ال دخلت بطاريات الرمل في نقاش الطاقة إنها إحدى تلك الأفكار التي تبدو، للوهلة الأولى، بسيطةً بشكلٍ خادع، لكنها قد تُحدث نقلةً نوعيةً في مجال تخزين الطاقة المتجددة على نطاقٍ واسع. ففي الوقت الذي تُحطّم فيه إسبانيا والعديد من الدول الأخرى أرقامًا قياسيةً في توليد الطاقة الشمسية وطاقة الرياح، يبقى التحدي الأكبر قائمًا: ماذا نفعل بكل هذه الطاقة عندما تغيب الشمس أو تتوقف الرياح؟
في السنوات الأخيرة، المشاريع الرائدة في فنلندا والولايات المتحدة وأوروبا لقد أثبتوا أن شيئًا بسيطًا كالرمل أو الصخور المسحوقة يمكن تحويله إلى "ترمس" عملاق قادر على تخزين الحرارة لأشهر بكفاءة حرارية تقارب 90-99%. ليس هذا سحرًا ولا خيالًا علميًا، بل هو هندسة حرارية متقنة. دعونا نتناول بالتفصيل ماهية هذه البطاريات، وكيفية عملها، ومزاياها وعيوبها، ولماذا يعتقد عدد متزايد من الخبراء أنها قد تكون عنصرًا أساسيًا في حل معضلة الطاقة.
لماذا يُعدّ التخزين التحدي الأكبر أمام مصادر الطاقة المتجددة؟
خلال الماضي خلال أسبوع الآلام، تمكنت إسبانيا من تلبية 100% من احتياجاتها يُعدّ توليد الكهرباء يوميًا من مصادر الطاقة المتجددة إنجازًا هامًا كان يبدو هدفًا بعيد المنال قبل بضع سنوات فقط. لكن المشكلة تكمن في أن هذه الصورة المثالية لا تتحقق في كل أيام السنة: فتوليد الطاقة من الرياح والطاقة الشمسية متقطع، ويعتمد على الأحوال الجوية، ولا يتزامن دائمًا مع ساعات ذروة الاستهلاك.
ولحل هذه المعضلة، قاموا بنشر بطاريات الليثيوم الكبيرة، وأنظمة تدفق الأكسدة والاختزالتُعد محطات الطاقة الكهرومائية التي تعمل بالتخزين بالضخ، وتخزين الهواء المضغوط، والهيدروجين الأخضر الموجود باستمرار، جميعها حلولاً تساعد، ولكن لا يوجد حل سحري يمكنه بمفرده حل مشكلة التخزين الموسمي وطويل الأجل.
بدون نظام قوي من يتم دمج تخزين الطاقة في كل مشروع من مشاريع الطاقة المتجددةيصعب تحقيق الاستفادة القصوى من مزارع الطاقة الشمسية وطاقة الرياح: فإما أن يُهدر جزء من الطاقة خلال فترات الإنتاج الزائد، أو يُلجأ إلى الوقود الأحفوري عندما يكون الإنتاج غير كافٍ. ولذلك، يجري استكشاف مناهج بديلة تُكمّل التقنيات الحالية بدلاً من أن تُنافسها.
ما هي بطارية الرمل تحديداً؟
المكالمات تُعد بطاريات الرمل أنظمة لتخزين الطاقة الحرارية تستخدم أنظمة تخزين الحرارة الرمل أو مواد حبيبية كثيفة أخرى، مثل الحجر الصابوني المسحوق، لتخزين الحرارة. وهي ليست بطاريات كيميائية مثل بطاريات الليثيوم: فلا تحتوي على أقطاب كهربائية أو إلكتروليتات، بل هي عبارة عن صومعة معزولة مملوءة بمادة صلبة يتم تسخينها بالكهرباء، ويفضل أن تكون متجددة.
الفكرة بسيطة للغاية: يتم استخدامها كهرباء رخيصة (عادةً ما تكون طاقة شمسية أو طاقة رياح خلال ساعات خارج الذروة) لتسخين المقاومات الكهربائية. ترفع هذه المقاومات درجة حرارة الهواء المتداول داخل الصومعة، والذي ينقل الحرارة إلى الرمل. يمكن أن تصل درجة حرارة المادة إلى حوالي 500 درجة مئوية، بل وحتى 600 درجة مئوية أو أكثر في بعض التجارب، وتحافظ عليها لأسابيع أو شهور.
من وجهة نظر فيزيائية، يعمل الرمل كـ خزان حراري ضخم بفضل ارتفاعه السعة الحرارية يقلل انخفاض موصليته من الفاقد. عند الحاجة إلى الطاقة الحرارية، يمر الهواء أو سائل آخر عبر الصومعة، ويتم جمع الحرارة المخزنة واستخدامها لتزويد شبكات التدفئة المركزية، أو الغلايات الصناعية، أو العمليات التي تتطلب البخار أو الماء الساخن أو الهواء ذي درجة الحرارة العالية.
من حيث الأداء، يمكن لهذه البطاريات أن تحقق كفاءة تخزين حراري تتراوح بين 90-99%بمعنى آخر، يمكن استعادة معظم الطاقة المُدخلة على شكل حرارة لاحقًا. وعند محاولة تحويل تلك الحرارة إلى كهرباء، تنخفض الكفاءة: تتراوح كفاءة التصاميم الحالية بين 40 و70%، بينما تقل القيم النموذجية عن 50% في المشاريع التجريبية.
شرح مفصل لكيفية عمل دورة الشحن والتفريغ
تعتمد عملية تصنيع هذه البطاريات على التسخين المقاوم داخل صومعة معزولةخلال مرحلة الشحن، تُستخدم الكهرباء النظيفة لتشغيل عناصر التسخين التي ترفع درجة حرارة الهواء. ثم يُعاد تدوير هذا الهواء عبر شبكة داخلية من الأنابيب، المصنوعة عادةً من الفولاذ، والتي تمر عبر كتلة الرمل أو الصخور المسحوقة، ناقلةً الحرارة إليها.
مرة واحدة في وصلت كتلة الرمل إلى درجة حرارة التشغيل (حوالي 500 درجة مئوية في العديد من المشاريع التجارية، وتصل إلى 600 درجة مئوية في المشاريع المتطورة مثل تلك التي تقدمها شركة Polar Night Energy)، إلا أن الرمل يبقى عمليًا "في حالة سكون". والخبر السار هو أن الرمل يفقد الحرارة ببطء شديد إذا كانت الصومعة معزولة جيدًا، لذا يمكنه الاحتفاظ بجزء كبير من تلك الطاقة لعدة أشهر.
في مرحلة التفريغ، يقوم النظام بإجبار مرور الهواء البارد أو سائل حراري آخر عبر المادة الساخنة. يتم تسخين الهواء ثم استخدامه لتشغيل المبادلات الحرارية تُستخدم هذه الأنظمة لتسخين المياه لشبكات التدفئة، وإنتاج البخار للتوربينات، أو لتوفير الهواء الساخن مباشرةً للعمليات الصناعية. وهي في جوهرها دائرة حرارية عالية التحكم.
عندما يكون الهدف هو توليد الكهرباء، تصبح العملية أكثر تعقيدًا: يُستخدم الهواء الساخن لإنتاج البخار الذي يُشغل التوربينات ويولد الكهرباء مرة أخرى. تُسبب هذه الخطوة خسائر حرارية وميكانيكية كبيرة، ومن هنا تأتي الحاجة إلى من الواضح أن الكفاءة الكهربائية أقل من الكفاءة الحرارية.ومع ذلك، فإن مشاريع مثل مشروع ENDURING (من مختبر الطاقة المتجددة الأمريكي) تستكشف كيفية تحسين هذه الدورات لجعلها قادرة على المنافسة في القوى الكبرى.
المزايا الرئيسية لاستخدام الرمل كوسيط تخزين
إحدى نقاط قوة هذه التقنية هي المادة نفسها: الرمل متوفر بكثرة، ورخيص الثمن، وغير سام.نحن لا نتحدث عن الليثيوم أو الكوبالت أو العناصر الأرضية النادرة، بل عن مورد متاح على نطاق واسع، بتكاليف تتراوح في حالة الرمال منخفضة الجودة حوالي 30-50 دولارًا للطن، وفقًا لبيانات من المختبر الوطني للطاقة المتجددة في الولايات المتحدة (NREL).
بالإضافة إلى ذلك، يتم استخدام الرمل والحجر الصابوني المسحوق عمليات استخراج ومعالجة أقل عدوانية بكثير مقارنةً بتلك الخاصة بالبطاريات الكهروكيميائية. التأثير البيئي، سواء في مرحلة التصنيع أو في نهاية عمرها الافتراضي، أقل بكثير: معظم الانبعاثات المرتبطة بها تأتي من إنتاج الفولاذ المستخدم في الصوامع، والعزل، والنقل.
ومن النقاط الأخرى المثيرة للاهتمام للغاية ما يلي: العمر الافتراضي المقدر يتجاوز 30 عامًاعلى عكس بطاريات الليثيوم، التي يتدهور أداؤها مع دورات الشحن والتفريغ، لا يتأثر الرمل بنفس الطريقة. يتركز التآكل على المكونات الميكانيكية (الأنابيب، والمراوح، وعناصر التسخين)، والتي يمكن استبدالها بسهولة نسبية وبتكلفة محدودة.
وبما أن هذه أنظمة ثابتة، بدون تفاعلات كيميائية معقدة، متطلبات الصيانة ضئيلة ولا تنتج نفايات خطرة.لا يوجد خطر لتسرب الإلكتروليت، أو احتراق الخلية التلقائي، أو مشاكل في إعادة التدوير الجماعي للمواد النادرة، وهو أمر يثير قلقًا متزايدًا مع تزايد أعداد بطاريات الليثيوم الضخمة.
علاوة على ذلك، تتميز هذه التقنية بمرونة كبيرة من حيث المواد: ليس من الضروري استخدام رمل البناءيمكن استخدام أي مادة حبيبية عالية الكثافة ذات خصائص حرارية جيدة: الصخور المسحوقة مثل حجر الصابون، والمنتجات الثانوية الصناعية الخزفية، وما إلى ذلك. وهذا يفتح الباب أمام نماذج الاقتصاد الدائري التي تستخدم النفايات المحلية كوسيلة تخزين.
القيود والتكاليف الأولية وتحديات السوق
بالطبع، ليست كل الأمور إيجابية. العيب الرئيسي هو أن كونه وحدة تخزين حراريالناتج الطبيعي هو الحرارة وليس الكهرباء. وهذا يجعلها أقل تنوعًا من بطاريات الليثيوم، التي يمكنها تشغيل أي حمل كهربائي مباشرة، من المنازل إلى المركبات.
عند محاولة إغلاق دورة الكهرباء-الحرارة-الكهرباء الكاملة، تنخفض الكفاءة الإجمالية بشكل ملحوظوتتراوح النسبة بين 40% و70% في أكثر التصاميم تفاؤلاً. أما عملياً، فتركز المشاريع التجارية الحالية على الاستخدامات الحرارية (التدفئة المركزية، والعمليات الصناعية)، حيث تصل الكفاءة إلى ما يقارب 90-99% وتكون التكنولوجيا تنافسية للغاية.
ثمة عقبة أخرى تتمثل في الاستثمار الأولي: بناء صوامع معزولة كبيرة، ودمجها في شبكات التدفئة المركزية وينطوي تطبيق الضوابط المتقدمة على تكلفة كبيرة، على الرغم من أن تكلفة الكيلوواط ساعة المخزنة أقل بكثير من تكلفة بطاريات الليثيوم عند تحديد حجمها لفترات طويلة.
وعلى المستوى التنظيمي، فإن قواعد سوق الطاقة لها وزنها أيضاً. تحتاج هذه البطاريات إلى أطر عمل تعوض بشكل كافٍ عن المرونة وأنهم يساهمون (على سبيل المثال، من خلال المشاركة في أسواق الاحتياطي، أو خدمات الموازنة، أو ذروة الطلب). وبدون آليات واضحة، قد يطول العائد على الاستثمار ويعيق انتشاره على نطاق واسع.
وأخيرًا، تعتمد الجدوى على السياق الجغرافي والمناخيفي المناطق ذات شبكات التدفئة المركزية المتطورة والمناخات الباردة (مثل فنلندا)، تُعدّ بطاريات الرمل خيارًا مثاليًا. أما في المناطق الأكثر دفئًا أو تلك التي تفتقر إلى الخبرة في التدفئة المركزية، فيتطلب هذا النموذج تعديلات أو يكون مُصممًا بشكل أكبر للعمليات الصناعية منه للتدفئة المنزلية.
فنلندا: المختبر الواقعي لبطاريات الرمل
إذا كان هناك بلد واحد تبنى هذه الفكرة بقوة، فهو ذلك البلد. فنلندا، بقيادة شركة بولار نايت إنرجيبدأ المهندسان ماركو يلونين وتومي إيرونين في صياغة المفهوم في عام 2018، وفي غضون بضع سنوات فقط انتقلا من مشروع بين الأصدقاء إلى العديد من المرافق التجارية التي تعمل بالفعل وتجذب الانتباه الدولي.
تم تركيب أول بطارية رملية تعمل بكامل طاقتها في مدينة كانكانباهي عبارة عن صومعة فولاذية مملوءة بحوالي 100 طن من الرمل منخفض الجودة، موصولة بشبكة التدفئة المركزية وتعمل بالطاقة المتجددة الفائضة. وقد تم تطوير هذا المشروع بالتعاون مع شركة الطاقة "فاتاجانكوسكي".
في Kankaanpää، الكهرباء الرخيصة من تقوم مزارع الطاقة الشمسية وطاقة الرياح بتسخين الرمال إلى حوالي 500 درجة مئويةيتم تخزين الحرارة لعدة أشهر واستعادتها عندما ترتفع أسعار الطاقة أو يزداد الطلب على التدفئة، على سبيل المثال خلال الأشهر الباردة من فصل الشتاء الفنلندي.
يزعم مهندسو شركة Polar Night Energy أن البطارية يمكنها إبقاء الرمال قريبة من تلك 500 درجة مئوية لمدة ثلاثة أشهر أو أكثرمع خسائر منخفضة نسبياً. تُستخدم الحرارة لتسخين المياه في شبكة التدفئة المركزية، والتي بدورها توفر التدفئة للمنازل والمكاتب والمرافق العامة، بما في ذلك حمام السباحة البلدي.
تم تمويل ودعم هذا المشروع التجريبي من قبل السلطات المحلية في تامبيري في مراحله الأولى، والتي وفرت المساحة والأموال لاختبار التكنولوجيا في مصنع للورق. وقد شجع الأداء الجيد الذي لوحظ على توسيع نطاق النظام ودمجها بشكل دائم في Kankaanpää، مما يثبت أنها يمكن أن تكون قطعة حقيقية وليست مجرد نموذج أولي مختبري.
بطارية بورناينن الضخمة: 100 ميغاواط ساعة من الصخور المسحوقة
لقد تحققت قفزة شركة Polar Night Energy التالية في بورناينن، بلدية فنلندية حيث تم إنشاء ما يُعتبر أكبر بطارية رملية في العالم. في الواقع، المادة الرئيسية في هذه الحالة ليست رمال الشاطئ، بل حجر الصابون المسحوق، وهو منتج ثانوي صناعي من صناعة المداخن.
يبلغ حجم الهيكل الأسطواني لبطارية بورناينن حوالي ارتفاعه 13 متراً وقطره 15 أمتاروهي مليئة بحوالي 2.000 طن متري من هذا الصخر المسحوق. ويتم تخزين كل هذا داخل صومعة معزولة جيدًا، متصلة بمحطة التدفئة المركزية التي تديرها شركة لوفيسان لامبو.
وبهذا التكوين، يحقق النظام سعة تخزين حراري تبلغ 100 ميغاواط ساعة وقدرة خرج تصل إلى 1 ميغاواطوبحسب البيانات المقدمة، يمكنها تغطية احتياجات التدفئة للبلدية لمدة أسبوع تقريبًا في منتصف فصل الشتاء، أو حتى لمدة شهر كامل خلال غير موسم الذروة.
الكفاءة التشغيلية تقارب 85-90% للتطبيقات الحرارية البحتةمبدأ التشغيل هو نفسه كما هو الحال في كانكانبا: الكهرباء المتجددة لتسخين المقاومات، والهواء الساخن الذي ينقل طاقته إلى الصخور المسحوقة، ونظام لاستعادة تلك الحرارة عند الحاجة لتغذية شبكة التدفئة.
يتمثل أحد أهداف هذا المرفق في تقليل استخدام رقائق الخشب وأنواع الوقود الأخرى في مجال التدفئة المركزية، من المتوقع أن يساهم هذا النظام في خفض الاستهلاك بنسبة 60% وتقليل انبعاثات ثاني أكسيد الكربون بما يصل إلى 160 طنًا سنويًا. علاوة على ذلك، فإن اختيار حجر الصابون المسحوق يُسهم في الاستفادة من منتج نفايات محلي، ويُغني عن استخدام رمال البناء، وهو ما يتماشى تمامًا مع استراتيجيات الاقتصاد الدائري.
من وجهة نظر النظام الكهربائي، تلعب بطارية بورناينن أيضاً دوراً في سوق احتياطيات الطاقةبإمكانها امتصاص فائض الكهرباء عندما يكون إنتاج الطاقة المتجددة مرتفعاً، وإطلاق الحرارة عند الحاجة إليها. كما تعمل شركة "بولار نايت إنرجي" على مشروع تجريبي لتحويل جزء من هذه الحرارة إلى كهرباء، مما سيزيد من مرونة المنشأة.
التأثير الجيوسياسي وسياق الطاقة الفنلندي
كما أن سعي فنلندا للحصول على هذه البطاريات ينطوي على بُعد جيوسياسي قوي. كانت البلاد تعتمد بشكل كبير على الغاز الروسي. لأغراض التدفئة وتوليد الطاقة، وغزو أوكرانيا، إلى جانب طلب الانضمام إلى حلف الناتو، أدى إلى قيام موسكو بقطع إمدادات الغاز والكهرباء.
في بلد يتميز بشتاء طويل وبارد للغاية، القلق بشأن نقص الحرارة والضوء هذا منطقي تماماً. توفر بطاريات الرمل طريقة سريعة وفعالة من حيث التكلفة لتخزين الطاقة المتجددة من الصيف والخريف واستخدامها في منتصف الشتاء، مما يقلل من التعرض لانقطاعات الإمداد الخارجية وتقلبات أسعار الغاز.
تُقدّر شركة Polar Night Energy أنه في حالة بورناينن، قد تكون البطارية خفض انبعاثات الكربون بنسبة تصل إلى 70% مرتبطة بالتدفئة المركزية. هذه الأرقام جذابة للغاية للبلديات والحكومات التي تسعى إلى تحقيق أهداف المناخ دون المساس بأمن الإمداد.
ليس من قبيل المصادفة أن يعتقد العديد من المحللين أن أصبحت فنلندا أول دولة تمتلك بطارية رمل تجارية وتشغيلية والتي تعمل بكامل طاقتها. وبعيداً عن العناوين المثيرة، فهي بمثابة أرض اختبار مثالية لتقييم متانة هذه التقنية وتكاليفها الحقيقية وفوائدها الملموسة.
يؤكد المسؤولون عن هذه المصانع أن سر نجاحها يكمن في الجمع بين فكرة بسيطة من الناحية التقنية، ولكن في سياق الطاقة الذي كان بحاجة إليها.اعترف بيكا باسي، مدير مصنع فاتاجانكوسكي، بنفسه بأنه في البداية بدا الأمر "جنونياً بعض الشيء" ملء صومعة بالرمل لتدفئة مدينة، لكن النتائج أظهرت أن المجازفة كانت في الاتجاه الصحيح.
مشاريع بطاريات الرمل في الولايات المتحدة: الحالة الدائمة
بينما تطلق فنلندا أنظمة تجارية مرتبطة بالتدفئة المركزية، على الجانب الآخر من المحيط الأطلسي المختبر الوطني للطاقة المتجددة بالولايات المتحدة (NREL) وهي تعمل على تطوير مفهوم أكثر طموحاً يركز على تخزين الطاقة على نطاق واسع وتوليد الكهرباء: مشروع ENDURING.
تتبع تقنية ENDURING نفس المبدأ الأساسي المتمثل في استخدام المواد الحبيبية كوسيط حراري، ولكنها تضيف مكونًا رئيسيًا: استخدام الجاذبية ونظام النقل الميكانيكيبدلاً من ترك الرمل ثابتاً، تُستخدم أحزمة النقل لرفع المادة إلى منطقة التسخين، حيث تمر عبر مقاومات ترفعها إلى درجات حرارة تصل إلى 1.200 درجة مئوية.
التشبيه واضح للغاية: إنه مثل إسقاط الرمل على عناصر التسخين في محمصة الخبزيُخزّن الرمل المُسخّن في صوامع علوية، وعند الحاجة إلى الطاقة، يُترك لينزل بفعل الجاذبية عبر مبادلات حرارية تُولّد البخار اللازم لتشغيل التوربينات. هذا البخار يُشغّل مولدات تُغذّي الشبكة الكهربائية بالكهرباء.
وبهذا النهج، يقدر المختبر الوطني للطاقة المتجددة أن سعة تخزين تصل إلى 26.000 ميغاواط ساعةيرتقي هذا الرقم بمفهوم بطارية الرمل إلى مستوى جديد تمامًا. فعلى الرغم من أن كثافة الطاقة في هذا النظام أقل من التقنيات الأخرى، تشير الحسابات إلى أن تكلفة التخزين قد تنخفض إلى دولارين فقط لكل كيلوواط/ساعة مخزنة، وهو مبلغ أقل بكثير من تكلفة بطاريات الليثيوم أيون طويلة العمر.
وكما هو الحال مع المشاريع الفنلندية، يشير المختبر الوطني للطاقة المتجددة إلى أن الرمال مادة مستقرة ومنخفضة التكلفة ذات تأثير بيئي صغير نسبياً سواءً خلال مرحلة الاستخراج أو في نهاية استخدامها. لا يهدف مشروع ENDURING إلى منافسة الليثيوم في التطبيقات قصيرة الأجل، بل إلى تقديم حلٍّ قوي للتخزين الموسمي والصناعي.
الاستخدامات الرئيسية لبطاريات الرمل
التطبيق الأبرز، على الأقل في الوقت الحالي، هو الاندماج في شبكات التدفئة المركزيةفي أماكن مثل Kankaanpää أو Pornainen، يتم ربط بطاريات الرمل مباشرة بالأنظمة القائمة، مما يسمح بامتصاص الفائض المتجدد وإطلاقه كحرارة مستقرة ورخيصة عندما تنخفض درجات الحرارة.
إلى جانب التدفئة المنزلية، تتمتع هذه البطاريات بإمكانيات هائلة لـ العمليات الصناعية التي تتطلب درجات حرارة تتراوح بين 60 و 400 درجة مئويةنحن نتحدث عن قطاعات مثل الأغذية والمنسوجات والمواد الكيميائية الخفيفة أو الأدوية، حيث يتم اليوم حرق الغاز أو الفحم لإنتاج حرارة العمليات.
تتيح بطاريات الرمل، من خلال توفير الهواء الساخن أو الماء فائق التسخين أو البخار من الكهرباء المتجددة، استبدال الوقود الأحفوري بشكل مباشريساهم ذلك في خفض التكاليف وانبعاثات ثاني أكسيد الكربون. بالنسبة للعديد من المصانع، يمكن أن يكون هذا الاستبدال تدريجياً، مع دمج أنظمة التخزين الحراري كنسخة احتياطية للغلايات الحالية.
وهناك تطبيق آخر لا يزال قيد التطوير، وهو: تحويل الحرارة المخزنة إلى كهرباءتعمل شركة Polar Night Energy وشركات أخرى حاليًا على تطوير نماذج أولية لتوربينات مُحسّنة خصيصًا لهذه الأنظمة. تبلغ الكفاءة المتوقعة لهذا التحويل حاليًا أقل من 40%، ولكن من الممكن أن تؤدي التحسينات في الآلات التوربينية والدورات الديناميكية الحرارية والعزل إلى رفع هذه النسبة.
إحدى النقاط المثيرة للاهتمام هي التخزين الموسمي في المناطق السياحية أو المناطق ذات الطلب المرتفعفي مناطق مثل الساحل الإسباني، حيث يرتفع استهلاك الكهرباء بشكل كبير في الصيف بسبب السياحة وتكييف الهواء، فإن وجود خزانات تخزين حرارية كبيرة متصلة بمحطات الطاقة الشمسية يمكن أن يساعد في تجنب الأحمال الزائدة على الشبكة وانقطاع الإمدادات في الأوقات الحرجة.
مدة تخزين الحرارة وسلوكها في مناخات مختلفة
بفضل خصائصه الحرارية، يمكن للرمل الحفاظ على درجات حرارة أعلى من 500 درجة مئوية لفترات طويلة مع خسائر معتدلة، شريطة أن تكون الصومعة معزولة جيدًا. هذا المزيج من السعة الحرارية العالية والتوصيل الحراري المنخفض يعني أن الحرارة "تبقى في الداخل" وتُطلق تدريجيًا.
في المناخات الباردة مثل مناخ فنلندا، يسمح هذا تخزين الحرارة طوال فصل الصيفعندما يكون إنتاج الطاقة المتجددة مرتفعًا عادةً، يمكن استخدامه طوال فصل الشتاء. وفي المناخات المعتدلة أو الدافئة، يبقى المبدأ نفسه، مع اختلاف أنماط الشحن والتفريغ: إذ يمكن تخزين الطاقة في الأيام المشمسة لاستخدامها في الليالي الباردة أو في العمليات التي تتطلب حرارة ثابتة على مدار السنة.
باعتبارها نظامًا غير حساس للغاية لدرجة الحرارة الخارجية (مقارنةً، على سبيل المثال، بالبطاريات الكيميائية، التي تتأثر بشكل أكبر بالبرودة والحرارة)، فإن بطاريات الرمل إنها تعمل بكفاءة عالية في كل من البيئات الشمالية والمتوسطية.العامل الحاسم هو التصميم المناسب للعزل وتكامله مع الطلب الحراري المحلي.
في حالة فنلندا، تم تصميم التكنولوجيا خصيصًا لـ القدرة على النجاة من فصول الشتاء القاسية والطويلةوهذا يعطي فكرة عن إمكاناتها في دول مثل إسبانيا، حيث تكون تقلبات درجات الحرارة أقل حدة، وبالتالي، يمكن أن تكون الخسائر أقل إذا تم تحديد حجم النظام بشكل صحيح.
من الناحية العملية، ستعتمد مدة الحرارة المفيدة التي يمكن استخلاصها على حجم الصومعة، وجودة العزل، ونمط الاستهلاكإنّ المنشأة التي تُفرّغ شحنتها باستمرار عند مستويات طاقة منخفضة تختلف عن تلك التي تُفرّغها فقط خلال فترات ذروة الطلب. في كلتا الحالتين، نتحدث عن فترات زمنية تمتد لأسابيع وشهور، وهو أمر لا تستطيع سوى قلة من تقنيات التخزين توفيره حاليًا بتكاليف معقولة.
أين يمكن تركيبها وما هي الآثار المترتبة على ذلك بالنسبة لدول مثل إسبانيا؟
على الرغم من أن أول بطارية رملية تجارية تم تركيبها في فنلندا، يمكن تطبيق هذه التقنية بسهولة في مناطق أخرىباختصار، كل ما هو مطلوب هو موقع قريب من محطة توليد الطاقة (الطاقة الشمسية، طاقة الرياح، الكتلة الحيوية، إلخ)، ومساحة كافية لبناء الصومعة المعزولة، ووجود طلب حراري واضح للربط به.
يسمح التصميم المعياري تكييف سعة التخزين مع الاحتياجات المحليةتتراوح هذه البطاريات من بطاريات صغيرة تخدم المناطق الصناعية إلى هياكل ضخمة قادرة على تزويد مدن بأكملها. كما أن مرونة المواد المستخدمة (الرمل، والصخور المسحوقة، والمنتجات الثانوية) تسهل تكييفها مع مختلف السياقات، مما يتيح الاستفادة من الموارد المتاحة في كل منطقة.
في إسبانيا، حيث ينمو توليد الطاقة المتجددة بوتيرة جيدة، وشهدت بالفعل فترات من الضغط على الشبكة، مثل... انقطاع التيار الكهربائي الذي حدث في نهاية أبريل 2025إن الوصول إلى موارد تخزين الطاقة الضخمة ومنخفضة التكلفة سيكون مفيدًا بشكل خاص، ليس فقط لمنع تدفقات الطاقة المتجددة ولكن أيضًا للتخفيف من ذروة الطلب واستقرار الأسعار.
قد تشمل المناطق السياحية الساحلية، والمناطق الحضرية ذات شبكات التدفئة الناشئة، أو المناطق التي تشهد وجودًا قويًا للصناعات كثيفة الاستهلاك للحرارة يستفيد بشكل كبير من هذا النوع من المرافقومع ذلك، فإن وجود إطار تنظيمي يعترف بقيمة المرونة الحرارية ويسهل دمجها مع بقية نظام الطاقة سيكون أمراً أساسياً.
في سيناريو يجمع بين بطاريات الليثيوم، ومحطات الهيدروجين، والطاقة الكهرومائية المخزنة بالضخ، والتخزين الحراري في الرمال، تساهم كل تقنية بما تجيده.يغطي الليثيوم الاستجابة السريعة وإدارة الطلب على المدى القصير؛ ويحل التخزين بالضخ والهيدروجين بعض التغطية الموسمية؛ وتُعتبر بطاريات الرمل حلاً قوياً ورخيصاً للحرارة على نطاق واسع.
إن تطور مشاريع مثل "طاقة الليل القطبي" و"إندورينغ" وغيرها من المبادرات المماثلة يوضح بجلاء أن لن يعتمد تخزين المستقبل فقط على المواد الغريبة أو الحلول المتطورةأحيانًا، يكمن المفتاح في إعادة تعلم كيفية استخدام الموارد اليومية مثل الرمل، ودمجها بذكاء في نظام طاقة متجدد وموزع ومتزايد الطلب.
