ولّدت مزارع الطاقة الشمسية أقل من 6% من الكهرباء التي تنتجها المرافق في الولايات المتحدة في عام 2023 ولكن هذه الحصة السنوية تقلل إلى حد كبير من الدور الحاسم الذي تلعبه الطاقة الشمسية في تمكين شركات الطاقة من تسريع جهود تحول الطاقة.

على أساس يومي يمكن أن يكون لمحطات الطاقة الشمسية تأثير مدمر على تدفقات الكهرباء في النظام مما اضطر المرافق إلى تطوير قدراتها لتقليص الإنتاج بسرعة من مصادر أخرى وتخزين الطاقة الفائضة لإستخدامها لاحقًا.

وفي المقابل تساعد خفة الحركة الناتجة والبراعة الناشئة في جميع أنحاء قطاع الطاقة على تسريع جهود تحول الطاقة العالمية من خلال إجبار أنظمة الطاقة على استيعاب التقلبات الكبيرة في إنتاج الطاقة النظيفة بكفاءة أكبر.

مع النمو السريع لإمدادات جميع أشكال الطاقة المتجددة فإن المرافق التي تتعلم كيفية تعظيم حجم الطاقة الشمسية ضمن أنظمة التوليد اليوم ستكون في وضع أفضل للمساعدة في دفع المزيد من التطور لأنظمة الطاقة في العقود المقبلة.

أكثر نظافة، ولكن أكثر تقلبًا

لا يوجد مصدر آخر للطاقة النظيفة يقترب من خلق الفرص والتحديات التي ينطوي عليها التوسع السريع في إمدادات الطاقة الشمسية.

قد تكون حصة الطاقة الشمسية الإجمالية من إنتاج الطاقة في الولايات المتحدة صغيرة حاليًا لكنها تنمو بسرعة مع توسع الإنتاج بنسبة 155% بين عامي 2018 و2023 وفقًا لإدارة معلومات الطاقة الأمريكية إي آي ايه (EIA).

ويقارن معدل النمو هذا مع توسع بنسبة 56% في طاقة الرياح وارتفاع بنسبة 22.4% في إنتاج الغاز الطبيعي خلال نفس الفترة.

لاستيعاب إمدادات الطاقة المتجددة المتزايدة والوفاء بالتزاماتها للحد من انبعاثات قطاع الطاقة خفضت المرافق الأمريكية توليد الطاقة التي تعمل بالفحم بنسبة 41% من عام 2018 إلى عام 2023 مما أدى إلى خفض حصة الفحم في مزيج الطاقة من حوالي 30% إلى 16%.

ولكن من خلال استبدال هذا القدر الكبير من الطاقة الأساسية المولدة من الفحم بكميات متزايدة من الطاقة المتجددة المتقطعة من مزارع الطاقة الشمسية أصبح نظام الطاقة في الولايات المتحدة أكثر تقلبًا وأكثر نظافة على مدى السنوات الخمس الماضية.

فتح الطريق

يمثل نظام الطاقة في كاليفورنيا أفضل مثال على التقلبات الناجمة عن الزيادات السريعة في توليد الطاقة الشمسية.

باعتبارها أكبر منتج للطاقة الشمسية في الولايات المتحدة عززت كاليفورنيا إنتاج الطاقة الشمسية بنسبة 72% من عام 2018 إلى عام 2023 وتعتمد على الطاقة الشمسية لحوالي 28% من إمدادات الكهرباء، وفقًا لمركز أبحاث الطاقة إمبر (Ember).

وتمثل الولاية أيضًا حوالي 25% من إمدادات الكهرباء الوطنية المولدة من الطاقة الشمسية.

لكن تحويل أشعة الشمس الوفيرة في الولاية إلى كهرباء صالحة للإستخدام دون تشويه أسواق الطاقة يشكل تحديًا مستمرًا.

مع ربط المزيد والمزيد من محطات الطاقة الشمسية بشبكة كاليفورنيا على مدى العقد الماضي تعرضت أسعار الطاقة في الولاية لضغوط متزايدة خلال منتصف النهار عندما يصل إنتاج الطاقة الشمسية إلى ذروته.

والمشكلة المركبة هي أن فترة ذروة إنتاج الطاقة الشمسية تتداخل مع ما يعتبر تقليديًا أدنى فترة لطلب النظام لذلك اضطرت شركات الطاقة إلى خفض أسعار الطاقة من أجل تحقيق التوازن بين احتياجات النظام حتى ينخفض ​​إنتاج الطاقة الشمسية في وقت لاحق من اليوم.

وأصبح شكل “منحنى البطة” الناتج عن أسعار الطاقة ظاهرة معروفة على مدى السنوات القليلة الماضية مع التشويه غير المقصود لديناميكيات السوق الناجم عن فائض الطاقة الشمسية الذي أثار سخرية واسعة النطاق في عام 2023 من قبل معارضي تحول الطاقة.

زاد حجم إنتاج الطاقة الشمسية في كاليفورنيا بشكل أكبر حتى الآن في عام 2024 مع توليد الكهرباء بالطاقة الشمسية حتى 23 مايو / أيار بنسبة 27% مقارنة بنفس الفترة من عام 2023 وفقًا لبيانات ال اس إي جي (LSEG).

ويتسبب التوزيع غير المتكافئ لهذا الناتج في حدوث تشوهات يومية في مزيج توليد الطاقة في الولاية حيث تمثل الطاقة الشمسية 0% من توليد الطاقة قبل شروق الشمس إلى أكثر من 70% خلال الأوقات المشمسة من اليوم.

وتستمر أسعار الطاقة في كاليفورنيا في التعرض لضغوط شديدة خلال ساعات ذروة إنتاج الطاقة الشمسية وتتحول بشكل روتيني إلى أسعار سلبية لفترات حيث تحاول آلية تسعير السوق جذب الطلب وردع الإنتاج من مصادر أخرى.

تخزين الطاقة

للتخفيف من تأثير اختلال توازن النظام الناجم عن إنتاج الطاقة الشمسية الجامح قامت المرافق في كاليفورنيا بنشر شبكات من البطاريات على نطاق المرافق التي يمكنها امتصاص الطاقة الفائضة خلال فترات ذروة إنتاج الطاقة الشمسية ليتم تفريغها عندما تغرب الشمس.

لا تزال شبكة البطاريات قيد الإنشاء ولكنها تمثل بالفعل حوالي 20% من احتياجات نظام كاليفورنيا خلال فترة ذروة الطلب مباشرة بعد توقف إنتاج الطاقة الشمسية وعندما يقوم الأشخاص العائدون من العمل بزيادة الطلب على الكهرباء المنزلية.

تقلل البطاريات أيضًا من حاجة كاليفورنيا إلى واردات الطاقة خلال فترات ذروة الطلب مما يقلل من إجهاد الطاقة الإقليمي ويساعد كاليفورنيا على أن تصبح أقل اعتمادًا على الولايات المجاورة للحصول على إمدادات الطاقة.

يعمل نظام البطاريات في كاليفورنيا أيضًا كأداة تعليمية لشبكات الطاقة الأخرى التي تعاني أيضًا من تأثير زيادة إمدادات الطاقة الشمسية في وقت مبكر جدًا.

وإلى جانب الاستخدام الأوسع لعدادات الطاقة الذكية – التي تشجع المستهلكين على زيادة استهلاك الطاقة عندما تكون الإمدادات وفيرة – تتعلم جميع المرافق في الولايات المتحدة طرقًا رئيسية لاستيعاب النمو السريع في إنتاج الطاقة الشمسية وإعداد نفسها لمزيد من التقدم في تحول الطاقة.

اقرأ أيضًا: الولايات المتحدة عازمة على إحداث ثورة في صناعة الرقائق الدقيقة

المصدر: رويترز