في موقع بناء مدينة نيوم الذكية في المملكة العربية السعودية ، يتم اختبار نظامين لتخزين الطاقة إلى الحد الأقصى في الهواء الحارق البالغ 50 درجة مئوية: أحدهما عبارة عن حزمة بطارية الليثيوم من Tesla والآخر هو جهاز تخزين طاقة الهيدروجين من Siemens Energy. لا تتعلق هذه المواجهة بالأداء التقني فحسب ، بل تعكس أيضا تباين مسارات التحول العالمي في مجال الطاقة. نظرا لأن السعة الكهروضوئية المركبة في المناطق الصحراوية حول العالم تتجاوز 250 جيجاوات (بيانات 2023) ، فقد أصبح تحمل درجات الحرارة العالية لأنظمة تخزين الطاقة هو المفتاح لتحديد كفاءة استهلاك الكهرباء الخضراء. تهيمن بطاريات الليثيوم على سوق تخزين الطاقة على المدى القصير لمدة تقل عن 4 ساعات بكفاءة دورة تبلغ 90٪ ، بينما يستهدف تخزين طاقة الهيدروجين الطلب طويل الأجل لأكثر من 100 ساعة مع سعة تخزين عبر الموسم. عندما تتجاوز درجات الحرارة المحيطة 45 درجة مئوية ، كيف ستتعامل هاتان التقنيتان مع تدهور الكفاءة ومخاطر السلامة؟ في اتساع الصحراء الكبرى وجوبي والصحراء العربية ، من سيفوز بسباق التحمل الحراري هذا؟
1. جوهر التكنولوجيا: الفرق الأساسي بين الكيمياء الكهربائية والطاقة الجزيئية1.1 مقارنة بين مبادئ تخزين الطاقة
بطارية الليثيوم: بناء على تفاعل الإقحام / الإزالة لأيونات الليثيوم بين الأقطاب الموجبة والسالبة (LiCoO₂ ↔ Li₁₋ₓCoO₂ + Li⁺)
ناقل الطاقة: هجرة الإلكترون (كثافة الطاقة 150-300 واط / كجم)
الكفاءة النموذجية: 85-95٪ (دورة الشحن / التفريغ)
تخزين طاقة الهيدروجين: إنتاج الهيدروجين عن طريق التحليل الكهربائي للماء (2H₂O → 2H₂ + O₂) ، ثم توليد
طاقة خلايا الوقود ناقل الطاقة: جزيء الهيدروجين (كثافة الطاقة الكتلية 33.6 كيلو واط ساعة / كجم ، ولكن كثافة طاقة منخفضة الحجم)
الكفاءة النموذجية: 35-45٪ (التحليل الكهربائي + سلسلة توليد الطاقة)
1.2 آلية القدرة على التكيف مع درجات الحرارة العالية
| البارامتر | بطارية ليثيوم (NMC ثلاثي) | أنظمة تخزين طاقة الهيدروجين |
| درجة حرارة التشغيل المثلى | 15-35 درجة مئوية | المحلل الكهربائي: 60-80 درجة مئوية خلية الوقود: 60-90 درجة مئوية |
| آليات الفشل في درجات الحرارة العالية | انكماش الحجاب الحاجز → ماس كهربائى داخلي ، تحلل غشاء SEI → الهروب الحراري |
PEM المحلل الكهربائي غشاء البروتون محفز التلبيد |
| تدهور الأداء 45 درجة مئوية | يتم تقليل دورة الحياة بنسبة 40٪ ومعدل اضمحلال السعة ×3 |
انخفضت كفاءة التحليل الكهربائي بنسبة 15٪ وزاد ضغط خزان تخزين الهيدروجين بنسبة 20٪ |
2. مواجهة الأداء في سيناريوهات الصحراء2.1 البيانات المقاسة في دبي ، الإمارات العربية المتحدة (2023)
| مشروع | تسلا ميجاباك 2XL | سيمنز سيليزر 300 |
| درجة الحرارة المحيطة أثناء النهار | 48 درجة مئوية (الذروة 52 درجة مئوية) | 48 درجة مئوية (الذروة 52 درجة مئوية) |
| كفاءة النظام | 82٪ → 67٪ (25٪ من استهلاك الطاقة التي يتم التحكم في درجة حرارتها) | 41٪ → 36٪ (زيادة بنسبة 30٪ في استهلاك مياه التبريد) |
| معدل الاضمحلال اليومي | 0.15٪ (0.05٪ في الظروف العادية) | لا تدفن السعة |
| الحوادث الأمنية | 2 إنذارات حرارية تؤدي إلى إغلاق قسري | يتجاوز ضغط خزان تخزين الهيدروجين المعيار والإنذار 1 مرة |
2.2 مقارنة اقتصادية (نظام 100 ميجاوات / 400 ميجاوات ساعة)
| فهرس | بطارية ليثيوم | تخزين طاقة الهيدروجين |
| الاستثمار الأولي | 280 مليون دولار أمريكي (بما في ذلك ترقيات نظام التبريد السائل) | 450 مليون دولار أمريكي (بما في ذلك مرافق تخزين الهيدروجين في كهف الملح تحت الأرض) |
| تسوية تكلفة التكلفة (LCOS) | 132 دولارا / ميجاوات ساعة (عمر 10 سنوات) | 89 دولارا / ميجاوات ساعة (عمر 30 عاما) |
| نسبة تكاليف التشغيل والصيانة | 12٪ (60٪ من استهلاك الطاقة لنظام التحكم في درجة الحرارة) | 8٪ (45٪ استهلاك طاقة الضاغط) |
3. هيكل السوق العالمي: تفضيلات التكنولوجيا الإقليمية3.1 توزيع أنواع السعة المركبة لتخزين الطاقة في عام 2023
| قطر | نسبة بطاريات الليثيوم | نسبة تخزين طاقة الهيدروجين | تقنيات أخرى | خصائص التثبيت في المناطق ذات درجات الحرارة العالية |
| الصين | 92% | 3% | 5% | يعد مشروع Northwest Desert إلزاميا لدعم تخزين طاقة بطارية الليثيوم لمدة 4 ساعات |
| الاتحاد الأوروبي | 78% | 15% | 7% | تتطلب دول جنوب أوروبا حصة تخزين الطاقة على المدى الطويل بنسبة 10٪ (>100 ساعة) |
| الولايات المتحدة الأمريكية | 85% | 8% | 7% | محطة توليد الكهرباء الصحراوية في كاليفورنيا لتخزين طاقة الهيدروجين التجريبية + إنتاج الهيدروجين الكهروضوئي |
| الشرق الأوسط | 65% | 28% | 7% | مدينة نيوم الجديدة في المملكة العربية السعودية تخطط لتكنولوجيا الهيدروجين بنسبة 50٪ لتخزين الطاقة |
| اليابان وكوريا الجنوبية | 89% | 5% | 6% | هناك عدد قليل من التطبيقات المحلية ، وينصب التركيز الرئيسي على صادرات التكنولوجيا |
3.2 إقليمية فنية مسارات فروق
الصين:
بطاريات الليثيوم: CATL تطلق بطاريات LFP عالية الحرارة (دورة حياة 45 درجة مئوية 6,000 مرة)
تخزين طاقة الهيدروجين: يكمل مشروع إنتاج الهيدروجين الكهروضوئي Qinghai 20MW (ضغط تخزين الهيدروجين 70 ميجا باسكال)
أوروبا:
بطاريات الليثيوم أيون: نورث فولت تطور بطاريات الحالة الصلبة (الإنتاج الضخم بدرجة حرارة عالية في عام 2025)
تخزين طاقة الهيدروجين: thyssenkrupp تطلق برنامج المحلل الكهربائي بقدرة 100 ميجاوات (يتكيف مع المناخات الصحراوية)
الشرق الأوسط:
بطارية الليثيوم: تسلا تنشر 1.2 جيجاوات ساعة ميجاباك (مع نظام تبريد غمر سائل) في دبيتخزين
طاقة الهيدروجين: مشروع أكوا باور في البحر الأحمر يخزن 650 طنا من الهيدروجين (كهوف ملحية تحت الأرض)
رابعا ، اختراق تكنولوجيا القدرة على التكيف مع درجات الحرارة العالية4.1 ابتكار بطارية الليثيوم ذات درجة الحرارة العالية
نظام المواد:
الكاثود: مادة غنية بالليثيوم قائمة على المنغنيز (Li₁.₂Mn₀.₆Ni₀.₂O₂) ترفع درجة حرارة الهروب الحراري إلى 280 درجة
مئوية المنحل بالكهرباء: تعمل مادة الفلوروكربونات المضافة (FEC) على تحسين استقرار فيلم SEI بمقدار 3 مرات عند 45 درجة مئوية
الإدارة الحرارية:
التبريد بالغمر: نظام تبريد المواد المتغيرة الطور الذي طورته KULR ل SpaceX في الولايات المتحدة يجعل فرق درجة حرارة حزمة البطارية < 2 درجة مئوية
4.2 مخطط تحسين درجات الحرارة العالية لتخزين طاقة الهيدروجين
المحلل الكهربائي:
غشاء الأنيون: تقوم شركة الطاقة الهيدروجينية البلجيكية Agfa بتطوير غشاء من نوع APEM ، وزيادة موصلية البروتون عند 80 درجة مئوية بنسبة 40٪ محفز المعادن غير الثمينة:
يقلل محفز Toray Fe-N-C الياباني من تكلفة المحلل الكهربائي PEM بنسبة 30٪
تكنولوجيا التخزين والنقل:
تخزين الهيدروجين العضوي السائل (LOHC): تتمتع شركة Hydrogenious في ألمانيا بكفاءة إطلاق الهيدروجين بنسبة 98٪ عند 50 درجة مئوية تخزين الهيدروجين تحت الأرض: يستخدم مشروع دلتا في ولاية يوتا بالولايات المتحدة الأمريكية كهوف
الملح لتخزين 3,000 طن من الهيدروجين (درجة حرارة ثابتة عند 40 درجة مئوية)
خامسا: بعد المنافسة المستقبلية5.1 منحنى انخفاض التكلفة (توقعات 2030)
| التقنية | تكلفة استثمار الوحدة | LCOS (منطقة الصحراء) | معدل توهين درجة حرارة عالية |
| بطارية ليثيوم | 80 / كيلو واط ساعة → 80 / كيلو واط ساعة → 50 / كيلو واط ساعة | 95 دولارا / ميجاوات في الساعة | <10٪ (45 درجة مئوية) |
| تخزين طاقة الهيدروجين | 800 / كيلو واط → 800 / كيلو واط → 400 / كيلو واط | 65 دولارا / ميجاوات في الساعة | فقدان الكفاءة<5٪ |
5.2 الاتجاهات في التقارب التكنولوجي
النظام الهجين: يستخدم مخطط "اقتران الليثيوم والهيدروجين" لمجمع محمد بن راشد للطاقة الكهروضوئية في دبي بطاريات الليثيوم لتهدئة التقلبات أثناء النهار وطاقة الهيدروجين للتنظيم عبر النهار في الليل
ثورة المواد: جامعة الملك عبدالله للعلوم والتقنية في المملكة العربية السعودية تطور غشاء بروتون مقوى بالجرافين لزيادة كفاءة المحلل الكهربائي PEM إلى 75٪ عند 50 درجة مئوية
لا يوجد فائز واحد في ساحة المعركة الحرارية
علاوة على الرمال الصفراء الساخنة ، فإن المنافسة بين بطاريات الليثيوم وتخزين طاقة الهيدروجين هي في الأساس لعبة مزدوجة من حيث النطاق الزمني والبعد الفضائي.
عندما تحتاج محطات الطاقة الكهروضوئية إلى تعديل تردد الاستجابة الفوري خلال النهار ، لا تزال خلايا LFP المزودة بأنظمة تبريد سائل هي الخيار الأول ؛
وعندما يحل الليل وتحتاج الكهرباء الزائدة إلى التخزين لأسابيع ، تظهر جزيئات الهيدروجين في كهوف الملح تحت الأرض ميزة لا يمكن الاستغناء عنها.
مع مزايا التكسير لسلسلة صناعة بطاريات الليثيوم ، تحول الصين الصحراء الشمالية الغربية إلى أكبر "أرض اختبار بطاريات تخزين الطاقة" في العالم. تحاول أوروبا ، من خلال مشروع HyDeal ، إضاءة الصناعات المحلية بالهيدروجين من صحراء شمال إفريقيا. تراهن ممالك النفط في الشرق الأوسط على نهج مزدوج لهذه الثورة التكنولوجية.
في العقد المقبل ، مع نضج التقنيات التخريبية مثل الأنظمة المتكاملة لطاقة البيروفسكايت والهيدروجين وبطاريات الليثيوم المعدنية ذات الحالة الصلبة ، قد يدخل تخزين الطاقة الصحراوية حقبة جديدة من التآزر بين "بطارية الليثيوم على مستوى الساعة + تخزين الهيدروجين عبر المواسم". الشيء الوحيد المؤكد هو أنه في بيئة قاسية تبلغ 50 درجة مئوية ، لا يمكن لأي تقنية واحدة أن تحتكر هذه الثورة في تخزين الطاقة.
أحدث التطورات
الجهة المنظمة: جمعية صناعة تخزين الطاقة في جيانغسو
الجهة المنظمة: اتحاد عموم الصين للصناعة والتجارة غرفة تجارة الطاقة الجديدة، المعهد العام لتصميم وتخطيط الطاقة الكهربائية
بدعم من: لجنة التنمية والإصلاح في مقاطعة جيانغسو (مكتب الطاقة)، وإدارة الصناعة وتكنولوجيا المعلومات في مقاطعة جيانغسو، وإدارة التجارة في مقاطعة جيانغسو، وشركة جيانغسو للطاقة الكهربائية التابعة لشبكة الدولة جيانغسو للطاقة الكهربائية.
الداعمون الدوليون: وزارة الطاقة والمناجم في لاوس، والمجلس الوطني الفيتنامي لتعزيز التجارة الدولية، والرابطة الصينية الأسترالية للتجارة الحرة، والرابطة الأوروبية لصناعة تخزين الطاقة
وحدة الدعم الخاصة: رابطة بحوث منظمة التجارة العالمية الصينية
المتعهد: شركة جينون الدولية لخدمات المعارض (جيانغسو) المحدودة، شركة دونغاو لانشينغ إكزيبيشنغ غروب المحدودة.
