تخزين ضخ المياه: إحداث ثورة في محطات توليد الطاقة المائية

• كاتب:
• اسم المؤلف

  البصيرة الكمومية
• 11 تموز، 2022

ملخص البصيرة

يعد تحويل مناجم الفحم القديمة إلى بطاريات صناعية باستخدام التخزين المائي بالضخ (PHS) اتجاهًا صاعدًا في الصين، مما يوفر حلاً فريدًا لتخزين الطاقة وتوليد الكهرباء. ورغم أن هذه الطريقة واعدة بتعزيز استقرار الشبكة ودعم مصادر الطاقة المتجددة، إلا أنها تواجه تحديات مثل المياه الحمضية التي يمكن أن تلحق الضرر بالبنية التحتية. ولا تساعد إعادة استخدام المناجم المغلقة لتخزين الطاقة في تقليل الاعتماد على الوقود الأحفوري وانبعاثات الكربون فحسب، بل تعمل أيضًا على تنشيط الاقتصادات المحلية من خلال خلق فرص العمل وتشجيع ممارسات الطاقة المستدامة.

سياق التخزين المائي الذي يتم ضخه

يجرب العلماء في جامعة تشونغتشينغ الصينية وشركة الاستثمار الصينية شنشي إنفستمنت جروب استخدام أعمدة مناجم الفحم غير المشغولة (جزء من المنجم حيث تم استخراج المعادن بالكامل أو في الغالب) لتعمل كبطاريات ذات حجم صناعي. يمكن أن تعمل هذه المناجم كخزانات تخزين علوية وتحت السطحية لخطط تخزين الطاقة المائية بالضخ ويمكن توصيلها بمشاريع الطاقة الشمسية وطاقة الرياح على نطاق واسع.

تقوم مشاريع التخزين المائي بالضخ (PHS) بنقل المياه بين خزانين على ارتفاعات مختلفة لتخزين وتوليد الكهرباء. يتم استخدام الكهرباء الزائدة لضخ المياه إلى الخزان العلوي خلال فترات انخفاض استهلاك الكهرباء، مثل الليل أو في عطلات نهاية الأسبوع. عندما يكون هناك طلب كبير على الطاقة، يتم إطلاق المياه المخزنة من خلال توربينات مثل محطة الطاقة الكهرومائية التقليدية، حيث تتدفق إلى أسفل التل من الخزان الأعلى إلى حوض السباحة السفلي، وتوليد الكهرباء. يمكن أيضًا استخدام التوربين كمضخة لتحريك المياه إلى الأعلى.
 
وفقًا للتحقيق الذي أجرته الجامعة ومؤسسة الاستثمار، هناك 3,868 منجم فحم مغلق في الصين قيد الدراسة لإعادة توظيفها كمخططات لتخزين الطاقة المائية بالضخ. كشفت محاكاة باستخدام هذا النموذج أن محطة ضخ المياه المبنية في منجم للفحم المستنزف يمكن أن تحقق كفاءة النظام السنوية بنسبة 82.8 بالمائة. ونتيجة لذلك، يمكن إنتاج 2.82 كيلووات من الطاقة المنظمة لكل متر مكعب. ويتمثل التحدي الرئيسي في انخفاض مستويات الرقم الهيدروجيني في هذه المناجم، حيث من المحتمل أن تؤدي المياه الحمضية إلى تآكل مكونات النبات وانبعاث أيونات معدنية أو معادن ثقيلة قد تسبب أضرارًا للهياكل الموجودة تحت الأرض وتلوث المسطحات المائية القريبة.

التأثير التخريبي

يتطلع مشغلو الكهرباء بشكل متزايد إلى PHS كحل قابل للتطبيق لتحقيق التوازن بين شبكات الكهرباء. وتصبح هذه التكنولوجيا ذات قيمة خاصة عندما تكون المصادر المتجددة مثل طاقة الرياح والطاقة الشمسية غير كافية لتلبية الطلب. ومن خلال تخزين الطاقة الزائدة على شكل مياه على ارتفاع أعلى، يسمح نظام PHS بتوليد الكهرباء بسرعة عند الحاجة، ويعمل كمنطقة عازلة ضد نقص الطاقة. تتيح هذه القدرة استخدامًا أكثر اتساقًا وموثوقية لمصادر الطاقة المتجددة، مما يجعل الطاقة الشمسية وطاقة الرياح أكثر جدوى كمصادر كهرباء أساسية.

يمكن أن تكون الاستثمارات في الخدمات الصحية العامة مفيدة اقتصاديًا أيضًا، خاصة في المناطق التي توجد بها خزانات طبيعية موجودة أو مناجم مهجورة. يمكن أن يكون استخدام هذه الهياكل الحالية أكثر فعالية من حيث التكلفة من شراء بطاريات الشبكات الصناعية على نطاق واسع. ولا يساعد هذا النهج في تخزين الطاقة فحسب، بل يساهم أيضًا في الاستدامة البيئية من خلال إعادة استخدام المواقع الصناعية القديمة، مثل مناجم الفحم، لأغراض الطاقة الخضراء. ونتيجة لذلك، تستطيع الحكومات وشركات الطاقة توسيع بنيتها التحتية للكهرباء بتكاليف مالية وبيئية أقل، في حين تعمل أيضا على تعزيز إنتاج الطاقة المحلية والحد من انبعاثات الكربون.

بالإضافة إلى ذلك، فإن المناطق التي شهدت تراجعًا اقتصاديًا بسبب إغلاق مناجم الفحم قد تجد فرصًا جديدة في قطاع الخدمات الصحية العامة. إن المعرفة والخبرة الحالية للقوى العاملة المحلية، والمطلعة على تخطيط وهيكل المنجم، تصبح ذات قيمة لا تقدر بثمن في هذا التحول. ولا يؤدي هذا التحول إلى خلق فرص العمل فحسب، بل يدعم أيضًا تنمية المهارات في مجال تكنولوجيات الطاقة الخضراء، مما يساهم في تنشيط الاقتصاد على نطاق أوسع. 

الآثار المترتبة على مشاريع التخزين المائية التي يتم ضخها

قد تشمل الآثار الأوسع نطاقًا لإعادة استخدام المناجم المغلقة والخزانات الطبيعية في تخزين المياه التي يتم ضخها ما يلي:

• خفض تكاليف البنية التحتية للطاقة المتجددة في مناطق محددة، وتمكين المزيد من المجتمعات من الوصول إلى الطاقة الخضراء بأسعار معقولة.
• تحويل مواقع التعدين غير المستخدمة إلى أصول اقتصادية، وخلق فرص عمل، وخفض انبعاثات الكربون في المناطق المحلية.
• تعزيز موثوقية شبكات الكهرباء التي تعتمد على الطاقة المتجددة، والتقليل من انقطاعات التيار الكهربائي وتعطله.
• تشجيع التحول في سياسات الطاقة نحو ممارسات أكثر استدامة، مما يؤثر على التركيز الحكومي على مصادر الطاقة المتجددة.
• تسهيل تقليل الاعتماد على الوقود الأحفوري، مما يؤدي إلى تقليل انبعاثات الغازات الدفيئة وتحسين جودة الهواء.
• إنشاء برامج تدريب مهني جديدة تركز على تقنيات الطاقة المتجددة، وتعزيز القوى العاملة الماهرة في القطاعات الخضراء.
• تعزيز اللامركزية في إنتاج الطاقة، وتمكين المجتمعات المحلية من إدارة مواردها من الطاقة والاستفادة منها.
• زيادة اهتمام المستهلك بمصادر الطاقة المتجددة، مما قد يؤدي إلى زيادة الاستثمارات والمنتجات الخضراء.
• إثارة المناقشات حول استخدام الأراضي والأثر البيئي، والتأثير على اللوائح المستقبلية والرأي العام بشأن مشاريع الطاقة واسعة النطاق.
• احتجاجات محتملة من قبل نشطاء البيئة ضد تحويل المناجم القديمة، مدفوعة بالمخاوف بشأن تلوث المياه والحفاظ على الطبيعة.

أسئلة للنظر فيها

• ما هي أشكال البنية التحتية الأخرى المهجورة التي تعتقد أنه يمكن إعادة توظيفها في مشاريع تخزين الطاقة المائية التي يتم ضخها؟ 
• هل سيتم تصميم المناجم المستقبلية (من جميع الأنواع ، بما في ذلك الذهب والكوبالت والليثيوم وما إلى ذلك) مع وضع إعادة الاستخدام في المستقبل في الاعتبار؟