ماهي حلول Power-to-X؟ الجزء الثالث

Image Source: Lasse Gorm Jensen

يوفّر الجزء الاخير من حلول Power-to-X نظرة عامة عن ماهي تحديات أستخدام Power-to-X، ويناقش بعض التحديات بشكل مفصل. ويشرح تنفيذ حلول Power-to-X ولماذا هي مهمّة للحدّ من الانبعاثات الكربونيّة في المستقبل وكيف يُمكن استخدامها للاستفادة الفعّالة من مصادر الطاقة المُتجددة. و يقدّم أمثلة على مُختلف الحلول التي يتم تنفيذها في جميع أنحاء العالم.

ما هي تحديات حلول P2X؟

تواجه تجارة حلول P2X العديد من التحديات.على الرغم من التقدم السريع في التقنيات الرئيسية، فإن معظم حلول P2X المتجددة لا تزال أكثر تكلفة مقارنة بالبدائل الأحفورية المقابلة.

يمكن جزئيًا أن يعزى الفرق في التكلفة إلى الطبيعة المتمركزة لمحطات P2X. حاليًا، تعتبر معظم مشاريع P2X  صغيرة الحجم. تستفيد العمليات التقليدية من اقتصاديات الحجم للتفاوض على تخفيض أسعار المواد الخام.

علاوة على ذلك، فإن معظم حلول P2X تتطلب تكاليف رأسمالية نسبيًا عالية للتنفيذ. من المتوقع، ومع ذلك، أن تتحسن اقتصاديات المصنع بشكل أكبر نتيجة لانخفاض أسعار الكهرباء المتجددة والتقدم التكنولوجي الذي يحسن كفاءة عملية التحليل الكهربائي.

بالإضافة إلى هذا، يواجه تخزين الهيدروجين أيضًا العديد من التحديات. منها حجم ووزن أنظمة تخزين الهيدروجين حاليًا مرتفع جدًا. كما أن كفاءة الطاقة لمرافق تخزين الهيدروجين هي أيضًا مشكلة. ويعد متانة نظام التخزين غير كافي حاليًا، ويتطلب استخدام مواد أفضل لتمديد عمر المعدات.

بعض التحديات في تنفيذ حلول P2X يمكن تلخيصها كالتالي:

• تكاليف الطاقة الأعلى.

• تتطلب استثمارات كبيرة في البنية التحتية.

• حجم ووزن أنظمة تخزين الهيدروجين مرتفع.

• كفاءة الطاقة المنخفضة في تخزين الهيدروجين.

• نقص المواد المتينة لتخزين الهيدروجين.

• نقص الشفرات والمعايير للهيدروجين.

تنفيذ حلول P2X

يتم تنفيذ حلول  P2X على نطاق صناعي حول العالم لتسريع رحلتنا نحو مستقبل خالٍ من الانبعاثات. على الرغم من أن معظم المشاريع المثبتة حاليًا لا تزال صغيرة نسبيًا، تتراوح بين 5-100 ميجاوات، من المتوقع أن تصبح حجر الزاوية الرئيسي لتنفيذ مصانع كبيرة الحجم أكثر كفاءة. 

بعض الأمثلة على المشاريع الرائدة في هذا المجال على النحو التالي:

في الدنمارك، قامت شركة Air Liquide بالاشتراك مع شركاء تقنيين و تجاريين آخرين بتنفيذ مشروع الطاقة إلى الهيدروجين المسمى HyBalance. يهدف المشروع، الذي تم الانتهاء منه في أكتوبر 2020، إلى إظهار دور الهيدروجين في أنظمة الطاقة. يتم إنتاج الهيدروجين من تحليل الماء باستخدام الكهرباء المنتجة من توربينات الرياح. يساعد المشروع في موازنة الشبكة، ويوفر غاز الهيدروجين للاستخدام في النقل النظيف والقطاع الصناعي. سيساعد المشروع في تحديد مصادر الدخل الإضافية من الهيدروجين. كما سيساعد في تطوير بيئة تنظيمية ضرورية لتحسين تنفيذ حلول الطاقة إلى الهيدروجين.

أما في ألمانيا، فقد تم تركيب محلل كهربائي بقدرة 10 ميجاوات في مصفاة نفط كبيرة لتوفير الهيدروجين لعمليات التكرير. من المتوقع أن يحل مشروع  REFHYNE محل الإمداد الحالي للهيدروجين من محولات الميثان البخاري. سيكون المحلل الكهربائي أيضًا مفيدًا في موازنة الشبكة الكهربائية الداخلية للمصفاة التي بدورها توفر خدمات الاحتياطي الأساسية للمشغلين النظام النقل الألماني. سيوفر المشروع التجريبي البيانات اللازمة لتحديد الظروف التي يمكن فيها أن يصبح المحلل الكهربائي مجديًا ماليًا. كما تم التخطيط لمحلل كهربائي أكبر بقدرة 100 ميجاوات في نفس المصفاة، ويعتمد على نتائج المشروع التجريبي.

وفي الصين، تقوم الإدارة الوطنية للطاقة الصينية بتركيب غلايات كهربائية بقدرة 50 ميجاوات في منطقة منغوليا الداخلية لتجنب تقليص توليد طاقة الرياح. تم تثبيت أكثر من 22.3 جيجاوات من طاقة الرياح في المنطقة ولكن كان من الضروري تقليصها بنسبة تصل إلى 15٪ بسبب قيود النقل. سيتم توفير الحرارة المولدة لنظام التدفئة الحيوية الذي كان يعتمد سابقًا على غلايات الفحم. و من المتوقع أن المشروع سيحل ما يقرب من 2.8٪ من إجمالي توليد الحرارة الحيوية السنوية.

في السويد، تستثمر شركة الخدمات العامة Vattenfall حوالي 100 مليون يورو في ثلاث وحدات لتحويل الطاقة إلى الحرارة بسعة حرارية إجمالية تبلغ 120 ميجاوات. سيتم استخدام الطاقة الزائدة من الرياح لتسخين الماء، الذي سيتم نقله إلى المنازل والمباني التجارية. تم تصميم هذه الوحدات لتحل محل محطة تعمل بالفحم بسعة 330 ميجاوات.

ترى شركة Airbus أن الطاقة إلى السوائل (PtL) هي الحل الرئيسي من حيث التأثير على المناخ والتكلفة والتوسع. تعد PtL وعدًا بتوفير وقود بديل معتمد من JetA/JetA1. تعاونت الشركة مع مجموعة SAF + لاستهداف إنتاج PtL على نطاق واسع. يوفر الوقود البديل الكثافة العالية للطاقة، اللازمة لوسائل النقل عالية الطاقة على مسافات طويلة. بدأت المصنع التجريبي، الواقع بالقرب من مونتريال، كندا، الإنتاج في عام 2021. ومن المتوقع الإنتاج الصناعي على نطاق واسع بحلول عام 2025.

الخاتمة:

يتسارع النمو الغير مسبوق في سعة توليد الطاقة المتجددة المثبتة بفضل انخفاض تكلفة الطاقة المتجددة والسياسات الحكومية المواتية والأهداف المناخية الأكثر طموحًا. ومع ذلك، فإن الطبيعة المتغيرة للطاقة المتجددة تشكل تحديًا رئيسيًا لتحقيق أقصى استفادة من السعة القصوى. بالإضافة إلى ذلك، فإن القطاعات الرئيسية المستهلكة للطاقة في الاقتصاد لا يمكن أن تستفيد مباشرة من توافر الطاقة المتجددة النظيفة.

تتيح حلول الطاقة إلى الحرارة توصيل الشبكة الكهربائية بأنظمة التدفئة المركزية. ويمكن أن تساعد هذه الحلول في تقليل استخدام الوقود الأحفوري مع الاستفادة من السعة الزائدة للتوليد.

كما تقدم حلول الطاقة إلى الغاز استخدام الطاقة المتجددة لتحويل الطاقة الزائدة إلى وقود اصطناعي يمكن تخزينه للاستخدام في وقت لاحق أو نقله إلى الوجهات التي تعاني من نقص في الطاقة.

وكذلك تزود تقنيات الطاقة إلى السوائل استبدال الوقود الأحفوري ببدائل خالية من الكربون متوافقة مع البنية التحتية الحالية.

تم تنفيذ العديد من مشاريع الطاقة إلى الحرارة والغاز والسوائل حول العالم. على الرغم من أن معظم هذه المشاريع الرائدة تم تنفيذها على نطاق محدود، إلا أن البيانات والخبرة القيمة التي تم الحصول عليها من هذه المشاريع ستسهل تنفيذ حلول كبيرة الحجم التي يتم التخطيط لها وتركيبها بالفعل.

أخيرًا، تستعد شركات إنتاج الطاقة وشركات الخدمات العامة ومزودي الحلول اللوجستية و المستهلكين الصناعيين الكبار لتنفيذ واستغلال فوائد حلول الطاقة إلى الحرارة والغاز والسوائل.

المصدر: Illustration of power-to-X processes, products and applications