ويعاد تحديد مستقبل استقرار نظام الطاقة عن طريق التعجيل بتكامل الطاقة المتجددة المتغيرة والحاجة الملحة إلى إزالة الكربون من أعماقه، ويستلزم الحفاظ على شبكة موثوقة أكثر من مجرد توازن العرض والطلب؛ ويستلزم الإدارة الفعالة لنظم الطاقة المتجددة، والتواتر، والفولط، والقدرة على التكيف عبر النطاقات الزمنية من الثانية إلى المواسم.

إعادة تعريف الاستقرار في منطقة إينيتريا المنخفضة

وقد اعتمد استقرار نظام الطاقة على التخلف الميكانيكي المتأصل في المولدات الكهربائية المتزامنة الكبيرة - التي تدور بوتيرة ثابتة وتقاوم التغيرات المفاجئة في العرض أو الطلب، وهذا التخلف يبطئ معدل التغير في الترددات (RoCoF) ويوفر حواجز حيوية أثناء فترات انقطاع الكهرباء، ويقلل التحول نحو الموارد القائمة على التواتر من حيث الافتقار إلى الفول السوداني والريوبينات الريحية.

وبغية استعادة الاستقرار، يجب على مشغلي الشبكات أن يتوليفوا بنشاط الاستجابة في حالات التخلف والتواتر باستخدام أجهزة توليد الطاقة السريعة المفعول، وأجهزة الفرز الشبكي، وموارد التخزين المتزامنة، وتكامل الهيدروجين والوقود البديلة يعالج هذه الحاجة مباشرة، وخلافاً للبطاريات التي تُشغل على مدار ساعات، يمكن أن توفر الطاقة المخزنة كيميائياً في الهيدروجين أو الوقود السائل السحابي القدرة على التهدئة من دقائق إلى الأسابيع.

Hydrogen as a Dynamic Grid Asset

() إنَّ سعة الهيدروجين تكمن في قدرتها على العمل كحمولة قابلة للتحكم ومصدر توليد قابل للشحن عبر مقياس زمني متعدد، وخلال فترات الجيل الفائض من الطاقة المتجددة، تحوّل الكهرباء الفائضة إلى الهيدروجين، وتخزنها تحت الأرض في التكوينات الجيولوجية - الكهوف المتغيّرة، أو حقول الغاز المستنفد، أو الكهوف الصخرية المتطاة، ويمكن إعادة تحويل هذه الهيدروجينات المخزنة إلى الكهرباء عن طريق الوقود

المُنظمون المُصرّفون:

(ب) يمكن للكهرباء الكهربائية في مجال التبادل الإلكتروني أن تضخ استهلاكها من الطاقة أو تنخفض في أوقات الاستجابة دون الثانية، مما يجعلها مثالية لتوفير نظام الترددات والاستجابة السريعة للطلبات، وعندما تهبط الترددات الأولية إلى نقص في أسطول الكهرباء يمكن أن يحد فوراً من حمولة هذه الطاقة، ويقلل من الضغط على النظام، وعندما ترتفع وتيرة توليد الطاقة نتيجة للإفراط في العرض، يمكن أن تستوعب هذه الطاقة

تخزين طويل الأجل من أجل القدرة على الصمود الموسمي

الطاقة الحرارية التي تُستخدم في الطاقة الكهربائية، و التي تُستخدم في الطاقة الكهربائية، و التي تُستخدم في الطاقة الكهربائية، و التي تُستخدم في الطاقة الكهربائية، و التي تُستخدم في الطاقة الكهربائية، و التي تُستخدم في مُخدّرات الطاقة، و التي تُستخدم في مُخدّرات الطاقة، و التي تُستخدم في مُخدّرات الطاقة الكهربائية، و التي تُستخدم في مُستخدم في مُعدّدَّدُخَوَلَتَتَتَتْتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَ.

Hydrogen-to-Power: From Turbines to Fuel Cells

وتوجد ممرتان أوليتان لإعادة تحويل الهيدروجين إلى الكهرباء: خلايا الوقود وتركيب الغاز المحتوي على الهيدروجين، وتُقدم خلايا الوقود كفاءة كهربائية عالية (50-60 في المائة) وكمية الغازات المتزامنة، مما يجعلها مناسبة لتوليد الطاقة الكهربائية الموزعة، وأجهزة الدعم الأساسية الحيوية، ومراكز التحميل الحضرية التي تبلغ انبعاثات أكسيد النيتروجين الصفري، وعلى النقيض من ذلك، يمكن أن تحقق أرباناًاً أكبر.

الوقود البديل: سد الثغرات في الهياكل الأساسية والأداء

وفي حين أن الهيدروجين يوفر كثافة تخزين غير متماثلة للطاقة لكل كتلة، فإن خطوط البنية التحتية العالمية الحالية للطاقة، ومحطات التخزين، والمحركات، والتوريبينات - التي صُممت بشكل كبير من أجل وقود الهيدروكربون السائل والغازي، وتوفر الوقود البديل المستدام مسارا عمليا لتطهير هذه البنية التحتية مع الحفاظ على موثوقية الشبكة.

التسرب من الوقود الأحيائي للتأثير الفوري

يمكن أن يحل محل الديزل وديزل متجدد من زيوت النفايات، ودهون الحيوانات، ومخلفات الغابات، بصورة مباشرة في المولدات الاحتياطية ونظم الطاقة الكهربائية الطارئة، ويمكن أن تتحول إحدى البلديات التي لديها مولدات ديزلية متطورة إلى وقود HVO، مما يقلل من انبعاثات غازات الدفيئة بنسبة تصل إلى 90 في المائة، مع الاحتفاظ بقدرات الاستجابة الحيوية الضرورية للسلامة العامة.

Synthetic E-Fuels: Circular Carbon Cycles

(أ) إن تكنولوجيات الطاقة السائلة إلى السائلة (PtL) والكهرباء إلى الشبكة (PtG) تجمع بين الهيدروجين الأخضر وثاني أكسيد الكربون المأخوذة لتجميع الميثان أو الميثانول أو الكيروسين أو الديزل، وهذه المواد الوقودية الإلكترونية متطابقة كيميائياً مع الوقود الأحفوري، ولكن لديها بصمة كربونية صافية عند استخلاص ثاني أكسيد الكربون من مصادر الطاقة الأحيائية(30).

مفاوضات التكامل الواردة

وعلى الرغم من النضج التقني في البيئات الخاضعة للرقابة، فإن انتشار الهيدروجين والوقود البديل على نطاق واسع من أجل استقرار الشبكات يواجه عقبات اقتصادية وهياكل أساسية وتنظيمية كبيرة، ولا بد من التصدي لهذه الحواجز لفتح إمكانياتها الكاملة.

الحيـاة الاقتصاديـة ومسارات التكلفة

كما أن أكبر حاجز لتبني الهيدروجين الأخضر هو التكلفة: لا يزال الهيدروجين الكهروليكي أكثر تكلفة من الهيدروجين الرمادي الموجود على الغاز الطبيعي، حيث أن حالة الهيدروجين في تطبيقات الطاقة تتطلب تراكماً في الإيرادات من مسارات متعددة: إنتاج الطاقة، ومدفوعات الطاقة، والخدمات الإضافية، وأرصدة الوقود المنخفضة الكربون، دون ارتفاع أسعار الكربون أو الإعانات المباشرة،

البنية التحتية والمواد

إن كثافة الطاقة الكثيفة في الهيدروجين تتطلب ضغطاً (350-700 باوند) أو تسرباً (-253 درجة مئوية) للتخزين والنقل، وكلتا العمليات الكثيفة الطاقة، وخطوط الأنابيب الصلبة قابلة للاختلاق في مزيج الوقود الهيدروجيني، وتراكم المواد الضرورية أو شبكات جديدة مكرسة لذلك، وتركيب الهيدروجينات ذات الغاز الطبيعي في خطوط الأنابيب الحالية أمر ممكن، إلى حد أعلى من 20 في المائة دون تعديل كبير

الثورة التنظيمية وتصميم الأسواق

وقد صُممت أسواق الكهرباء الحالية من أجل موارد إما حمولة أو مولد كهربائي، وليس من الممكن أن تتحول ديناميا بين مرافق الهيدروجين التي تعمل بها عند تشغيل المصانع الكهربائية وخلايا الوقود في أوقات مختلفة، كما أن قواعد المشاركة في موارد الطاقة الموزعة لا تزال آخذة في التطور، كما أن الأصول الهيدروجينية تواجه رسوما مزدوجة على الشبكة عندما تستهلك الطاقة لإنتاج الهيدروجين ثم تعيد تشغيله في أوقات مختلفة.

طريق مختلط نحو:

ولن تعتمد الشبكة الأكثر استقرارا في المستقبل على تكنولوجيا واحدة بل على حافظة مقسمة بعناية، وستهيمن البطاريات على تنظيم الترددات في الوقت الحقيقي والتوازن بين النظم الإيكولوجية في غضون الأيام القادمة نظرا لاستجابتها الثانية، وسيعمل تحلل الهيدروجين الكهرومغناطيسي على أنه طلب مرن، ويستوعب الطاقة المتجددة الرخيصة، وينتج الوقود اللازم للتخزين الموسمي.

إن التكوين هو الأنسجة الموصلة التي تربط هذه الأصول ببعضها، والتنبؤ المتقدم بالطقس، والإرسال التنبؤي الذي يقوده المعهد، وتقديرات عدم القدرة على العمل في الوقت الحقيقي، تتيح لمشغلي الشبكة أن يرتقيوا الجدول الزمني على النحو الأمثل خلال الأسابيع والأشهر، بالنظر إلى المخزون من الوقود والتنبؤات المتجددة والإشارات السوقية.

وبالنسبة للمرافق وصناع السياسات، فإن الرسالة واضحة: الاستثمارات في الهياكل الأساسية لقراءة الهيدروجين، والتركبات المرنة التي يمكن أن تكون قادرة على الوقود، والتوليف المتطور للوقود، ليست مضاربة، بل هي حواجز أساسية أمام مشهد للطاقة يحدده التقلب، والشبكة المستقرة والمنخفضة الكربون تشكل تحديا هائلا، ولكن القدرات المشتركة للهيدروجين والوقود البديلة هي قدرة فريدة على الوفاء بها.