مع الاندفاع العالمي نحو الطاقة المتجددة، تعد حلول تخزين الطاقة الفعالة ضرورية لتحقيق التوازن بين العرض والطلب. وفي حين أن أنظمة تخزين الطاقة بالبطاريات (بيس) هيمنت على السوق, تخزين الطاقة الهيدروجينية (HES) يحظى بالاهتمام كحل بديل. ولكن كيف يعمل تخزين الهيدروجين، وكيف يمكن مقارنته بتخزين البطاريات؟ دعونا نتعمق في التفاصيل.
ما هو تخزين الطاقة الهيدروجينية؟
تخزين الطاقة الهيدروجينية (HES) هو طريقة لتخزين الطاقة عن طريق تحويل الكهرباء إلى هيدروجين من خلال التحليل الكهربائي. ويمكن بعد ذلك تخزين الهيدروجين وتحويله لاحقاً إلى كهرباء باستخدام خلايا الوقود أو احتراقه في التطبيقات الصناعية. وعلى عكس البطاريات، التي تخزن الطاقة في خلايا كهروكيميائية، فإن تخزين الطاقة الهيدروجينية في شكل جزيئات, يحتوي الهيدروجين على أعلى طاقة لكل وحدة كتلة من جميع أنواع الوقودمما يجعلها مناسبة للتطبيقات طويلة الأجل وواسعة النطاق.
تطوير تخزين الطاقة الهيدروجينية
مفهوم تخزين الطاقة في صورة هيدروجين يعود تاريخها إلى أوائل القرن التاسع عشر عندما تم اكتشاف التحليل الكهربي لأول مرة. ومع ذلك، اكتسبت التطبيقات العملية زخماً في أواخر القرن العشرين مع تطوير خلايا وقود الهيدروجين للبعثات الفضائية.
- الستينيات والسبعينياتاستخدمت ناسا خلايا وقود الهيدروجين في استكشاف الفضاء (بعثات أبولو).
- 1990s:تم طرح مركبات خلايا الوقود الهيدروجينية.
- من عام 2000 إلى الوقت الحاضريجري استكشاف استخدام الهيدروجين لتخزين الطاقة في الشبكة وإزالة الكربون من الصناعة والنقل.
مع التقدم في إنتاج الهيدروجين الأخضر (باستخدام الطاقة المتجددة للتحليل الكهربائي)، يُنظر إلى تخزين الهيدروجين الآن على أنه لاعب رئيسي في الانتقال إلى مستقبل خالٍ من الكربون.
لماذا يمكن للهيدروجين تخزين الطاقة؟
يعمل الهيدروجين كـ ناقل الطاقةبمعنى أنها لا تولد الطاقة بنفسها ولكن يمكنها تخزين الطاقة وإطلاقها بكفاءة.
- عملية التحليل الكهربائي:تُستخدم الكهرباء لتقسيم الماء (H₂O) إلى هيدروجين (H₂) وأكسجين (O₂).
- التخزين:يمكن تخزين الهيدروجين في خزانات غاز مضغوط أو خزانات هيدروجين سائل أو تخزين في الحالة الصلبة (هيدريدات معدنية).
- إطلاق الطاقة:يمكن حرق الهيدروجين في محركات الاحتراق، أو استخدامه في خلايا الوقود، أو تحويله مرة أخرى إلى كهرباء عند الحاجة.
منذ يمكن تخزين الهيدروجين إلى أجل غير مسمىفهو حل واعد لـ تخزين الطاقة على المدى الطويل والموسميعلى عكس البطاريات التي تتحلل بمرور الوقت.
المكونات الرئيسية لنظام تخزين الطاقة الهيدروجينية
A نظام تخزين الطاقة الهيدروجينية يتكون من المكونات الرئيسية التالية:
| المكوّن | الوظيفة |
| مُحَلِّل كهربائي | تقسيم الماء إلى هيدروجين وأكسجين باستخدام الكهرباء. |
| صهاريج التخزين | يخزن الهيدروجين في غاز مضغوط أو في صورة سائلة أو مواد صلبة. |
| نظام خلية الوقود/احتراق الوقود/الاحتراق | يحوّل الهيدروجين المخزّن إلى كهرباء أو حرارة. |
| الضاغط | يضغط الهيدروجين لتخزين الهيدروجين ونقله بكفاءة. |
| مصدر الطاقة المتجددة | (اختياري) الطاقة الشمسية أو طاقة الرياح أو الطاقة المائية المستخدمة لإنتاج الهيدروجين الأخضر. |
اعتمادًا على التطبيق، يمكن استخدام تخزين الهيدروجين من أجل موازنة الشبكة، وإمدادات الطاقة الصناعية، والنقل، والتدفئة.
مميزات وعيوب تخزين الطاقة الهيدروجينية
المزايا:
- إمكانية التخزين طويل الأجل:على عكس البطاريات، لا يفقد الهيدروجين الطاقة بمرور الوقت.
- قابلية التوسع:مناسبة لتخزين الطاقة على نطاق واسع، بما في ذلك الشبكات الوطنية.
- إمكانات الهيدروجين المتجدد:يمكن إنتاجها باستخدام الطاقة الشمسية وطاقة الرياح.
- تطبيقات متعددة الاستخدامات:يمكن استخدامها لتوليد الكهرباء والتدفئة والوقود للنقل.
العيوب:
- كفاءة منخفضة:كفاءة رحلة الذهاب والإياب (خسائر تحويل الطاقة) هي فقط 30-50%مقارنةً ب 80-90% للبطاريات.
- تحديات البنية التحتية:يتطلب تخزين الهيدروجين خزانات وخطوط أنابيب وخلايا وقود متخصصة.
- تكلفة إنتاج عالية:لا يزال التحليل الكهربائي وخلايا الوقود الهيدروجينية مكلفاً مقارنة بأنظمة البطاريات.
- مخاوف تتعلق بالسلامة:الهيدروجين هو سريع الاشتعالتتطلب إجراءات مناولة صارمة.
تخزين الطاقة الهيدروجينية مقابل تخزين البطاريات: أيهما أفضل؟
| الميزة | تخزين الطاقة الهيدروجينية | تخزين البطاريات (BESS) |
| كثافة الطاقة | عالية، ولكنها تتطلب حجم تخزين كبير. | أقل، ولكن أكثر إحكاماً. |
| الكفاءة | ~30-50% (كفاءة تحويل منخفضة). | ~80-90% (كفاءة عالية). |
| مدة التخزين | طويل الأجل (من أسابيع إلى أشهر). | قصيرة إلى متوسطة الأجل (ساعات إلى أيام). |
| البنية التحتية | يتطلب محللات كهربائية وخزانات تخزين وخلايا وقود. | يتطلب بطاريات ومحولات فقط. |
| التكلفة | عالية بسبب التحليل الكهربائي وخلايا الوقود. | انخفاض وتحسن مع وفورات الحجم. |
| التطبيق | تخزين الطاقة على نطاق واسع وموسمي للطاقة والصناعة والنقل. | موازنة الشبكة قصيرة الأجل والاستخدام المنزلي والتجاري. |
بالنسبة للتخزين الموسمي على نطاق الشبكة، يعتبر الهيدروجين أكثر ملاءمة. ومع ذلك، بالنسبة للتخزين اليومي للطاقة والتطبيقات الصغيرة النطاق، تعد البطاريات حاليًا أكثر كفاءة وفعالية من حيث التكلفة.
التحديات في تخزين الطاقة الهيدروجينية
على الرغم من إمكانات تخزين الهيدروجين إلا أنه يواجه العديد من التحديات:
- كفاءة منخفضة- تُفقد الطاقة أثناء التحليل الكهربائي والضغط وتحويل خلايا الوقود.
- تكلفة المحلل الكهربائي وخلايا الوقود - لا تزال هذه التقنيات مكلفة وتحتاج إلى مزيد من التطوير.
- تعقيد التخزين- يجب تخزين الهيدروجين عند ضغوط عالية (350-700 بار) أو درجات حرارة منخفضة للغاية (-253 درجة مئوية للهيدروجين السائل).
- الاستثمار في البنية التحتية- وخلافاً للبطاريات، يتطلب الهيدروجين خطوط أنابيب مخصصة ومحطات تزويد بالوقود وتدابير سلامة.
- مخاوف تتعلق بالسلامة العامة- نظرًا لقابلية الهيدروجين للاشتعال، يتطلب التعامل معه ونقله بروتوكولات سلامة متقدمة.
ستحدد التطورات المستقبلية في كفاءة خلايا وقود الهيدروجين وخفض تكلفة المحلل الكهربائي وتقنيات التخزين مدى تنافسية تخزين طاقة الهيدروجين مقارنة بتخزين البطاريات.
أمثلة على مشاريع تخزين الطاقة الهيدروجينية قيد الإنشاء حالياً
في 25 سبتمبر 2024، بدأ في 25 سبتمبر 2024 بناء محطة توليد الطاقة الهيدروجينية لتخزين الطاقة الهيدروجينية بقدرة 200 ميجاوات/1600 ميجاوات في الساعة. وهو حاليًا أكبر مشروع لتخزين الطاقة الهيدروجينية في العالم. بعد اكتمال المشروع وتشغيله، يمكنه إنتاج 40,000 طن من الهيدروجين، و320,000 طن من الأكسجين الصناعي، و51.6 مليون طن من الماء الساخن عالي الحرارة كل عام.
المزيد من القراءة: ما هو الميجاوات (MW) وكم عدد المنازل التي يمكن أن تمدها بالطاقة؟
الخاتمة
هل يمكن للهيدروجين تخزين الطاقة؟ نعم، وهو حل واعد لتخزين الطاقة على المدى الطويل وعلى نطاق واسع. ومع ذلك، وبسبب الخسائر في الكفاءة، وارتفاع تكاليف البنية التحتية، والحواجز التكنولوجية الحالية، يظل تخزين البطاريات الخيار المفضل لمعظم التطبيقات قصيرة الأجل والسكنية.
واستشرافاً للمستقبل، من المرجح أن يتضمن مستقبل تخزين الطاقة نهجاً هجيناً، حيث يتم استخدام تخزين الهيدروجين لتلبية احتياجات الطاقة على المدى الطويل، بينما تتعامل البطاريات مع التقلبات قصيرة الأجل. ومع استمرار الابتكار والاستثمار، يمكن أن يلعب تخزين الطاقة الهيدروجينية دورًا حيويًا في تحقيق مستقبل مستدام ومتجدد للطاقة.
توفير المال وحماية البيئة
تساعدك شركة PKNERGY على تقليل فواتير الطاقة الخاصة بك لتخزين الطاقة الشمسية في منزلك، وتخزين الطاقة الشمسية لاستخدامها في أي وقت - في الليل أو أثناء انقطاع التيار الكهربائي.
AR 
EN 
ES 
DE 
PT 
KU 
ID 
RU 
SL 
KO 
FR 
IT 
BG 
NL 
CS 