باتری‌هایی که می‌توانند سوخت‌های فسیلی را منسوخ کند

ستون‌هایی به ارتفاع ۱۵۰ متر که از مایل‌ها دورتر از امتداد سواحل کالیفرنیای‌شمالی دیده می‌شوند، بر آنچه سایه افکنده است که زمانی بزرگ‌ترین نیروگاه برق کالیفرنیا بود. این نیروگاه بزرگ موس‌لندینگ نام دارد و مولد برق عظیم این نیروگاه از گاز طبیعی استفاده می‌کرد.

امروزه، همان‌طورکه کالیفرنیا به‌طورپیوسته به‌سمت کربن‌زدایی اقتصاد خود حرکت می‌کند، دودکش‌های دوقلوی نیروگاه موس‌لندینگ دیگر خاموش‌اند و نیروگاه تا حد زیادی بدون فعالیت است. درعوض، این مکان در آستانه‌ی شروع زندگی جدیدی به‌عنوان بزرگ‌ترین باتری جهان است که وقتی صفحات خورشیدی و مزارع بادی در حال تولید برق هستند، انرژی اضافه را ذخیره می‌کند و وقتی آن‌ها کار نمی‌کنند، انرژی ذخیره‌شده را به شبکه برمی‌گرداند. در این مکان، باتری لیتیوم‌یون ۳۰۰ مگاواتی در حال آماده‌سازی است و باتری ۱۰۰ مگاواتی دیگر نیز در سال ۲۰۲۱ راه‌اندازی می‌شود.

باتری‌های بزرگ مذکور، تنها باتری‌های عظیمی نیستند که به‌زودی در نیروگاه موس‌لندینگ به کار مشغول می‌شود. قرار است سیستم ذخیره ۱۸۲/۵ مگاوات دیگری با استفاده از ۲۵۶ باتری‌ مگاپک تسلا ساخته شود و از اواسط ۲۰۲۱، شبکه‌ی برق کالیفرنیا را تغذیه کند. علاوه‌بر‌این، امسال پروژه‌ی ذخیره‌سازی ۲۵۰ مگاواتی دیگری در سن‌دیه‌گو راه‌اندازی شد و پروژه‌ی باتری ۱۰۰ مگاوتی در لانگ‌بیچ نیز در حال تکمیل است و تعدادی دیگر در اطراف ایالت در مراحل مختلف ساخت هستند.

درحال‌حاضر، کالیفرنیا در زمینه‌ی تلاش برای ایجاد توازن میان تناوبی‌بودن انرژی‌های تجدیدپذیر در شبکه‌های برق با باتری‌های در مقیاس بزرگ در جهان پیشرو است؛ اما مناطق دیگر جهان نیز با سرعت در حال دنبال‌کردن این مسیر هستند. ازجمله طرح‌هایی که اخیرا اعلام شده، عبارت‌اند از: سیستم ۴۰۹ مگاواتی در فلوریدای جنوبی، نیروگاه ۳۲۰ مگاواتی نزدیک لندن، تأسیسات ۲۰۰ مگاواتی در لیتوانی و واحد ۱۱۲ مگاواتی در شیلی.

به‌دلیل افت شدید قیمت‌ها و پیشرفت فناوری که به باتری‌ها اجازه می‌دهد مقادیر زیادی انرژی را ذخیره کنند، سیستم‌های ذخیره‌سازی انرژی در مقیاس شبکه‌ی برق رشد بی‌سابقه‌ای شاهد هستند. بسیاری از دستاوردها حاصل تلاش صنعت خودروسازی برای ساخت باتری‌ها لیتیوم‌یون کوچک‌تر و ارزان‌تر و قدرتمندتر برای خودروهای برقی است. در کشور آمریکا، مشوق‌های مالیاتی برای سیستم‌های ذخیره‌سازی که با تأسیسات خورشیدی جفت می‌شوند، در گسترش این فناوری نقش مهمی ایفا می‌کنند.

در حال‌حاضر، بزرگ‌ترین تأسیسات باتری جهان سیستم ذخیره‌ی انرژی Hornsdale Power Reserve در جنوب استرالیا است

گسترش وسیع سیستم ذخیره‌ی انرژی می‌تواند بر یکی از موانع بزرگ انرژی‌های تجدیدپذیر غلبه کند: تناوب میان تولید مازاد انرژی وقتی خورشید می‌تابد و باد می‌وزد و کمبود انرژی وقتی خورشید غروب می‌کند و وزش باد کم می‌شود. حامیان می‌گوید با برطرف‌کردن نبود توازن میان عرضه و تقاضا، باتری‌ها می‌توانند جایگزین نیروگاه‌های پیک شوند که از سوخت‌های فسیلی مصرف می‌کنند. نیروگاه‌های پیک نیروگاه‌هایی هستند وقتی تقاضای برای انرژی افزایش پیدا می‌کند، چند ساعت در روز کار می‌کنند. به‌همین‌ترتیب، ذخیره‌ی گسترده‌ی انرژی می‌تواند برای گسترش دسترسی به انرژی‌های تجدیدپذیر و سرعت‌بخشیدن به انتقال به شبکه‌ی برق عاری از کربن مهم باشد. برنادت دل چیارو، مدیراجرایی انجمن انرژی خورشیدی و ذخیره‌سازی کالیفرنیا می‌گوید: «ذخیره‌سازی انرژی پل رسیدن به آینده‌ای با انرژی پاک است.»

سرعت رسیدن این آینده تا حد زیادی به سرعت کاهش هزینه‌ها بستگی دارد. برچسب قیمت ذخیره‌سازی باتری در مقیاس بزرگ بین سال‌های ۲۰۱۵ تا ۲۰۱۸ حدود ۷۰ درصد کاهش یافته است. این افت شدید قیمت با پیشرفت در شیمی باتری‌های لیتیوم‌یون و بهبود چشمگیر عملکرد آن‌ها همراه بوده است. ظرفیت باتری‌ها نیز افزایش پیدا کرده است و تأسیسات می‌توانند انرژی را زمان طولانی‌تری ذخیره و تخلیه کنند.

رقابت در بازار و افزایش تولید باتری نیز نقش مهمی بازی می‌کند. آزمایشگاه ملی انرژی‌های تجدیدپذیر آمریکا پیش‌بینی می‌کند هزینه‌های متوسط باتری‌های لیتیوم‌یون بین سال‌های ۲۰۱۸ تا ۲۰۳۰ حدود ۴۵ درصد دیگر کاهش پیدا می‌کند. ری هوهنشتاین، مدیر برنامه‌های بازار شرکت فلوئنس، فعال در زمینه‌ی راه‌اندازی پروژه‌های ذخیره انرژی، دراین‌باره می‌گوید: از رشد فناوری باتری لیتیوم‌یونی بهره‌مند می‌شویم که عمدتا به‌وسیله‌ی صنعت وسایل نقلیه‌ی برقی و وسایل الکترونیکی مصرفی هدایت می‌شود.» در کالیفرنیا، کاهش قیمت باتری همراه‌با فشار شدید ایالت برای حرکت به‌سمت شبکه‌ی برق بدون کربن تا سال ۲۰۴۵، به آغاز پروژه‌های ذخیره‌سازی زیادی منجر شده است.

نیروگاه موس‌لندینگ در کالیفرنیا با نصب فناوری باتری بزرگ به مکان ذخیره‌ی انرژی‌های تجدیدپذیر برای تأمین انرژی برق مناطق اطراف تبدیل می‌شود

وقتی پروژه‌ی عظیم موس‌لندینگ در اواسط ۲۰۲۱ کاملا به مرحله‌ی اجرا برسد، میزان ذخیره انرژی در کالیفرنیا را بیش از دو برابر خواهد کرد. چندین ایالت دیگر نیز در حال شروع پروژه‌های ذخیره‌سازی انرژی بزرگی هستند. یکی از این پروژ‌ه‌ها، پروژه‌ی ۳۱۶ مگاواتی راونزوود در نیویورک است که می‌تواند برق بیش از ۲۵۰ هزار خانه را تا هشت ساعت تأمین کند و جایگزین دو نیروگاه گاز طبیعی پیک در شهر نیویورک شود. سیستم ۴۰۹ مگاواتی ماناتی نیز که برای فلوریدای جنوبی برنامه‌ریزی شده، با نیروگاه خورشیدی شارژ می‌شود که در مجاورت آن قرار گرفته است. این سیستم که بزرگ‌ترین سیستم باتری در جهان است و از خورشید انرژی می‌گیرد، جایگزین دو واحد قدیمی می‌شود که گاز طبیعی مصرف می‌کردند.

به‌گفته‌ی فعالان صنعت، توان باتری‌های بزرگ استفاده‌شده برای ذخیره‌سازی انرژی در آمریکا از ۱/۲ گیگاوات در سال ۲۰۲۰ به حدد ۷/۵ گیگاوات در سال ۲۰۲۵ خواهد رسید. کلی اسپیکس بکمن، مدیراجرایی انجمن ذخیره‌سازی انرژی آمریکا، می‌گوید در کشور آمریکا ظرفیت ذخیره‌سازی باتری در سال ۲۰۲۰ دو برابر شد و اگر وقفه‌های ناشی‌ از کووید ۱۹ نبود، شاید سه برابر می‌شد.

اروپا سرعت کمتری در زمینه ذخیره‌سازی دارد. دنیله گاتی تحلیلگر شرکت پژوهشی IDTechEx در بریتانیا است که در زمینه‌ی فناوری‌های نوظهور تخصص دارد. او معتقد است اروپا درباره‌ی چنین پیشرفت‌هایی کمی محافظه‌کارتر است. او می‌گوید از در اروپا، از توسعه‌ی ذخیره‌سازی انرژی با بازار برق محدودکننده‌ای ممانعت می‌شود که زیر سلطه‌ی مزایده‌های دولتی است و ذخیره‌سازی را کم‌ارزش نشان می‌دهند. بااین‌حال، تعدادی پروژه‌ی باتری بزرگ در حال شکل‌گیری است؛ ازجمله سیستم گیت‌وی ۳۲۰ مگاواتی که نزدیک لندن ساخته خواهد شد.

سیستم جدید براساس نیاز برق را بین ایالت‌ها توزیع می‌کند و بهره‌وری زیرساخت‌های انتقال کنونی را به حداکثر می‌رساند و نیاز به ساخت خطوط برق جدید را کاهش می‌دهد که در بیشتر اوقات بی‌استفاده می‌مانند. پروژه‌های مشابهی در آلمان نیز درحال‌اجرا است.

عربستان سعودی نیز قصد دارد سیستم ذخیره‌ی انرژی اضافی بزرگ را در ساحل غربی کشورش بنا کند. این تأسیسات شبانه‌روز ۱۰۰ درصد انرژی تجدیدپذیر را برای مجموعه‌ی تفریحی متشکل از ۵۰ هتل و ۱،۳۰۰ خانه در امتداد ساحل دریای سرخ تأمین خواهد کرد.

کارشناسان می‌گویند بیشتر نیروگاه‌های سوخت فسیلی در آمریکا تا سال ۲۰۳۵ به پایان عمر خود می‌رسند و زمان رشد سریع ذخیره‌ی انرژی در مقیاس صنعتی نزدیک است. یی‌یی ژو، متخصص سیستم‌های توان تجدیدپذیر در شرکت Bloomberg NEF، می‌گوید انرژی‌های تجدیدپذیر همراه‌با ذخیره‌ی باتری اکنون گزینه‌ی اقتصادی مناسبی برای ساخت نیروگاه‌های پیک جدید گاز است. جفت‌شدن تولید برق به‌خصوص با ذخیره‌ی انرژی خورشیدی که به‌طورکلی از الگوی روزانه پیش‌بینی‌پذیر پیروی می‌کند، عملکرد موفقی دارد. ژو می‌گوید هرچه انرژی خورشیدی بیشتری وارد شبکه شود، هزینه‌ی عملیات نیروگاه‌های گازی افزایش می‌یابد. او معتقد است: «نیروگاه‌های گاز باید اکنون به‌دلیل واردشدن انرژی خورشیدی، بیشتر روشن و خاموش شوند و این امر موجب فرسودگی و کاهش طول عمر آن‌ها می‌شود.»

هوهنشتاین از شرکت فلوئنس می‌گوید باتری‌ها حتی در حال رسیدن به ظرفیت حدود ۲۰۰ مگاوات هستند که به انرژی‌های تجدیدپذیر کمک می‌کنند جایگزین ژنراتورهای کوچک و متوسط گاز طبیعی شوند. شرکت هوهنشتاین افزایش سرمایه‌گذاری روی پروژه‌های بزرگ را شاهد است. او اعتقاد دارد: «اکنون می‌توانیم این منابع هیبرید (خورشید و ذخیره و بادی) را بسازیم و کارهایی دهیم که زمانی با نیروگاه‌هایی انجام می‌شد که سوخت‌ فسیلی مصرف می‌کردند.»

وسلی کول، تحلیلگر انرژی در آزمایشگاه ملی انرژی‌های تجدیدپذیر می‌گوید: «افزودن بخش ذخیره‌سازی انرژی‌های تجدیدپذیر را سودآورتر می‌کند.» ذخیره‌سازی با جذب انرژی اضافه‌ای که در میانه‌ی روز به‌‌دلیل کم‌بودن تقاضا برای برق از دست می‌رود و انتقال آن در زمانی‌که تقاضای انرژی بیشتر است، به افزایش ارزش سیستم کمک می‌کند.

درحالی‌که ذخیره‌ی انرژی در بازارهای باارزش، مانند کالیفرنیا در حال رونق‌گرفتن است، برای رواج گسترده‌ی چنین سیستم‌هایی در سطح جهانی، قیمت باتری باید کاهش بیشتری پیدا کند. بااین‌حال، تحلیلگران خوش‌بین‌اند که قیمت باتری‌ها درنهایت به‌اندازه‌ی کافی کاهش پیدا کند که امکان گسترش استفاده از سیستم ذخیره‌ی انرژی میسر شود.