الطاقة الشمسية وظهور إنترنت الطاقة: مستقبل الطاقة P4

لقد تحدثنا عن سقوط الطاقة القذرة. لقد تحدثنا عن نهاية الزيت. وتحدثنا للتو عن صعود السيارات الكهربائية. بعد ذلك ، سنتحدث عن القوة الدافعة وراء كل هذه الاتجاهات - ومن المقرر أن تغير العالم كما نعرفه في غضون عقدين إلى ثلاثة عقود فقط.

طاقة نظيفة ومتجددة لا حدود لها تقريبًا خالية.

إنه نوع من الصفقة الكبيرة. وهذا هو السبب في أن بقية هذه السلسلة ستغطي تلك الاتجاهات والتقنيات التي ستحول البشرية من عالم ضعيف للطاقة إلى عالم غني بالطاقة مع تغطية التأثيرات التي سيكون لها على اقتصادنا وسياساتنا العالمية وعلى حياتك اليومية. هذه بعض الأشياء الرائعة ، أعلم ، لكن لا تقلق ، لن أمشي بسرعة كبيرة لأنني أرشدك خلالها.

لنبدأ بالشكل الأكثر وضوحًا من الطاقة المتجددة ، الخالية تقريبًا ، والنظيفة ، والمتجددة: الطاقة الشمسية.

الطاقة الشمسية: لماذا تتأرجح ولماذا لا مفر منها

الآن ، نحن جميعًا على دراية بما تدور حوله الطاقة الشمسية: نأخذ في الأساس ألواحًا كبيرة لامتصاص الطاقة ونوجهها نحو أكبر مفاعل اندماج في نظامنا الشمسي (الشمس) بهدف تحويل ضوء الشمس إلى كهرباء قابلة للاستخدام. طاقة مجانية ونظيفة وغير محدودة. يبدو مذهلاً! فلماذا لم تنطلق الطاقة الشمسية منذ عقود بعد اختراع التكنولوجيا؟

حسنًا ، بغض النظر عن السياسة وعلاقة حبنا مع النفط الرخيص ، فإن العائق الرئيسي كان التكلفة. كان من الغباء توليد كميات كبيرة من الكهرباء باستخدام الطاقة الشمسية ، خاصة بالمقارنة مع حرق الفحم أو النفط. لكن كما هو الحال دائمًا ، تتغير الأشياء ، وفي هذه الحالة ، إلى الأفضل.

كما ترى ، فإن الاختلاف الرئيسي بين الطاقة الشمسية ومصادر الطاقة القائمة على الكربون (مثل الفحم والنفط) هو أن أحدهما عبارة عن تقنية ، بينما الآخر هو وقود أحفوري. تتحسن التكنولوجيا ، وتصبح أرخص وتوفر عائدًا أكبر بمرور الوقت ؛ بينما مع الوقود الأحفوري ، في معظم الحالات ، ترتفع قيمته ، وركودًا ، وتصبح متقلبة ، ثم تنخفض أخيرًا بمرور الوقت.

ظهرت هذه العلاقة بوضوح شديد منذ بداية العقد الأول من القرن الحادي والعشرين. شهدت تكنولوجيا الطاقة الشمسية ارتفاعًا كبيرًا في كمية الطاقة التي تولدها بكفاءة ، بينما انخفضت تكاليفها (2000 بالمائة في السنوات الخمس الماضية وحدها). بحلول عام 75 ، ستصبح الطاقة الشمسية تنافسية في الأسعار مع الوقود الأحفوري ، حتى بدون دعم. بحلول عام 2020 ، ستكلف الطاقة الشمسية جزءًا صغيرًا مما يفعله الوقود الأحفوري ويعمل بكفاءة أكبر. وفي الوقت نفسه ، انفجر النفط من حيث التكلفة خلال معظم العقد الأول من القرن الحادي والعشرين ، إلى جانب التكاليف (المالية والبيئية) لبناء وصيانة محطات الطاقة التي تعمل بالوقود الأحفوري (مثل الفحم).

إذا اتبعنا خطوط الاتجاه الشمسي ، فقد تنبأ المستقبلي راي كورزويل أن الطاقة الشمسية يمكن أن تلبي 100 في المائة من احتياجات الطاقة اليوم في أقل من عقدين بقليل. لقد تضاعف توليد الطاقة الشمسية بالفعل كل عامين على مدار الثلاثين عامًا الماضية. وبالمثل ، فإن توقعت وكالة الطاقة الدولية أن الشمس (الطاقة الشمسية) ستصبح أكبر مصدر للكهرباء في العالم بحلول عام 2050 ، متقدّمة بفارق كبير عن جميع أشكال الوقود الأحفوري والمتجدد مجتمعة.

نحن ندخل عصرًا حيث بغض النظر عن مقدار طاقة الوقود الأحفوري المتاحة ، ستظل الطاقة المتجددة أرخص. إذن ماذا يعني هذا في العالم الحقيقي؟

وصول الاستثمار في الطاقة الشمسية واعتمادها إلى نقطة الغليان

سيأتي التغيير ببطء في البداية ، ثم فجأة ، سيكون كل شيء مختلفًا.

عندما يفكر بعض الناس في توليد الطاقة الشمسية ، فإنهم ما زالوا يفكرون في محطات طاقة شمسية قائمة بذاتها حيث مئات ، وربما الآلاف ، من الألواح الشمسية تغطي مساحة شاسعة من الصحراء في جزء ما من البلاد. لكي نكون منصفين ، ستلعب مثل هذه التركيبات دورًا كبيرًا في مزيج الطاقة المستقبلي لدينا ، لا سيما مع نوع الابتكارات القادمة على خط الأنابيب.

مثالان سريعان: على مدى العقد القادم ، سنرى تكنولوجيا الخلايا الشمسية تزيد من قدرتها على ذلك تحويل ضوء الشمس إلى طاقة من 25 في المائة إلى ما يقرب من 50 في المائة. وفي الوقت نفسه ، سيدخل لاعبون أكبر مثل IBM السوق بمجمعات شمسية يمكنها ذلك تضخيم قوة 2,000 شمس.

في حين أن هذه الابتكارات واعدة ، إلا أنها لا تمثل سوى جزء بسيط مما سيتطور إليه نظام الطاقة لدينا. إن مستقبل الطاقة يدور حول اللامركزية والدمقرطة والسلطة للشعب. (نعم ، أدرك كم بدا ذلك ضعيفًا. تعامل مع الأمر.)

ما يعنيه هذا هو أنه بدلاً من أن يكون توليد الكهرباء مركزيًا بين المرافق ، سيبدأ توليد المزيد والمزيد من الكهرباء في مكان استخدامها: في المنزل. في المستقبل ، ستسمح الطاقة الشمسية للناس بتوليد الكهرباء الخاصة بهم بتكلفة أقل من الحصول على تلك الكهرباء من مرافقهم المحلية. في الواقع ، هذا يحدث بالفعل.

في كوينزلاند ، أستراليا ، انخفضت أسعار الكهرباء إلى ما يقرب من الصفر في يوليو 2014. تتراوح الأسعار عادة بين 40 دولارًا و 50 دولارًا للميجاوات في الساعة ، فماذا حدث؟

حدث الطاقة الشمسية. الطاقة الشمسية على السطح ، على وجه الدقة. 350,000 مبنى في كوينزلاند بها ألواح شمسية على أسطح المنازل ، تولد مجتمعة 1,100 ميغاواط من الكهرباء.

وفي الوقت نفسه ، يحدث الشيء نفسه في مناطق كبيرة من أوروبا (ألمانيا ، وإسبانيا ، والبرتغال ، على وجه الخصوص) ، حيث وصلت الطاقة الشمسية على نطاق سكني إلى "تكافؤ الشبكة" (تكلفتها نفسها) مع متوسط ​​أسعار الكهرباء السكنية التي يتم تشغيلها بواسطة المرافق التقليدية. حتى أن فرنسا شرعت أن يتم بناء جميع المباني الجديدة في المناطق التجارية مع أسطح نباتية أو شمسية. من يدري ، ربما ترى تشريعات مماثلة يومًا ما استبدال نوافذ المباني وناطحات السحاب بأكملها بألواح شمسية شفافة - نعم ، نوافذ الألواح الشمسية!

لكن حتى بعد كل هذا ، لا تزال الطاقة الشمسية ثلث هذه الثورة فقط.

بطاريات ، ليس فقط لسيارة لعبتك بعد الآن

مثلما شهدت الألواح الشمسية نهضة في التنمية والاستثمار على نطاق واسع ، كذلك البطاريات. مجموعة متنوعة من الابتكارات (على سبيل المثال. صورة واحدة؟, اثنان, ثلاثة) على الإنترنت لجعلها أرخص ، وأصغر ، وأكثر صداقة للبيئة ، والأهم من ذلك ، السماح لها بتخزين كميات هائلة من الطاقة لفترة أطول. السبب وراء هذه الاستثمارات في البحث والتطوير واضح: تساعد البطاريات في تخزين الطاقة التي تجمعها الطاقة الشمسية لاستخدامها عندما لا تشرق الشمس.

في الواقع ، ربما تكون قد سمعت عن شركة Tesla التي أحدثت رواجًا كبيرًا مؤخرًا عندما ظهرت لأول مرة في تسلا Powerwall، وهي بطارية منزلية ميسورة التكلفة يمكنها تخزين ما يصل إلى 10 كيلوواط / ساعة من الطاقة. تسمح البطاريات مثل هذه للأسر بخيار الخروج تمامًا من الشبكة (في حالة الاستثمار أيضًا في الطاقة الشمسية على الأسطح) أو مجرد تزويدهم بالطاقة الاحتياطية أثناء انقطاع الشبكة.

تشمل مزايا البطارية الأخرى للأسر المعيشية اليومية فاتورة طاقة أقل بكثير لتلك الأسر التي تختار البقاء على اتصال بشبكة الطاقة المحلية ، لا سيما تلك ذات التسعير الديناميكي للكهرباء. هذا لأنه يمكنك ضبط استخدامك للطاقة لتجميع وتخزين الطاقة أثناء النهار عندما تكون أسعار الكهرباء منخفضة ، ثم الخروج من الشبكة عن طريق سحب الطاقة المنزلية من بطاريتك ليلاً عندما ترتفع أسعار الكهرباء. يؤدي القيام بذلك أيضًا إلى جعل منزلك أكثر خضرة لأن تقليل تأثير الطاقة لديك أثناء الليل يحل محل الطاقة المتولدة عادة من الوقود المتسخ ، مثل الفحم.

لكن البطاريات لن تعمل فقط على تغيير قواعد اللعبة بالنسبة لصاحب المنزل العادي ؛ بدأت الشركات والمرافق الكبيرة أيضًا في تركيب بطاريات ذات حجم صناعي خاص بها. في الواقع ، إنها تمثل 90 بالمائة من جميع تركيبات البطاريات. إن سبب استخدامهم للبطاريات هو نفسه إلى حد كبير مثل صاحب المنزل العادي: فهو يسمح لهم بجمع الطاقة من مصادر متجددة مثل الطاقة الشمسية وطاقة الرياح والمد والجزر ، ثم إطلاق تلك الطاقة خلال المساء ، مما يحسن موثوقية شبكة الطاقة في هذه العملية.

هذا هو المكان الذي نصل فيه إلى الجزء الثالث من ثورة الطاقة لدينا.

صعود إنترنت الطاقة

هناك هذه الحجة التي يتم دفعها باستمرار من قبل معارضي الطاقة المتجددة الذين يقولون إنه نظرًا لأن مصادر الطاقة المتجددة (خاصة الطاقة الشمسية) لا يمكنها إنتاج الطاقة على مدار الساعة طوال أيام الأسبوع ، فلا يمكن الوثوق بها من خلال الاستثمار على نطاق واسع. لهذا السبب نحتاج إلى مصادر طاقة "التحميل الأساسي" التقليدية مثل الفحم أو الغاز أو الطاقة النووية عندما لا تشرق الشمس.

لكن ما فشل هؤلاء الخبراء والسياسيون في ذكره هو أن محطات الفحم أو الغاز أو الطاقة النووية تغلق طوال الوقت بسبب الأجزاء المعيبة أو الصيانة المخطط لها. لكن عندما يفعلون ذلك ، فإنهم لا يطفئون بالضرورة الأنوار عن المدن التي يخدمونها. لدينا شيء يسمى شبكة الطاقة الوطنية. إذا تم إيقاف تشغيل أحد المصانع ، فإن الطاقة من محطة مجاورة تلتقط الركود على الفور ، مما يدعم احتياجات الطاقة في المدينة.

مع بعض الترقيات الطفيفة ، فإن نفس الشبكة هي ما ستستخدمه مصادر الطاقة المتجددة بحيث عندما لا تشرق الشمس أو لا تهب الرياح في منطقة واحدة ، يمكن تعويض فقدان الطاقة من المناطق الأخرى حيث تولد الطاقة المتجددة الكهرباء. وباستخدام البطاريات ذات الحجم الصناعي المذكورة أعلاه ، يمكننا تخزين كميات هائلة من الطاقة المتجددة خلال النهار بثمن بخس لإطلاقها في المساء. هاتان النقطتان تعنيان أن طاقة الرياح والطاقة الشمسية يمكنهما توفير كميات موثوقة من الطاقة على قدم المساواة مع مصادر طاقة الحمل الأساسي التقليدية.

ستشكل هذه الشبكة الجديدة من تجارة الطاقة المتجددة على المستوى المحلي والصناعي "إنترنت للطاقة" في المستقبل - وهو نظام ديناميكي وذاتي التنظيم (مثل الإنترنت نفسه) محصن ضد معظم الكوارث الطبيعية والهجمات الإرهابية ، بينما لا يتم التحكم فيه أيضًا من قبل أي شخص احتكار.

في نهاية المطاف ، ستحدث الطاقة المتجددة ، لكن هذا لا يعني أن المصالح المكتسبة لن تنهار دون قتال.

تأكل الطاقة الشمسية غداء المرافق

مضحك بما فيه الكفاية ، حتى لو كان حرق الفحم لتوليد الكهرباء مجانيًا (وهذا هو الحال إلى حد كبير في أستراليا ، أحد أكبر مصدري الفحم في العالم) ، فإنه لا يزال يكلف المال لصيانة وتشغيل محطة الطاقة ، ثم نقل الكهرباء على مدى مئات الأميال من خطوط الكهرباء لتصل إلى منزلك. كل تلك البنية التحتية تشكل جزءًا كبيرًا من فاتورة الكهرباء. ولهذا السبب اختار العديد من سكان كوينزلاند الذين قرأت عنهم أعلاه تجنب هذه التكاليف عن طريق توليد الكهرباء الخاصة بهم في المنزل -إنه الخيار الأرخص فقط.

مع تسارع ميزة تكلفة الطاقة الشمسية هذه إلى الضواحي والمناطق الحضرية في جميع أنحاء العالم ، فإن المزيد من الناس سيختارون الانسحاب من شبكات الطاقة المحلية جزئيًا أو كليًا. وهذا يعني أن تكاليف صيانة البنية التحتية الحالية للمرافق سيتحملها عدد أقل وأقل من الناس ، مما قد يؤدي إلى زيادة فواتير الكهرباء الشهرية وخلق حافز مالي أكبر "لمستخدمي الطاقة الشمسية المتأخرين" للاستثمار أخيرًا في الطاقة الشمسية. هذه هي دوامة الموت القادمة التي تبقي شركات المرافق مستيقظة في الليل.

عند مشاهدة قطار الشحن هذا يشحن طريقهم ، اختارت بعض شركات المرافق الأكثر تخلفًا محاربة هذا الاتجاه حتى النهاية الدموية. لقد ضغطوا لتغيير أو إنهاء سياسات "صافي القياس" التي تسمح لأصحاب المنازل ببيع الطاقة الشمسية الزائدة إلى الشبكة. يعمل آخرون للحصول على المشرعين الموافقة على الرسوم الإضافية على تركيبات الطاقة الشمسية، بينما يعمل آخرون على ذلك تجميد أو تقليل متطلبات الطاقة المتجددة والكفاءة لقد تم تشريعهم للقاء.

في الأساس ، تحاول شركات المرافق حمل الحكومات على دعم عملياتها ، وفي بعض الحالات ، تشريع احتكاراتها لشبكات الطاقة المحلية. هذه بالتأكيد ليست رأسمالية. ولا ينبغي للحكومات أن تعمل على حماية الصناعات من التقنيات الجديدة المدمرة والمتفوقة (مثل الطاقة الشمسية وغيرها من مصادر الطاقة المتجددة) التي لديها القدرة على استبدالها (وإفادة الجمهور في الإقلاع).

ولكن في حين يتم إنفاق مبالغ ضخمة من أموال الضغط في محاولة لإبطاء تقدم الطاقة الشمسية وغيرها من مصادر الطاقة المتجددة ، فإن خطوط الاتجاه طويلة الأجل ثابتة: الطاقة الشمسية والمتجددة تأكل غداء المرافق. لهذا السبب تتخذ شركات المرافق ذات التفكير المتقدم نهجًا مختلفًا.

تساعد مرافق العالم القديم في قيادة نظام الطاقة العالمي الجديد

في حين أنه من غير المحتمل أن ينفصل معظم الأشخاص تمامًا عن الشبكة - من يدري ، ماذا يحدث عندما يقود ابنك المستقبلي سيارة Tesla في حالة سكر إلى بطارية المنزل في المرآب الخاص بك - سيبدأ معظم الأشخاص في استخدام شبكات الطاقة المحلية الخاصة بهم بشكل أقل وأقل مع مرور كل عقد من الزمان .

مع الكتابة على الحائط ، قررت بعض المرافق أن تصبح رائدة في شبكة الطاقة المتجددة والموزعة في المستقبل. على سبيل المثال ، يستثمر عدد من المرافق الأوروبية جزءًا من أرباحها الحالية في البنية التحتية الجديدة للطاقة المتجددة ، مثل الطاقة الشمسية وطاقة الرياح والمد والجزر. وقد استفادت هذه المرافق بالفعل من استثماراتها. ساعدت مصادر الطاقة المتجددة الموزعة على تقليل الضغط على الشبكات الكهربائية خلال أيام الصيف الحارة عندما كان الطلب مرتفعاً. تقلل الطاقة المتجددة أيضًا من حاجة المرافق إلى الاستثمار في محطات الطاقة وخطوط النقل المركزية الجديدة والمكلفة.

تتطلع شركات المرافق الأخرى إلى أبعد من ذلك للانتقال من كونها مزوّد طاقة بحتًا إلى مزودي خدمات طاقة. بدأت شركة SolarCity ، وهي شركة ناشئة تصمم وتمول وتثبت أنظمة الطاقة الشمسية ، في ذلك التحول نحو نموذج قائم على الخدمة حيث يمتلكون البطاريات المنزلية الخاصة بالأشخاص وصيانتها وتشغيلها.

في هذا النظام ، يدفع العملاء رسومًا شهرية لتركيب الألواح الشمسية وبطارية منزلية في منازلهم - يُحتمل أن تكون متصلة بشبكة طاقة مجتمعية شديدة المحلية (شبكات ميكروية) - ثم تتم إدارة الطاقة المنزلية الخاصة بهم بواسطة المرافق. سوف يدفع العملاء مقابل الطاقة التي يستخدمونها فقط ، وسيرى مستخدمو الطاقة المتواضعون فواتير الطاقة الخاصة بهم مخفضة. حتى أنهم قد يحققون ربحًا من خلال استخدام فائض الطاقة الذي تولده منازلهم لتزويد جيرانهم المتعطشين للطاقة بالطاقة.

ما تعنيه الطاقة النظيفة ، المجانية تقريبًا ، اللامحدودة حقًا

بحلول عام 2050 ، سيتعين على جزء كبير من العالم استبدال شبكة الطاقة القديمة ومحطات الطاقة بالكامل. إن استبدال هذه البنية التحتية بمصادر طاقة متجددة أرخص وأنظف وتعظيم الطاقة أمر منطقي من الناحية المالية. حتى لو كان استبدال هذه البنية التحتية بمصادر الطاقة المتجددة يكلف نفس تكلفة استبدالها بمصادر الطاقة التقليدية ، فإن مصادر الطاقة المتجددة لا تزال رابحة. فكر في الأمر: على عكس مصادر الطاقة التقليدية والمركزية ، فإن مصادر الطاقة المتجددة الموزعة لا تحمل نفس العبء السلبي مثل تهديدات الأمن القومي من الهجمات الإرهابية ، واستخدام الوقود القذر ، والتكاليف المالية الباهظة ، والآثار المناخية والصحية السلبية ، والتعرض لنطاق واسع. انقطاع التيار الكهربائى

يمكن للاستثمارات في كفاءة الطاقة ومصادر الطاقة المتجددة أن تقطع العالم الصناعي عن الفحم والنفط ، وتوفر للحكومات تريليونات الدولارات ، وتنمو الاقتصاد من خلال وظائف جديدة في تركيب الشبكات المتجددة والذكية ، وتقليل انبعاثات الكربون بحوالي 80٪.

مع اقترابنا من عصر الطاقة الجديد هذا ، فإن السؤال الذي نحتاج إلى طرحه هو: كيف يبدو العالم الذي يحتوي على طاقة غير محدودة حقًا؟ كيف ستؤثر على اقتصادنا؟ ثقافتنا؟ طريقتنا في الحياة؟ الجواب: أكثر مما تعتقد.

سنستكشف الشكل الذي سيبدو عليه هذا العالم الجديد في نهاية سلسلة مستقبل الطاقة ، ولكن أولاً ، نحتاج إلى ذكر الأشكال الأخرى للطاقة المتجددة وغير المتجددة التي قد تعمل على تعزيز مستقبلنا. القادم: مصادر الطاقة المتجددة مقابل Thorium و Fusion Energy Wildcards: مستقبل الطاقة P5.

روابط مستقبل سلسلة الطاقة

الموت البطيء لعصر الطاقة الكربونية: مستقبل الطاقة P1

بترول! الزناد لعصر الطاقة المتجددة: مستقبل الطاقة P2

صعود السيارة الكهربائية: مستقبل الطاقة P3

مصادر الطاقة المتجددة مقابل بطاقات البدل للطاقة Thorium و Fusion: مستقبل الطاقة P5

مستقبلنا في عالم وفير الطاقة: مستقبل الطاقة P6