تتنافس الطاقة الشمسية وطاقة الرياح مع محطات توليد الطاقة التي تعمل بالفحم عندما يتعلق الأمر بأنظمة تخزين الطاقة. AP Photo / Mel Evans

الطاقة الخالية من الكربون: هل تهب الإجابة في الريح؟ ربما ، ولكن الريح لا تهب دائمًا ، ولا تشرق الشمس دائمًا. الطاقة المتولدة من الرياح والطاقة الشمسية متقطعة ، وهذا يعني أن الكهرباء المولدة ترتفع وتنخفض حسب الطقس.

ولكن يجب أن يكون الناتج من شبكة الكهرباء قابلاً للتحكم لمطابقة الطلب المتغير في الثانية تلو الآخر من المستهلكين. لذا فإن انقطاع طاقة الرياح والطاقة الشمسية يمثل تحديًا تشغيليًا لنظام الكهرباء.

تخزين الطاقة هو حل معترف به على نطاق واسع لمشكلة مصادر الطاقة المتقطعة المتقطعة. والفكرة هي أن التخزين يشحن عندما تهب الرياح ، أو عندما تكون الشمس مشرقة ، ثم تخرج بعد ذلك عندما تكون الطاقة مطلوبة. يمكن أن يكون التخزين للشبكة البطارية الكيميائية مثل تلك التي نستخدمها في الأجهزة الإلكترونية ، ولكن يمكن أن تأخذ شكل ضخ المياه أعلى التل إلى الخزان وتوليد الكهرباء عند تركه يتدفق إلى أسفل ، أو التخزين والتفريغ الهواء المضغوط في كهف تحت الأرض.

الشكل الأكثر استخدامًا لتخزين الطاقة على الشبكة الكهربائية هو ضخ المياه إلى أعلى ثم إطلاقها في ساعات الذروة لتشغيل التوربينات الكهربائية. فاتينفول, CC BY-NC-ND

بدافع من وجهة نظر مفادها أن التخزين هو تقنية "خضراء" ، تعمل الحكومات بشكل متزايد على الترويج لتخزين الطاقة على نطاق المرافق وتوزيعها. على سبيل المثال ، في تشرين الثاني / نوفمبر 2017 ، وقع حاكم نيويورك أندرو كومو مشروع قانون يفوض أهداف لاعتماد التخزين بواسطة 2030. ولايات أخرى ذات سياسات مماثلة هي ولاية أوريغون ، ماساتشوستس ، كاليفورنيا وميرلاند. كما قامت شركات مثل تسلا بوضع أنظمة تخزين كتقنيات نظيفة.

ولكن هل تخفض أنظمة التخزين الكبيرة من الانبعاثات في شبكاتنا الحالية؟ في دراسة حديثة، وجدنا أن هذا ليس هو الحال بالضرورة - انعكاس لمدى تعقيد نظام الكهرباء.

دور الفحم

نظرًا لأن التخزين يمكن أن يمكّن مصادر الطاقة المتجددة من تلبية الطلب المتغير ، فنحن نفترض غالبًا أن التكنولوجيا خضراء بطبيعتها - أي عن طريق إضافة وحدات تخزين ومواد قابلة للتجديد إلى الشبكة ، نخفض انبعاثات غازات الدفيئة. إنه مشابه لملاحظة أن أجهزة الكمبيوتر يمكنها توفير فوائد التعليم والإنتاجية ، ومن ثم افتراض أن كل شيء يقوم به أي شخص على جهاز كمبيوتر تعليمي أو منتج. لكل من تخزين الطاقة وأجهزة الكمبيوتر ، يعتمد ذلك على كيفية استخدامه.

في تحليلنا ، وجدنا أن إضافة التخزين يمكن ، في بعض الشبكات ، زيادة انبعاثات الكربون. على الرغم من كونها غير بديهية للوهلة الأولى ، فإن هذه النتيجة منطقية عندما يفكر المرء في كيفية تشغيل شبكات الكهرباء. على نطاق واسع ، يتم تشغيل الشبكة الأمريكية بأكملها ك مجموعة من الشبكات الفرعية الإقليمية التي تغطي الولايات المتحدة مثل لحاف خليط.

الرئيس التنفيذي لشركة تسلا Elon Musk يقدم بطارية الشركة للشبكة الكهربائية في 2015. AP Photo / Ringo HW Chiu

تخزين الطاقة ليس له انبعاثات للمدخنة مثل الفحم أو محطات توليد الطاقة للغاز الطبيعي. لكن التخزين الجديد يؤثر على تشغيل محطات الطاقة الأخرى على الشبكة ، مما يؤدي إلى زيادة أو نقصان في انبعاثات الكربون حسب نوع محطات الطاقة التي توفر الكهرباء لتلك المنطقة.

في معظم الحالات ، تعمل أنظمة التخزين في الولايات المتحدة لزيادة الأرباح. للقيام بذلك ، تخزين "تشتري منخفضة وتبيع عالية". الكهرباء عادة ما تكون رخيصة في الليل عندما يكون الطلب منخفضاً ، وأكثر تكلفة في النهار ، وخاصة عندما يعود الناس إلى المنزل من العمل وتشغيل مجموعة من الأجهزة. لذا يميل مشغلو نظام التخزين إلى الشراء في الليل والبيع خلال النهار. وبالتالي فإن التأثير الصافي للتخزين على الانبعاثات يعتمد على نوع المولدات المستخدمة لتلبية الطلب الجديد في الليل مقابل اليوم.

في الشبكات التي تحتوي على الكثير من طاقة الفحم - ولايات الغرب الأوسط والغرب والجنوب تعتمد اعتمادا كبيرا على الفحم - عادة ما تستخدم محطات الفحم لتلبية التغيرات الطفيفة في الطلب في الليل. تميل محطات الغاز الطبيعي إلى العمل خلال اليوم لتلبية الطلب الأقصى. في شبكات الكهرباء هذه ، يميل التخزين إلى شحن طاقة الفحم في الليل ، مما يؤدي إلى إزاحة طاقة الغاز الطبيعي خلال النهار.

تعد طاقة الفحم مصدرًا أقذر للكهرباء من الغاز الطبيعي ، حيث تبلغ نسبة انبعاثات الكربون لكل وحدة إنتاج حوالي ضعف الطاقة. لذلك ، في الأماكن التي يعني فيها التخزين الجديد المزيد من الفحم وإنتاج كميات أقل من الغاز الطبيعي ، سيزيد التخزين من إجمالي انبعاثات الكربون من الشبكة.

في الغرب الأوسط ، وجدنا أن إضافة سعة تخزين تبلغ جيجاوات 3 ، طاقة كافية لتزويد ما يقرب من منازل 500,000 في الولايات المتحدة ، يثير انبعاثات الكربون بما يعادل إضافة سيارات 6,700 سنويًا إلى الطريق. ومع زيادة مساحة التخزين ، تزداد انبعاثات الكربون.

من ناحية أخرى ، وجدنا أنه في نيويورك ، وهي ولاية ذات طاقة فحم قليلة جدًا ، تؤدي إضافة التخزين إلى تقليل انبعاثات الكربون. تعد منطقة الغرب الأوسط حاليًا أقذر شبكة كهرباء في الولايات المتحدة ، وتعد نيويورك واحدة من أنظف شبكاتها ، وبالتالي فإن المناطق الأخرى تقع في مكان ما بينها.

ليس من السهل دائما أن تكون خضراء

لذا ، كيف يمكن لمخططي الشبكات تحقيق وعد زواج سعيد بين التخزين والطاقة المتجددة ، على افتراض أن عليهم أن يعيشوا في نفس المنزل مع Uncle Coal القديم القاسي؟

أحد الاحتمالات هو أنه حتى مع تشغيل التخزين لزيادة الأرباح ، فإن إضافة كمية كافية من الرياح والطاقة الشمسية إلى الشبكة يمكن أن يقاوم تأثير الفحم. مع وجود كمية كافية من الطاقة المتجددة الزائدة ، فإن التخزين بأي شكل من الأشكال - البطاريات أو خزانات المياه ، على سبيل المثال - من شأنه أن يستخدم الطاقة الشمسية وطاقة الرياح بشكل تفضيلي لأنها أرخص المصادر عندما يتجاوز امدادات الطاقة الطلب. سيظل التخزين يعمل على تحويل طاقة الفحم من الليل إلى النهار ، ولكن تمكين مصادر الطاقة المتجددة سيكون كافياً لتعويض الانبعاثات الإضافية.

يمكن تصميم اللوائح بحيث تشحن أنظمة تخزين الطاقة الكهرباء الزائدة من الرياح والطاقة الشمسية ، وهي خطوة نحو جعل نظافة التخزين. petrmalinak / Shutterstock.com

لقد درسنا هذا ووجدنا أنه بالنسبة لشبكة الغرب الأوسط ، هناك نقطة تحول عندما تصل الرياح والطاقة الشمسية إلى حوالي 18 من إجمالي سعة التوليد: عند هذه النقطة ، تبدأ إضافة سعة التخزين في الانخفاض بدلاً من زيادة الانبعاثات. مستوى التبني الحالي هو 10 في المئة ، لذلك سوف يستغرق الأمر بعض الوقت قبل أن يقلل التخزين في الغرب الأوسط من الانبعاثات.

خيار آخر هو تغيير كيفية تشغيل التخزين. مع وجود سعر متواضع على الكربون ، على سبيل المثال ، فإن تكلفة المولدات المختلفة ستتحول بحيث تقل رسوم التخزين عن مصانع الفحم ، مما يقلل من الانبعاثات حتى في شبكة الغرب الأوسط ثقيلة الفحم.

على الرغم من أن ضريبة الكربون الوطنية لا تبدو محتملة في المستقبل القريب ، إلا أن هناك طرقًا أخرى لضمان النتائج الخضراء من التخزين. على سبيل المثال ، يمكن للدول أن تضع سياسات تشجع على زيادة استخدام موارد الكربون الصفري بدلاً من الفحم.

بغض النظر ، سيساعدنا التخزين دائمًا على استخدام المزيد من مصادر الكهرباء منخفضة التكلفة. والسؤال هو ما إذا كان هذا هو الفحم أو النووي أو المتجددة.

نبذة عن الكاتب

نجا سوجانا جوتيتي ، طالبة دكتوراه في الطاقة والاستدامة ، معهد روتشستر للتكنولوجيا. إريك هيتنغر ، أستاذ مساعد السياسة العامة ، معهد روتشستر للتكنولوجياوإريك ويليامز ، أستاذ مشارك في الاستدامة ، معهد روتشستر للتكنولوجيا

تم نشر هذه المقالة في الأصل المحادثة. إقرأ ال المقال الأصلي.

كُتب ذات صلة

السحب: الخطة الأكثر شمولاً على الإطلاق من أجل عكس الاحترار العالمي

بول هوكين وتوم شتاير
في مواجهة الخوف واللامبالاة على نطاق واسع ، اجتمع تحالف دولي من الباحثين والمهنيين والعلماء لتقديم مجموعة من الحلول الواقعية والجريئة لتغير المناخ. مائة تقنيات وممارسات موصوفة هنا - بعضها معروف جيدًا ؛ البعض ربما لم تسمع به من قبل. وهي تتراوح بين الطاقة النظيفة وتعليم الفتيات في البلدان المنخفضة الدخل إلى ممارسات استخدام الأراضي التي تسحب الكربون من الهواء. الحلول موجودة وقابلة للحياة اقتصاديًا ، والمجتمعات في جميع أنحاء العالم تعمل حاليًا على تفعيلها بمهارة وتصميم. متاح في أمازون

تصميم حلول المناخ: دليل السياسات للطاقة المنخفضة الكربون

هال هارفي ، روبي أورفيس ، جيفري ريسمان
مع آثار تغير المناخ علينا بالفعل ، فإن الحاجة إلى خفض انبعاثات غازات الاحتباس الحراري العالمية ليست أقل من إلحاح. إنه تحد شاق ، لكن التقنيات والاستراتيجيات اللازمة لمواجهته موجودة اليوم. يمكن لمجموعة صغيرة من سياسات الطاقة ، المصممة والمنفذة بشكل جيد ، أن تضعنا على الطريق نحو مستقبل منخفض الكربون. أنظمة الطاقة كبيرة ومعقدة ، لذلك يجب أن تكون سياسة الطاقة مركزة وفعالة من حيث التكلفة. نهج مقاس واحد يناسب الجميع لن ينجز المهمة ببساطة. يحتاج صانعو السياسات إلى مورد واضح وشامل يحدد سياسات الطاقة التي سيكون لها أكبر تأثير على مستقبل المناخ لدينا ، ويصف كيفية تصميم هذه السياسات جيدًا. متاح في أمازون

هذا يغير كل شيء: الرأسمالية مقابل والمناخ

بواسطة نعومي كلاين
In هذا يغير كل شيء تقول ناعومي كلاين أن تغير المناخ ليس مجرد قضية أخرى يتم وضعها بدقة بين الضرائب والرعاية الصحية. إنه إنذار يدعونا إلى إصلاح نظام اقتصادي يفشلنا بالفعل بطرق عديدة. يبني كلاين بدقة على كيفية خفض انبعاثاتنا من غازات الدفيئة بشكل كبير ، وهو أفضل فرصة لنا للتخفيف من التباين الفجائي في الوقت نفسه ، وإعادة تخيل ديمقراطياتنا المحطمة ، وإعادة بناء اقتصاداتنا المحلية المدمرة. إنها تعرّض اليأس الأيديولوجي الذي ينكره من ينكرون تغير المناخ ، والأوهام المشينة التي ارتكبها المهندسون الجيولوجيون المحتملين ، والانهزامية المأساوية في الكثير من المبادرات الخضراء السائدة. وهي تدلل على وجه التحديد على السبب الذي يجعل السوق لا تستطيع - ولا يمكنها - إصلاح أزمة المناخ ، ولكنها ستجعل الأمور أسوأ ، مع أساليب استخراج مدمرة للغاية ومدمرة من الناحية البيئية ، مصحوبة برأسمالية كوارث متفشية. متاح في أمازون

من الناشر:
عمليات الشراء على موقع أمازون تذهب لتحمل تكلفة جلبك InnerSelf.comelf.com, MightyNatural.com, و ClimateImpactNews.com دون أي تكلفة ودون المعلنين الذين يتتبعون عادات التصفح الخاصة بك. حتى إذا قمت بالنقر فوق رابط ولكنك لا تشتري هذه المنتجات المحددة ، فإن أي شيء آخر تشتريه في هذه الزيارة نفسها على Amazon يدفع لنا عمولة صغيرة. لا توجد تكلفة إضافية عليك ، لذا يرجى المساهمة في هذا الجهد. بامكانك ايضا استخدام هذا الرابط لاستخدامه في Amazon في أي وقت حتى تتمكن من المساعدة في دعم جهودنا.