سولارابيك – الولايات المتحدة الأمريكية – 25 سبتمبر 2020: توقع الباحثون في معهد «ماساتشوستس للتكنولوجيا – Massachusetts Institute of Technology» انخفاض تكلفة الهيدروجين الشمسي إلى أقل من 2.5 دولار أمريكي للكيلوجرام الواحد بحلول 2030 في بعض مواقع الولايات المتحدة الأمريكية التي تتمتع بموارد شمسية جيدة، وذلك وفقاً لورقة بحثية تم نشرها في شهر أغسطس الماضي.
تم نشر الورقة البحثية في مجلة «سيل ريبورتس فيزيكل ساينس – Cell Reports Physical Science». وحدد الباحثون من خلالها المواقع التي يمكن فيها إنتاج الهيدروجين الأخضر عن طريق التحليل الكهربائي بالاعتماد على محطات الطاقة الشمسية (الهيدروجين الشمسي) بأسعار تتراوح من 1.90 دولاراً أمريكياً للكيلوجرام إلى 4.20 دولاراً أمريكياً للكيلوجرام في الولايات المتحدة بحلول نهاية العقد.
وقام الباحثون بنمذجة نظام (هيدروجين – ألواح كهروضوئية «PV – H2» ) غير مربوط مع الشبكة، حيث لا يوجد أي تفاعل مع البنية التحتية الكهربائية تسمح ببيع الطاقة الكهربائية الزائدة أو شراء الكهرباء عندما لا تكون الشمس مشرقة.
يُنظر إلى التحليل الكهربائي الكهروضوئي (PV electrolysis process) الغير مربوط مع الشبكة على أنه خيار قابل للتطبيق، حيث لن تتعرض أسعار الكهرباء للتقلب على مدار اليوم والسنة.
بالطبع، يمكن لأي نظام في العالم الحقيقي أن يكون متصلاً بالشبكة، لكن تحليلنا يوفر حالة محدودة.
النموذج المقترح لاستخدام الهيدروجين الشمسي
استطاع الباحثون ضمان إنتاج ثابت للهيدروجين الشمسي من خلال تحسين أنظمة الطاقة الكهروضوئية، والتحليل الكهربائي، وتخزين الطاقة ومكونات الموازنة الأخرى، مع مراعاة التغيرات في إنتاج الطاقة الشمسية كل ساعة على مدار السنة.
بفضل هذا النموذج، يمكننا أيضاً تقييم العلاقات بين تخزين الطاقة في شكل كهرباء أو تخزينها عن طريق الهيدروجين، وتقييم أيضاً التأثير الناتج على التكلفة المحسومة من التقديرات الحالية وربما التكاليف المستقبلية وأداء هذه التقنية.
كما أجرى العلماء تحليلاً جغرافياُ للتكاليف المخصومة لإنتاج الهيدروجين الشمسي في الأمريكيتين، مع مراعاة تكلفة المكونات ومعايير الأداء وعوامل النظام.
أظهر السيناريو المتبع انخفاضاً في تكاليف التحليل الكهربائي من حوالي 800 دولار للكيلوواط في الوقت الحالي إلى 500 دولار للكيلوواط بحلول نهاية العقد.
يوضح السيناريو زيادة كفاءة المحلل الكهربائي من 58% إلى 70%، بالإضافة إلى انخفاض تكاليف استثمار تخزين الهيدروجين المضغوط في الخزانات مقارنةً بالتكاليف عام 2020، وأخيراً انخفاض تكاليف الاستثمار للتخزين الجيولوجي للهيدروجين.
يقول الباحثون أن النظام الذي يحتوي على تخزين هيدروجين جيولوجي يعني حجماً نسبياً أكبر للمحلل الكهربائي، وقدرة كهروضوئية مركّبة أصغر، وسعة تخزين أكبر للهيدروجين مقارنة مع نظام يتم فيه تخزين الهيدروجين في خزان ضغط ذو التكلفة الأعلى.
كما أشاروا إلى أن المناطق ذات الاختلاف الموسمي الكبير في توليد الطاقة الكهروضوئية تحتاج إلى سعة تخزين أكبر للهيدروجين مقارنة بالمناطق ذات الاختلافات الموسمية المنخفضة.
سياسة الأسعار
عند تخزين الهيدروجين في صهاريج مضغوطة، من المتوقع أن يتراوح سعر الكهرباء المتكافئ (LCOE) لإنتاج الهيدروجين الأخضر بين 11.80 دولار للكيلوجرام و 2.30 دولار للكيلوجرام في الشمال الغربي والجنوب غرب الولايات المتحدة بحلول عام 2030.
أما إذا هيمن التخزين الجيولوجي، فمن المتوقع أن يصل سعر الكهرباء المتكافئ (LCOE) لإنتاج الهيدروجين من الطاقة الشمسية إلى قيمة أقل بكثير تتراوح بين 1.90 دولار للكيلوجرام و 4.20 دولار للكيلوجرام.
على الرغم من الإمكانات العالية لإنتاج الهيدروجين الشمسي، يعتقد الباحثون أن الغاز الطبيعي بدون احتجاز الكربون يمكن أن يظل بديلاً أرخص، بسعر للكهرباء (LCOE) نهائي يبلغ حوالي 1 دولار للكيلوجرام بحلول عام 2030.
في غياب أي حافز سياسي (مثل سعر الكربون) لإنتاج غاز الهيدروجين مع انبعاث اقل لثاني أوكسيد الكربون، لا يوجد دافع اقتصادي لنشر عملية التحليل الكهربائي الكهروضوئية (PV electrolysis process)، حتى بالنسبة لمجموعة التكاليف وسيناريوهات الأداء المستقبلية التي تم استكشافها أعلاه.
في إطار سياسة مناخية قوية، يشير تحليلنا إلى أن إنتاج الهيدروجين بالتحليل الكهربائي المدمج مع أنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية الكبيرة يمكن أن يكون قادراً على المنافسة من حيث التكلفة كمادة الصناعية أولاً بحلول عام 2030، وذلك في المناطق التي تكون فيها موارد الطاقة الشمسية جيدة.
بعض التعاريف
تخزين الهيدروجين الجيولوجي
وهي طريقة لتخزين الهيدروجين ضمن كهوف ملحية والتي تستخدم كخزانات غازية كبيرة لتخزن الطاقة، حيث يتم ضغط الهيدروجين ونقله بواسطة أنابيب وتخزينه ضمن الكهوف والقبب الملحية.
احتجاز الكربون
احتجاز وتخزين ثاني أوكسيد الكربون (CCS) هو أحد الخيارات في حافظة الإجراءات التي يمكن استخدامها لخفض انبعاثات غازات الاحتباس الحراري الناتجة عن الاستخدام المستمر للوقود الأحفوري، كغاز ثنائي أوكسيد الكربون.
تتألف عملية احتجاز وتخزين ثاني أوكسيد الكربون من ثلاث خطوات رئيسية: احتجاز وضغط ثاني أوكسيد الكربون (عادةً ما يتم ذلك في التجهيزات الصناعية)، ونقله إلى مواقع التخزين وعزله عن الغلاف الجوي على المدى الطويل.
تابعونا على لينكيد إن Linked-in لمعرفة كل جديد في مجال الطاقة المتجددة…
نتمنى لكم يوما مشمساً!
المصدر: Pv magazine
