تقنيات الطاقة لمستقبل منخفض الكربون

مع توسّع نطاق إنتاج الوقود المتجدد، والهيدروجين، والكهرباء المتجددة، تبرز أنظمة تخزين طاقة البطاريات كأصول قابلة لإعادة الشحن، تعمل على تخزين الطاقة المستمدة من مصادر متعددة تشمل الألواح الشمسية، وتوربينات الرياح، وشبكة الكهرباء. وتُشحن هذه الأنظمة عندما يتجاوز إنتاج الطاقة المتجددة حجم الطلب أو عندما تنخفض أسعار الكهرباء، ثم تقوم بتفريغ شحنتها خلال فترات ذروة الطلب. 

توفر أنظمة التخزين طاقة احتياطية أثناء انقطاع التيار الكهربائي عن الشبكة، مع المساهمة في تقليل استهلاك الطاقة والحد من البصمة الكربونية. يمكن للمؤسسات بيع الطاقة المخزنة الفائضة للشبكة، والمشاركة في برامج الاستجابة للطلب، وتقديم خدمات مساعدة مثل تنظيم التردد ودعم الجهد الكهربائي.

موارد الطاقة اللامركزية هي موارد إمداد أو طلب كهرباء صغيرة النطاق تقع عادة بالقرب من مواقع استخدام الكهرباء. وتشمل الأمثلة الشائعة الألواح الشمسية على الأسطح، وتوربينات الرياح، وأنظمة تخزين طاقة البطارية، وشواحن المركبات الكهربائية، وخلايا الوقود، والمولدات الاحتياطية. تتصل هذه الموارد بالشبكة العامة لتحسين موثوقية ومرونة أنظمة الطاقة الأوسع نطاقًا.

في أثناء ذروة الاستهلاك، تساعد موارد الطاقة الموزعة المرافق على موازنة أحمال الشبكة لمنع انقطاع التيار الكهربائي. عند تجميع موارد الطاقة الموزعة في محطات طاقة افتراضية، يمكن أن تعمل كموارد موحدة تشارك في أسواق الكهرباء بالجملة مع توفير خدمات استقرار الشبكة.

تقوم محطة الطاقة الافتراضية بتجميع قدرات الأنواع المختلفة من موارد الطاقة الموزعة من خلال البرمجيات المتقدمة والاتصالات ومنصات التحكم. يعمل الأسطول المجمّع من المنشآت الشمسية وتوربينات الرياح وأنظمة البطاريات والأحمال المرنة كمورد واحد موحد يمكن توجيهه لتلبية احتياجات الشبكة. تُدار محطة الطاقة الافتراضية من خلال جهة تشغيل مركزية تستخدم منصات سحابية تجمع البيانات في الوقت الفعلي من آلاف الأجهزة المتصلة. تحدد الخوارزميات المتطورة الأوقات المثلى لتوليد الكهرباء أو تخزينها أو استهلاكها بناءً على ظروف الشبكة وأسعار السوق وتفضيلات المشاركين.

يمكن للهيدروجين وأنواع الوقود القائمة عليه أن تسهم بشكل كبير في خفض الانبعاثات، لا سيما في القطاعات الصناعية التي يصعب تخفيف انبعاثاتها وحيث تواجه عملية الكهربة المباشرة تحديات صعبة. وعادةً ما يُصنّف إنتاج الهيدروجين منخفض الكربون إلى هيدروجين "أزرق" أو "أخضر." 

يُنتج الهيدروجين الأزرق بالطرق التقليدية، مع استخدام تكنولوجيا احتجاز الكربون للحد من انبعاثات ثاني أكسيد الكربون. 

يُصنّع الهيدروجين الأخضر باستخدام مصادر الطاقة المتجددة، مثل طاقة الرياح أو الطاقة الشمسية، من خلال عملية التحليل الكهربائي؛ حيث تفصل الكهرباء الماء إلى هيدروجين وأكسجين دون توليد أي انبعاثات كربونية.

يعمل الوقود المتجدد على خفض انبعاثات الكربون باستخدام مواد تغذية متجددة تعيد تدوير ثاني أكسيد الكربون (CO₂) الذي تمت امتصاصه مؤخرًا من الغلاف الجوي، بدلاً من إطلاق كربون أحفوري جديد. ويتم إنتاجها من خلال عمليات ترقية فعالة مثل Honeywell Ecofining® التي تحول زيوت النفايات والكتلة الحيوية الصلبة ومصادر النفايات الأخرى الوفيرة إلى وقود كثيف الطاقة ومنخفض الكربون. تعمل هذه البدائل المباشرة مع محركات اليوم والبنية التحتية الحالية للتزوّد بالوقود دون تعديلات، مما يمكّن الأساطيل الحالية من تلبية متطلبات النقل مع المساعدة في تقليل انبعاثات غازات الاحتباس الحراري خلال دورة الحياة.