ماهي حلول Power-to-X؟ الجزء الثاني

Image Source: Irena

في هذا الجزء سنتناول مقدمة عامة عن عملية التجليل الكهربائي بأستخدام تقنية Power -to- Hydrogen. وبعد ذلك، سنتكلم بالتفصيل عن تقنيات Power to X الأخرى، مثل تحول الطاقة الي غاز، وتحول الطاقة الي سائل، وتحول الطاقة الي حرارة.  وماهي فوائد حلول P2X.

عملية التحليل الكهربائي باستخدام ما يُسمى ب Power-to-Hydrogen:

عملية Power-to-Hydrogen هي عملية تقسيم الماء H2O إلى الهيدروجين H2 و الأكسجين O باستخدام الكهرباء، ومن خلال عملية تُسمّى التحليل الكهربائي. عند استخدام الطاقة المُتجددّة لهذه العمليّة، يُصبح الهيدروجين حاملًا مُكمّلًا للطاقة المُتجددّة.

Image Source: matrivgraphics

تتمتّع عملية التحليل الكهربائي بالتيّار المستمر بكفاءة قصوى تتراوح بين ٨٠-٨٥%. ومع ذلك، فإنّ كفاءة إعادة التحويل الكاملة لتخزين الهيدروجين تتراوح بين ٣٥-٥٠%. بينما تتكوّن كفاءة التحويل الكاملة أقل بالمُقارنة مع البطّاريّات، ويُمكن أن تكون عملية التحليل الكهربائي مُكلفة، إلّا أن تخزين الهيدروجين رخيص جدًا. وهذا يسمح بتخزين كميّات كبيرة من الطاقة لفترات طويلة، مِمّا يجعل الهيدروجين مثاليًاللتخزين الموسمي.

وتوفّر عملية التحليل الكهربائي باستخدام Power-to-Hydrogen مرونة نظاميّة عالية جدًا، ولكنّها تتطلّب استثمارات كبيرة في التكنولوجيا و البُنية التحتقّة. كما أنّها تتطلّب تغييرات كبيرة في إطار التنظيم وتعديلات معتدلة في دور الفاعلين في قطاع الطاقة.

تحويل الطاقة إلى غاز (Power-to-Gas)

تصِفُ Power-to-Gas العملية التي يتم فيها تقسيم الماء إلى الهيدروجين و الأكسجين بواسطة التحليل الكهربائي باستخدام الكهرباء. يُمكن تحويل هذا الهيدروجين إلى غاز الميثان عن طريق عملية تُسمّى التحوّل إلى الميثان. يتم تفاعل الهيدروجين مع ثاني اكسيد والكربون لإنتاج الغاز الطبيعي الاصطناعي. يُمكن تخزين الغاز الطبيعي الاصطناعي لفترة مُمتدّة أو استخدامه لإنتاج الكهرباء من خلال الأنظمة التقليديّة التي تعمل بالغاز الطبيعي. تشمل تقنيات إعادة تحويل الميثان الغازية التوربينات الغازية و المحركات النفّاثة.

تُعتبر حلول Power-to-Gas مُفيدة بشكل خاص حيثُ تستفيد من المرافق التخرينيّة و البُنية التحتيّة للنقل الموجودة. يمكن تخزين الوقود الاصطناعي في الموقع للاستخدام في وقت لاحق، أو إدخاله في شبكة الغاز الطبيعي، أو نقله باستخدام الشاحنات والسفن إلى أسواق أخرى.

تُعدُّ Power-to-Methane حلًّا خاليًا من الكربون حيث يتم إطلاق ثاني أكسيد الكربون المُلتقط و المُستخدم في انتاج غاز الميثان عند استهلاك الغاز دون زيادة إضافيّة في الكربون. يُمكن للغاز الطبيعي الاصطناعي أن يعمل كمورد انتقالي في الاستبدال النهائي للوقود الأحفوري بالوقود الاصطناعي. والميزة الرئيسيّة لإنتاج الغاز الطبيعي الاصطناعي من الطاقة المُتجددّة هي أنّه يمكن استخدام البُنية التحتيّة الغاز الموجودة بدون أي تعديلات.

Image Source: matrivgraphics

تحويل الطاقة إلى سائل (Power-to-Liquid)

يُمكن تحويل الهيدروجين الذي يتم انتاجه من تحليل الماء باستخدام الطاقة المُتجددّة إلى وقود سائل مثل الميثانول و الإيثير أكسي ميثيلين والخام الاصطناعي و البنزين ووقود الطائرات.

كما يُمكن إنتاج الهيدروكربونات السائلة من خلال عملية فيشر تروبش. توفّرهذه السوائل كثافة طاقة أعلى مِمّا يلزم لتشغيل الطائرات والسفن ووسائل النقل الأخرى التي تتطلّب كميّات كبيرة من الطاقة على مسافات طويلة.

توفّر تقنيات تحويل الطاقة إلى سوائل بدائل للوقود الأحفوري التي تتوافق مع البُنية التحتيّة الموجودة. حيثُ يشهد الوقود المؤكسج المستند على الميثانول، اهتمامًا مُتزايدًا حيثُ يوفّر خصائص احتراق مُحسّنة مع انبعاثات مُنخفضة.

Image Source: matrivgraphics

تحويل الطاقة إلى حرارة (Power-to-Heat)

تستخدم هذه التقنية الكهرباء المُنتجة من مصادر مُتجددّة لتوفير الحرارة من خلال الغلّايات الكهربائية الكبيرة أو مضخات الحرارة.

تُعدُّ حلول Power-to-Heat مُفيدة لتطبيقات إدارة الطلب الجانبي، مثل تخفيض الذروة وتحويل الأحمال. يُمكن أن تكون هذه الحلول مركزيّة أو لا مركزيّة. في أنظمة التدفئة المركزيّة، المعروفة باسم أنظمة التدفئة الحيويّة، تولّد الغلّايات الكهربائية الكبيرة الحرارة في موقع مركزي، والتي يتم بعد ذلك نقلها إلى المباني من خلال شبكة أنابيب. تتكوّن الأنظمة غير المركزيّة من مولّدات حرارة في المباني الفرديّة والمنازل.

كما تتمتّع حلول Power-to-Heat بإمكانات عالية لزيادة مرونة محطّات الطاقة المُتجددّة. يُمكن تخزين الحرارة في كهوف المياه الكبيرة أو الأحواض الجوفيّة أو الحاويات لإدارة الطلب و العرض الموسمي. تتطلّلب هذه الحلول استثمارات مُعتدلة في التكنولوجيا و الُبنية التحتيّة وبعض التغييرات في الإطار التنظيمي. و تكون التغييرات المطلوبة في أدوار الفاعلين في سلسلة إمدادات الطاقة ضئيلة.

Image Source: matrivgraphics

ماهي فوائد حلول P2X؟

تساعد تقنيات P2X على تسهيل دمج الطاقة المتجددة المتغيرة في الشبكات الكهربائية التقليدية عن طريق موازنة الطلب والعرض. يمكن تحويل الطاقة الزائدة إلى الهيدروجين أو وقود اصطناعي آخر للتخزين. يمكن تخزين هذا الوقود وتحويله مرة أخرى إلى الكهرباء عندما يكون توليد الطاقة من المصدر المتجدد غير كاف.

يمكن أيضًا أن تساعد حلول P2X في تمديد استخدام الطاقة المتجددة إلى القطاعات التي لا ترتبط مباشرة بالشبكة الكهربائية مثل النقل والتدفئة والتبريد. يمكن أن يسرع ترابط هذه القطاعات مع الطاقة المتجددة، من خلال حلول P2X، عملية إزالة الكربون. يوفر المحلل الكهربائي المتصل بشبكة الخدمة العامة أيضًا خدمات مرونة التوازن بتكلفة منخفضة لنظام الطاقة. ويمكن تشغيله بسرعة لتوازن الطلب والعرض.

الجدير بالذكر أن استخدام حلول P2X أيضًا لتوفير الطاقة من المناطق ذات التوليد العالي إلى المناطق ذات الطلب العالي. على سبيل المثال، تكون بعض أفضل مصادر الرياح غالبًا في المناطق البحرية أو الريفية حيث يكون الطلب منخفضًا. يمكن تحويل طاقة الرياح إلى الهيدروجين، الذي يمكن نقله بعد ذلك إلى المناطق التي تعاني من نقص في الطاقة أو الطلب العالي. تسهل حلول P2X أيضًا تطوير الطاقة الشمسية والرياح دون الحاجة إلى استثمارات كبيرة في خطوط النقل.

يتم تلخيص فوائد حلول P2X أدناه:

• موازنة الفجوة بين توليد الطاقة المتجددة المتغيرة والحمل.

• تحسين جدوى مشاريع الطاقة المتجددة عن طريق تحقيق أقصى استفادة من الطاقة.

• تسهيل استبدال الوقود الأحفوري ببدائل خالية من الكربون.

• توفير تخزين طويل الأمد للطاقة المتجددة.

• ربط الكهرباء المتجددة بالتدفئة والتبريد والنقل.

• حلول مستدامة.

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