تاريخ النشر: 17 مايو 2024
المساهمون: Alice Gomstyn وAlexandra Jonker
التحول للطاقة الكهربائية هي عملية تحويل جهاز أو نظام أو عملية تعتمد على مصادر طاقة غير كهربائية، مثل الوقود الأحفوري، إلى جهاز أو نظام أو عملية تعمل بالكهرباء. ومن المزايا الرئيسية للتحول للطاقة الكهربائية: انخفاض تكاليف الطاقة وتحسين كفاءة الطاقة ودعم انتقال الطاقة النظيفة والمتجددة.
تشهد الصناعات الكبرى مثل الزراعة والبناء والتصنيع والنقل عملية التحول للطاقة الكهربائية. وتشمل بعض التقنيات الرئيسية التي تعمل على تمكين التحول للطاقة الكهربائية في هذه الصناعات وغيرها المركبات الكهربائية، والمضخات الحرارية الكهربائية، والغلايات، وسخانات المياه.
شهد القرن التاسع عشر تطورات علمية كبيرة في مجال الكهرباء، مثل اكتشاف الكهرومغناطيسية واختراع مولدات الكهرباء واختراع المحركات الكهربائية. وقد ساعدت هذه الاكتشافات والاختراعات على جعل الكهرباء مصدر طاقة قابلًا للاعتماد عليه بدرجة كافية لتكون بديلًا لمصادر الطاقة الأخرى مثل الفحم والغاز الطبيعي والبترول.
كما ساعد بناء محطات الطاقة الكهربائية على تمهيد الطريق لاستخدام الطاقة الكهربائية على نطاق واسع. وافتتح المخترع الأمريكي توماس إديسون أول محطة طاقة مركزية في مدينة نيويورك في عام 1882. ومن الأمثلة المبكرة للتحول للطاقة الكهربائية: المدن الكبرى التي تستبدل مصابيح الشوارع التي تعمل بالغاز بمصابيح كهربائية، وتحول مرافق التصنيع من المحركات البخارية إلى المحركات الكهربائية في العمليات الصناعية.
هناك عدة مزايا للتحول للطاقة الكهربائية:
تُعتبر تقنيات الطاقة التي تستخدم الكهرباء، مثل المضخات الحرارية، أكثر كفاءة من التقنيات المعتمدة على الوقود الأحفوري، مثل غلايات الغاز. والكفاءة المرتبطة بعملية التحول للطاقة الكهربية تكون أعلى بكثير عندما تُستخدم مصادر الطاقة المتجددة والنظيفة، مثل طاقة الرياح والطاقة الشمسية والطاقة المائية؛ وذلك لأنها لا تفقد الطاقة خلال عملية توليد الطاقة.
تؤدي زيادة كفاءة الطاقة من خلال التحول للطاقة الكهربائية إلى تقليل فواتير الخدمات والوقود، حيث أثبتت الدراسات أن كل شيء، من النقل إلى تسخين المياه، يصبح أقل تكلفة عندما يتم استخدام الكهرباء كمصدر للطاقة. وجدت دراسة أجريت عام 2020 أن الأُسر التي تختار استخدام المزيد من الأجهزة الكهربائية (بدلًا من الأجهزة التي تعمل بالوقود الأحفوري) والتي يقود سكانها السيارات الكهربائية يمكن أن توفر أكثر من 2,500 دولار أمريكي سنويًا في تكاليف الطاقة.1
يمكن للتحول للطاقة الكهربائية أن يدعم انتقال الطاقة المتجددة. لا ينتج عن توليد الكهرباء من مصادر الطاقة المتجددة النظيفة أي انبعاثات لغازات الاحتباس الحراري (بما في ذلك انبعاثات الكربون). ومع تزايد استخدام الكهرباء المستمدة من مصادر الطاقة المتجددة واستبدالها بالكهرباء المولدة من الوقود الأحفوري، تقترب المجتمعات من تحقيق هدف صافي انبعاثات صفري.
في حين أن ملوثات الهواء الناتجة عن وسائل النقل والإنتاج الصناعي موجودة في الهواء الطلق، يمكن أن تؤدي الجوانب التي تعتمد على الوقود الأحفوري في الحياة المنزلية إلى انتشار ملوثات الهواء داخل المنازل.
أكثر من 40% من سكان العالم يستخدمون الفحم أو الوقود الحيوي، مثل الخشب، للطبخ والتدفئة والإضاءة.2 ويؤدي حرق مثل هذا الوقود الصلب إلى إطلاق الجسيمات وأول أكسيد الكربون، وغيرهما من ملوثات الهواء. يمكن أن يؤدي التحول للطاقة الكهربائية من مصادر طاقة نظيفة إلى تقليل تركيزات الملوثات في الداخل والخارج.
تشكل التقنيات الكهربائية جزءًا لا يتجزأ من برامج الاستجابة للطلب على الكهرباء التي تساعد مرافق الخدمات على موازنة العرض والطلب على الطاقة طوال اليوم. ومن خلال هذه البرامج، تشجِّع معدلات الطاقة المتغيرة أو الحوافز المالية الأخرى العملاء على تحويل استهلاكهم للطاقة بعيدًا عن فترات ذروة الحمل. يمكن للمستخدمين شحن تقنيات مثل سخانات المياه الكهربائية والمركبات الكهربائية خلال الفترات التي تشهد فيها شبكات الطاقة طلبًا منخفضًا على الكهرباء.
وتعزِّز أنظمة تخزين الطاقة الكهربائية أيضًا مرونة نظام الطاقة: خلال فترات الفائض في الإنتاج، يتم تخزين الكهرباء في هذه الأنظمة ثم يتم تفريغها عند الحاجة إلى الشبكات الكهربائية.
الصناعات الرئيسية التي تجني فوائد التحول للطاقة الكهربائية هي قطاعات الزراعة والمباني والتصنيع والنقل.3
تساعد المعدات والأنظمة الجديدة على تحويل القطاع الزراعي إلى الكهرباء، بما في ذلك الجرارات الكهربائية، والرشاشات الزراعية التي تعمل بالطاقة الشمسية، وسخانات المياه، وأنظمة التخزين الكهربائية الحرارية. وبالإضافة إلى تحقيق وفورات في التكاليف وتقليل الانبعاثات الكربونية من خلال التحول للطاقة الكهربائية، يستفيد المزارعون من تقليل التلوث الضوضائي ومن بيئات العمل الأكثر أمانًا.
تشمل التقنيات المستخدمة بشكل شائع لتحول قطاع البناء للطاقة الكهربائية سخانات المياه والمضخات الحرارية ومواقد الحث والأجهزة الكهربائية الأخرى. ومثل هذه التقنيات يمكن تثبيتها في المباني الجديدة وكذلك إعادة تركيبها في المباني القديمة. يساعد التحول للطاقة الكهربائية على التقليل من تكاليف الطاقة لمالكي المباني، كما يساعد أيضًا على تقليل مخاطر السلامة المرتبطة بالأجهزة وطرق الطهي المعتمدة على الوقود الأحفوري، مثل تسرب الغاز الطبيعي والنيران المفتوحة على مواقد الغاز.
وتشمل التقنيات الكهربائية الجديدة التي اعتمدها المصنِّعون الغلايات، والشاحنات الرافعة، والأفران، ومضخات الحرارة، وكاسحات الصخور. وكما هو الحال في قطاع الزراعة، تُعتبر المعدات الكهربائية المستخدمة في منشآت التصنيع أكثر أمانًا من سابقاتها التي تعمل بالوقود الأحفوري. وتتيح المعدات الكهربائية المتقدمة أيضًا عمليات تصنيع أكثر مرونة، ما يوفر على الشركات تكاليف العمالة.
تمثِّل السيارات الكهربائية من نوع السيدان وسيارات الدفع الرباعي الشكل الأكثر بروزًا من أشكال تحول وسائل النقل للطاقة الكهربائية. ومع ذلك، تشمل التقنيات الأخرى للتحول للطاقة الكهربائية المركبات الكهربائية الخفيفة (مثل شاحنات البيك أب الخفيفة)، والأساطيل التجارية المكهربة (مثل مركبات التوصيل والشاحنات نصف المقطورة)، والحافلات العامة والقطارات الكهربائية، والطائرات الكهربائية.
إن فوائد تقليل تلوث الهواء وانبعاثات غازات الاحتباس الحراري من المركبات الكهربائية معروفة جيدًا، ولكن كما هو الحال مع المعدات الكهربائية في الزراعة، يمكن أن يساعد النقل الكهربائي أيضًا على تقليل تلوث الضوضاء. وقد يتم استخدام بطاريات السيارات الكهربائية يومًا ما كشكل من أشكال تخزين الطاقة لشبكات الكهرباء.
رغم أن التحول للطاقة الكهربائية يَعِد بتوفير تكاليف مستقبلية، إلا أن التكاليف الأولية لترقية التقنيات الكهربائية يمكن أن تكون مرتفعة للغاية بالنسبة إلى المستهلكين ومالكي الأعمال. يمكن أن تتراوح تكلفة تركيب الألواح الشمسية لتوليد الكهرباء في الموقع من 25,000 دولار أمريكي لمنزل سكني إلى مليون دولار أمريكي أو أكثر للمباني التجارية الكبيرة.
واستجابة لهذه الحواجز، أنشأ صانعو السياسات في جميع أنحاء العالم حوافز لتشجيع المزيد من التحول للطاقة الكهربائية على نطاق واسع واستخدام الكهرباء النظيفة:
- في الولايات المتحدة، اعتبارًا من عام 2023، تم تقديم حوافز ضريبية لتركيب الألواح الشمسية على السطح وشراء المضخات الحرارية الكهربائية. بالإضافة إلى ذلك، تضمَّن قانون خفض التضخم لعام 2022 إعفاءات ضريبية جديدة لشراء مختلف السيارات الكهربائية.
- أطلقت فنلندا صندوق دعم في عام 2022 لدعم تحول الصناعات الثقيلة للطاقة الكهربائية.
- حظرت نيوزيلندا تركيب غلايات فحم جديدة في عام 2021 لتشجيع الصناعات على استخدام بدائل أنظف.
- ألغت الصين تدريجيًا برنامج دعم شراء السيارات الكهربائية الذي استمر لفترة طويلة في عام 2022، لكنها، اعتبارًا من عام 2024، لا تزال تقدِّم إعفاءات ضريبية لمشتري السيارات الكهربائية.
يُمكنك توحيد بيانات الطاقة وتعزيز إدارة الطاقة المحسّنة في مؤسستك باستخدام برامج إزالة الكربون من IBM Envizi.
عزّز استراتيجية إدارة الأصول من خلال مجموعة متكاملة من العمليات وحسّن الأداء باستخدام تطبيقات الصحة والسلامة والبيئة للطاقة ومرافق الخدمات.
توقع الطلب على الطاقة من خلال التنبؤ الدقيق ووضع الخطط لنمو الغطاء النباتي بالقرب من خطوط الكهرباء.
الطاقة المتجددة هي الطاقة المستمدة من المصادر الطبيعية التي تتجدد بشكل أسرع من استخدامها.
الطاقة الحرارية هي الطاقة الموجودة داخل نظام ما، والتي تنشأ عن الحركة العشوائية للجزيئات والذرات.
إزالة الكربون هي طريقة للتخفيف من آثار تغير المناخ وهي عملية تقليل الغازات المسببة للاحتباس الحراري أو إزالتها من الغلاف الجوي بشكل كبير.
بينما تسعى الشركات لتحقيق صافي انبعاثات صفري، فسيكون من الضروري عقد شراكات جديدة مع مرافق الخدمات، والشبكات، والأسواق.
يمكننا تقليل انبعاثات الكربون من المباني عن طريق التحول من الوقود الأحفوري إلى الكهرباء لتلبية احتياجات الطاقة.
تُعَد القدرة على تخزين الطاقة هي المفتاح للحد من الآثار البيئية لإنتاج الطاقة واستهلاكها.
الحواشي
1 "No Place Like Home: Fighting climate change (and saving money) by electrifying America’s households" (الرابط موجود خارج موقع ibm.com)، Sam Calisch، وSaul Griffith، وRewiringAmerica.org، 21 أكتوبر 2020.
2 "Household Energy and Clean Air" (الرابط موجود خارج موقع ibm.com)، وكالة حماية البيئة الأمريكية، 3 أبريل 2024.
3 "Voices of Experience | Electrification: A Stakeholders Guide" (الرابط موجود خارج موقع ibm.com)، وزارة الطاقة الأمريكية، مكتب الكهرباء، تم الوصول إليه في 8 مايو 2024.