الطاقة
آبار النفط المعاد توظيفها: أفق جديد في تخزين الطاقة الخضراء
أضف Securities.io إلى مصادرك المفضلة على Google
متوسط درجة حرارة السطح العالمية بالفعل حوالي 1.2 درجة مئوية فوق مستويات ما قبل الصناعة، مما يسبب أحداث طقس متطرفة تشكل خطرًا على البشر والحيوانات والبنية التحتية.
قطاع الطاقة هو أحد المحركات الرئيسية للتلوث والاحترار العالمي، حيث أن احتراق الوقود الأحفوري هو المصدر الرئيسي لانبعاثات غازات الدفيئة (GHG) والملوثات الهوائية. وقد أدى ذلك إلى حركة التحول الطاقي، التي تمثل الانتقال من الوقود الأحفوري إلى مصادر الطاقة المتجددة مثل الرياح والطاقة الشمسية.
يتسارع التحول إلى الطاقة المتجددة بوتيرة قوية بهدف إنشاء نظام طاقة خالٍ من الكربون بحلول عام 2050.
صعود الطاقة المتجددة – ولكن مع عقبة
شهدت قدرة الطاقة المتجددة زيادة هائلة في عام 2024، لتصل إلى 4,448 جيجاواط (GW)، وفقًا للالوكالة الدولية للطاقة المتجددة (IRENA).
إضافة 585 جيجاواط العام الماضي تمثل في الواقع 92.5٪ من إجمالي توسع السعة ومعدلًا قياسيًا (15.1٪) للنمو السنوي.
«النمو المستمر للطاقة المتجددة الذي نشهده كل عام هو دليل على أن الطاقة المتجددة قابلة اقتصاديًا وسهلة النشر. كل عام تحطم سجلات التوسع الخاصة بها، لكننا نواجه أيضًا نفس التحديات المتعلقة بالفوارق الإقليمية الكبيرة والساعة التي تدق مع اقتراب موعد 2030.»
– فرانشيسكو لا كاميرا، المدير العام للوكالة الدولية للطاقة المتجددة
من بين أنواع الطاقة المتجددة، شهدت الطاقة الشمسية أعلى توسع في السعة بنسبة 32.2٪، لتصل إلى 1,865 جيجاواط. وفي ذلك، ارتفعت الطاقة الشمسية الكهروضوئية بمقدار 451.9 جيجاواط العام الماضي، حيث أضافت الصين وحدها 278 جيجاواط إلى إجمالي التوسع، تلتها الهند بـ 24.5 جيجاواط.
تلت الطاقة الشمسية الطاقة الريحية، التي نمت بنسبة 11.1٪، رغم أن التوسع انخفض قليلًا ليصل إلى سعة 1,133 جيجاواط. وكان هذا التوسع مهيمنًا من قبل الصين والولايات المتحدة.
وصلت سعة الطاقة الكهرومائية، باستثناء الطاقة الكهرومائية المخزنة بالمضخات، إلى 1,283 جيجاواط، مرة أخرى بقيادة الصين. كما ارتفعت الطاقة الحيوية بمقدار 4.6 جيجاواط، حيث أضافت كل من الصين وفرنسا 1.3 جيجاواط لكل منهما. وتصدرت نيوزيلندا توسع الطاقة الحرارية الأرضية، التي ارتفعت بمقدار 0.4 جيجاواط إجمالاً.
في حين أن مصادر الطاقة المتجددة توفر طريقة واعدة لتقدم التحول الطاقي، فإن الطاقة الخضراء مثل الرياح والطاقة الشمسية متقطعة بطبيعتها. وهذا يتطلب طرقًا أفضل لتخزين الطاقة للاستخدام لاحقًا.
كحل، اقترح باحثون في جامعة بن ستيت إعادة توظيف آبار النفط والغاز المستنفدة لتخزين الطاقة بالهواء المضغوط المدعوم بالحرارة الجوفية (GA-CAES)، مما قد يعزز كفاءة أنظمة تخزين الطاقة بنسبة 9.5٪.
«المشكلة هي أنه في بعض الأحيان عندما نحتاج إلى الطاقة، لا تكون هناك شمس أو لا يكون هناك رياح. هذا عائق كبير أمام التوسع الإضافي لمعظم الطاقة المتجددة المتاحة لنا. لذلك من المهم جدًا أن يكون لدينا سعة تخزين تدعم الشبكة.»
حل تخزين الطاقة على نطاق واسع وطويل الأمد
تخزين الطاقة هو المفتاح لنظام طاقة مستقر وموثوق ومستدام. من خلال التقاط الطاقة المنتجة للاستخدام لاحقًا، يتيح دمج مصادر الطاقة المتجددة المتقطعة، ويحسن استقرار الشبكة، ويعظم الاستفادة من طاقة الرياح والطاقة الشمسية. كما يقلل من الاعتماد على الوقود الأحفوري، وبالتالي يقلل من انبعاثات غازات الدفيئة.
هذا ليس كل شيء. يعزز تخزين الطاقة مرونة الطاقة خلال الأحداث الجوية المتطرفة ويدعم كهربة قطاع النقل. كما أنه أساسي في توسيع الوصول إلى الطاقة في المناطق النائية وخلق فرص اقتصادية.
لذلك، يُعد تخزين الطاقة أمرًا حيويًا لتحقيق مستقبل طاقة مستدام ونظيف. الآن، هناك طرق مختلفة لتخزين الطاقة، وتُعد تقنية تخزين الطاقة بالهواء المضغوط (CAES) واحدة منها.
تقنية CAES، كما يشير الاسم، هي تقنية تضغط الهواء وتخزنه. تعمل عندما يكون الطلب على الكهرباء منخفضًا، يتم استخدام الطاقة الفائضة لضغط الهواء ثم تخزينه في خزانات أو تحت الأرض. وعندما يكون الطلب مرتفعًا، يُطلق الهواء المضغوط لتشغيل توربين وتوليد الكهرباء.
تمت دراسة التقنية بجدية وتوفر تجاريًا لأكثر من نصف قرن الآن، بفضل قدرتها على تخزين كميات كبيرة من الطاقة لفترات طويلة.
بالإضافة إلى توفير تخزين على نطاق واسع وطويل الأمد، يمكن توسيع أنظمة CAES بسهولة لتلبية احتياجات تخزين الطاقة المختلفة. كما أنها تستخدم هواءً نظيفًا ومتوافرًا، مما يجعلها تقنية تخزين طاقة خضراء. نتيجة لذلك، تجذب CAES اهتمامًا متزايدًا من المستثمرين والمرافق والحكومات.
بالطبع، هناك عيوب من حيث انخفاض كفاءة الدورة الكاملة، وبطء زمن الاستجابة، وارتفاع تكلفة رأس المال. نتيجة لذلك، يركز البحث في هذا المجال على تحسين كفاءة وتكلفة أنظمة CAES.
تركز أحدث الأبحاث، المدعومة من وزارة الطاقة الأمريكية، على زيادة الكفاءة الاقتصادية لتقنية CAES.
نهج جديد لتخزين الطاقة الخضراء
طرق تخزين الطاقة على نطاق واسع مثل CAES تجذب الكثير من الانتباه لتحقيق توازن أفضل بين العرض والطلب على الطاقة.
على مدار العقود القليلة الماضية، نمت تقنيات CAES بشكل كبير وتم بناء عدة منشآت CAES. على سبيل المثال، مشاريع مركز طاقة بيتيل (324 ميجاواط) ومصنع ماكلنطوش CAES (110 ميجاواط) في الولايات المتحدة.
مع ذلك، معظم محطات CAES الحالية هي دياباتية، وفقًا للدراسة الجديدة، المنشورة في مجلة تخزين الطاقة.
هذا يعني أنها تفقد الحرارة أثناء الضغط ولا يوجد خيار لإعادة استخدامها. علاوة على ذلك، يؤدي استخدام الوقود الأحفوري لتوسيع الهواء إلى انبعاثات إضافية من غازات الدفيئة وتقليل كفاءة النظام.
في حين أن تقنية A-CAES (تخزين الطاقة بالهواء المضغوط الأدياباتي) تحل هذه المشكلة عن طريق تخزين الحرارة المتولدة أثناء الضغط وإعادة استخدامها قبل التوسيع، إلا أن عددًا محدودًا من هذه المصانع التجريبية موجود بسبب استثماراتها الأولية الأعلى والحاجة إلى حاويات عالية الضغط بسعة حجمية كبيرة لتخزين الهواء بكفاءة عالية.
لذلك، بحثت الدراسة في جدوى دمج آبار النفط والغاز المهجورة (AOGWs) في تطوير CAES باستخدام نماذج مفاهيمية ورياضية وعددية لحل المشكلة.
وفقًا لـ وكالة حماية البيئة (EPA)، هناك ما يقدر بـ 3.9 مليون بئر مستنفد من هذا النوع، مما يوفر فرصة هائلة.
العدد المتزايد من الآبار اليتيمة عادةً ما يفتقر إلى الصيانة والمراقبة المناسبة، ويشكل خطرًا كبيرًا لتسرب غازات الدفيئة، وتلوث المياه الجوفية، وتلوث التربة.
لمعالجة هذه المشكلة، قامت الحكومة الأمريكية بجهود متعددة، بما في ذلك تخصيص 560 مليون دولار لـ 24 ولاية لسد، وتغطية، واستعادة هذه الآبار. كما خصص قانون الاستثمار في البنية التحتية والوظائف (IIJA) 4.75 مليار دولار لتصحيح ومراقبة هذه الآبار في جميع أنحاء البلاد.
ومع ذلك، رغم الجهود، لا تزال هذه الآبار اليتيمة تشكل تحديًا كبيرًا للحكومة. إن إعادة استخدام هذه الآبار كأصول للطاقة المتجددة ودمجها في التحول الطاقي يقدم حلاً قويًا لهذه المشكلة.
في النهاية، توفر هذه المساحات تحت الأرض عدة مزايا فريدة، مثل الاستقرار والعزل الطبيعي، مما يجعلها مثالية لمختلف تقنيات تخزين الطاقة. إن إعادة توظيفها ينعش المواقع المهجورة، ويقلل من البصمة الكربونية لإنتاج الطاقة، ويمكن حتى دمجها مع أنظمة طاقة أخرى.
تقترح الدراسة استخدام هذه الآبار المهجورة كحاويات CAES منخفضة التكلفة من خلال إغلاقها وتحويل هيكلها. كما تقترح استخدام الحرارة الجوفية لتسخين الهواء المخزن أكثر وزيادة ضغطه.
أُجريت البحث كجزء من مركز إعادة التوظيف للطاقة المتجددة بجامعة بن ستيت Repurposing Center for Energy Transition (ReCET)، الذي يهدف إلى إعادة توظيف البنية التحتية للطاقة الأحفورية القائمة لتطبيقات التحول الطاقي، خاصة في المجتمعات الطاقية التقليدية.
حل يربح الجميع لجميع أصحاب المصلحة
مع تكاليف بدء التشغيل التي تقيد التطوير التجاري لمصانع CAES، اقترح العلماء نظام تخزين الطاقة بالهواء المضغوط المدعوم بالحرارة الجوفية باستخدام آبار النفط والغاز المهجورة، والذي وجدوا أنه يمكن أن يحسن الكفاءة بنسبة 9.5٪.
هذا يعني أن كمية أكبر من الطاقة المخزنة فيها يمكن استردادها وتحويلها إلى كهرباء.
«هذا التحسن في الكفاءة يمكن أن يكون عاملًا محوريًا لتبرير اقتصاديات مشاريع تخزين الطاقة بالهواء المضغوط. بالإضافة إلى ذلك، يمكننا تجنب التكلفة الأولية بشكل كبير باستخدام آبار النفط والغاز القائمة التي لم تعد في الإنتاج. يمكن أن يكون هذا حلًا يربح الجميع.»
– طالقاني
إعادة استخدام هذه الآبار، التي فقدت جدواها الاقتصادية لإنتاج النفط أو الغاز، ستمكن المشغلين من الوصول إلى الحرارة الجوفية في تكوينات الصخور الساخنة تحت الأرض. سيقضي ذلك على تكاليف الحفر الأولية الثقيلة، مما قد يعزز أرباحهم، ويجعل التقنية أكثر جاذبية.
وفقًا للبحث، فإن إعادة توظيف المرافق القائمة يحسن الجدوى الاقتصادية، واستخدام الطاقة الجوفية من الخزان المحيط يزيد من كفاءة النظام بشكل أكبر.
ميزة أخرى لاستخدام هذه الآبار المسخنة هي أنها قد تخزن طاقة أكبر لأن ارتفاع درجة الحرارة يزيد من ضغط الهواء المضغوط. استخدم الفريق محاكاة نمذجة عددية لاكتشاف أن وضع أنظمة CAES في هذه الآبار اليتيمة يعزز بشكل كبير درجة حرارة الهواء في الأنظمة. وفقًا لطالقاني:
«بدون الاستفادة من إعداد الحرارة الجوفية، لا يمكنك الحصول على أرقام مشجعة كافية.»
علاوة على ذلك، «قد لا يبرر حفر آبار جديدة اقتصاديات هذا النوع من التخزين. ولكن من خلال الجمع بين هذين العاملين، ومن خلال الانتقال ذهابًا وإيابًا عبر النمذجة والمحاكاة، وجدنا أن هذا قد يكون حلاً جيدًا جدًا»، أضاف طالقاني.
إلى جانب مساعدة CAES في لعب دور رئيسي في التحول إلى الطاقة النظيفة من خلال معالجة مشكلة الطبيعة المتقطعة لمصادر الطاقة المتجددة، يمكن أن يساعد إعادة استخدام الآبار اليتيمة في تخفيف الأثر البيئي للآبار المستنفدة.
يمكن أن توفر إعادة التوظيف فرص عمل جديدة في المناطق التي لديها تقاليد صناعية طاقة غنية. بنسلفانيا مثال جيد، حيث يقدر عدد الآبار المهجورة بحوالي 300,000.
يمكن أن يتسبب الضرر لهذه الآبار أو السد غير الصحيح في تسرب الميثان إلى الغلاف الجوي والمياه الجوفية. لذا فإن اقتراح الباحثين لإعادة التوظيف هو «في الأساس ضرب عصفورين بحجر واحد».
«أولاً، نحن نسد هذه الآبار. هذا يوقف أي تسرب محتمل. ثم إذا كنا نعيد توظيف هذه الآبار لتخزين الطاقة، فإننا لا نزال نستخدم البنية التحتية الموجودة في هذه المجتمعات. يمكن أن يحافظ ذلك على فرص العمل في المنطقة ويسمح للمجتمعات بأن تكون جزءًا من مستقبل الطاقة.»
– طالقاني
فيما يتعلق بالتطبيق العملي لهذا النهج الذي قد يوفر طريقة فعالة من حيث التكلفة ومستدامة لتخزين الطاقة المتجددة باستخدام البنية التحتية القائمة، قد يبدأ التنفيذ خلال السنوات الخمس إلى السبع القادمة، رهناً بالمزيد من البحث والموافقات التنظيمية.
شركة مبتكرة
NextEra Energy, Inc.
شركة رائدة في مجال الطاقة النظيفة، تقع مقرات NextEra Energy (NEE ) في فلوريدا وتستثمر في توليد الطاقة المتجددة وحلول تخزين الطاقة المتقدمة، بما في ذلك تقنيات CAES.
تمتلك NextEra Energy شركة Florida Power & Light Company (FPL)، أكبر شركة كهرباء في أمريكا. توفر FPL كهرباء نظيفة، ميسورة، موثوقة لحوالي 12 مليون شخص في جميع أنحاء فلوريدا. في الشهر الماضي، قدمت FPL طلبًا لمدة أربع سنوات إلى لجنة الخدمات العامة بفلوريدا (PSC) لتحديد أسعار جديدة بمجرد انتهاء اتفاقية السعر الأساسي الحالية هذا العام.
وفقًا لـ الاقتراح، بدءًا من 2026 حتى 2029، سيكون فاتورة 1,000 كيلوواط-ساعة العادية للعميل السكني أقل بنحو 20٪ مقارنةً بما كانت عليه قبل عقدين من الزمن بعد تعديلها للتضخم. في الوقت نفسه، ستزداد فواتير العملاء من الشركات الصغيرة والمتوسطة بمعدل سنوي متوسط يتراوح بين 1٪ إلى 5٪.
عمل Next Energy في مجال الطاقة النظيفة — NextEra Energy Resources — هو أكبر مولد للطاقة المتجددة من الشمس والرياح، إلى جانب تخزين البطاريات. تولد الشركة أيضًا كهرباء نظيفة من محطاتها النووية التجارية. هناك إجمالي سبع وحدات من هذا النوع موزعة في نيوهامبشير، ويسكونسن، وفلوريدا.
فيما يتعلق بالبيانات المالية للشركة، تمتلك Next Energy قيمة سوقية تبلغ 143.4 مليار دولار، وقد أعلنت عن صافي الدخل وفقًا لمبادئ GAAP بمقدار 1.203 مليار دولار، أي 0.58 دولار للسهم، للربع الرابع من عام 2024 و0.53 دولار للسهم على أساس معدل.
NEE مخطط السعر
للسنة الكاملة 2024، كان صافي الدخل على أساس GAAP 6.946 مليار دولار، أي 3.37 دولار للسهم، وكانت الأرباح المعدلة 7.063 مليار دولار، أي 3.43 دولار للسهم، وهو زيادة تزيد عن 8٪ عن العام السابق.
«حققت NextEra Energy عامًا ممتازًا من التنفيذ في 2024»، قال الرئيس التنفيذي جون كيتشوم، مشيرًا إلى توليد المزيد من الكهرباء بالإضافة إلى الاستثمار أكثر في بنية الطاقة التحتية مقارنة بأي شركة أخرى في الولايات المتحدة.
في عام 2024، وضعت الشركة حوالي 8.7 جيجاواط من مشاريع الطاقة المتجددة والتخزين الجديدة قيد الخدمة. صرح الرئيس التنفيذي كيتشوم:
«مع الخبرة في كل جزء من سلسلة قيمة الطاقة، فإن NextEra Energy في موقع جيد للاستفادة من مجموعة الفرص التي تنتظرنا وزيادة الطلب على الطاقة الذي يحدث الآن في الولايات المتحدة.»
في وقت كتابة هذا، يتم تداول أسهم NEE عند 69.73 دولار، بانخفاض 2.73٪ منذ بداية العام. عائد الأرباح الموزعة الذي تدفعه الشركة جذاب إلى حد ما، رغم أنه 3.25٪.
في وقت سابق من هذا العام، أعلنت الشركة عن خططها لتوسيع توليدها للغاز الطبيعي والطاقة النووية لتلبية الطلب المتزايد على الكهرباء. كان ازدهار الذكاء الاصطناعي هو العامل الدافع الأكبر للزيادة الكبيرة في استهلاك الطاقة في الولايات المتحدة، إلى جانب زيادة كهربة الاقتصاد. وقد أدى ذلك إلى طلب محطات غاز جديدة وإعادة إحياء الاهتمام بالطاقة النووية.
لتلبية هذا الطلب، تعاونت NextEra Energy مع شركة GE Vernova (GEV ) ذات القيمة السوقية 87.65 مليار دولار (NYSE: GEV). وفقًا لـ GE Vernova، تفضل مراكز البيانات الغاز على الرياح والشمس، حيث تضاعفت طلبات توربينات الغاز إلى أكثر من الضعف لتصل إلى 20 جيجاواط العام الماضي ومن المتوقع أن تكون أقوى هذا العام، لأنها تحتاج إلى طاقة على مدار الساعة.
بمساعدة مصنع توربينات الغاز، ستلبي الشركة احتياجات الطاقة لمراكز البيانات.
«الفكرة هي استهداف العملاء ذوي الأحمال الكبيرة وتنفيذ ذلك بطريقة متكاملة حيث يمكننا الجمع بين توليد الطاقة بالغاز والطاقة المتجددة وتخزين البطاريات.»
– قال كيتشوم في أواخر يناير
بدأت NexEra أيضًا عملية إعادة تشغيل محطة الطاقة النووية في ولاية أيوا، مركز دوين أرنولد للطاقة، التي أُغلقت في 2019. لهذا، قدمت طلبًا إلى لجنة التنظيم النووي الأمريكية لتغيير الترخيص وتهدف إلى تشغيلها بحلول نهاية عام 2028.
في الصيف الماضي، مولت مؤسسة NextEra Energy مركزًا مدعومًا بالذكاء الاصطناعي بقيمة مليون دولار من كلية الهندسة وعلوم الحاسوب بجامعة فلوريدا أتلانتك. يحتوي المشروع على شاشات تغطي الجدران بالكامل، تُعيد تمثيل شبكة FPL الذكية لأحداث الطقس الشديدة.
في أبريل الماضي، شارك كيتشوم أيضًا إمكانات سوق الطاقة المتجددة وتخزين الطاقة لتتضاعف ثلاث مرات خلال السنوات السبع القادمة مقارنةً بالسبع سنوات السابقة، مدفوعةً بارتفاع الطلب نتيجة بناء مراكز البيانات.
يرغب مطورو مراكز البيانات في طاقة منخفضة التكلفة، ومساهمة في خفض الكربون، والموقع المناسب لتسريع الوصول إلى السوق. علاوة على ذلك، فإن تصنيع الرقائق وصناعة النفط والغاز أيضًا يتجهان نحو الكهربة، مما يؤدي إلى «طلب كهربائي كبير».
أحدث الأخبار عن Next Era Energy, Inc.
الخلاصة
تشمل رحلة الوصول إلى صافي انبعاثات صفرية الطاقة المتجددة كعنصر حاسم يمكنه المساعدة في تقليل الوقود الأحفوري من خلال توفير مصادر طاقة نظيفة. ومع ذلك، تحتاج ثورة الطاقة النظيفة والخضراء إلى حلول تخزين طاقة واعدة على نطاق واسع.
في حين أن تخزين الطاقة بالهواء المضغوط (CAES) يقدم الحل، إلا أنه يواجه مشكلات تتعلق بانخفاض الكفاءة وارتفاع التكلفة. لكن الأبحاث الحديثة تقدم نهجًا مبتكرًا لتقليل الاستثمار الأولي بشكل كبير وزيادة الكفاءة.
إن إعادة توظيف آبار النفط والغاز المهجورة لتطبيقات تخزين الطاقة ودمج الطاقة الحرارية الجوفية في النظام يزيد من الكفاءة، وعلى ذلك يقلل من الأثار البيئية.
يمثل هذا الترتيب الجديد تقدمًا كبيرًا في حلول الطاقة المستدامة، ويقدم مسارًا نحو تحقيق أنظمة CAES أنظف وأكثر ربحية ومستقبل طاقة أكثر مرونة وصديق للبيئة!
انقر هنا للحصول على قائمة بأفضل أسهم الطاقة المتجددة.
الدراسات المشار إليها:
1. Zhang, Q., Taleghani, A. D., & Elsworth, D. (2025). التخزين الطاقي تحت الأرض باستخدام آبار النفط والغاز المهجورة المدعومة بالحرارة الجوفية. Journal of Energy Storage, 73, 115317. https://doi.org/10.1016/j.est.2025.115317
