أخبار ar.wedoany.com، مع توسع نطاق الطاقة المتجددة المتقطعة، يستمر ارتفاع الطلب على تخزين الطاقة طويل الأمد (LDES) في شبكات الكهرباء. ونظرًا لأن الظروف الجيولوجية المختلفة وسيناريوهات التطبيق تتطلب حلول تخزين طاقة مصممة وفقًا للظروف المحلية، يتجه عدد متزايد من المطورين إلى استكشاف المساحات تحت الأرض.

يمكن لتخزين الطاقة تحت الأرض تجاوز بعض القيود التي تواجه البطاريات الكهروكيميائية التقليدية من حيث التدهور والانفلات الحراري وسلاسل التوريد، غير أن تخزين الطاقة بالهواء المضغوط (CAES) وتخزين الطاقة بالجاذبية تحت الأرض (UGES) يواجه كل منهما تحدياته التقنية والاقتصادية الخاصة. وفيما يتعلق بالتطورات على المسارين، استعرض كل من طلعت أزاد (Tallat Azad)، الرئيس التنفيذي لشركة ستورإلكتريك (Storelectric)، ومارك سوينرتون (Mark Swinnerton)، المؤسس والرئيس التنفيذي لشركة غرين غرافيتي (Green Gravity)، أحدث المستجدات في مجال CAES وUGES على التوالي، فيما قدم إدوارد باربر (Edward Barbour)، الأستاذ المشارك لأنظمة الطاقة وتخزينها في جامعة برمنغهام (University of Birmingham)، تحليلًا للآفاق الأوسع.

يعتمد مبدأ CAES على تخزين الهواء والحرارة. وقال باربر إنه عند الحاجة إلى الطاقة، يتم الجمع بينهما لإنتاج هواء مضغوط ساخن يُستخدم لتشغيل التوربينات. وتُعد خسائر الكفاءة أمرًا لا مفر منه. وتستهدف ستورإلكتريك كفاءة تبلغ حوالي 62%، لكن أزاد أشار إلى أن كفاءة محطتي CAES التابعتين للشركة تبلغ حاليًا حوالي 42%. وتكون الطاقة القابلة للتسليم إلى الشبكة أقل من الكمية المخزنة في الكهوف بسبب كفاءة المحطة.

أما UGES فيعتمد كليًا على طاقة الوضع الجاذبية. وأوضح باربر أن الأجسام الثقيلة تخزن طاقة الوضع عندما تكون في الأعلى، وتطلق الطاقة أثناء هبوطها عبر محرك كهربائي. وقال سوينرتون إن أعمدة المناجم تُعد موقعًا مثاليًا لـ UGES، فالمبدأ الفيزيائي وراء ذلك هو أن الطاقة تساوي الكتلة مضروبة في الارتفاع، ولذلك يلزم توافر كتلة كبيرة مقترنة بارتفاع كبير.

تحدد الظروف الجيولوجية إلى حد كبير المسار التقني المتبع. وأشار باربر إلى أنه في المناطق المناسبة التي يبلغ عمق طبقات الملح فيها حوالي 500 متر، يمكن أن يكون CAES مجديًا اقتصاديًا، حيث قد تنخفض التكلفة إلى أقل من 5 جنيهات إسترلينية (6.75 دولارات) لكل كيلوواط/ساعة (kWh). وأضاف أزاد أن كهوف الملح بعد إنشائها لا تحتاج سوى صيانة مرة كل عشر سنوات، ويمكن أن تعمل لعقود أو حتى قرون. كما تم النظر في مناجم الصخور الصلبة لاستخدامها في CAES، لكنها تنطوي على مخاطر تسرب؛ أما الملح فهو شبه ذاتي الإغلاق، وهذه ميزة فريدة له.

تمتلك المناجم المهجورة فروق ارتفاع جاهزة، ويرى سوينرتون أنها "من أفضل الأماكن التي يمكن العثور فيها على فروق الارتفاع"، ولذلك تتمتع أعمدة المناجم بميزة تقنية واقتصادية أكبر في UGES، كما أن بنيتها التحتية قادرة على الاستمرار لعقود أو أكثر. ويوجد حاليًا ما يقرب من مليوني منجم مغلق حول العالم، وتعد إعادة استخدام أراضي هذه المناجم وأصولها ومواقعها الجغرافية السبب الرئيسي لتحويلها إلى مرافق لتخزين الطاقة.

تعتمد سعة تخزين الطاقة في UGES على الكتلة والارتفاع. وأوضح سوينرتون أن مئات الآلاف من المناجم المهجورة يمكن تصنيفها كأعمدة مناجم متوسطة الحجم، قادرة على توفير سعة تخزين تتراوح بين 20 و50 ميجاواط/ساعة (MWh)؛ كما أن أعمدة المناجم الأكبر حجمًا متوفرة أيضًا بأعداد كبيرة، حيث يمكن للعمود الواحد توفير طاقة تتراوح بين 150 و350 ميجاواط/ساعة. ونظرًا لأن العديد من المناجم تحتوي على أعمدة متعددة، على سبيل المثال منجم مزود بعشرة أعمدة، فإن نشر UGES يمكن أن يحقق إمكانات تخزين تصل إلى نطاق الجيجاواط/ساعة (GWh).

تعتمد سعة تخزين الطاقة في CAES على حجم الكهوف. وقد استحوذت ستورإلكتريك مؤخرًا على موقع بمساحة حوالي 550 فدانًا في تيسايد (Teesside)، وهي منطقة كانت مركزًا صناعيًا وكيميائيًا رئيسيًا وتتميز بموارد وفيرة من الكهوف. وقال أزاد إن متوسط حجم هذه الكهوف يبلغ حوالي 60,000 متر مكعب، أي ما يعادل طاقة تبلغ حوالي 250 ميجاواط/ساعة، وهو ما يكفي تقريبًا لتزويد 70,000 أو 80,000 منزل بالكهرباء لمدة ساعة واحدة. ونبّه إلى أن هذه هي كثافة الطاقة في الكهف نفسه، وعند إطلاقها عبر التوربينات يجب خصم خسائر الكفاءة، وبالتالي فإن الطاقة الفعلية المُرسلة إلى الشبكة ستكون أقل من هذه القيمة.

لا يزال المساران التقنيان في مراحلهما المبكرة. وقد دخلت غرين غرافيتي مرحلة التشغيل التجريبي لأول مصنع تجريبي لها في عام 2023، في حين يمثل استحواذ ستورإلكتريك على موقع تيسايد تتويجًا لعملية العناية الواجبة التي استمرت ثلاث سنوات. ومع تزايد الطلب على حلول تخزين الطاقة طويلة الأمد المصممة خصيصًا في شبكات الكهرباء، لا يزال زخم الابتكار في هذا المجال مستمرًا. ويرى باربر أن تخزين الهيدروجين في كهوف الملح يعد تقنية رائدة، كما أن تخزين الميثان الحيوي في كهوف الملح يحمل آفاقًا واعدة؛ أما تخزين الحرارة فهو "من أسهل النتائج التي يمكن تحقيقها"، حيث يمكن عادةً تخزين الحرارة لفترات طويلة بتكلفة منخفضة نسبيًا، مما يجعله خيارًا مناسبًا عندما تكون الطاقة مطلوبة لاحقًا في صورة حرارية.