معضلة تخزين الطاقة.. الحل في «البطاريات المائية»!

بينما يتصارع العالم مع الحاجة الملحة للانتقال بعيدًا عن الوقود الأحفوري، ظهر في الأفق حل واعد جديد وهو "البطاريات المائية"، حيث يعتبر حلاً ناشئاً لتخزين الطاقة المستدامة.

البطاريات المعتمدة على الماء.. حل واعد

الطاقة الكهرومائية المخزنة بالضخ هي نظام لتخزين الطاقة تم استخدامه لأول مرة في الولايات المتحدة في عام 1930، المفهوم الأساسي لبطارية المياه بسيط: يتدفق الماء عبر قناة بين حوضين على ارتفاعات مختلفة، مثل الساعة الرملية.

تستخدم بطاريات المياه نفس التكنولوجيا التي تستخدمها سدود الطاقة الكهرومائية العادية، باستثناء أنه يمكن ضخ المياه مرة أخرى إلى الحوض العلوي عند الحاجة.

تتمتع البطاريات المائية بالقدرة على حل مشكلة تخزين الطاقة، فهي مستدامة وآمنة وقابلة للتطوير، إذ تستخدم هذه البطاريات "الماء" كمكون أساسي في إلكتروليتاتها (توازن الكهارل)، لتحل محل المواد الخطرة والمكلفة الموجودة في بطاريات الليثيوم أيون التقليدية، وهذا لا يعزز السلامة فحسب، بل يقلل أيضا من التأثير البيئي لإنتاج البطاريات واستخدامها والتخلص منها.

• "الزنك" و"الليثيوم" على حلبة البطاريات.. مواجهة نارية خضراء

كيف يمكن استخدام البطاريات المائية؟

البطاريات ذات الأساس المائي مناسبة تماما لمختلف التطبيقات، فهناك أمثلة لا حصر لها والتي يتمثل أبرزها فيما يلي:

1- تخزين الطاقة على مستوى الشبكة

يمكن للبطاريات المائية تخزين الطاقة المتجددة الزائدة المتولدة خلال فترات الإنتاج العالي (على سبيل المثال، الأيام المشمسة أو العاصفة) وإطلاقها خلال أوقات ارتفاع الطلب أو انخفاض توافر الطاقة المتجددة.

2- السيارات الكهربائية

يمكن لبطاريات الليثيوم أيون المائية أن تعزز سلامة المركبات الكهربائية مع توفير كثافة طاقة كافية لنطاقات القيادة الممتدة.

3- مستهلكو الإلكترونيات

يمكن للبطاريات المائية الأصغر حجما تشغيل أجهزة الكمبيوتر المحمولة والهواتف الذكية والأجهزة المحمولة الأخرى، مما يقلل من مخاطر الحوادث الحرارية في الأدوات اليومية.

4- الاستخدام الصناعي

توفر البطاريات المائية وسيلة موثوقة لتخزين الطاقة وإطلاقها في صناعات مثل تخزين الطاقة المتجددة، وتثبيت الشبكة، وأنظمة الطاقة الاحتياطية.

ما مدى فعالية البطاريات المائية؟

تشكل البطاريات المائية، المعروفة أيضا باسم الطاقة الكهرومائية للتخزين الضخم، نسبة مذهلة تبلغ 93% من إجمالي الطاقة المخزنة في الولايات المتحدة.

تمثل بطاريات الماء، مثل جميع البطاريات، خسارة صافية للطاقة، من المستحيل إنشاء بطارية فعالة بنسبة 100%؛ حيث سيتم حتماً فقدان بعض الطاقة أثناء عملية النقل.

 تبلغ كفاءة بطاريات المياه الحديثة حوالي 80%، مما يعني أن 80% من الطاقة المستخدمة لضخ المياه إلى الحوض العلوي سيتم إرجاعها عندما يتم استنزاف البطارية وتوليد الكهرباء.

تُستخدم الطاقة الكهرومائية المخزنة بالضخ عادةً خلال ساعات الذروة من النهار، عندما يكون الطلب في أعلى مستوياته، ثم يتم 'إعادة شحنها' عن طريق ضخ المياه مرة أخرى عندما يكون الطلب منخفضًا، عادة في الليل. غالبًا ما تستخدم بطاريات المياه 'إعادة الشحن' الطاقة الزائدة على الشبكة من مصادر الطاقة المتجددة، مما يوفر نوعا من 'صمام التحرير' لمنع التحميل الزائد على الشبكة.

تجني الشركات التي تقوم بتشغيل بطاريات المياه المال عن طريق بيع الطاقة عندما تكون أكثر تكلفة والشراء عندما تكون أرخص، حتى لو كانت تستخدم طاقة أكثر مما تولدها طوال اليوم. وبما أن الطاقة الشمسية أصبحت أكثر شيوعاً، فقد تضطر البطاريات المائية إلى توليد الكهرباء ليلاً بدلاً من ذلك لتعويض النقص في الطاقة الشمسية.

البرتغال نموذجًا

حصلت البرتغال على 61% من احتياجاتها من الكهرباء من مصادر متجددة في عام 2023، وتهدف إلى الوصول إلى 85% بحلول عام 2030. وبحلول الموعد النهائي نفسه تريد إسبانيا الوصول إلى 81%.

وقامت شركة Iberdrola الإسبانية ببناء محطة تخزين الضخ مقابل 1.5 مليار يورو في وادي نهر صخري في شمال البرتغال، وفي محطة مثل تاميغا يمكن استخدام الكهرباء الفائضة 'لشحن' الخزان، غالبًا خلال النهار. ثم في المساء عندما تضاء الأضواء والأجهزة في المنازل يتم تحويل المضخة إلى وضع التوربين وتولد الطاقة.

ومن جانبه أشار "دييغو دياز بيلاس"، الرئيس العالمي للمشروعات والتكنولوجيا في شركة إيبردرولا، إلى أن البطاريات الكيميائية لها أيضا دور تلعبه في تخزين الشبكة؛ إذ إن لدى إيبردرولا خطط لتوسيع القدرة العالمية لمشروعات البطاريات الخاصة بها إلى 3 غيغاوات في الساعة، لكن حجمها أصغر من الضخ المائي من حيث الطاقة والمدة التي يمكن أن تنتج فيها الكهرباء بكامل طاقتها (ساعتان إلى أربع ساعات لبطاريات الليثيوم أيون، مقابل يوم كامل تقريبا في تاميجا).

كما أفاد دياز بيلاس بأنه عندما يكون لديك الكثير من الطاقة الشمسية فإنها تقترن بشكل جيد للغاية مع البطاريات لأن الطاقة الشمسية تولد في ساعات النهار، ويمكن تفريغ البطاريات عندما لا تكون الشمس مشرقة، "ولكن عندما يكون لديك أيضا الكثير من الرياح -و50% من الكهرباء ستأتي من الرياح في أوروبا حوالي عام 2030- فإنك تحتاج حقا إلى تخزين كميات هائلة من الطاقة".

هل ستصبح البطاريات المائية مستقبل تخزين الطاقة المستدامة؟

تبدو التوقعات المستقبلية للبطاريات المعتمدة على الماء واعدة، لقدرتها على مواجهة التحديات الحرجة المتعلقة بتخزين الطاقة، حيث تستخدم هذه البطاريات الماء كعنصر أساسي في نظام الإلكتروليت الخاص بها، مما يعزز السلامة والقدرة على تحمل التكاليف والاستدامة البيئية.

هذا وتركز جهود البحث والتطوير على تحسين كفاءة وكثافة الطاقة ودورة حياة هذه البطاريات، لجعلها قادرة على المنافسة مع تقنيات تخزين الطاقة الحالية.