تعزيز الطاقة المتجددة بالاستفادة من أنظمة تخزين طاقة البطاريات

مع اقترابنا بسرعة من المرحلة القادمة من أهداف اتفاق باريس، تزداد الحكومات والمنظمات حول العالم حرصًا على الانتقال إلى مصادر الطاقة المتجددة. وهناك دوافع مضاعفة للبحث عن بدائل للطاقة التقليدية في المناطق ذات الاستهلاك العالي للطاقة. فمثلاً، دفعت أزمة الطاقة في أوروبا المنطقة للتفكير الجاد في البدائل. بينما في الولايات المتحدة، تم تحفيز الانتقال نحو الطاقة النظيفة من خلال قانون خفض التضخم الذي تم إقراره عام 2022 والذي خصص 370 مليار دولار لدعم مشروعات الطاقة النظيفة.

يشهد سوق أنظمة تخزين طاقة البطاريات في ظل تلك التطورات الحديثة نموًا ملحوظًا حيث يُعد تخزين البطاريات في الوقت الحالي عنصرًا حيويًا لتعزيز توليد الطاقة المتجددة، وذلك لأنه يساهم في تحقيق الاستقرار في إمداد الطاقة على الرغم من التذبذب الطبيعي للمصادر المتجددة. بالإضافة إلى ذلك، توفر أنظمة تخزين الطاقة المرونة اللازمة لوظائف متنوعة، منها التخفيف من أوقات ذروة الاستهلاك وزيادة الاستفادة من الإنتاج المحلي للطاقة، وحتى توفير الطاقة الاحتياطية عند حدوث انقطاعات. ونظرًا لتراجع أسعار البطاريات مؤخرًا، أصبحت هذه الوظائف أكثر جدوى اقتصادية.

تتزايد الفرص المتاحة في مجال أنظمة تخزين طاقة البطاريات (BESS) بشكل كبير. وفقًا لتحليلاتنا، شهدت الاستثمارات في هذا القطاع زيادة هائلة في عام 2022، حيث تم استثمار أكثر من 5 مليارات دولار، وهو رقم يتجاوز ثلاث مرات ما تم استثماره في العام الذي سبقه. ونتوقع في الأفق القريب، تحديدًا بحلول عام 2030، أن ينمو حجم سوق أنظمة تخزين طاقة البطاريات العالمي ليصبح بين 120 و150 مليار دولار، مما يعد زيادة كبيرة عن حجم السوق الحالي. وعلى الرغم من هذه الأرقام الواعدة، ما زالت هناك تحديات، فالسوق لا تزال غير مُجزئة وهناك تساؤلات رئيسية لدى مقدمي الخدمة بشأن استراتيجيات المنافسة. الوقت الحالي يعتبر فرصة ذهبية للتعرف على أبرز فرص الاستثمار في السوق المتنامي لأنظمة تخزين طاقة البطاريات والاستعداد لها.

ولدعم الشركات في هذا المجال، نقدم مجموعة من الأسئلة والإجابات الموجهة لتطوير استراتيجياتهم.

ما هي الفرص الرئيسية المتاحة؟

لفهم الفرص المتاحة ضمن نطاق أنظمة تخزين طاقة البطاريات ، يجب علينا التمييز بين فئات السوق حسب الاستخدامات وحجم المستخدمين. نجد ثلاث شرائح رئيسية تتمثل في أولًا: المشروعات الكبيرة الموجهة لشبكة الكهرباء ككل والتي تتم قبل وصول الطاقة لعدادات المستهلكين (FTM) وهي تتسم بحجم يتجاوز غالباً عشرة ميجاوات لكل ساعة، ثانيًا: المنشآت التجارية والصناعية التي تدير أنظمة توليد أو تخزين الطاقة داخل حدودها، بعد عداد الكهرباء الخاص به (BTM) وتظل أحجامها في نطاق 30 كيلووات/ساعة وصولًا إلى عشرة ميجاوات/ساعة. وثالثًا: المنشآت السكنية التي تحتوي على أنظمة لتوليد أو تخزين الطاقة تعمل داخل حدود المنزل نفسه، ولا تعتمد بشكل مباشر على الشبكة الكهربائية الخارجية لكن بحجم يقل عن 30 كيلووات في الساعة، كما هو موضح بالشكل 1.

1

من المتوقع أن يشهد قطاع أنظمة تخزين طاقة البطاريات المخصص للمرافق نموًا سريعًا، حيث سينمو بمعدل 29% كل عام خلال الفترة المتبقية من العقد. وقد يحتل هذا القطاع، الذي يمثل الجزء الأكبر من الإضافات السنوية للقدرة، ما يصل إلى 90% من السوق بحلول عام 2030. ومن المتوقع أن تبلغ القدرة الكلية المُركبة في هذا القطاع ما بين 450 و620 جيجاوات في الساعة في ذلك العام. ( الشكل 2).

2

إن المستفيدين الرئيسيين من تركيبات مشروعات FTM هم شركات الكهرباء ومديري شبكات الطاقة ومنتجو الطاقة المتجددة. فهم يسعون بشكل أساسي إلى مواجهة تذبذب مصادر الطاقة المتجددة، وضمان استقرار شبكاتهم الكهربائية، وتأجيل الحاجة لاستثمارات باهظة في تطوير الشبكات. أما مزودو أنظمة تخزين طاقة البطاريات في هذا القطاع، فغالبًا ما يكونون منتجين متكاملين للبطاريات أو متخصصين في تركيب أنظمة طاقة ضخمة. يمكن لهؤلاء المزودين أن يبرزوا من خلال عرض تكاليف منافسة، ومنتجات ذات جودة وموثوقية عالية، وخبرة في إدارة المشروعات، بالإضافة إلى قدرتهم على تطوير نظم لإدارة الطاقة وبرامج تساعد في تحسين أداء الشبكة وعمليات التجارة.

تزايدت استثمارات ومشروعات نظام تخزين الطاقة بالبطاريات بشكل كبير. فمثلاً، هناك شركة طاقة أمريكية تعمل على تطوير مشروع له قدرة تخزينية تصل إلى ستة جيجاوات في الساعة. بينما وصلت شركة أمريكية أخرى، تمتلك أعمالًا في مجالات متعددة بما في ذلك قطاع الطاقة، إلى قدرة تخزين تبلغ 6.5 جيجاوات في الساعة في عام 2022. وتتجه الاستثمارات الحالية في تلك الصناعة بشكل رئيسي نحو تقديم خدمات بهدف تحسين مرونة الموردين، والاستجابة السريعة من الأنظمة للتعامل مع تغيرات التردد الكهربائي ليظل ثابتًا ومستقرًا في الشبكة. وعلى الأفق البعيد، من المتوقع أن تتطور أنظمة تخزين طاقة البطاريات بتطور المشروعات المرتبطة بمزارع الطاقة الشمسية والرياح، التي ستعتمد بشكل متزايد على البطاريات لتلبية احتياجات التخزين على المدى القصير.

تعتبر ديناميكيات المنطقة المحلية عاملاً أساسيًا في تحديد نماذج الإيرادات لمشروعات أنظمة تخزين طاقة البطاريات ضمن نطاق مشروعات (FTM). لذا تميل الشركات المتخصصة في هذا المجال إلى اتباع استراتيجية تجميع الإيرادات، حيث يجمعون العوائد من مجموعة متنوعة من الخدمات. وبذلك يمكن لهؤلاء اللاعبين المشاركة في تقديم خدمات إضافية، أو تداول الطاقة، وحتى المشاركة في مزادات السعة الكهربائية، وتتمحور بعض استخدامات أنظمة تخزين طاقة البطاريات في المملكة المتحدة حول خدمات الدعم، مثل التحكم في تردد الشبكة. بينما في إيطاليا، حققت بعض الشركات المؤثرة نجاحًا من خلال المشاركة في مزادات الطاقة المتجددة. وفي ألمانيا، ترتكز الفرص على الابتعاد عن التحديثات المكلفة للشبكة الكهربائية. ولقد أدركت الشركات المشغلة لأنظمة تخزين طاقة البطاريات، والتي حققت نجاحًا في سوق المرافق، أهمية تبني استراتيجيات مخصصة تناسب كل دولة ونظامها، بدلاً من اتباع نهج واحد لكل الأسواق.

أين تكمن الفوائد والأهمية بالنسبة للقطاع التجاري والصناعي؟

يظلّ القطاع التجاري والصناعي من بين أكبر القطاعات، حيث تشير التوقعات إلى نمو معدله السنوي المركب 13%، مما يعني أنه قد يصل إلى إضافات سنوية تتراوح بين 52 و70 جيجاوات في الساعة بحلول 2030.

يُركز القطاع التجاري والصناعي على أربعة مجالات رئيسية. المجال الأول يتعلق بالبنية التحتية لشحن للمركبات الكهربائي، ووفقًا لدراسات مركز ماكنزي لوسائل النقل المستقبلية، من المتوقع أن تحتل السيارات الكهربائية نسبة تصل إلى 45% من إجمالي مبيعات السيارات العالمية بحلول العام 2030، مقارنةً بـ 23% في 2025. وقد يولّد هذا الزخم حاجة ملحة لتوسيع وتعزيز محطات الشحن المنتظمة والفائقة، ما قد يؤدي إلى مواجهة الشبكات الحالية تحديات بحيث سيكون هناك حاجة لتحديثات كبيرة. وللتخفيف من هذه التحديات، قد تتجه شركات ومالكي محطات الشحن إلى استخدام أنظمة تخزين طاقة البطاريات في مواقعهم. وقد شهدنا بالفعل تكوين شراكات بين مقدمي أنظمة تخزين طاقة البطاريات ومصنعي المركبات الكهربائية لإنشاء محطات شحن جديدة، بما في ذلك في المناطق البعيدة.

يتمثل القطاع الفرعي التالي للمجال التجاري والصناعي في البنية التحتية الحيوية، التي تضم أبراج الاتصالات، ومراكز البيانات، والمستشفيات، حيث تحتاج إلى إمداد مستمر وموثوق بالطاقة. في السابق، استعانت هذه المؤسسات ببطاريات الرصاص الحمضية كمصدر احتياطي للطاقة خلال انقطاعات التيار، بينما كانت مولدات الديزل تقدم الدعم لفترة أطول. أما الآن، يتم النظر في بطاريات الليثيوم أيون كخيار أكثر فعالية، بديلًا عن بطاريات الرصاص الحمضية. تقلل هذه البطاريات من الاعتماد على مولدات الديزل، التي تكون صديقة للبيئة ولكن بشكل أقل. يمكن لهذه البطاريات أن تتكامل بسهولة مع مصادر الطاقة المتجددة، مثل الألواح الشمسية. بالإضافة إلى قدرة هذه البطاريات على تخزين الطاقة الزائدة، والتي قد يُمكن استغلالها في تقديم خدمات للشبكة الكهربائية، مما يتيح فرصة لتحقيق إيرادات. لذلك، أصبحت العديد من شركات الاتصالات ومراكز البيانات تتجه نحو استخدام أنظمة تخزين طاقة البطاريات باعتبارها حلاً موثوقًا للحفاظ على التيار الكهربائي.

تمثل البنية التحتية العامة والمباني التجارية والمصانع القطاع الفرعي الثالث. وغالبًا ما يتم استغلال أنظمة تخزين الطاقة في هذا القطاع الفرعي لتقليل الاستهلاك خلال فترات الذروة، ولدمجها مع موارد الطاقة المتجددة المتاحة محليًا، ولتعزيز الاستهلاك الذاتي ولضمان التزويد الاحتياطي، بالإضافة إلى دعم خدمات شبكة الكهرباء. من المتوقع أن تساعد أنظمة تخزين طاقة البطاريات في تخفيض تكاليف الطاقة في هذه المناطق بمقدار يصل إلى 80%. ويظهر الحاجة إلى هذه الأنظمة بشكل خاص في مناطق مثل ألمانيا، وأمريكا الشمالية، والمملكة المتحدة، حيث تتم مراعاة رسوم الطلب.

وفيما يتعلق بالقطاع الفرعي الثالث من القطاع التجاري والصناعي، فهو يشمل الأنشطة التي تعمل في الظروف القاسية كالتعدين، وأعمال البناء، واستخراج النفط والغاز، بالإضافة إلى الفعاليات الكبيرة مثل المهرجانات المفتوحة. إن الهدف المتزايد هنا هو الانتقال من استخدام مولدات الديزل أو الغاز نحو حلول أكثر صداقة للبيئة مثل أنظمة تخزين طاقة البطاريات والمولدات المختلطة. ويكمن الدافع وراء هذا التحول في الالتزام بالقوانين والتشريعات المستقبلية، (مثل مبادرات الاستدامة التي تم التركيز عليها من قبل المفوضية الأوروبية وخطة أوسلو للوصول إلى صفر انبعاثات في مواقع البناء بحلول 2025). ومن المتوقع أن تتجه العديد من الشركات نحو استخدام المولدات المختلطة قبل أن تعتمد كليًا على أنظمة تخزين طاقة البطاريات.

كيف تؤثر أنظمة تخزين طاقة البطاريات على استهلاك الطاقة في المنازل؟

رغم أن المنشآت السكنية، التي من المتوقع أن تنتج حوالى 20 جيجاوات في الساعة بحلول عام 2030، تشكل الشريحة الأصغر في قطاع أنظمة تخزين طاقة البطاريات، إلا أنها تعتبر من القطاعات التي توفر فرصًا مغرية للابتكار والنمو. ويرجع ذلك إلى الفرص المتاحة في مجالات متعددة بدءً من التخزين المنزلي التقليدي وحتى إنشاء شبكات طاقة في المجتمعات البعيدة. أما من الناحية التجارية، يمكن دمج أنظمة تخزين طاقة البطاريات مع الألواح الشمسية أو تضمينها ضمن تكنولوجيا المنازل الذكية وأنظمة شحن السيارات الكهربائية. ستمكن تلك المنتجات السكان من الوصول لأهداف تتمثل في تحقيق الاكتفاء الذاتي في استهلاك الطاقة وتحقيق الاستهلاك الأمثل، قد يؤدي ذلك بدوره إلى زيادة ربحية مقدمي هذه الخدمات. يظهر استطلاعنا الأخير عن اتجاهات المستهلكين بشأن الطاقة البديلة أن اختيار المستهلك لمنتج أنظمة تخزين طاقة البطاريات يعتمد على عدة عوامل مثل السعر، السلامة، وسهولة التركيب. ( الشكل 3).

3

ما هي الأساليب الأنسب لتقييم وضعنا الاستراتيجي؟

من الضروري في أسواق ناشئة مثل هذه أن نكون على دراية بالعائدات والهوامش المتوقعة للمنتجات والخدمات المختلفة. تتأسس قيمة سلسلة أنظمة تخزين طاقة البطاريات في البداية على الشركات التي تنتج مكونات التخزين، منها خلايا البطارية، وتعبئتها، والعواكس، والغلاف وغيرها من المكونات الرئيسية لجعل النظام متوازنًا. ووفقًا لتقديراتنا، فإن الجهات التي تقدم الخدمة في هذا الجانب من السلسلة ستحظى بحوالي نصف أرباح سوق أنظمة تخزين طاقة البطاريات الكلي.

بعد ذلك، نجد الأنشطة المتعلقة بتكامل النظام، والتي تشمل التصميم المتكامل وتطوير أنظمة إدارة الطاقة وبرامج متخصصة لزيادة كفاءة وفعالية أنظمة تخزين طاقة البطاريات. يتوقع أن يتمكن المتخصصون في هذا المجال من الاستحواذ على نسبة تتراوح ما بين 25% و 30% من الأرباح الكلية.

وأخيرًا، تشكل نسبة تقدر ما بين 10% و20% من الأرباح الكلية تلك النسبة التي يمكن أن تذهب إلى جهات المبيعات، ومؤسسات تطوير المشروعات، والأنشطة المرتبطة باكتساب العملاء، وكذلك العمليات التشغيلية كما هو موضح في (الشكل 4).

4

ما هي أحدث ابتكارات تكنولوجيا البطاريات التي يجب أن نكون على علم ودراية بها؟

من منظور التكنولوجيا، تتمثل أهم معايير البطاريات ذات الأهمية للعملاء في عمر الدورة وتكلفة الاستخدام. تسيطر بطاريات الليثيوم أيون في الوقت الحالي على السوق بسبب تلبيتها لاحتياجات العملاء. كان كاثود النيكل والمنغنيز والكوبالت مكونات رئيسية للبطاريات، لكن بطاريات فوسفات حديد الليثيوم (LFP) أصبحت بديلًا أكثر تكلفة. وبالرغم من أن هذا النوع من البطاريات قد لا يكون قويًا مثل بطاريات النيكل في بعض الجوانب، إلا أن هناك اهتمامًا بفوسفات الحديد نظرًا لتكلفتها المنخفضة. ومع ذلك، تظل مسألة ندرة الليثيوم تحدى كبير، مما يفتح الباب لاستكشاف تقنيات بديلة ومبتكرة. تتضمن هذه التقنيات خيارات مثل بطاريات أيون الصوديوم وبطاريات كبريتات الصوديوم، بالإضافة إلى بطاريات الهواء المعدني وبطاريات التدفق.

تعد تقنية أيون الصوديوم من التقنيات التي نحتاج لمتابعتها بعناية. حتى الآن، بطاريات أيون الصوديوم تظل أقل تقدماً من نظيراتها البطاريات المعتمدة على أيونات الليثيوم في عدة جوانب رئيسية. فعلى سبيل المثال، دورة حياة بطاريات الصوديوم تتراوح بين 2000 و4000 دورة، بينما تصل دورة حياة بطاريات الليثيوم إلى ما بين 4000 و8000. وبالنسبة لكثافة الطاقة، تتراوح بين 120-160 وات/بالساعة لكل كيلوغرام في بطاريات الصوديوم، بينما تصل إلى 170-190 واط بالساعة لكل كيلوغرام في بطاريات الليثيوم من نوع بطاريات فوسفات حديد الليثيوم. ولكن، قد تكون بطاريات الصوديوم أقل تكلفة بنسبة تصل إلى 20% مقارنةً بالليثيوم، وهذا وفق تقييمنا. تزداد تقنية أيون الصوديوم تطوراً مع الزمن، خصوصًا مع التوسع في حجم التصنيع. ويكمن أحد مزاياها البارزة في الأمان، حيث تكون أقل عرضة للمخاطر المتعلقة بالهروب الحراري. ومن ناحية الاستدامة، تعتبر بطاريات أيون الصوديوم خيارًا صديقًا للبيئة، خصوصًا عند مقارنتها ببطاريات الليثيوم التي تتطلب استخراجًا يمكن أن يترك آثارًا بيئية سلبية.

وتعتبر بطاريات أيون الصوديوم واعدة حيث تحظى بشعبية متزايدة في سوق أنظمة تخزين طاقة البطاريات. من المتوقع في عام 2023 وحده أن تقوم على الأقل ست شركات ببدء إنتاج هذه النوعية من البطاريات. إن التحدي الذي يقف أمام مزودي الخدمة الآن هو اختيار أي نوع من البطاريات يرغبون في الاعتماد عليه. من المهم لأولئك الذين يعملون في مجال التكامل أن يكونوا جاهزين للتحول إلى استخدام بطاريات أيون الصوديوم بمجرد أن تصبح شائعة في السوق.

ما هي العوامل المحددة للنجاح في سوق أنظمة تخزين الطاقة بالبطاريات؟

إن فهم العوامل المحركة لسوق أنظمة تخزين طاقة البطاريات يعد من الأمور المهمة بشكل خاص نظرًا لوجود أقسام متعددة من العملاء، ونظرًا لتنوع نماذج الأعمال، بالإضافة إلى التطورات التكنولوجية المتوقعة. في هذا السياق، هناك أربع استراتيجيات رئيسية قد تعزز من فرص النجاح.

• تقييم الفرص غير المستغلة في سلسلة القيمة. يُرجى من الشركات البحث عن فرص جديدة لتقديم منتجات وخدمات في صناعة مثل أنظمة تخزين طاقة البطاريات التي لا تزال في مراحلها الأولية. هل يمكن لمتخصصي تكامل الأنظمة، على سبيل المثال، المشاركة في عملية تجميع البطاريات داخلياً؟ أو التعاون مع مصنعي البطاريات لابتكار كيمياء خلية مبتكرة؟ وفي السياق نفسه، ما الذي يمكن أن يمنع مصنع البطاريات من توسيع نطاق خدماته ليشمل تكامل النظام لجذب قطاعات محددة، مثل شركات الخدمات العامة؟

  وتُعد البرمجيات ذات أهمية خاصة في هذا المجال. من المتوقع أن تتحول قيمة أنظمة التخزين من مجرد مكونات مادية إلى برامج تدير وتعزز أداء هذه الأنظمة. ويوفر ذلك فرصة لجذب قاعدة عملاء أوسع ويساعد على تحقيق هوامش أرباح أكبر. لذا من الضروري للمشغلين في أنظمة تخزين طاقة البطاريات الاستثمار في هذه القدرات منذ البداية.

• ضرورة تعزيز المرونة في سلاسل التوريد. تعتمد مكونات أنظمة تخزين طاقة البطاريات الرئيسية (بدايةً من البطاريات إلى المكونات شبه الموصلة المستخدمة في العواكس وأنظمة التحكم) على شبكات توريد معقدة. هذه الشبكات قابلة للتأثر بتحديات متعددة، سواء نقص المواد الأولية أو التغيرات التشريعية. عند وضع استراتيجية لسلسلة التوريد، من المهم النظر في الشراكات الاستراتيجية، والمصادر المتنوعة والمحلية، وكذلك التحضير لاستقبال التطورات التكنولوجية المستقبلية. وبالإضافة إلى المكونات، تواجه الشركات التي تدخل سوق أنظمة تخزين طاقة البطاريات تحديات متعلقة بالقدرات في مجال الهندسة والمشتريات والبناء، وهذا بشكل خاص لاستخدامات قبل العداد. لذلك، يُعد تأسيس شراكات استراتيجية مع مشغلي مجال الهندسة والمشتريات والبناء الرئيسيين الذين لديهم خبرة في تنفيذ مشاريع أنظمة تخزين طاقة البطاريات واسعة النطاق هو خطوة ضرورية لضمان نجاح هذه المشاريع.

• التأكيد على أبرز مميزات المنتج حسب احتياجات العملاء. يجب أن تعكس مواصفات المنتج توقعات واحتياجات العملاء. كما أن وجود استراتيجية واضحة تستند إلى توجهات العملاء يساعد في تقدير الخصائص الأساسية التي يبحث عنها العملاء في المنتج. هذا الأمر بالغ الأهمية، خصوصًا في ظل وجود تنافسية كبيرة على الأسعار في سوق أنظمة تخزين طاقة البطاريات. وفي الوقت نفسه، ستضمن عملية وضع خريطة طريق مدروسة للمنتج أن يكون للشركة عرض فريد ومميز في أي قطاع تعمل فيه. على سبيل المثال، سيساعد اتخاذ الخطوات المناسبة بخصوص تصميم النظام وتوافقه مع البنية التحتية الموجودة للعميل مثل التكامل مع التقنيات الكهروضوئية في تخفيف العوائق التي تقف أمام دخول عدد أكبر من العملاء.

• ثق برؤيتك وكن حازمًا في تنفيذها. في ظل تنامي أهمية أنظمة تخزين طاقة البطاريات وزيادة الإيرادات بسرعة، فليس في الوقت متسعًا للتردد أو المغامرة بحذر. على الرغم من تجزئة السوق، إلا أن بعض الأطراف المهمة قد بدأت في تأمين مواقع قوية بها. يرفع هذا من مستوى المخاطر للشركات، وخصوصًا الناشئة التي بدأت كمشروعات بحث وأصبحت اليوم تمتلك براءات اختراع ذات قيمة. قد تكون هذه الشركات بحاجة إلى اتخاذ قرارات شجاعة لتأمين مكانتها ووضعها في السوق ولتجنب التهميش من قبل الأعمال الأكبر حجمًا.

يشهد سوق أنظمة تخزين طاقة البطاريات نموًا هائلًا وتطورًا سريعًا؛ ومن لا يبادر بالخطوات الآن قد يستشعر خسارة الفرص الكبيرة حيث ستتصدر الشركات التي تمتلك الركائز الأربعة الأساسية للنجاح في السوق، فهم من سيميزون أنفسهم ويساهمون بشكل كبير في تحقيق قيمة بارزة في سوق تعتبر نوعا ما سوق ناشئة، خاصة مع وتيرة التحول المتزايدة في قطاع الطاقة.