تجزیه و تحلیل پیشرفت در توسعه بخش ذخیره انرژی اروپا

4 سپتامبر 2024-© shutterstock/petrmalinak

برای آشنایی با پتانسیل ذخیره‌سازی انرژی اروپا و پیشرفت هیجان‌انگیز در این بخش، مدی هال ویرایشگر پلتفرم نوآوری با یوهان سودربوم، رهبر موضوعی شبکه هوشمند و ذخیره‌سازی EIT InnoEnergy صحبت کرد.

همانطور که جهان در حال حرکت به سمت انرژی های تجدیدپذیر است، اهمیت انعطاف پذیری شبکه به طور فزاینده ای آشکار شده است. با توجه به بسیاری از منابع انرژی تجدیدپذیر مانند باد و خورشید که منبع برق متناوب را فراهم می کنند، تکیه شدید بر این فناوری ها برای تامین عرضه و تقاضا در مقیاس بزرگ بدون ظرفیت ذخیره انرژی اضافی برای استفاده در زمان اوج مصرف، چالش برانگیز است.

تحقیق و توسعه قابل توجهی به سمت این هدف هدایت شده است و EIT InnoEnergy متعهد به تسهیل فناوری های پیشرفته ذخیره انرژی برای حمایت از اروپا در تحقق اهداف سبز خود است.

برای بحث در مورد تکامل بخش ذخیره‌سازی انرژی و برجسته کردن گام‌های قابل توجهی که به سمت ظرفیت ذخیره‌سازی انرژی طولانی مدت برداشته شده است، پلتفرم نوآوری با یوهان سودربوم، رهبر موضوعی شبکه هوشمند و ذخیره‌سازی EIT InnoEnergy صحبت کرد.

آیا می توانید اهمیت ذخیره سازی انرژی را برای گذار سبز و تحولات اخیر در این بخش توضیح دهید؟

برای دستیابی به اهداف بلندپروازانه پایداری تعیین شده برای سال 2030، دو برابر کردن ظرفیت بازار انرژی برق ضروری است. در حالی که تمرکز قابل توجهی بر روی تحقیق و نوآوری راه حل های انرژی سبز برای پاسخگویی به این تقاضا وجود دارد، ارزیابی توانایی شبکه برای حمایت از افزایش مصرف انرژی مورد انتظار نیز به همان اندازه حیاتی است.

ذخیره انرژی با ارائه انعطاف پذیری لازم برای انطباق با چشم انداز انرژی در حال تغییر، نقش حیاتی در گذار به انرژی پایدار ایفا می کند. انواع مختلفی از ذخیره‌سازی انرژی، از جمله باتری‌ها و سایر گزینه‌های ذخیره‌سازی برق، می‌توانند در شبکه گنجانده شوند تا فشار را کاهش داده و کارایی کلی را افزایش دهند. انتخاب منابع انعطاف پذیر ذخیره سازی استراتژیک در مقایسه با جایگزین گران قیمت و زمان بر اضافه کردن مس بیشتر به شبکه، یک رویکرد کارآمدتر و مقرون به صرفه تر است.در سال های اخیر پیشرفت های چشمگیری در فناوری های ذخیره سازی انرژی صورت گرفته است. از نظر تاریخی، حدود 90 درصد ذخیره‌سازی جهانی برق به نیروی آبی پمپ شده متکی بود، که اگرچه مؤثر بود، اما نیاز به فضای قابل توجه و تلاش‌های چالش برانگیز برای صدور مجوز داشت.

هزینه باتری از اواسط دهه 2010 به طور قابل توجهی کاهش یافته است که عمدتاً به دلیل تقاضای صنعت خودروهای الکتریکی است. در نتیجه، ما شاهد ظهور تاسیسات باتری بزرگ ادغام شده در شبکه هستیم، با نصب جهانی بیش از 40 گیگاوات در سال 2023. در ابتدا، باتری ها عمدتاً در مکان های مسکونی، پشت کنتور، به عنوان مکملی برای سیستم های انرژی خورشیدی برای بهینه سازی خود تولیدی استفاده می شدند. مصرف برق در طول پنج سال گذشته، باتری ها به سرعت به عنوان دارایی های شبکه پذیرفته شده اند.

باتری‌های جریان ردوکس راه‌حلی امیدوارکننده برای ذخیره‌سازی انرژی در مقیاس بزرگ با پتانسیل ادغام منابع انرژی تجدیدپذیر مانند خورشید و باد در شبکه هستند. به ویژه، آنها برای ذخیره انرژی طولانی مدت مناسب هستند، که برای متعادل کردن منابع انرژی تجدیدپذیر متناوب بسیار مهم است. انرژی در الکترولیت های مایع در مخازن خارجی ذخیره می شود و برای تبدیل انرژی تحت واکنش های اکسیداسیون و کاهش برگشت پذیر قرار می گیرد. این راه حل به راحتی مقیاس پذیر و بادوام است و باتری ها دارای طول عمر عملیاتی طولانی هستند. EIT InnoEnergy در حال پشتیبانی از تعدادی از شرکت ها در پیشبرد این فناوری و در نهایت ادغام باتری های جریان در شبکه است.

تحقیق و توسعه راه‌حل‌های ذخیره‌سازی طولانی‌مدت متناسب با استقرار شبکه در حال انجام است. در حال حاضر، باتری ها می توانند به طور موثر انرژی را برای یک یا دو ساعت ذخیره کنند، اما ممکن است به زودی برای مدت طولانی تری نیاز به ذخیره سازی داشته باشیم. سناریوی جنوب اروپا را در نظر بگیرید، جایی که تاسیسات گسترده نیروگاه خورشیدی به شبکه متصل شده است. با جفت شدن این تاسیسات خورشیدی با باتری، تامین برق شبانه روزی امکان پذیر می شود. این دسترسی مداوم به انرژی های تجدیدپذیر برای سیستم بسیار مهم است، اما به قابلیت های ذخیره سازی طولانی تری نیاز دارد.

در طول دهه ها، نیاز به ذخیره سازی طولانی مدت به دلیل نوسانات زیاد در بازار برق اهمیت فزاینده ای پیدا کرده است. تلاش برای کربن زدایی صنایعی مانند فولادسازی و تولید کود نیازمند دسترسی 24/7 به برق سبز برای تولید هیدروژن سبز است، که مستلزم زمان ذخیره سازی طولانی تر از چهار ساعت است. فن آوری هایی مانند باتری های جریان و روش های جدید برای ذخیره سازی هیدرولیک پمپ شده در حال ظهور هستند.

یکی از شرکت هایی که توسط EIT InnoEnergy، یک سازمان پیشرو در این زمینه پشتیبانی می شود، Mine Storage است. Mine Storage در تبدیل معادن متروکه به راه حل های ارزشمند ذخیره انرژی تخصص دارد. آنها از اصول شناخته شده پمپ استفاده می کنند.

انرژی آبی ذخیره سازی، با استفاده از آب و گرانش برای ذخیره و آزادسازی انرژی بین دو اتاق زیرزمینی. این سیستم حلقه بسته زیرساخت های موجود را مجدداً مورد استفاده قرار می دهد و آن را به راه حلی پایدارتر و مقرون به صرفه برای ذخیره انرژی تبدیل می کند. با حمایت و سرمایه گذاری EIT InnoEnergy، هدف افزایش این رویکرد و اجرای آن در سراسر جهان است.

چگونه EIT InnoEnergy از ذخیره انرژی در اروپا پشتیبانی می کند؟

EIT InnoEnergy یک سرمایه گذار پیشرفته است که مستقیماً پروژه ها را مدیریت نمی کند، بلکه بر شناسایی فناوری های جدید و دارایی های اولیه تمرکز دارد. سرمایه‌گذاری‌های ما کل زنجیره ارزش را پوشش می‌دهد و از انتقال انرژی اروپا حمایت می‌کند و شکاف‌هایی را شناسایی می‌کند که نیاز به رسیدگی دارند.

فراتر از سرمایه‌گذاری‌هایی که قبلاً ذکر کردیم، EIT InnoEnergy از سال 2017 تلاش‌های خود را به سمت تولید سلولی هدایت کرده است، جایی که ما در چندین شرکت مکمل سرمایه‌گذاری زیادی انجام داده‌ایم. یکی از این شرکت‌ها Verkor، یک تولیدکننده برجسته سلول در فرانسه و یکی از اولین شرکت‌های بزرگ اروپایی است که وارد بازار شده است. Verkor در توسعه و ساخت سلول‌های باتری با کارایی بالا برای وسایل نقلیه الکتریکی سطح بالا و سایر برنامه‌های کاربردی برقی‌سازی تخصص دارد. Verkor با عضویت در اکوسیستم EIT InnoEnergy، با موفقیت ظرفیت های تولیدی قوی ایجاد کرده است که به نفع تمام اروپاست.

EIT InnoEnergy در حال بررسی فناوری‌های جدید، از جمله Basquevolt، یکی از اولین تاسیسات تولید باتری‌های حالت جامد است. این باتری‌ها نشان‌دهنده نسل بعدی فناوری لیتیوم یون و تولید سلول‌های پیشرفته هستند که نویدبخش چگالی انرژی بسیار بالاتری هستند و بنابراین وسایل نقلیه الکتریکی سبک‌وزن مقرون‌به‌صرفه‌تری را باز می‌کنند.

علاوه بر این، در اوایل سال جاری، EIT InnoEnergy Repono را راه اندازی کرد، یک شرکت پاناروپایی با هدف افزایش ذخیره انرژی در اروپا. رویکرد استراتژیک آن می تواند در سراسر جهان برای تسریع استقرار سیستم های ذخیره انرژی تکرار شود. هدف Repono افزایش پایداری شبکه با استقرار استراتژیک، مالکیت و بهره برداری از تاسیسات ذخیره سازی در مقیاس بزرگ است. تا سال 2030، مطابق با هدف کمیسیون اروپا برای دستیابی به سهم 42.5 درصدی برق تجدیدپذیر، رپونو قصد دارد 100 گیگاوات ساعت ذخیره انرژی در اروپا مستقر کند.

چگونه می توان ذخیره انرژی را در زیرساخت ادغام کرد؟

ادغام راه‌حل‌های ذخیره‌سازی انرژی در برنامه‌ریزی شهری موجود برای توسعه شبکه آینده، با در نظر گرفتن چالش‌های مرتبط با ساخت زیرساخت‌های برق جدید، حیاتی است. باتری‌هایی که در ابتدا پشت کنتور در محله‌های مسکونی نصب شدند، برای پشتیبانی از بهینه‌سازی مصرف برق خود تولید شده استفاده می‌شدند. گام بعدی تجمیع این باتری ها و ارائه ظرفیت اضافی آنها به شبکه است که انعطاف پذیری در محیط های شهری را فراهم می کند و در نتیجه تسهیلات مسکونی را به منابع یکپارچه شبکه به جای مصرف کنندگان ساده انرژی تبدیل می کند.

استقرار سریع باتری ها در وسایل نقلیه الکتریکی راه مهم دیگری را ارائه می دهد. تاسيسات آينده خودرو به شبكه، خودروهاي الكتريكي را قادر خواهند ساخت كه برق را به شبكه برگردانند و منبع بزرگ و قابل انعطافي را ارائه دهند. بسیاری از وسایل نقلیه در حال حاضر توانایی دارند

عملکرد خودرو به شبکه، اما سرمایه گذاری زیرساختی برای اتصال آنها با یک شارژر دو طرفه مورد نیاز است.

بخش خرده‌فروشی بازار برق نیز در حال تحول است و شرکت‌هایی که قراردادهای ساعتی ارائه می‌کنند، فرصتی را برای مصرف‌کنندگان فراهم می‌کند تا به سیگنال‌های قیمت‌گذاری پاسخ دهند. این نه تنها با بهینه‌سازی هزینه‌ها به نفع مصرف‌کنندگان منفرد است، بلکه با استفاده از انرژی‌های تجدیدپذیر اضافی، به نفع سیستم کلی است. یکپارچه سازی ذخیره سازی به روش های مختلف فرصت های متعددی را برای برنامه ریزی شهری و زیرساخت های انرژی ارائه می دهد.

چگونه می توانیم چالش های اجرای گسترده را برطرف کنیم؟

اگر می‌خواهیم ظرفیت ذخیره‌سازی را به‌طور پایدار در شبکه اروپا پیاده‌سازی کنیم، زنجیره ارزش ما نیز باید پایدار باشد، و این غیرقابل انکار یکی از بزرگ‌ترین وظایف در دست است.

EIT InnoEnergy از ابتکار کمیسیون اروپا برای ایجاد زنجیره تامین باتری سبز در اروپا حمایت می کند. در حال حاضر، ما بیشتر باتری‌های کامل، سلول‌های باتری و مواد باتری را از آسیا وارد می‌کنیم که چین تامین‌کننده اصلی آن است.

کمیسیون پیشرفت قابل توجهی در سیاست گذاری در مورد تنظیم باتری داشته است. در سال 2023، پارلمان و شورای اروپا به دنبال پیشنهاد کمیسیون، مقررات جدید باتری ها را تصویب کردند. هدف این مقررات معرفی الزامات اعلامی، کلاس‌های عملکرد، و محدودیت‌های ردپای کربن باتری‌ها تا سال 2025 است. هدف کاهش اتلاف باتری و وجود مواد مضری است که قابلیت بازیافت را پیچیده می‌کند. این افزایش مقررات برای حمایت از استقلال زنجیره تامین باتری اروپا در نظر گرفته شده است.

EIT InnoEnergy تا جایی که می تواند با این ابتکارات هماهنگ است. یکی از کمبودهای عمده در زنجیره ارزش اروپا در بخش مواد خام، به ویژه مواد فعال مورد استفاده در باتری ها است. در نتیجه، ما در حال سرمایه گذاری در شرکت هایی هستیم که از تولید این مواد حمایت می کنند.شرکت‌ها و تولیدکنندگانی که با آنها کار می‌کنیم یا در آنها سرمایه‌گذاری می‌کنیم نیز به شدت به زنجیره ارزش اروپایی متعهد هستند. به عنوان مثال، ما از شرکتی به نام GDI پشتیبانی می کنیم که آندهای سیلیکونی را برای باتری های لیتیوم یونی تنها با استفاده از زنجیره ارزش اروپایی ارائه می کند.

همچنین چالش هایی در رابطه با ادغام باتری ها در طراحی بازار وجود دارد. چندین ساختار بازار با استفاده از باتری، به ویژه در کاربردهایی مانند پشتیبانی فرکانس، بسیار سازگار هستند. در حالی که در سال‌های اخیر ثابت شده است که این امر سودآور است، تغییر آتی در تقاضای بازار، به‌ویژه تقاضا برای ذخیره‌سازی بلندمدت انرژی، به این معنی است که این ساختارهای بازار باید سازگار شوند.

باتری ها یک کلاس دارایی جدید را نشان می دهند که می توانند جایگزین نیروگاه های اوج و منابع انعطاف پذیر در سمت تقاضا شوند. با این حال، مقررات موجود برای این امر تنظیم نشده است و در بسیاری از کشورها، مسائل مربوط به مالیات مضاعف هنگام تغذیه و فروش برق، موانعی را برای تجارت باتری ایجاد می کند.

مقررات باید برای تسهیل استقرار باتری در سیستم تنظیم شود. در حالی که EIT InnoEnergy تأثیر مستقیمی بر این موضوع ندارد، ما به عنوان بخشی از نقش خود در اتحاد باتری اروپا، رهبری بخش صنعتی آن، همکاری خوبی با کمیسیون اروپا حفظ می‌کنیم و در هر دو کشور عضو در مورد این موضوع بحث می‌کنیم.

کار مداومی برای بهبود طراحی بازار وجود دارد، به ویژه در واکنش به جهش اخیر قیمت برق ناشی از بحران جنگ اوکراین. معرفی طرح‌های بازار جدید برای پشتیبانی از نصب باتری، شامل مقررات محلی، سیگنال‌های بازار و پرداخت‌های بالقوه بلندمدت ظرفیت بسیار مهم است. این مفاهیم کاملاً جدید نیستند، زیرا با موفقیت در بازارهای مختلف پیاده سازی شده اند. بریتانیا در این زمینه ها گام های مهمی برداشته است و بینش های ارزشمندی را ارائه می دهد که می تواند در کشورهای مختلف عضو اجرا شود.

برای بخش ذخیره انرژی در دهه آینده چه پیش بینی می کنید؟

یکی از روندهای قابل توجه، اکتشاف شیمی جایگزین برای شیمی استاندارد مبتنی بر لیتیوم است که معمولاً امروزه استفاده می شود. به طور خاص، باتری‌های یون سدیم امیدوارکننده هستند، اما برای تبدیل شدن به یک محصول بازار مناسب نیاز به توسعه و صنعتی شدن بیشتری دارند. ما در Altris، یک شرکت سوئدی که متخصص در مواد کاتدی برای باتری‌های یون سدیم است، سرمایه‌گذاری کرده‌ایم، و چندین شرکت دیگر نیز فعالانه در فناوری یون سدیم مشارکت دارند. با نگاهی به آینده، انتظار می‌رود باتری‌های یون سدیم تجاری در دهه آینده رایج شوند. علاوه بر این، شیمی های نوظهور، مانند شیمی مبتنی بر گوگرد، نیز پتانسیلی برای کاربردهای آینده دارند، زیرا گوگرد به وفور وجود دارد.

ما باید به طور مداوم قوانین و مقرراتی را اجرا کنیم که بازار باتری را تطبیق داده و پیشرفت دهد. با پشتیبانی مناسب، می‌توانیم شاهد افزایش سریع ظرفیت ذخیره‌سازی در شبکه باشیم. ارائه مشوق‌ها یا وام‌هایی که چشم‌انداز بلندمدت درآمد و بازار را تسهیل می‌کند، می‌تواند این تأسیسات را از نظر مالی بسیار بادوام‌تر کند.

ادغام فناوری‌های ذخیره‌سازی انرژی در شبکه برای تسهیل گذار به سمت منابع انرژی پایدار و تجدیدپذیر بسیار مهم است. این ادغام باید به عنوان یک جزء جدایی ناپذیر از یک سیستم جامع انرژی در نظر گرفته شود و به دلیل توانایی آن در افزایش انعطاف پذیری و انعطاف پذیری شبکه برق شناخته شود.

برای استفاده کامل از مزایای ذخیره‌سازی انرژی، استفاده بهینه از منابع موجود و به حداکثر رساندن کارایی کلی سیستم ضروری است. پیاده‌سازی ذخیره‌سازی انرژی در مقیاس بزرگ نیازمند یک رویکرد استراتژیک است که زیرساخت‌های موجود را ارزیابی می‌کند و فرصت‌هایی را برای افزایش انعطاف‌پذیری برای استقرار مقرون‌به‌صرفه شناسایی می‌کند.

در زمینه اروپایی، هدف اولیه ایجاد یک سیستم ذخیره‌سازی انرژی کارآمد است که از دارایی‌های موجود استفاده می‌کند و فرآیندهای تولید را با ملاحظات ذخیره‌سازی انرژی همسو می‌کند. با ادغام این عناصر، می‌توانیم یک چارچوب انرژی پایدار ایجاد کنیم که از رشد مداوم انرژی‌های تجدیدپذیر حمایت می‌کند و به تلاش‌های کلی حفاظت از محیط زیست کمک می‌کند.