الأوراق التقنية البيضاء

يقدم هذا التقرير الفني دراسة شاملة لتقنية بطاريات فوسفات الحديد الليثيوم (LiFePO4) ودورها المحوري في أنظمة تخزين الطاقة المعاصرة. ويتعمق في تحليل بيئة تخزين الطاقة العالمية الحالية واتجاهاتها، مستعرضًا كيف تلبي منتجاتنا متطلبات المجتمع الحديث لحلول طاقة آمنة وفعالة وصديقة للبيئة.

تُعدّ تقنية بطاريات فوسفات الحديد الليثيوم (LiFePO4) تقدمًا محوريًا في مجال أنظمة تخزين الطاقة. تشتهر هذه التقنية بميزات السلامة القوية، وعمرها الافتراضي الطويل، وملاءمتها للبيئة، مما يجعلها خيارًا مثاليًا لمجموعة واسعة من التطبيقات، من المركبات الكهربائية إلى تخزين الطاقة المتجددة.
الميزات الرئيسية
سلامةتُعد بطاريات LiFePO4 أكثر استقرارًا وأمانًا من بطاريات أيونات الليثيوم الأخرى بفضل تركيبها الكيميائي. فهي أقل عرضة للتسرب الحراري، ولا تنفجر أو تشتعل بسهولة، مما يُمثل ميزةً كبيرةً في كلٍّ من الإلكترونيات الاستهلاكية وتخزين الطاقة على نطاق واسع.

طول العمر:توفر هذه البطاريات دورة حياة أطول، غالبًا ما تصل إلى 4000-6000 دورة عند عمق تفريغ 80%، مما يجعلها أكثر استدامة وفعالية من حيث التكلفة بمرور الوقت.

الكفاءة:تتمتع بطاريات LiFePO4 بكفاءة شحن وتفريغ عالية، وهو أمر ضروري للتطبيقات التي تتطلب شحنًا سريعًا وإنتاجًا عاليًا.

تأثير بيئيالمواد المستخدمة في بطاريات LiFePO4 أقل ضررًا بالبيئة مقارنةً بأنواع أخرى من بطاريات الليثيوم. فهي لا تحتوي على الكوبالت، وهو عنصر سام غالبًا ما يُثير جدلًا أخلاقيًا حول ممارسات التعدين.

تُستخدم بطاريات LiFePO4 على نطاق واسع في العديد من تطبيقات تخزين الطاقة الحديثة:

المركبات الكهربائيةبفضل سلامتها وطول عمرها، تزداد شعبية هذه البطاريات في السيارات الكهربائية. فهي تُسهم في تقليل البصمة الكربونية للسيارة، وتُحسّن موثوقيتها.

أنظمة الطاقة المتجددةفي أنظمة الطاقة الشمسية وطاقة الرياح، تُخزّن بطاريات LiFePO4 الطاقة الفائضة المُولّدة خلال فترات الذروة. يُمكن استخدام هذه الطاقة المُخزّنة خلال فترات انخفاض إنتاج طاقة الرياح أو الطاقة الشمسية، مما يُحسّن كفاءة مصادر الطاقة المتجددة وموثوقيتها بشكل عام.

الطاقة الاحتياطية:يتم استخدامها أيضًا في أجهزة UPS (إمدادات الطاقة غير المنقطعة) وتطبيقات الطاقة الاحتياطية الأخرى حيث تكون الموثوقية والاستجابة السريعة أمرًا بالغ الأهمية.

الالكترونيات المحمولة:على الرغم من أنها أقل شيوعًا في الأجهزة الإلكترونية الاستهلاكية الأصغر حجمًا بسبب اعتبارات التكلفة، فإن ميزاتها المتعلقة بالسلامة وعمرها الطويل تجعلها مناسبة للأجهزة الإلكترونية المحمولة عالية الجودة.

يدعم دمج المزيد من توليد طاقة الرياح والطاقة الشمسية:
طاقة الرياح والطاقة الشمسية هما أرخص مصادر الكهرباء. تخزين الطاقة يدعم دمج مصادر الطاقة الأعلى فأعلى.
زيادة حصة مصادر الطاقة المتجددة، مما يتيح توسيع ودمج المصادر الأكثر فعالية من حيث التكلفة لتوليد الكهرباء.
يقلل من هدر الطاقة:
يمكن أن يساعد تخزين الطاقة في التخلص من هدر الطاقة وتعظيم الاستفادة منها
فوائد الطاقة المتجددة. تخزين الطاقة هو تقنية الشبكة الوحيدة القادرة على
تخزين الطاقة وتفريغها. بتخزين الطاقة عند وجود فائض من الطاقة المتجددة مقارنةً بالطلب، يُمكن أن يُقلل تخزين الطاقة من الحاجة إلى تقليص محطات توليد الطاقة واستخدامها لاحقًا عند الحاجة.
تحسين كفاءة الشبكة:
يمكن إرسال تخزين الطاقة على الفور للعمل كـ
توليد الطاقة والحمل، وبالتالي يمكن أن يساعد الشبكة على التكيف مع التقلبات في العرض والطلب،
الذي يعمل على تحسين كفاءة الشبكة، ويخفف من ازدحام النقل، ويزيد من سعة الشبكة
المرونة. وهذا يقلل من تكاليف النظام الإجمالية.
الحد من تكاليف استيراد الطاقة وزيادة أمن الطاقة:
يساهم تخزين الطاقة في تحسين أمن الطاقة ويعظم استخدام الكهرباء بأسعار معقولة المنتجة في البلاد.
يمنع ويقلل من انقطاع التيار الكهربائي:
يمكن أن يساعد تخزين الطاقة في منع أو تقليل مخاطر انقطاع التيار الكهربائي أو انخفاضه عن طريق زيادة إمدادات الطاقة القصوى والعمل كـ
طاقة احتياطية للمنازل والشركات والمجتمعات. انقطاعات التيار الكهربائي قد تكون مكلفة للغاية وخطيرة على الصحة والسلامة. تخزين الطاقة يجعل الشبكة أكثر مرونة وموثوقية.

2024- لحظة محورية في مجال الطاقة المتجددة

يمثل عام 2024 لحظة محورية في التحول العالمي في مجال الطاقة مع ارتفاع الطاقة المتجددة إلى مستويات غير مسبوقة. ومع ذلك، وعلى الرغم من التقدم الملحوظ، فإن وتيرة التغيير لا تزال غير كافية لتحقيق الهدف الطموح المتمثل في مضاعفة قدرة الطاقة المتجددة بحلول عام 2030 - وهو معلم حاسم للحفاظ على ارتفاع درجة الحرارة العالمية أقل من 1.5 درجة مئوية.

انخفاض مذهل في تكاليف الطاقة

مع الانخفاض المذهل في تكاليف الطاقة البالغة 473 جيجاوات (جيجاوات) المضافة في عام 2023، كان 81% أو 382 جيجاوات من مشاريع الطاقة المتجددة الجديدة على نطاق المرافق العامة أقل تكلفة من البدائل التي تعمل بالوقود الأحفوري.
وهذا يوفر للدول حالة عمل واستثمار مقنعة لمضاعفة مصادر الطاقة المتجددة ثلاث مرات بحلول عام 2030. وقد أصبح توليد الطاقة المتجددة المصدر الافتراضي لتوليد الطاقة الجديدة الأقل تكلفة.

انخفضت تكاليف مشروع التخزين

ستتطلب مضاعفة سعة الطاقة المتجددة ثلاث مرات بحلول عام ٢٠٣٠ أنظمة طاقة تستوعب حصصًا أكبر بكثير من الطاقة المتجددة المتغيرة. وهذا يتطلب شبكات طاقة حديثة وموسعة وبنية تحتية لتخزين الطاقة.
انخفضت تكاليف مشاريع التخزين بنسبة 89% بين عامي 2010 و2023، مما يسهل دمج حصص عالية من الطاقة الشمسية وطاقة الرياح من خلال المساعدة في معالجة تحديات البنية التحتية للشبكة.

نشر تخزين البطارية حسب التطبيق

منذ عام 2021، أصبح فوسفات الحديد الليثيوم (LFP) هو المادة الكيميائية المهيمنة للبطاريات في سوق تخزين الطاقة الثابتة، ومن المتوقع أن يظل في الصدارة حتى عام 2030. وارتفعت حصة LFP، من حيث جيجاوات ساعة، في إضافات سعة تخزين البطاريات السنوية من 33% في عام 2020 إلى 84% في عام 2023 (BNEF، 2024a).
ساهم انخفاض التكاليف، وطول دورة الحياة، وتحسين السلامة مقارنةً ببطاريات أيونات الليثيوم القائمة على النيكل، بالإضافة إلى الطاقة الإنتاجية الكبيرة لمصانع البطاريات في الصين، في نمو هذا السوق. وبلغت أسعار خلايا أيونات الليثيوم القائمة على النيكل أدنى مستوياتها عامًا بعد عام.

أسعار أنظمة تخزين البطاريات الجاهزة حسب السوق والمدة، 2021-2023

يُظهر تقلب الأسعار بين عامي ٢٠٢١ و٢٠٢٣ نتيجةً لانقطاعات سلسلة التوريد وتقلبات أسعار المواد الخام. بعد ارتفاعها في عام ٢٠٢٢، انخفضت تكاليف البطاريات المتوسطة خلال عام ٢٠٢٣ بشكلٍ عام.
ثلاثة أسواق عالمية. تتمتع الصين بالسوق الأكثر تنافسية، حيث تكون الأسعار أقل من المتوسط ​​العالمي.
في عام ٢٠٢٣، شهدت تكاليف تخزين الكهرباء في الصين انخفاضًا تراوح بين ٣٦٪ (لنظام ٤ ساعات) و٢٩٪ (لنظام ساعتين). ويُعزى انخفاض الأسعار في الصين بشكل رئيسي إلى سلسلة التوريد الراسخة والقدرة التصنيعية الكبيرة، مما يُعزز المنافسة في السوق المحلية. وشهدت أوروبا أقل انخفاض في التكاليف بين عامي ٢٠٢٢ و٢٠٢٣، تراوح بين ١٦٪ (لنظام ساعة واحدة) و٤٪ (لنظام ٤ ساعات).
مع ذلك، كانت الأسعار أقل تكلفةً من الولايات المتحدة لجميع أنظمة التخزين. في الواقع، خلال عام ٢٠٢٣، تجاوزت أسعار البطاريات في الولايات المتحدة وأوروبا المتوسط ​​العالمي لجميع الأنظمة، بينما كانت التكاليف في عام ٢٠٢١ قريبة من المتوسط. في عام ٢٠٢٣، سجلت الولايات المتحدة أعلى نسبة تكلفة مقارنةً بالمتوسط ​​العالمي.
الأسعار، 1.61 لنظام بطارية مدته ساعة واحدة. السبب الرئيسي لتفاوت الأسعار بين المناطق هو الاعتماد على البطاريات المستوردة من الولايات المتحدة وأوروبا. فالتصنيع المحلي في هذين البلدين أعلى تكلفة، بينما الأسواق أقل تنافسية من الصين.

تعمق فجوة الوصول إلى الطاقة

ارتفع استخدام الكهرباء المتجددة في الاستهلاك العالمي من 26.3% في عام 2019 إلى 28.2% في عام 2020، وهي أكبر زيادة سنوية منذ بدء تتبع التقدم المحرز في تحقيق أهداف التنمية المستدامة.
ومع ذلك، وعلى الرغم من النجاحات التي تحققت في نشر الطاقة المتجددة على مستوى العالم في عام 2023، فإن العالم ليس على المسار الصحيح لتحقيق الهدف السابع من أهداف التنمية المستدامة للطاقة بحلول عام 7. ولا يزال 2030 مليون شخص بدون كهرباء، ويعتمد 675 مليار شخص على أنواع الوقود الضارة للطهي على أساس يومي.