الجمع بين الهيدروجين وتخزين الطاقة

يعد الجمع بين الهيدروجين وتخزين الطاقة استراتيجية ناشئة تعالج التحديات الرئيسية في تكامل الطاقة المتجددة وتخزين الطاقة على المدى الطويل. يمكن للهيدروجين، باعتباره حامل طاقة متعدد الاستخدامات، أن يكمله  أنظمة تخزين البطارية ، وتقدم حلولاً للتخزين واسع النطاق وطويل الأمد، وتمكين شبكة طاقة أكثر مرونة ومرونة وخالية من الكربون.

فيما يلي بعض المفاهيم الأساسية لدمج الهيدروجين مع تخزين الطاقة:

1. **إنتاج الهيدروجين: تحويل الطاقة إلى الغاز (P2G)**

يمكن إنتاج الهيدروجين من خلال **التحليل الكهربائي** للمياه، وهي عملية مدعومة بالكهرباء الفائضة من مصادر الطاقة المتجددة مثل طاقة الرياح والطاقة الشمسية. تعمل هذه التقنية، التي يشار إليها غالبًا باسم **تحويل الطاقة إلى الغاز (P2G)**، على تحويل الطاقة المتجددة الزائدة إلى هيدروجين، والذي يمكن بعد ذلك تخزينه واستخدامه لاحقًا عندما يزداد الطلب على الطاقة أو ينخفض ​​توليد الطاقة المتجددة.

– **التحليل الكهربائي**: تستخدم العملية الكهرباء لتقسيم الماء إلى هيدروجين وأكسجين. عندما يتم تشغيلها بالطاقة المتجددة، يؤخذ الهيدروجين المنتج بعين الاعتبار “الهيدروجين الأخضر”

– **تخزين الطاقة**: يمكن تخزين الهيدروجين الناتج من خلال التحليل الكهربائي في خزانات كبيرة أو كهوف تحت الأرض أو خطوط أنابيب لفترات طويلة، مما يوفر حلاً لتخزين الطاقة لفترة طويلة مقارنة بأنظمة البطاريات التقليدية.

2. **دور الهيدروجين في استقرار الشبكة**

– **التخزين الموسمي**: يمكن تخزين الهيدروجين لعدة أشهر، مما يجعله مثاليًا لموازنة العرض والطلب على الطاقة على مدى فترات طويلة، مثل تخزين الطاقة الشمسية الزائدة في الصيف لاستخدامها في الشتاء.

– **موازنة الطاقة المتجددة**: يساعد الهيدروجين على استقرار شبكات الطاقة التي تعتمد بشكل كبير على مصادر متجددة متقطعة. وعندما يتجاوز إنتاج الطاقة المتجددة الطلب، يمكن للهيدروجين أن يمتص الفائض. وعندما يكون توليد الطاقة المتجددة منخفضا، يمكن تحويل الهيدروجين المخزن مرة أخرى إلى كهرباء من خلال خلايا الوقود أو توربينات الغاز.

3. **تحويل الطاقة: من الطاقة إلى الطاقة (P2P)**

بمجرد إنتاج الهيدروجين وتخزينه، يمكن إعادة تحويله إلى كهرباء عند الحاجة، عبر طريقتين أساسيتين:

– **خلايا الوقود**: تعمل خلايا الوقود الهيدروجينية على تحويل الهيدروجين المخزن مباشرة إلى كهرباء بكفاءة عالية وبدون انبعاثات، مما يجعلها مناسبة للطاقة الاحتياطية ودعم الشبكة.

– **الاحتراق في توربينات الغاز**: يمكن حرق الهيدروجين في توربينات الغاز الطبيعي المعدلة لتوليد الكهرباء، تمامًا كما يتم استخدام الوقود الأحفوري في محطات توليد الطاقة. هذه الطريقة فعالة لتوليد الطاقة على نطاق واسع.

4. **الهيدروجين في التنقل والصناعة**

يمكن لأنظمة تخزين الهيدروجين أن تخدم قطاعات متعددة، خاصة عندما تكون البطاريات أقل فعالية:

 – **النقل**: يُستخدم الهيدروجين في خلايا الوقود للمركبات الثقيلة والشاحنات طويلة المدى والحافلات، حيث تكون متطلبات كثافة الطاقة أعلى مما يمكن أن توفره البطاريات.

  – **العمليات الصناعية**: يمكن للهيدروجين إزالة الكربون من الصناعات التي يصعب التخفيف منها، مثل الصلب والمواد الكيميائية والأسمنت، عن طريق استبدال الوقود الأحفوري في العمليات الصناعية.

5. **دمج الهيدروجين والبطاريات**

في حين أن البطاريات (مثل أيونات الليثيوم) فعالة في تخزين الطاقة على المدى القصير وعالي التردد، يمكن للهيدروجين أن يكملها من خلال توفير الطاقة على المدى الطويل.  تخزين عالي السعة . التكامل بين كلا النظامين يسمح بذلك:

 – **قصيرة المدى (البطاريات)**: تخزين طاقة عالي الكفاءة واستجابة سريعة لموازنة الشبكة على مدار ساعات أو أيام.

– **على المدى الطويل (الهيدروجين)**: تخزين الطاقة على نطاق واسع لعدة أيام إلى أشهر، وهو أمر مهم بشكل خاص لموثوقية الشبكة خلال فترات طويلة من انخفاض إنتاج الطاقة المتجددة (على سبيل المثال، خلال فصل الشتاء الغائم).

6. **مزايا تخزين الهيدروجين**

– **قابلية التوسع**: يمكن زيادة تخزين الهيدروجين بسهولة أكبر من البطاريات لتلبية احتياجات الطاقة الكبيرة والطويلة الأجل.

 – **إزالة الكربون**: عند إنتاج الهيدروجين من مصادر متجددة، فإنه يوفر طريقًا لتقليل الانبعاثات في كل من توليد الطاقة والصناعات الثقيلة.

– **تعدد الاستخدامات**: يمكن استخدام الهيدروجين في مختلف القطاعات (الطاقة والصناعة والنقل)، مما يزيد من مرونة أنظمة الطاقة.

7. **تحديات تخزين طاقة الهيدروجين**

– **فقدان الكفاءة**: يؤدي تحويل الكهرباء إلى هيدروجين والعودة مرة أخرى إلى فقدان الكفاءة مقارنة بالبطاريات. في حين أن كفاءة البطارية ذهابًا وإيابًا يمكن أن تتجاوز 90%، إلا أن أنظمة الهيدروجين تحقق ذلك عادةً 30–كفاءة 50%.

– **التكلفة**: لا يزال إنتاج الهيدروجين (خاصة الهيدروجين الأخضر) وتقنيات التخزين باهظ التكلفة مقارنة بأنظمة البطاريات التقليدية، ولكن من المتوقع أن تنخفض التكاليف مع التقدم في تكنولوجيا المحلل الكهربائي ووفورات الحجم.

– **البنية التحتية**: يتطلب تخزين الهيدروجين ونقله وتوزيعه تطويرًا كبيرًا للبنية التحتية، بما في ذلك صهاريج التخزين وخطوط الأنابيب ومحطات الوقود.

8. **النظرة المستقبلية والفرص**

مع سعي الدول نحو الحياد الكربوني وتكامل الطاقة المتجددة، الهيدروجين’ومن المتوقع أن ينمو دورها في تخزين الطاقة:

– **الأنظمة الهجينة**: يمكن أن يوفر الجمع بين البطاريات وتخزين الهيدروجين حلاً مختلطًا يعزز نقاط القوة في كلتا التقنيتين.

– **أنظمة الطاقة اللامركزية**: يمكن للهيدروجين تمكين أنظمة الطاقة اللامركزية من خلال السماح للمجتمعات بتخزين الطاقة المتجددة محليًا وتحقيق الاكتفاء الذاتي من الطاقة.

– **تصدير الطاقة**: يمكن للبلدان التي تتمتع بموارد وفيرة من الطاقة المتجددة (مثل الطاقة الشمسية وطاقة الرياح) إنتاج الهيدروجين لتصديره إلى المناطق ذات القدرة المتجددة الأقل.

خاتمة

يوفر الهيدروجين مع تخزين الطاقة حلاً واعدًا لمعالجة انقطاع الطاقة المتجددة، وتمكين التخزين طويل الأمد، ودعم إزالة الكربون عبر قطاعات متعددة. بالتكملة  أنظمة تخزين البطارية تلعب تكنولوجيا الهيدروجين دورًا حاسمًا في إنشاء نظام طاقة مرن ومرن ومستدام.