استراتيجيات السوق لتخزين الطاقة في أمريكا الشمالية

مع استمرار تطور مشهد الطاقة في أمريكا الشمالية، أصبح دور تخزين الطاقة بالغ الأهمية في ضمان إمدادات طاقة مستقرة ومستدامة. بدءًا من التخزين على مستوى الشبكة ووصولًا إلى التطبيقات السكنية والتجارية، يُمكن لفهم استراتيجيات سوق تخزين الطاقة أن يُتيح فوائد عديدة، بدءًا من تعزيز الموثوقية ووصولًا إلى توفير التكاليف. في هذه المقالة، سنتناول بالتفصيل مختلف الاستراتيجيات المُستخدمة في سوق تخزين الطاقة في أمريكا الشمالية، مستكشفين اتجاهات الصناعة والتطورات التكنولوجية والتأثيرات التنظيمية، وغيرها الكثير. سواءً كنت خبيرًا في هذا المجال أو قارئًا فضوليًا، تهدف هذه النظرة الشاملة إلى تقديم رؤى قيّمة في مجال تخزين الطاقة المزدهر.

محركات السوق واتجاهاتها في تخزين الطاقة

يتأثر سوق تخزين الطاقة في أمريكا الشمالية بعوامل عديدة، يُسهم كل منها في نموه وتطوره السريع. ومن أهم هذه العوامل تزايد اعتماد مصادر الطاقة المتجددة، مثل طاقة الرياح والطاقة الشمسية. فهذه المصادر المتجددة متقطعة بطبيعتها، مما يستلزم حلول تخزين طاقة فعّالة وكفؤة لتحقيق التوازن بين العرض والطلب. ومع استمرار شركات المرافق العامة ومنتجي الطاقة المستقلين في دمج مصادر الطاقة المتجددة في الشبكة، يتزايد الطلب على حلول التخزين القابلة للتوسع بالتوازي.

تلعب العوامل الاقتصادية دورًا حاسمًا أيضًا. فقد أدى انخفاض تكاليف تقنيات البطاريات، وخاصةً بطاريات الليثيوم أيون، إلى جعل تخزين الطاقة أكثر جدوى من الناحية المالية. وقد ساهمت التطورات في التصنيع، ووفورات الحجم، وازدياد المنافسة في خفض التكاليف، مما جعل حلول التخزين متاحةً لشريحة أوسع من المستهلكين والشركات. على سبيل المثال، أفادت بلومبيرغ إن إي إف في عام ٢٠٢١ أن متوسط ​​تكلفة حزمة بطارية الليثيوم أيون قد انخفض إلى ١٣٢ دولارًا أمريكيًا للكيلوواط/ساعة، بعد أن كان أكثر من ١١٠٠ دولار أمريكي للكيلوواط/ساعة في عام ٢٠١٠.

علاوة على ذلك، تُعزز الأطر التنظيمية التي تُشجع على تخزين الطاقة تبنيها في السوق. وتُعدّ سياساتٌ مثل الأمر رقم 841 الصادر عن لجنة تنظيم الطاقة الفيدرالية (FERC)، والذي يُلزم بالوصول العادل إلى خدمات التخزين في أسواق الطاقة بالجملة، بالغة الأهمية. كما تُسهم مبادراتٌ حكوميةٌ مثل مشروع قانون الجمعية التشريعية في كاليفورنيا رقم 2514، الذي يُحدد أهدافًا لشراء خدمات التخزين لشركات المرافق، في تسريع نشر هذه الخدمات.

بالإضافة إلى العوامل التنظيمية والاقتصادية، يُعدّ الابتكار التكنولوجي اتجاهًا رئيسيًا يُشكّل سوق تخزين الطاقة. فالتطورات في كيمياء البطاريات، وكثافة الطاقة، ومتانة دورة الحياة تُفضي إلى أنظمة تخزين أكثر متانة وعمرًا أطول. كما تكتسب تقنيات أخرى، مثل بطاريات التدفق، وعجلات الموازنة، وتخزين الطاقة بالهواء المضغوط (CAES)، زخمًا متزايدًا، مُقدّمةً حلولًا متنوعة مُصمّمة خصيصًا لتطبيقات مُحدّدة.

من الاتجاهات البارزة الأخرى صعود موارد الطاقة الموزعة (DERs). فمع تزايد انتشار الألواح الشمسية على أسطح المنازل، والمركبات الكهربائية، وتقنيات المنازل الذكية، تزداد شعبية حلول التخزين اللامركزي. وتبرز الشبكات الصغيرة ومحطات الطاقة الافتراضية (VPPs) كنماذج مبتكرة، تستفيد من أصول تخزين متعددة صغيرة الحجم لتوفير إدارة مرنة وموثوقة للطاقة.

حلول تخزين الطاقة على مستوى الشبكة

تُعدّ حلول تخزين الطاقة على مستوى الشبكة أساسيةً لتعزيز استقرار وموثوقية أنظمة الطاقة. تُخزّن هذه المنشآت واسعة النطاق الكهرباء المُولّدة خلال فترات انخفاض الطلب وتُطلقها خلال أوقات الذروة، مما يُحسّن توزيع الحمل ويُخفّف الضغط على الشبكة. يُنشر حاليًا في أمريكا الشمالية أنواعٌ مُختلفة من حلول تخزين الطاقة على مستوى الشبكة، ولكلٍّ منها مزاياه وتطبيقاته الفريدة.

من أبرز التقنيات المستخدمة في تخزين الطاقة الكهرومائية بالضخ (PHS)، والتي تُمثل غالبية سعة التخزين المُركبة عالميًا. تستخدم مرافق PHS الجاذبية لتخزين الطاقة عن طريق ضخ المياه من خزان سفلي إلى خزان علوي خلال فترات الركود. وخلال ذروة الطلب، تُعاد المياه المُخزنة إلى الخزان السفلي، مما يُشغّل التوربينات لتوليد الكهرباء. على الرغم من كفاءة PHS العالية وطول عمرها الافتراضي، إلا أن استخدامها محدود بسبب القيود الجغرافية والبيئية.

تزداد شعبية بطاريات الليثيوم أيون في مجال تخزين الطاقة على مستوى الشبكة نظرًا لارتفاع كثافتها الطاقية، وسرعة استجابتها، وانخفاض تكلفتها. وقد أثبتت مشاريع مثل محمية هورنسديل للطاقة في جنوب أستراليا، التي تستخدم تقنية بطاريات تيسلا، فعالية بطاريات الليثيوم أيون في توفير خدمات الشبكة، مثل تنظيم الترددات وتوفير الطاقة الاحتياطية في حالات الطوارئ. وفي أمريكا الشمالية، يجري تطوير العديد من مشاريع تخزين الليثيوم أيون على نطاق المرافق، وتقود ولايات مثل كاليفورنيا ونيويورك هذا التوجه.

تُمثل بطاريات التدفق تقنيةً واعدةً أخرى لتخزين الطاقة على مستوى الشبكة. فعلى عكس بطاريات أيونات الليثيوم، تُخزّن بطاريات التدفق الطاقة في محاليل كهربائية سائلة مُخزّنة في خزانات خارجية. يتيح هذا التصميم سهولة التوسع، وعمرًا افتراضيًا طويلًا، والقدرة على توفير الطاقة لفترات طويلة. وتُطبّق شركات مثل شركة ESS Inc. الأمريكية أنظمة بطاريات التدفق لتطبيقات الشبكة، مُقدّمةً حلول تخزين مرنة ومستدامة.

يُعد تخزين الطاقة بالهواء المضغوط (CAES) خيارًا عمليًا آخر لتخزين الطاقة على نطاق واسع. تخزن أنظمة CAES الطاقة عن طريق ضغط الهواء وتخزينه في كهوف أو خزانات تحت الأرض. عند الحاجة إلى الكهرباء، يُطلق الهواء المضغوط ويُمدَّد عبر توربينات لتوليد الطاقة. يوفر نظام CAES سعة تخزين كبيرة، وهو مناسب بشكل خاص للتخزين طويل الأمد، على الرغم من أنه يتطلب استثمارًا أوليًا كبيرًا وظروفًا جيولوجية خاصة.

كما تُدعم الاستثمارات في البنية التحتية لتخزين الطاقة على مستوى الشبكة من خلال الحوافز الحكومية وتمويلات القطاع الخاص. ويهدف برنامج "التحدي الكبير لتخزين الطاقة" التابع لوزارة الطاقة الأمريكية إلى تطوير ونشر مجموعة من تقنيات التخزين لتحديث الشبكة. إضافةً إلى ذلك، تُبرم شركات المرافق شراكات مع مُزودي التقنيات والمستثمرين لتمويل مشاريع تخزين واسعة النطاق، مما يُشير إلى سلسلة قوية من عمليات النشر المستقبلية.

تطبيقات تخزين الطاقة التجارية والصناعية

يُحدث تخزين الطاقة تحولاً في القطاعين التجاري والصناعي، إذ يُتيح للشركات تحكماً أكبر في استخدام الطاقة وتكاليفها. وتُعدّ أنظمة تخزين الطاقة في القطاعين التجاري والصناعي أدوات متعددة الاستخدامات، بدءاً من إدارة تكاليف الطلب ووصولاً إلى إمدادات الطاقة الاحتياطية، تُعزز الكفاءة التشغيلية والمرونة. وفي أمريكا الشمالية، تُسهم استراتيجيات سوقية مُتنوعة في اعتماد حلول التخزين في هذين القطاعين.

من أهم تطبيقات تخزين الطاقة في قطاع الصناعات التحويلية إدارة رسوم الطلب. تتحمل العديد من الشركات رسوم طلب مرتفعة بناءً على استهلاكها للكهرباء في أوقات الذروة خلال فترات الفوترة. يمكن لأنظمة تخزين الطاقة أن تُخفف من هذه الرسوم من خلال تفريغ الطاقة المُخزنة خلال أوقات ذروة الطلب، مما يُقلل الطلب الإجمالي على الشبكة. هذا لا يُخفض فواتير الطاقة فحسب، بل يُساعد أيضًا في تخفيف ازدحام الشبكة.

تُعدّ الطاقة الاحتياطية تطبيقًا بالغ الأهمية. فبالنسبة للشركات، مثل مراكز البيانات والمستشفيات ومنشآت التصنيع، يُعدّ توفير الطاقة دون انقطاع أمرًا بالغ الأهمية. تُوفّر أنظمة تخزين الطاقة مصدرًا موثوقًا للطاقة الاحتياطية أثناء انقطاع التيار الكهربائي أو اضطرابات الشبكة، مما يضمن استمرارية العمليات. وتُقدّم أنظمة تخزين طاقة البطاريات (BESS)، على وجه الخصوص، حلولًا احتياطية سريعة وفعّالة مقارنةً بمولدات الديزل التقليدية.

يُمكّن تخزين الطاقة أيضًا المنشآت التجارية والصناعية من المشاركة في برامج الاستجابة للطلب. تُحفّز هذه البرامج الشركات على تقليل استهلاكها للطاقة أو تعديله خلال فترات ذروة الطلب. ومن خلال دمج أنظمة التخزين، تستطيع الشركات الاستجابة بسرعة لإشارات الاستجابة للطلب، مما يُحقق عوائد مالية ويُسهم في الوقت نفسه في استقرار الشبكة.

علاوة على ذلك، يدعم تخزين الطاقة دمج الطاقة المتجددة في تطبيقات الصناعة والتجارة. يمكن للألواح الشمسية أو توربينات الرياح في الموقع توليد الكهرباء للاستهلاك الذاتي، إلا أن الطبيعة المتقطعة للطاقة المتجددة تتطلب التخزين لتحقيق التوازن بين العرض والطلب. من خلال تخزين فائض الطاقة المُولّدة خلال الفترات المشمسة أو العاصفة، يمكن للشركات ضمان إمداد ثابت بالطاقة حتى عندما يكون توليد الطاقة المتجددة منخفضًا.

تُسهّل نماذج وشراكات مالية متنوعة اعتماد حلول تخزين الطاقة في قطاعات الصناعة والتجارة. تُمكّن العقود القائمة على الأداء، مثل عقود الطاقة كخدمة (EaaS)، الشركات من نشر أنظمة التخزين بأقل تكاليف أولية. في هذه النماذج، يقوم مُزوّدو خدمات خارجيون بتصميم الأنظمة وتركيبها وصيانتها، بينما تدفع الشركات تكاليف خدمات تخزين الطاقة بناءً على مقاييس الاستخدام والأداء. يُخفّف هذا العبء المالي على الشركات ويُسرّع نشر حلول التخزين.

تلعب التشريعات والحوافز دورًا أيضًا في تعزيز اعتماد تخزين الطاقة في القطاعين التجاري والصناعي. على سبيل المثال، يُقدم برنامج الائتمان الضريبي للاستثمار (ITC) في الولايات المتحدة الأمريكية إعفاءً ضريبيًا للشركات التي تستثمر في أنظمة الطاقة المتجددة والتخزين. كما تُعزز الحوافز والمنح على مستوى الولايات الجدوى المالية لاستثمارات التخزين في التطبيقات التجارية والصناعية.

حلول تخزين الطاقة السكنية

تكتسب حلول تخزين الطاقة السكنية زخمًا متزايدًا مع سعي أصحاب المنازل إلى تعزيز استقلاليتهم في استهلاك الطاقة، وخفض التكاليف، وزيادة استخدام مصادر الطاقة المتجددة. يُمكّن دمج أنظمة التخزين مع الألواح الشمسية السكنية أو غيرها من مصادر الطاقة الموزعة (DERs) المنازل من تخزين الطاقة الزائدة واستخدامها عند الحاجة، مما يوفر فوائد متعددة.

من أهم فوائد تخزين الطاقة السكنية زيادة الاكتفاء الذاتي من الطاقة. فبتخزين فائض الطاقة المُولّدة من الألواح الشمسية على الأسطح، يُمكن لأصحاب المنازل تقليل اعتمادهم على الشبكة وضمان إمداد ثابت بالكهرباء حتى في فترات انخفاض إنتاج الطاقة الشمسية. ويُعد هذا الأمر بالغ الأهمية خاصةً في المناطق المُعرّضة لانقطاعات الشبكة أو حيث تكون أسعار المرافق مرتفعة.

يُعدّ توفير التكاليف دافعًا هامًا آخر لاعتماد تخزين الطاقة في المنازل. فمع نظام تسعير وقت الاستخدام (TOU)، تختلف أسعار الكهرباء حسب الوقت من اليوم، مع ارتفاعها خلال فترات ذروة الطلب. تتيح أنظمة تخزين الطاقة لأصحاب المنازل تخزين الطاقة خارج أوقات الذروة عندما تكون الأسعار منخفضة، واستخدامها خلال أوقات الذروة، مما يُخفّض تكاليف الطاقة الإجمالية. بالإضافة إلى ذلك، يُساعد تخزين الطاقة أصحاب المنازل على تجنب رسوم ذروة الطلب، مما يُعزز التوفير بشكل أكبر.

تُعد مرونة الطاقة أمرًا بالغ الأهمية للعديد من مالكي المنازل. فالكوارث الطبيعية، وانقطاعات الشبكة، والاضطرابات الناجمة عن الطقس قد تُؤدي إلى انقطاع الكهرباء عن المنازل لفترات طويلة. تُوفر أنظمة تخزين الطاقة السكنية مصدر طاقة احتياطيًا موثوقًا، مما يضمن استمرار عمل الأجهزة والأنظمة الأساسية أثناء الانقطاعات. وتُعد راحة البال هذه بالغة الأهمية للأسر التي تضم أفرادًا مُعرَّضين للخطر أو تلك التي تعيش في مناطق تعاني من انقطاعات متكررة للتيار الكهربائي.

يساهم تزايد شعبية المركبات الكهربائية أيضًا في اعتماد تخزين الطاقة في المنازل. يقوم العديد من مالكي المنازل بتركيب أنظمة تخزين تُكمّل شواحن مركباتهم الكهربائية، مما يُمكّنهم من شحن مركباتهم باستخدام الطاقة الشمسية المُخزّنة. هذا لا يُخفّض تكاليف الكهرباء فحسب، بل يتماشى أيضًا مع أهداف الاستدامة من خلال تعظيم استخدام الطاقة النظيفة.

تتوفر تقنيات متنوعة لتخزين الطاقة المنزلية، وتُعد بطاريات الليثيوم أيون الأكثر شيوعًا. تتميز منتجات مثل Tesla Powerwall وLG Chem RESU وSonnen ecoLinx بكثافة طاقة عالية وموثوقية عالية وسهولة في التركيب. غالبًا ما تُدمج هذه الأنظمة مع منصات إدارة الطاقة وتقنيات المنازل الذكية، مما يسمح لأصحاب المنازل بمراقبة استهلاكهم للطاقة وتحسينه من خلال تطبيقات الهاتف المحمول وواجهات الويب.

تُعدّ الحوافز ودعم السياسات أمرًا بالغ الأهمية لتحفيز تبني تخزين الطاقة في المنازل. وتساعد حوافز مثل الإعفاء الضريبي الفيدرالي للاستثمار في الطاقة الشمسية (ITC) والخصومات على مستوى الولايات في تعويض تكاليف الاستثمار الأولية. كما تُعزز سياسات صافي القياس، التي تُعوّض أصحاب المنازل عن فائض الطاقة الشمسية المُعاد ضخها في الشبكة، من الجاذبية المالية لحلول تخزين الطاقة في المنازل.

التأثيرات التنظيمية والسياسية على تخزين الطاقة

تؤثر الأطر التنظيمية والسياسية بشكل كبير على تطوير حلول تخزين الطاقة واعتمادها في أمريكا الشمالية. بدءًا من التشريعات الفيدرالية ووصولًا إلى المبادرات على مستوى الولايات، تُشكل سياسات متنوعة مشهد السوق وتُعزز الابتكار في تقنيات التخزين.

على المستوى الفيدرالي، تلعب هيئة تنظيم الطاقة الفيدرالية (FERC) دورًا محوريًا في دمج تخزين الطاقة في أسواق الكهرباء بالجملة. يُلزم الأمر رقم 841 الصادر عن الهيئة عام 2018، منظمات النقل الإقليمية (RTOs) ومشغلي الأنظمة المستقلين (ISOs)، بإزالة العوائق أمام مشاركة تخزين الطاقة في أسواق الجملة. يضمن هذا الأمر الرائد تعويض موارد التخزين بشكل عادل عن الخدمات التي تقدمها، مثل تحكيم الطاقة، وتنظيم الترددات، والسعة.

من المبادرات الفيدرالية المهمة الأخرى مبادرة "التحدي الكبير لتخزين الطاقة"، التي أطلقتها وزارة الطاقة الأمريكية. يهدف هذا البرنامج إلى تسريع تطوير تقنيات تخزين الطاقة المتقدمة وتسويقها ونشرها. ويركز على خمسة مجالات: تطوير التكنولوجيا، والتصنيع وسلسلة التوريد، ونقل التكنولوجيا، والسياسات والتقييم، وتنمية القوى العاملة. ومن خلال معالجة هذه التحديات الرئيسية، تهدف وزارة الطاقة إلى ترسيخ مكانة الولايات المتحدة كدولة رائدة عالميًا في مجال ابتكارات تخزين الطاقة.

تُعدّ سياسات الولايات وبرامج الحوافز دافعًا أساسيًا لاعتماد تخزين الطاقة. وتُعدّ كاليفورنيا رائدة في هذا المجال، حيث تُلزم سياساتٌ مثل مشروع قانون الجمعية رقم 2514 شركات المرافق العامة بتحديد أهدافٍ لشراء تخزين الطاقة. وقد حددت لجنة المرافق العامة في كاليفورنيا (CPUC) هدفًا يتمثل في تخزين 1325 ميجاوات من الطاقة بحلول عام 2024، مما حفّز استثماراتٍ كبيرة في مشاريع التخزين. إضافةً إلى ذلك، تُقدّم برامج الحوافز، مثل برنامج حوافز التوليد الذاتي (SGIP)، دعمًا ماليًا لمنشآت التخزين السكنية والتجارية والصناعية.

ولاية نيويورك لاعب رئيسي آخر في سوق تخزين الطاقة، بأهداف طموحة وسياسات داعمة. تقدم هيئة أبحاث وتطوير الطاقة في ولاية نيويورك (NYSERDA) حوافز لمشاريع التخزين من خلال برنامج حوافز تخزين الطاقة بالتجزئة وبرنامج حوافز التخزين بالجملة. كما يعزز معيار الطاقة النظيفة في نيويورك ومبادرة "إصلاح رؤية الطاقة" (REV) دمج التخزين في محفظة الطاقة النظيفة في الولاية.

تُطبّق ولايات أخرى، مثل ماساتشوستس ونيوجيرسي وأريزونا، قوانينَ تخزين الطاقة وبرامجَ تحفيزية. تُهيئ هذه السياسات على مستوى الولايات بيئةً مواتيةً لنشر حلول التخزين، مما يُحفّز نموّ السوق والابتكار.

بالإضافة إلى السياسات الفيدرالية والولائية، تلعب اللوائح المحلية وبرامج المرافق دورًا في تشكيل مشهد تخزين الطاقة. على سبيل المثال، قد تُقدم المرافق أسعارًا تعتمد على وقت الاستخدام، وبرامج استجابة للطلب، ومبادرات لتحديث الشبكة تُحفز اعتماد حلول التخزين. يُعد التعاون بين المرافق والهيئات التنظيمية وأصحاب المصلحة في القطاع أمرًا بالغ الأهمية لوضع سياسات متماسكة تُعزز فوائد تخزين الطاقة.

مع استمرار تطور المشهد التنظيمي والسياسي، سيكون من الضروري مواجهة تحديات مثل معايير الربط الكهربائي، ومنهجيات التقييم، وقواعد المشاركة في السوق. وسيكون ضمان دمج تخزين الطاقة بشكل كامل في الشبكة، وتعويضه عن خدماته المتنوعة، عاملاً أساسياً لإطلاق العنان لكامل إمكاناتها.

في الختام، يشهد سوق تخزين الطاقة في أمريكا الشمالية نموًا ديناميكيًا، مدفوعًا بتضافر التطورات التكنولوجية والدعم التنظيمي وطلب السوق. تُعزز حلول التخزين على مستوى الشبكة موثوقية أنظمة الطاقة، بينما تُتيح التطبيقات التجارية والصناعية والسكنية للشركات وأصحاب المنازل تحكمًا أكبر في استخدامهم للطاقة وتكاليفها. وتُعدّ الحوافز والسياسات الحكومية بالغة الأهمية في تعزيز الابتكار وتسريع نشر تقنيات التخزين.

مع تقدمنا، سيكون التعاون المستمر بين أصحاب المصلحة في القطاع وصانعي السياسات ومقدمي التكنولوجيا أمرًا بالغ الأهمية لمواجهة التحديات وتحقيق الإمكانات الكاملة لتخزين الطاقة. ومن خلال فهم استراتيجيات السوق المختلفة والاستفادة منها، يمكن لأمريكا الشمالية تحقيق مستقبل طاقة أكثر مرونة وكفاءة واستدامة.