التركيز على تحول الطاقة: كيف يمكن للمحللات الكهربائية والتخزين تقليل التكاليف!

التركيز على تحول الطاقة: كيف يمكن للمحللات الكهربائية والتخزين تقليل التكاليف!

أجرت فرق بحثية من جامعة لايبنيز هانوفر (LUH) ومعهد هاملن لأبحاث الطاقة الشمسية (ISFH) دراسة شاملة حول استخدام المحللات الكهربائية وتخزين البطاريات. الهدف هو تحليل تأثير هذه التقنيات على تكاليف تحول الطاقة. أحد أكبر التحديات هو تكييف نظام الطاقة مع التوافر المتقلب لطاقة الرياح والطاقة الشمسية. عندما يكون هناك توافر كبير لطاقة الرياح والطاقة الشمسية، يكون هناك فائض في الكهرباء، بينما في أوقات انخفاض الإنتاج (الفترات المظلمة) يكون هناك نقص في الطاقة.

يمكن تخزين الكهرباء الزائدة في مخزن البطارية أو تحويلها إلى هيدروجين من خلال التحليل الكهربائي. ويستخدم هذا الهيدروجين في المقام الأول في الصناعة. يعمل الآن نموذج تم تطويره خصيصًا لهذا الغرض على تحسين نظام الطاقة الألماني وتحديد مساهمة المحللات الكهربائية وتخزين البطاريات في التحول الفعال للطاقة. ويظهر السيناريو الأمثل أن المحللات الكهربائية لإنتاج الهيدروجين يجب أن تكون موجودة في المقام الأول في شمال ألمانيا العاصف، في حين يتم توزيع تخزين البطاريات بالتساوي في جميع أنحاء ألمانيا، مع التركيز في الجنوب، حيث يتوفر المزيد من الكهرباء الكهروضوئية.

توفير التكاليف وزيادة الكفاءة

تشير التوقعات إلى أنه سيتعين تخزين حوالي 35 بالمائة من الكهرباء المولدة من الطاقات المتجددة أو تحويلها إلى هيدروجين بحلول عام 2050. وقد يؤدي الفشل في اتخاذ إجراءات في هذا المجال إلى زيادة التكاليف الإجمالية للتحول في مجال الطاقة بما يصل إلى 60 مليار يورو. توفر الدراسة، التي تدعمها EWE AG ماليًا، أسسًا مهمة لصناع القرار في السياسة والأعمال لتحقيق هذه الأهداف. كما أن التأخير في توسيع محطات الهيدروجين وتخزينه يمكن أن يزيد من صعوبة تحقيق الأهداف المناخية.

ومن أجل ضمان كفاءة المحللات الكهربائية، فإن وجود نسبة محددة من الكهرباء الخضراء أمر بالغ الأهمية. ووفقا لوكالة استشارات الطاقة نوفارو، تبلغ حصة الكهرباء الخضراء على أساس سنوي حاليا 60 في المائة، مع تجاوز هذه الحصة 80 في المائة في 1854 ساعة خلال الفترة قيد المراجعة. ويحدد "قانون تسريع الهيدروجين" الذي تجري صياغته حاليا عتبة 80%، وهي نسبة مرتفعة للغاية. إن الحد الاقتصادي الأمثل لاستخدام الهيدروجين هو 70 بالمائة، مما يسمح للمحلل الكهربائي بالعمل لمدة تصل إلى 2900 ساعة في السنة.

التحديات التكنولوجية للتحليل الكهربائي

يواجه التحليل الكهربائي بحد ذاته، وهو عملية تحلل جزيئات الماء إلى ذرات هيدروجين وأكسجين، تحديات كبيرة. المحفزات ضرورية لبدء هذه العملية وتسريعها. ومع ذلك، فإن التطورات السابقة في هذا المجال لم تكن ناجحة إلى حد كبير، لذلك يجب أن تعمل المواد في ظل ظروف صناعية حقيقية لمدة عشر سنوات على الأقل. يصف الدكتور فيليب جيرشيل من جامعة الرور في بوخوم الصعوبات في اختيار المواد وتطوير المحفزات المناسبة. وشدد البروفيسور الدكتور دوريس سيجيتس من جامعة دويسبورج-إيسن بشكل خاص على الحاجة إلى سير عمل لمقارنة المواد. نحن نعمل مع العديد من المؤسسات لتطوير عمليات التحليل الكهربائي الجديدة التي يمكنها أيضًا الاستغناء عن المعادن الثمينة.

يمكن لهذه التطورات أن تزيد من تقدم أبحاث المحفزات وبالتالي تتيح إنتاجًا واسع النطاق للمحللات الكهربائية خلال السنوات العشر القادمة. ويضم مشروع التعاون 18 باحثًا من مختلف التخصصات والمؤسسات، بما في ذلك معهد ماكس بلانك لتحويل الطاقة الكيميائية.

بشكل عام، تُظهر الأبحاث الحالية اتجاهًا واضحًا: الاستخدام المستهدف للمحللات الكهربائية وتخزين البطاريات أمر بالغ الأهمية لانتقال الطاقة المستدامة والفعالة من حيث التكلفة. الدراسة الكاملة متاحة على الإنترنت وتوفر رؤى قيمة لسياسة الطاقة المستقبلية.

لمزيد من المعلومات حول التطورات والأبحاث الحالية، يرجى زيارة الروابط التالية: جامعة لايبنيز هانوفر, مجلة الكهروضوئية ، و فراونهوفر أومسيتشت.