صعود اقتصاد القدرة الكهربائية: من تخزين الطاقة إلى التحكم في تدفق الكهرباء

• في عصر الذكاء الاصطناعي، باتت القدرة التنافسية تُقاس بشكل متزايد بمدى سرعة ودقة وموثوقية التحكم في الكهرباء التي يتطلبها هذا العصر.
• من المتوقع أن يصل الاستهلاك العالمي للكهرباء في مراكز البيانات التي يعتمد عليها الذكاء الاصطناعي إلى 945 تيراواط-ساعة بحلول عام 2030، أي أكثر من ضعف المستويات المطلوبة في عام 2024.
• ستصبح أنظمة تخزين الطاقة عالية القدرة عاملاً رئيسياً في تمكين اقتصاد القدرة الكهربائية مع نمو القوى العاملة الرقمية حول العالم.

لأكثر من قرنين، كان قطاع الطاقة يطرح سؤالاً واحداً: كم من الكهرباء يمكننا إنتاجه؟ أما اليوم، فقد أصبحت القدرة التنافسية تُعرّف بشكل متزايد بمدى سرعة ودقة وموثوقية التحكم في تلك الكهرباء. والدافع الأوضح لهذا التحول هو الذكاء الاصطناعي.

في مركز بيانات للذكاء الاصطناعي، يُشار إليه عادة باسم “مصنع الذكاء الاصطناعي”، تُعد الكهرباء مدخلاً إنتاجياً حاسماً، وليست مجرد تكلفة تشغيلية، تماماً كما تحتاج مصانع الصلب إلى خام الحديد، وتحتاج مصانع أشباه الموصلات إلى الرقائق.

كما أن الذكاء الاصطناعي يستهلك الكهرباء بطريقة مختلفة. فعندما تعمل آلاف وحدات معالجة الرسومات وتتوقف في وقت واحد، يمكن أن يتقلب استهلاك مركز بيانات كامل بعشرات الميغاواط خلال أجزاء من الألف من الثانية، وهي تقلبات لم تُصمم أنظمة الطاقة التقليدية للتعامل معها.

ومن المتوقع أن يصل استهلاك الكهرباء في مراكز البيانات إلى 945 تيراواط-ساعة بحلول عام 2030، أي أكثر من ضعف مستويات عام 2024، ما يشير إلى زيادة جوهرية في الطلب على الكهرباء.

الطلب المرتفع على الطاقة في العمالة الرقمية

قد يكون الذكاء الاصطناعي مجرد البداية. فالبشر يعتمدون على الغذاء كمصدر للطاقة، أما الذكاء الاصطناعي والروبوتات الشبيهة بالبشر فيعتمدون على الكهرباء. وإذا كان الذكاء الاصطناعي يمثل عمالة رقمية تعمل بالكهرباء، فقد تصبح الروبوتات الشبيهة بالبشر أيضاً عمالة مادية تعمل بالكهرباء.

وتتوقع مورغان ستانلي أن يصل حجم سوق الروبوتات الشبيهة بالبشر إلى 5 تريليونات دولار بحلول عام 2050، مع استحواذ التطبيقات الصناعية والتجارية على نحو 90% من الوحدات المنتشرة، بحيث تستهلك كل وحدة ما بين 0.5 و3.75 كيلوواط. لكن المسألة الأعمق لا تتعلق بالذكاء الاصطناعي أو الروبوتات الشبيهة بالبشر بحد ذاتها، بل بطبيعة الطلب على الكهرباء، الذي أصبح أكثر ديناميكية وتعقيداً وتقلباً.

غالباً ما تُفهم الكهرباء باعتبارها طاقة تُقاس بالكيلوواط-ساعة. لكن أسواق الكهرباء لطالما قيّمت أمرين: القدرة القصوى بالكيلوواط، وإجمالي الطاقة بالكيلوواط-ساعة. ومع ذلك، لا يزال تخزين الطاقة يُقيّم غالباً على أساس السعة فقط، أي عدد الميغاواط-ساعة التي يمكنه تخزينها.

أما الجيل التالي من بنية الطاقة التحتية فيطرح أسئلة مختلفة: كم ميغاواط يمكن توفيره؟ وما مدى سرعة استجابة الأنظمة؟ وإلى أي درجة تستطيع الحفاظ على جودة الطاقة بصورة موثوقة؟ وستتحدد قيمة تخزين الطاقة بشكل متزايد من خلال القدرة على التحكم في الكهرباء، وليس فقط من خلال السعة المخزنة.

من اقتصاد الطاقة إلى اقتصاد القدرة الكهربائية

على مدى العقد الماضي، ركز سوق تخزين الطاقة على خفض التكاليف، وتخزين فائض الكهرباء، وإدارة ذروة الطلب. وهذا هو اقتصاد الطاقة.

لكن مراكز بيانات الذكاء الاصطناعي، ومصانع أشباه الموصلات، والمستشفيات، وشبكات الكهرباء المستقبلية تحتاج إلى شيء مختلف: ليس فقط كهرباء مخزنة، بل استقرار مضمون في القدرة الكهربائية. وهذا هو اقتصاد القدرة الكهربائية، أو ببساطة اقتصاد القدرة، وهو ما يمثل تحولاً من اقتصاد الكيلوواط-ساعة إلى اقتصاد الكيلوواط.

يُنظر أحياناً إلى تخزين الطاقة طويل الأمد باعتباره الحل لهذه المتطلبات. لكن معظم أنظمة تخزين الطاقة طويلة الأمد هي عملياً أنظمة منخفضة القدرة، أي أنها بطيئة في الشحن وبطيئة في التفريغ. وهي فعالة في موازنة الطاقة، لكنها غير ملائمة للتحكم في القدرة على مستوى أجزاء من الألف من الثانية، وهو ما يتطلبه اقتصاد القدرة الكهربائية.

لا تُنتج أنظمة تخزين الطاقة الكهرباء، لكنها أصبحت أكثر مركزية في بنية الطاقة التحتية لأنها تنظم تدفق الكهرباء، وهي وظيفة لم تُصمم الأنظمة التقليدية لأدائها.

تاريخياً، بُنيت أنظمة الطاقة حول ثلاث طبقات: التوليد، والنقل، والتوزيع. أما الآن، فتتشكل طبقة رابعة يمكن تسميتها طبقة العازل الكهربائي: فهي تمتص التقلبات، وتحافظ على جودة الطاقة، وتتحكم في توقيت إيصال القدرة الكهربائية. وبهذا المعنى، تتطور أنظمة تخزين الطاقة من مجرد خزان للطاقة إلى بوابة للتحكم في القدرة، لتصبح عاملاً مادياً أساسياً في تمكين اقتصاد القدرة الكهربائية.

الفعالية المحدودة لأنظمة البطاريات الحالية

كما أن ليست كل بطارية قادرة على تشغيل مركبة، فليست كل بطارية قادرة على أن تصبح جزءاً من بنية الطاقة التحتية.

تستجيب المكثفات الفائقة بسرعة، لكنها تخزن كمية محدودة من الطاقة. وتوفر بطاريات الليثيوم-أيون كثافة طاقة عالية، لكنها صُممت في الأساس للتنقل، لا للبنية التحتية، حيث تصبح السلامة، وطول العمر التشغيلي، واستمرارية القدرة على إخراج الطاقة في ظل ظروف طلب مرتفع ومتكرر، أكثر أهمية.

وتوفر بطاريات التدفق مستوى من السلامة وتخزيناً طويل الأمد، لكن التحكم الفوري في القدرة يتطلب كثافة قدرة أعلى واستجابة أسرع مما توفره عادة التصاميم الحالية لبطاريات التدفق.

تتطلب بنية الطاقة التحتية المستقبلية بطاريات سريعة الاستجابة، وآمنة، ومتينة، وقابلة للتوسع، وقادرة على العمل كجزء مدمج من نظام الكهرباء، لا مجرد جهاز ملحق به.