مع ازدياد الاعتماد على مصادر الطاقة المتجددة، أصبح تطوير تقنيات تخزين الطاقة طويلة الأمد اتجاهًا سائدًا. وتشمل الطرق التقنية لتخزين الطاقة على نطاق واسع لفترات طويلة خمسة أنواع رئيسية: التخزين بالضخ، والتخزين الحراري باستخدام الأملاح المنصهرة، والتخزين بالتيار السائل، والتخزين بالهواء المضغوط، والتخزين بالهيدروجين. في هذه المرحلة، يُعدّ التخزين بالضخ الأكثر نضجًا، إلا أن مزايا التخزين بالهواء المضغوط، كالحجم الكبير والكفاءة العالية والتكلفة المنخفضة، فضلًا عن كونه صديقًا للبيئة ونظيفًا، وإمكانية تجاوز القيود الجغرافية، تجعله مكملاً للتخزين بالضخ.
يُعد تخزين الطاقة بالهواء المضغوط من بين أنظمة تخزين الطاقة طويلة الأمد، ويمكن تحقيقه لفترة طويلة تزيد عن 4 ساعات أو أيام، أو شهور من دورة الشحن والتفريغ لنظام تخزين الطاقة، مما يساهم في تنظيم تقلبات توليد الطاقة الجديدة، وهو ما يمثل ميزة بارزة.
بحسب ما ذكره مدير مركز أبحاث وتطوير تخزين الطاقة الحرارية التابع لمعهد هندسة الفيزياء الحرارية بالأكاديمية الصينية للعلوم، شو يوجي، فإن نظام الطاقة في الصين سيعتمد مستقبلاً على نوع جديد من الطاقة المتجددة كنظام رئيسي، حيث تتسم طاقة الرياح والطاقة الشمسية وغيرها من مصادر الطاقة المتجددة بالتقلب والتقطع. وإذا ما تم ربطها على نطاق واسع بشبكة الكهرباء، فسيؤدي ذلك إلى مخاطر أمنية. لذا، تبرز الحاجة إلى أنظمة تخزين الطاقة كموارد مرنة لتنظيم نظام الطاقة، ويُعد تخزين الطاقة بالهواء المضغوط من أبرزها.
قال شو يوجي: "إن تقنية تخزين الطاقة بالهواء المضغوط ليست جديدة، فقد طُبقت هذه التقنية التقليدية في ألمانيا والولايات المتحدة لسنوات عديدة، إلا أنها تعتمد على الوقود الأحفوري، وتتطلب كهوفًا طبيعية واسعة، كما أن كفاءة تخزين الطاقة فيها منخفضة، مما يحد من انتشارها على نطاق واسع". وأضاف أن نظام تخزين الطاقة بالهواء المضغوط المتطور في الصين يعيد تدوير الحرارة المضغوطة، ولا يعتمد على الوقود الأحفوري، ويمكن استخدامه بأشكال متنوعة، مثل أجهزة التخزين فوق الأرض، والحجرات الاصطناعية، والكهوف الطبيعية تحت الأرض. علاوة على ذلك، يُحسّن هذا النظام كفاءة تخزين الطاقة بشكل كبير.
أنشأت الصين، باستخدام تقنية تخزين الطاقة المتقدمة بالهواء المضغوط بقدرة 100 ميغاواط، أول محطة طاقة تجريبية دولية من نوعها بقدرة 100 ميغاواط، وربطتها بنجاح بشبكة الكهرباء لتوليد الطاقة. تقع المحطة في مقاطعة تشانغبي بمقاطعة خبي، وهي أكبر محطة طاقة جديدة لتخزين الطاقة بالهواء المضغوط في العالم، وتتميز بأدائها العالي. تستطيع المحطة توليد ما يصل إلى 132 مليون كيلوواط/ساعة من الكهرباء سنويًا، موفرةً بذلك حمايةً من ذروة الطلب لحوالي 50 ألف مستخدم. كما أنها تساهم في توفير 42 ألف طن من الفحم التقليدي، وخفض انبعاثات ثاني أكسيد الكربون بمقدار 109 آلاف طن سنويًا.
ما هي مزايا تخزين الطاقة بالغاز المضغوط مقارنةً بأنواع تخزين الطاقة الحديثة الأخرى؟ يمكن تلخيصها في أنها آمنة، وطويلة الأمد، وذات قدرة عالية على الاشتعال. أولًا، يُعد تخزين الطاقة بالغاز المضغوط آمنًا للغاية. على سبيل المثال، مشروع تخزين الطاقة بثاني أكسيد الكربون المسال، نظرًا لسهولة تسييل ثاني أكسيد الكربون، فإن تخزينه لا يتطلب سوى بضعة ميغاباسكال من الضغط، فلا داعي للقلق بشأن مخاطر تخزين الغاز تحت ضغط عالٍ. في الوقت نفسه، ثاني أكسيد الكربون غير سام وغير قابل للاشتعال أو الانفجار، ما يجعله آمنًا للغاية. إضافةً إلى ذلك، ولأنها أجهزة ميكانيكية بالكامل، يمكن أن يصل عمر أنظمة تخزين الطاقة بالهواء المضغوط إلى 30-50 عامًا في ظل الصيانة الدورية. "يُعد تخزين الطاقة بالهواء المضغوط عملية فيزيائية تعتمد على التدوير الحراري، ما يمنحها مزايا طبيعية من حيث السلامة وانخفاض الأداء، ويُعتبر من أكثر تقنيات تخزين الطاقة الواعدة على نطاق واسع." وبناءً على هذه المزايا، قال تشن هايشنغ، الباحث في معهد الهندسة الحرارية التابع للأكاديمية الصينية للعلوم، إن تطبيق تكنولوجيا تخزين طاقة الهواء المضغوط له أهمية استراتيجية كبيرة وطلب سوقي هائل لتحقيق الأهداف الاستراتيجية المزدوجة للكربون في البلاد وتحسين البيئة الطبيعية.
تجدر الإشارة إلى أن دفقة الطاقة الناتجة عن تخزين طاقة الهواء المضغوط قوية نسبيًا، ما يسمح باستخدامها مباشرةً في بعض التطبيقات الخاصة. ففي حالة محركات الديزل المستخدمة في السفن الكبيرة، على سبيل المثال، يُخزَّن الهواء المضغوط عادةً في خزان ضغط، ويُضخ مباشرةً إلى المكبس عبر صمام بدء تشغيل خاص لتدوير عمود المرفق قبل بدء حقن الوقود. هذا الترتيب أكثر إحكامًا وأقل تكلفة من محرك بدء التشغيل الكهربائي ذي الحجم نفسه، ويمكنه توفير دفعات الطاقة العالية اللازمة دون تحميل مولد السفينة ونظام التوزيع بأحمال زائدة.
فيما يتعلق بأنظمة تخزين الطاقة بالهواء المضغوط، تعمل الصين على تعزيز العروض التوضيحية والتطبيقات واسعة النطاق، وتراكم الخبرة في التصميم الهندسي والبناء، وتطوير سلسلة صناعية كاملة وناضجة لتسريع بنائها وتطبيقها.
تاريخ النشر: 14 سبتمبر 2023
