تكلفة تخزين الكهرباء تتفاوت بين البطاريات والهيدروجين وشبكة طاقة رياح مصغرة (تقرير)

يفيد تقرير حديث بأن تكلفة تخزين الكهرباء تتفاوت بين البطاريات والهيدروجين وشبكة طاقة رياح مصغرة، وفقًا لبيانات الرياح والأحمال من جزيرة سان نيكولاس بولاية كاليفورنيا الأميركية.

في هذا الإطار، أصدر 5 باحيثن أميركيين دراسة نُشرت في "مجلة تخزين الكهرباء"، حول تخزين الكهرباء ببطاريات فوسفات الحديد والليثيوم وتخزين الهيدروجين مع شبكة طاقة رياح مصغرة.

وبناءً على الافتراضات الأساسية، يصل نظام طاقة الرياح والهيدروجين إلى تكلفة كهرباء مُستوية قدرها 0.183 دولارًا/كيلوواط/ساعة، في حين يصل نظام طاقة الرياح والبطاريات إلى 0.229 دولارًا/كيلوواط/ساعة.

وتجدر الإشارة إلى أن تكلفة تخزين الكهرباء بالبطاريات هبطت إلى أدنى مستوى لها خلال العام الماضي (2025)، في حين ازدادت تكاليف أغلب تقنيات الطاقة النظيفة الأخرى.

نموذج لطاقة الرياح والبطاريات

بنى 5 باحثين أميركيين نموذجًا فيزيائيًا لطاقة الرياح والبطاريات باستعمال برنامج ماتلاب/سيمسكيب (MATLAB/Simscape)، وقارنوه بنموذج سابق لطاقة الرياح والهيدروجين ضمن نظام واحد لإدارة الطاقة قائم على القوانين.

وتوصّلوا إلى خوارزمية جينية متعددة الأهداف لتحسين التكلفة وتقليص طاقة الرياح مع زيادة مساحة بناء محطات طاقة الرياح، ، بحسب تقرير نشره موقع "إنرجي نيوز".

وقدّر الباحثون عمر البطارية باستعمال معيار دورة التشغيل وجدول زمني لأول عطل، حسب منصة الطاقة المتخصصة (مقرّها واشنطن).

فجوة التكلفة

وفقًا لهذه الأرقام، تكون التكلفة المستوية لنظام البطارية أعلى بنسبة 25% تقريبًا وتكلفة رأس المال أعلى بنسبة 5.5% تقريبًا.

من ناحيتهم، يصف مؤلّفو الدراسة تخزين الكهرباء بالبطاريات بأنه جذاب عندما يكون الاستثمار الأولي المعتدل هو الأولوية، وبصفته يتمتع بكفاءة تشغيلية أعلى، في حين إن الهيدروجين يعطي فائدة اقتصادية أكبر عندما يتطلب الأمر استعمالًا عاليًا للطاقة المتجددة وتقليصًا منخفضًا.

وبحسب تقرير طالعته منصة الطاقة المتخصصة، لا يذكر ملخص البحث أين تظهر التكلفة الأولية المنخفضة للبطارية في مقايضة التكلفة والتقليص، حيث يحتوي خط الأساس المنفرد المقتبس على هيدروجين أرخص من حيث رأس المال.

ويُموَّل هذا العمل من خلال منحة مقدّمة من وزارة البحرية الأميركية، ويستند إلى بيانات الطلب التي وفّرتها قيادة المرافق الهندسية البحرية (NAVFAC).

الشبكات المصغرة المعتمدة على طاقة الرياح

تتطلب الشبكات المصغرة المعتمدة على طاقة الرياح حلولًا فعالة لتكلفة تخزين الكهرباء، وذلك للتعامل مع الطبيعة المتقلبة لمصادر الطاقة المتجددة، مع ضمان تشغيل موثوق ومجدٍ اقتصاديًا.

في المقابل، ما تزال المفاضلات التقنية والاقتصادية بين بطاريات فوسفات الحديد والليثيوم (LiFePO4) وأنظمة تخزين الكهرباء القائمة على الهيدروجين غير مقدّرة كميًا بشكل كافٍ، لا سيما في حالات التوسع المفرط في قدرات توليد طاقة الرياح.

وتقدّم الدراسة مقارنة تقنية واقتصادية شاملة لهاتين التقنيتين، باستعمال بيانات حول طاقة الرياح وأحمال الكهرباء في جزيرة سان نيكولاس بولاية كاليفورنيا الأميركية.

وقد أُجريت مقارنة منهجية بين نموذج لشبكة مصغرة تعتمد على الرياح والبطاريات (طُوِّر باستعمال برنامج ماتلاب/سيمسكيب)، ونموذج آخر يعتمد على الرياح والهيدروجين، وذلك في ظل نظام موحد لإدارة الطاقة قائم على قوانين محددة.

ويدمج الإطار المقترح سيناريوهات التوسع المفرط في طاقة الرياح، ويعمل على التحسين المشترك لتكلفة النظام ومعدل هدر طاقة الرياح باستعمال خوارزمية جينية متعددة الأهداف.

ووفقًا للافتراضات الأساسية، تحقق الشبكة المصغرة المعتمدة على الرياح والهيدروجين معدل هدر للكهرباء يبلغ نحو 18%، بتكلفة رأسمالية قدرها 9.1 مليون دولار، وتكلفة كهرباء مستوية تبلغ 0.183 دولار لكل كيلوواط/ساعة.

وفي الوقت نفسه، تحقق الشبكة المصغرة المثلى المعتمدة على الرياح والبطاريات معدل هدر للكهرباء يبلغ نحو 28%، بتكلفة رأسمالية قدرها 9.6 مليون دولار، وتكلفة كهرباء مستوية تبلغ 0.229 دولارًا لكل كيلوواط/ساعة.

وعلى الرغم من أن تخزين الكهرباء بالبطاريات يوفر كفاءة تشغيلية أعلى، ويُعدّ خيارًا جذابًا عند إعطاء الأولوية لتقليل الاستثمار الأولي، فإن تخزين الكهرباء عبر الهيدروجين يوفر مزايا اقتصادية أكبر عندما تكون هناك حاجة لرفع معدل الاستفادة من الطاقة المتجددة وتقليل هدرها.

وتُظهر هذه النتائج أن اختيار تقنية تخزين الكهرباء يعتمد على الأولويات المحددة لتصميم النظام، وتقدّم إطارًا كميًا لاختيار تقنيات التخزين المناسبة للشبكات المصغرة النائية التي تعتمد على طاقة الرياح، وكذلك للمنشآت العسكرية.