The missing link

الحلقة المفقودة

يشكل التقاط الطاقة المتجددة واحتوائها لاستخدامها في وقت لاحق عنصراً أساسياً في عملية الانتقال نحو مستقبل خالٍ من الكربون. تعمل شركة ستيسدال لتقنيات التخزين الدنماركية على تطوير نظام ثوري لتخزين الطاقة قائم على الحرارة، وسيسمح بتخزين الطاقة الكهربائية لمدة تتراوح بين ساعات وأسابيع في المرة الواحدة. وقد لجأت الشركة إلى أطلس كوبكو لتطوير المعدات التوربينية اللازمة لهذه العملية.

يجري التحول إلى الطاقة المتجددة على قدم وساق في الكثير من المناطق حول العالم. ومع ذلك، سيتفاوت إنتاج الطاقة الكهربائية النظيفة والخالية من الكربون بواسطة طاقة الرياح والطاقة الشمسية بحسب التوفر. ففي بعض الأحيان، ننتج كمية كبيرة للغاية من الطاقة ونضطر إلى التخلص من الفائض، أما في البعض الآخر، فنحتاج إلى كمية طاقة أكبر من تلك المتوفرة.

ويتمثل التحدي في الحد من اختلالات التوازن بين الطلب على الطاقة وإنتاج الطاقة.

على سبيل المثال، تستمد الدنمارك 50% من الكهرباء لديها من طاقة الرياح التي يتم تسخيرها بواسطة توربينات الرياح الضخمة، ويقول بو بيركيموز، مدير العمليات في شركة تقنيات المناخ الدنماركية ستيسدال لتقنيات التخزين، وهي جزء من مجموعة ستيسدال: "إذا قمنا بتركيب سعة تخزين لطاقة الرياح بنسبة 50%، فستساهم بنسبة 45% في الطاقة المُستهلكة. ولكن إذا تم تركيب سعة تخزين بنسبة 100%، فسنحصل على نسبة 60% فقط، والسبب هو أننا لا نحتاج إلى الطاقة كلها عندما ننتجها. فإما ننتج أكثر مما نحتاج إليه ويتوجب علينا إيقاف تشغيل التجهيزات، أو نواجه حالات لا يمكننا فيها إنتاج الكمية التي نحتاج إليها."

مفهوم مُثبت بتطبيق جديد

تملك شركة ستيسدال خطة لمعالجة هذه المشكلة. يستند نظام تخزين الطاقة "غريد سكايل" الخاص بها إلى تقنية بسيطة يعود تاريخها إلى مئات السنين، ألا وهي تخزين الطاقة الحرارية.
حلّ ستيسدال هو عبارة عن نظام لتخزين الطاقة الحرارية التي يتم ضخها، ويستخدم الصخور المسحوقة الساخنة والباردة كوسيط تخزين منخفض التكلفة وخالٍ من الكربون. وبما أن الحلّ يحتاج إلى تقنية الضاغط التوربيني والموسّع التوربيني، لجأت شركة ستيسدال لتقنيات التخزين إلى أطلس كوبكو منذ عامين.
يشرح راسموس روبيتش، مدير السوق للطاقة الجديدة في قسم الغاز والعمليات في أطلس كوبكو وعضو فريق أطلس كوبكو الذي يعمل مع ستيسدال لتقنيات التخزين على هذا المشروع، قائلاً: "يخزن نظام "غريد سكايل" الكهرباء في خزان رخيص وغير معقد ويحتوي على الكثير من... الأحجار".
ويضيف راسموس روبيتش: "إن بطاريات الليثيوم متوفرة وسعرها يستمر بالانخفاض كل الوقت، ولكنها تبقى مجدية اقتصاديًا لأقل من 12 ساعة وهي أكثر كفاءة لمدة أربع ساعات فقط".
قد يُعد الهيدروجين خيارًا للتخزين بكميات كبيرة وفترات طويلة. ومع ذلك، فإن كفاءة تحويله منخفضة جدًا ويُعتبر تخزين الهيدروجين في شكله النقي أمرًا معقدًا ومكلفًا على النطاق الواسع.

يتابع راسموس قائلاً: "يتخلص حلّ ستيسدال من مشكلة البطاريات. فهو يحتاج إلى الفولاذ والحجر ودرجة طفيفة من العزل فقط. إنه صديق للبيئة ويستخدم موادًا متوفرة بسهولة، ويسدّ الفجوة بين البطاريات والهيدروجين".

ويتابع بو بيركيموز قائلاً: "ما كان مطلوباً شيئ غير مكلف ويسهل تصنيعه ونقله وتركيبه. فقد أردنا أن يتم تصنيعه بالكامل بعملية تشغيل وتركيب بسيطة وقصيرة جدًا، تمامًا كما الحال مع توربينات الرياح. فنحن لا نعمل على تطوير مشروع تجريبي فحسب، بل نعلم أنه يعمل جيدًا. يمكن تشغيل حلّنا على نطاق واسع في غضون فترة قصيرة".

"تعاون يتسم بالانفتاح والثقة"

يشرح بو بيركيموز: "إن شركتنا الناشئة صغيرة، على الرغم من أننا معروفون جيدًا في بعض الصناعات، كما أننا نخوض بعض المجالات الجديدة كليًا. تتعلق إحدى المخاوف التي قد تراود الناس بالمعدات التوربينية، لذا فنحن نستفيد هنا من خبرة أطلس كوبكو والتقدير الذي تحظى به".

ويضيف بو بيركيموز: "في ما يخص التعاون الاستراتيجي، تستفيد أطلس كوبكو منّا أيضًا لأننا نوفر خبرتنا التي يعود تاريخها إلى عقود من الريادة في مجال الرياح. ولكن الأمر الأكثر أهمية هو أننا نستطيع، كشركة صغيرة، أن نأتي إلى مثل هذه المنظمة الكبيرة ونشارك في حوار جيد حيث نحترم كفاءات بعضنا البعض بشكل متبادل. إنه تعاون يتسم بانفتاح وثقة كبيرين".

بالنسبة إلى هيرالد داني، المسؤول عن خط أعمال التخزين الحراري في قسم الغاز والعمليات في أطلس كوبكو، فيشكّل هذا التعاون "قصة رائعة".

ويقول هيرالد: "كانت لدى شركة ستيسدال هذه الفكرة العظيمة، لكن جزءًا من التقنيات التي تحتاج إليها كان مفقودًا. كانت ستيسدال تبحث عن شركة قادرة على دعمها في تطوير المعدات اللازمة لتنفيذ هذه الفكرة. وهنا يأتي دورنا، فنحن ندعم عملاءنا في تخطي حدود التقنية وتطويرها إلى حد أبعد استنادًا إلى مطالب العميل".

ماذا يحدث بعد ذلك؟

بدأت عملية التطوير منذ عام 2019. تشرح هانا هورميير، مهندسة التصميم في قسم الغاز والعمليات في أطلس كوبكو، أن التحديات الرئيسية في مجال البحث والتطوير تدور حول التأثير الذي يمكن أن تخلّفه درجات حرارة التشغيل المرتفعة على المعدات التوربينية بهذا الحجم.
"كان التحدي في تطوير معدات توربينية بهذا الحجم تتناسب مع درجات الحرارة المرتفعة. بدأنا أولاً بالتصميم الديناميكي الهوائي، ثم شرعنا في التصميم الميكانيكي حيث ركزنا على التأثير الذي يمكن أن تحدثه درجات الحرارة العالية على التصميم والمواد المستخدمة. علينا أن نأخذ تحديات عدة بعين الاعتبار، ولكن هذه المعدات هي خيار عظيم لاستخدام الطاقة المتجددة بكفاءة أكبر. إليكم حلّ واعد للغاية يقرّبنا خطوة الى الأمام من الإهتمام بكوكبنا بشكل أفضل، وأنا سعيدة ومتحمسة حقًا للعمل على هذا المشروع".
تهدف شركة ستيسدال لتقنيات التخزين إلى تركيب محطات نموذجية في عدد من المواقع العالمية في عام 2022 قبل أول عملية تكرار تجارية في عام 2023. ويجري حاليًا إنشاء أول محطة تجريبية في لولاند، وهي جزيرة غنية بمصادر الطاقة المتجددة وتقع قبالة ساحل الدنمارك في بحر البلطيق، وسيتم شحن هذه المحطة بفائض الطاقة الناتجة من مزارع طاقة الرياح والطاقة الشمسية في الجزيرة.
يرى بو بيركيموز توفّر عدد من قطاعات العملاء المختلفة، على سبيل المثال في المواقع النائية البعيدة عن الشبكات، من بينها مزارع طاقة الرياح البعيدة عن المناطق السكنية، أو في المناجم التي تعتمد حاليًا على مولدات الديزل بدرجة كبيرة.
ويقول بيركيموز: "في الواقع، الأمر الجميل في التقنية التي اخترناها هو افتقارها إلى التقنية. فهي عبارة عن مفهوم مُثبت يمكن تشغيله على نطاق واسع في وقت قصير. والأمر الذي يمدّنا بالحماس هو معرفتنا أن التقنية التي نعمل عليها ستساهم بشكل مهم في مستقبل أفضل وأنظف".

تستند تقنية "غريد سكايل" إلى اختراعَين بارزَين من القرن التاسع عشر، وهما: دورة برايتون التي تُعتبر أساس توربين الغاز التقليدي ودورة كارنو التي تُعد معيار أداء لكل المحركات الحرارية التي تعمل بين درجتَي حرارة مرتفعة ومنخفضة. وكان هنريك ستيسدال، صاحب الرؤى ومؤسس الشركة التي تحمل اسمه، هو مَن توصّل إلى تكييف هذين المبدئين المُثبتَين مع فكرة جديدة لتخزين الحرارة.

يمكن توضيح "غريد سكايل" على أفضل نحو كنظام مضخة حرارية ينقل الطاقة بين عدد متغير من الخزانات المنفصلة لتخزين الحرارة والبرودة على التوالي، ويستند العدد إلى السعة التي تم اختيارها.

وبما أن درجة الحرارة القصوى للخزان البارد أقل بكثير من تلك في الخزان الساخن، فيمكن للخزان البارد استخدام أي نوع من الصخور المسحوقة بشكل أساسي. وبالنسبة إلى التخزين الساخن، فإن المقتضى الوحيد هو القدرة على تحمّل درجات الحرارة العالية، الأمر الذي يمكن للكثير من أنواع الصخور القيام به.

لا تتآكل مواد صخور التخزين المسحوقة، وتبقى سعة التخزين الاسمية لنظام "غريد سكايل" متوفرة طوال عمره الافتراضي.

يغطي نطاق "غريد سكايل" المدة التي تبلغ 12 إلى 18 ساعة المطلوبة لتسوية الطاقة الشمسية اليومية، إضافة إلى المدة التي تبلغ ثلاثة إلى سبعة أيام المطلوبة لتسوية الطاقة الريحية في الفجوات الناتجة من فترات الرياح القليلة.

ويقول مدير العمليات في ستيسدال لتقنيات التخزين بو بيركيموز: "في الدنمارك على سبيل المثال، إذا قمنا بتركيب سعة تخزين حرارية مساوية ليوم واحد، فإننا نزيد نسبة الطاقة القابلة للاستخدام إلى 75%".

مقالات مقترَحة

جهاز مصمم لأغر اض محددة

ابتكار مصمم للأغراض الصناعية في صناعة الغاز الطبيعي المُسال الواعدة.

قيد التشغيل وجاهز للعمل

إن التحول إلى الكهرباء يشكل خطوة مهمة نحو مستقبل دون انبعاثات كربون.

تابعنا على

مجلة لمجموعة أطلس كوبكو