وعالية التردد بسهولة، مما يكمل البطاريات لضمان استقرار خرج الطاقة؛ هناك أيضًا مزيج من البطاريات وتخزين الهيدروجين، والذي يستخدم كثافة طاقة الهيدروجين العالية وخصائص التحويل المرنة لتوسيع حدود وقت تخزين الطاقة.
في الوقت الحالي، تُهيمن بطاريات فوسفات الليثيوم والحديد على مجال تخزين الطاقة الكهروكيميائية في بلدي. ومع ذلك، فإنّ تقنية فوسفات الليثيوم والحديد الوحيدة تعاني من عيوب جوهرية، ويمكن لتخزين الطاقة الهجين تعويضها بفعالية. فعندما تتعطل تقنية معينة لتخزين الطاقة فجأةً، يمكن لتقنيات داعمة أخرى أن تتولى زمام الأمور في الوقت المناسب لضمان استمرار تخزين الطاقة وإطلاقها والحفاظ على استقرار تشغيل النظام.
في الوقت الحاضر، يتم تطبيق المشاريع التي تجمع بين بطاريات الليثيوم والطرق التقنية الأخرى تدريجيًا، وتتعاون مجموعة متنوعة من تقنيات تخزين الطاقة الجديدة مع بعضها البعض لتلبية احتياجات سيناريوهات متعددة. وفقًا لـ GGII، من بين مشاريع عطاءات بطاريات التدفق الصينية من يناير إلى نوفمبر 2024، شكلت مشاريع تخزين الطاقة الهجينة المكونة من بطارية تدفق الفاناديوم بالكامل وبطارية فوسفات الحديد الليثيوم (LFP) ما يقرب من 60٪. وفقًا لـ CESA، من يناير إلى أكتوبر 2024، بلغ إجمالي سعة 10 مشاريع تخزين طاقة هجينة في بلدي 1.4 جيجاواط / 4.6 جيجاواط ساعة، وهو ما يمثل 7.92٪ من السعة، ومتوسط مدة 3.28 ساعة، واستثمار إجمالي يزيد عن 6.7 مليار يوان صيني.
تخزين الطاقة الناشئة الأخرى: العديد من السفن تتنافس، وكلها لديها فرص
١) تخزين طاقة الهواء المضغوط: يُضغط الهواء ويُخزن في خزان غاز، ثم يُستخدم جهاز تحويل الطاقة لتحويل الهواء في خزان الغاز إلى طاقة ميكانيكية أو كهربائية، مما يُتيح تخزين الطاقة وإطلاقها. تتميز تقنية تخزين طاقة الهواء المضغوط بمزايا السعة الكبيرة، ودورة تخزين الطاقة الطويلة، وقصر دورة البناء، ومرونة تصميم الموقع. يعتمد التخزين على الهواء فقط، مما يُقلل من خطر الانفجار. وبالمقارنة مع التخزين بالضخ، لا تخضع هذه التقنية للظروف الجغرافية. ومن المتوقع أن تُصبح إضافةً مهمةً في مجال محطات توليد الطاقة لتخزين الطاقة واسعة النطاق (أكثر من ١٠٠ ميجاوات) عند دمجها مع تقنيات تخزين الطاقة الأخرى. ويمكن أن يصل وقت تفريغها إلى أكثر من ٤ ساعات.
٢) تخزين طاقة دولاب الموازنة: تُخزَّن الطاقة من خلال دوران دولاب الموازنة بسرعة عالية، ثم تُحوَّل إلى طاقة كهربائية أو حرارية عبر جهاز استعادة الطاقة. يُركِّز تخزين طاقة دولاب الموازنة بشكل رئيسي على دوره في تنظيم تردد الشبكة. يُمكن لدولاب الموازنة أن يلعب دورًا في تنعيم وإبطاء الشبكة في الوقت المناسب مع تغيرات الشبكة، مما يُمثِّل بديلاً عن تنظيم تردد الطاقة الحرارية.
٣) تخزين طاقة الجاذبية: بتحويل طاقة الجاذبية الكامنة إلى طاقة كهربائية، يتم تخزين الطاقة وإطلاقها. ومن مزاياه عدم الحاجة إلى نقل الطاقة الكهربائية إلى المستخدمين البعيدين عبر خطوط نقل الجهد العالي، وكفاءته العالية في تحويل الطاقة، وعدم تسببه في تلوث بيئي كبير. تتراوح كفاءة تحويل النظام بين ٨٠٪ و٩٠٪، ويتراوح عمره الافتراضي بين ٢٥ و٤٠ عامًا.
