حذرت مجموعة صناعية جديدة، H2eart for Europe، في تقرير إطلاقها من أنه ستكون هناك حاجة إلى ما بين 18 مليار يورو و36 مليار يورو (19.5 مليار إلى 39 مليار دولار) لإنشاء أنظمة تخزين هيدروجين تحت الأرض كافية لتوفير مرونة طويلة المدى للشبكات الخالية من الكربون.
تدعي المجموعة أن الهيدروجين هو الخيار الوحيد الخالي من الكربون لاستبدال طاقة الذروة التي تعمل بالوقود الأحفوري لإدارة توليد الكهرباء المتجدد المتغير على أساس موسمي أو حتى سنة بعد سنة.
ويشير H2eart إلى أن “البطاريات كافية لتوفير المرونة على المدى القصير من خلال تخزين كميات منخفضة نسبيًا من الطاقة بمعدل شحن/تفريغ سريع”، مضيفًا أن هذه التقنيات “تعجز عن توفير المرونة على المدى الطويل بسبب تخزين الطاقة المحدود”.
وفي الوقت نفسه، من المتوقع أن تكون الأنظمة الأكبر مكلفة للغاية أو أن تأتي مع تأثيرات بيئية كبيرة، مثل تعدين الليثيوم.
أما محطات تخزين الطاقة الكهرومائية التي يتم ضخها ومحطات الطاقة التي تعمل بالكتلة الحيوية، والتي يمكن أن توفر طاقة قابلة للتوزيع على مدى فترة أطول من الزمن، فقد تم استبعادها باعتبارها “خيارات قابلة للتطبيق من الناحية الفنية ولكنها غير قابلة للتطوير بدرجة كافية ومحدودة جغرافيا”.
الحاجة إلى 209 تيراواط ساعة من تخزين الطاقةالإضافي
على هذا النحو، في حين تتوقع شركة H2eart أنه ستكون هناك حاجة إلى 209 تيراواط ساعة من تخزين الطاقة الإضافي قصير الأمد بحلول عام 2030 – والتي يمكن ملؤها بالبطاريات – بالإضافة إلى 105 تيراواط ساعة من التخزين من أسبوع إلى أسبوع أو من شهر إلى شهر، فإنها تتوقع أيضًا 36 تيراواط ساعة من التخزين. ستكون هناك حاجة للتخزين على المدى الطويل، أي من الهيدروجين.
تستشهد H2eart أيضًا بتقدير من تقرير لم يُنشر بعد من Gas Infrastructure Europe، وهي منظمة ضغط منفصلة، ينص على أنه يجب تطوير 40-50TWh من سعة الغاز العاملة من تخزين الهيدروجين تحت الأرض بحلول عام 2030.
ومع ذلك، فإن H2eart يتتبع فقط 9.1 تيراواط ساعة من تخزين الهيدروجين الجديد المقرر تطويره بحلول عام 2030. وبينما سيرتفع هذا إلى 22.1 تيراواط ساعة من مشاريع تخزين الهيدروجين النقي بحلول عام 2040، بحلول ذلك العام “زادت متطلبات التخزين بشكل كبير، بناءً على الامتصاص”، “من نشر مصادر الطاقة المتجددة في جميع أنحاء أوروبا، فضلا عن الطلب المتزايد على الهيدروجين والحاجة إلى إمدادات أساسية لمختلف الصناعات”، على الرغم من أن التقرير يشير إلى أنه “من غير الواضح حاليا حجم هذه الفجوة بالضبط”.
لا يتم إنشاء كافة وحدات التخزين على قدمالمساواة
جزء من السبب وراء مجموعة H2eart الواسعة للغاية من تقديرات التكلفة لبناء ما يكفي من مخزون الهيدروجين تحت الأرض بحلول عام 2030 هو التباين الهائل في التكاليف بين طرق التخزين المختلفة، وكذلك ما إذا كان سيتم إعادة استخدام الأصول أو بناؤها حديثًا.
من المتوقع أن توفر كهوف الملح، أو الهياكل الاصطناعية التي يتم بناؤها داخل تكوينات الملح الصخري الموجودة بشكل طبيعي تحت الأرض، أقل تكلفة إجمالية للتخزين.
ومع ذلك، يحذر التقرير من أن هذه تقتصر جغرافيًا في المقام الأول على دول شمال وسط أوروبا، في حين من المتوقع أيضًا أن تتراوح التكلفة الأولية للتطوير من 700 يورو / ميجاوات في الساعة في حالة متفائلة إلى 1100 يورو / ميجاوات في الساعة في تقديره الأكثر نقاشًا.
كما تم اقتراح كهوف صخرية، أو هياكل منحوتة في الصخور المتحولة أو النارية، لكن التقرير يحذر من أن “كلفتها تجعلها للاستخدام المتخصص المخصص لمرافق الذروة في المناطق التي تفتقر إلى خيارات تخزين بديلة”. وتقدر شركة H2eart أن تكلفة بناء هذه المباني ستبلغ 1000 يورو/ ميجاوات في الساعة في حالة متفائلة، وترتفع إلى 1400 يورو/ ميجاوات في الساعة في حالتها المحافظة.
تكاليف الخزانات وطبقات المياه الجوفية
ويناقش التقرير أيضًا الخزانات وطبقات المياه الجوفية المستنفدة، وكلاهما عبارة عن هياكل صخرية مسامية تحت الأرض، كخيارات محتملة ذات نفقات رأسمالية أقل بكثير من الكهوف الملحية أو الصخرية.
وتشير التقديرات في حالة متفائلة إلى أن تكلفة كليهما ستبلغ 350 يورو/ ميجاوات في الساعة، في حين ستكلف خزانات الغاز المستنفدة 550 يورو/ ميجاوات في الساعة وطبقات المياه الجوفية 700 يورو/ ميجاوات في الساعة في السيناريو المحافظ.
تشير H2eart أيضًا إلى أن خزانات الغاز المستنفدة غالبًا ما توفر مساحات تخزين أكبر من الكهوف الملحية، ويستغرق بناؤها ما بين عام إلى عامين اعتمادًا على ما إذا كان مشروعًا جديدًا أو منشأة لتخزين الغاز مُعاد استخدامها.
ومع ذلك، في حين يدعي التقرير أن “كفاءتهم التاريخية في تخزين الغاز لفترات طويلة تشير إلى القدرة على استيعاب الهيدروجين، بما يتماشى مع احتياجات الطاقة المتطورة”، فإنه يعترف أيضًا بضرورة إجراء المزيد من الأبحاث في هذا المجال.
خلصت دراسة حديثة أجرتها جامعة أبردين لاستكشاف جدوى تخزين الهيدروجين في حقل غاز كوسلاند المنضب إلى أن هذا الخزان الفردي “موقع فقير يفشل في تلبية معايير تخزين الهيدروجين الآمن تحت السطح”.
وحذر الباحث الرئيسي جون أندرهيل أيضًا في بيان صحفي من أن نقص الهيدروجين الموجود بشكل طبيعي في حقول الغاز في المملكة المتحدة “يثير تساؤلات حول ما إذا كان موجودًا هناك وتسرب، وبشكل حاسم ما إذا كان سيبقى تحت الأرض إذا تم حقنه في موقع تحت السطح”.
تصميم أنظمة التخزين والضواغط تحت الضغطالعالي
وتحذر H2eart أيضًا في تقريرها من أن الهيدروجين والغاز الطبيعي لهما خصائص مختلفة عندما يتعلق الأمر بالضغط.
ويشير التقرير إلى أن “الهيدروجين يتدفق بشكل أسرع بسبب كثافته المنخفضة ويظهر تأثير جول طومسون السلبي، حيث يسخن أثناء التمدد ويبرد أثناء الضغط”. “وهذا يتناقض مع الغاز الطبيعي، الذي، مثل الهواء، يسخن عند الضغط ويبرد عند التمدد.”
ويضيف التقرير أن هذا “له آثار على تصميم أنظمة التخزين والضواغط تحت الضغط العالي”، في حين أن تحويل المرافق القائمة سيتطلب مفاهيم السلامة لعملية الترخيص.