على الرغم من خطوط العرض المرتفعة، من المتوقع أن تقوم الدولة الاسكندنافية بتركيب ما يقرب من 70 جيجاوات من الطاقة الشمسية بحلول عام 2050، لتتفوق على الطاقة النووية الجديدة وتشكل عمودًا فقريًا متآزرًا مع طاقة الرياح.
هلسنكي- عندما يفكر متخصصو الطاقة في فنلندا، فإنهم عادة ما يتخيلون فصول الشتاء الثلجية والغابات الشاسعة والاعتماد الكبير على الطاقة النووية والطاقة الحيوية. نادراً ما تتبادر إلى الأذهان الطاقة الشمسية الكهروضوئية باعتبارها حجر الزاوية في استراتيجية الطاقة في دول الشمال. لكن مجموعة متزايدة من أبحاث أنظمة الطاقة من جامعة LUT تتحدى هذا الافتراض-والنتائج مذهلة.
وبعيدًا عن كونها لاعبًا هامشيًا، فمن المتوقع أن تصبح الطاقة الشمسية الكهروضوئية هي التكنولوجيا المهيمنة من خلال القدرة المركبة في نظام الطاقة المستقبلي في فنلندا. عبر سيناريوهات متعددة، من المقرر أن تتوسع قدرة الطاقة الشمسية الكهروضوئية في البلاد من حوالي 2 جيجاوات (GW) اليوم إلى68 جيجاوات بحلول عام 2050-تمثل 62% من إجمالي القدرة الكهربائية المثبتة في البلاد و30% من الكهرباء المولدة.
ميزة "ليلة بلا ليل".
إحدى الخرافات الأكثر شيوعًا في قطاع الطاقة هي أن مناطق خطوط العرض المرتفعة-لا يمكنها الاعتماد على الطاقة الشمسية الكهروضوئية. ويقلب البحث هذا الافتراض رأساً على عقب من خلال تسليط الضوء على ظاهرة "الليل بلا ليل". في مناطق مثل لابلاند الفنلندية، التي تقع إلى حد كبير داخل الدائرة القطبية الشمالية، يمكن أن يكون الإشعاع الشمسي خلال أشهر الصيف متاحًا على مدار الساعة.
تخلق شمس منتصف الليل تكاملًا موسميًا قويًا مع موارد طاقة الرياح الوفيرة في فنلندا. بينما تهيمن طاقة الرياح البرية على أشهر الشتاء-عندما تكون سرعة الرياح في أعلى مستوياتها-ترتفع الطاقة الشمسية الكهروضوئية في فصلي الربيع والصيف، مما يسد فجوة توليد الكهرباء على وجه التحديد عندما تنخفض سرعة الرياح. وقد سلطت الدراسات التي أجريت حول التحسين المكاني لقدرات الطاقة الشمسية وطاقة الرياح الضوء على هذه الطبيعة التكميلية، مع وجود أنماط موسمية ويومية تدعم إمكاناتها التآزرية لتحقيق استقرار الشبكة.
ويشير الباحثون إلى أن "الدرس هنا واضح: قيمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية لا تكمن فقط في إنتاجها السنوي، ولكن في توقيتها الموسمي". من خلال السيطرة على فصل الصيف، تسمح الطاقة الكهروضوئية للنظام بحصد طاقة الرياح من الخريف إلى الربيع واستخدام الطاقة الحيوية كموفر للمرونة-مما يؤدي إلى إنشاء قاعدة إمداد متجددة قوية على مدار العام-. ومن الناحية العملية، تولد محطات الطاقة الشمسية الواقعة على طول الساحل الفنلندي بالفعل طاقة أكثر بنسبة 10% إلى 15% من تلك المبنية على الأراضي الداخلية، وذلك بفضل قلة الأيام الغائمة.
الطاقة الشمسية تتنافس مع الطاقة النووية الجديدة
يقدم البحث رسالة صارخة بشكل خاص لطموحات فنلندا النووية. وفي حين تعهدت فنلندا بمضاعفة القدرة النووية العالمية ثلاث مرات بحلول عام 2050 في قمة المناخ COP28، فإن الواقع الاقتصادي يحكي قصة مختلفة. عند مقارنتها بالطاقة الشمسية الكهروضوئية وطاقة الرياح في -تحسين تكلفة السوق مجانًا،ولا يمكن للطاقة النووية الجديدة أن تنافس-بما في ذلك المفاعلات المعيارية الصغيرة (SMRs).
ووفقا للدراسة، فإن سيناريو "المضاعفة النووية ثلاث مرات" يؤدي إلى تكاليف سنوية للنظامأعلى بنسبة 71% إلى 84%من نظام يعتمد على مصادر الطاقة المتجددة-. حتى عند تطبيق افتراضات تمويل متفائلة للغاية بتكلفة مواتية لرأس المال للطاقة النووية، يظل النظام المعتمد على الطاقة الشمسية الكهروضوئية- والرياح- كثيفًا37% أرخص.
بفضل الانخفاض الحاد في النفقات الرأسمالية للطاقة الشمسية الكهروضوئية، تنخفض التكلفة المستوية للكهرباء (LCOE) في سيناريوهات الطاقة المتجددة التي تقترب من 100٪ في فنلندا إلى ما يقرب من 100٪.33 يورو لكل ميجاوات-ساعة بحلول عام 2050. وبالنسبة لصناع السياسات والمستثمرين في مجال الطاقة، فإن تكلفة الفرصة البديلة صارخة: فإعطاء الأولوية للشركات الصغيرة والمتوسطة الباهظة الثمن يؤدي إلى تحويل رأس المال البالغ الأهمية بعيدا عن مشاريع الطاقة الشمسية الكهروضوئية القابلة للنشر بسرعة والتي توفر طريقا أسرع وأرخص بكثير لإزالة الكربون.
اقتران القطاع العميق: تغيير قواعد اللعبة الصناعية
تهيمن على الاقتصاد الفنلندي الصناعات الثقيلة التي تعتمد على استخدام الطاقة-ككثافة، مثل اللب والورق، والأسمنت، والصلب، والمواد الكيميائية-التي تشتهر بصعوبة إمدادها بالكهرباء. وفي جنوب شرق فنلندا وحدها، تمثل الصناعة 80% من الطلب النهائي على الطاقة.
الجواب يكمن فياقتران القطاع العميقوالطاقة-إلى-Xالتقنيات. خلال أشهر الصيف، عندما يصل توليد الطاقة الشمسية الكهروضوئية إلى ذروته وتقترب أسعار الكهرباء من الصفر، يمكن توجيه الطاقة الوفيرة إلى المحللات الكهربائية لإنتاج كميات هائلة من الهيدروجين الأخضر. يمكن تغذية هذا الهيدروجين مباشرة في تصنيع الفولاذ الأخضر أو تخزينه في كهوف تحت الأرض لتشغيل -محطات تصنيع الوقود الإلكتروني والكيميائي- بشكل مستمر طوال العام.
تتمتع فنلندا أيضًا بميزة فريدة: حيث أن مصانع اللب والورق الكبيرة لديها تنبعث منها ملايين الأطنان من ثاني أكسيد الكربون الحيوي. يوفر التقاط مصدر النقطة- لثاني أكسيد الكربون ميزة اقتصادية كبيرة مقارنة باستخراج ثاني أكسيد الكربون مباشرة من الهواء. يكشف البحث أنه عند استخدام التقاط المصدر النقطي-، تصبح محطات الطاقة التي تعمل بالوقود الحيوي-ومصانع اللب والورق هي الموردين الأساسيين لثاني أكسيد الكربون، مما يساهم في93.8% من إجمالي ثاني أكسيد الكربونمطلوبة -للوقود الإلكتروني والتخليق الكيميائي-الكهربائي.
من خلال الجمع بين الطاقة الشمسية الكهروضوئية الرخيصة وكهرباء الرياح وثاني أكسيد الكربون الحيوي الذي تم التقاطه، أصبحت فنلندا مركزًا أوروبيًا رئيسيًا لسوائل -الميثانول الإلكتروني،-والأمونيا، وفيشر-Tropsch المستدامة. تعمل الطاقة الشمسية الكهروضوئية وطاقة الرياح بشكل أساسي كمحرك رئيسي لتحويل ثاني أكسيد الكربون من النفايات الصناعية إلى وقود أخضر عالي القيمة -وقابل للتصدير.
التدفئة في مناخ متجمد
وفي بلد تعتبر فيه التدفئة مسألة بقاء، يكشف البحث عن تآزر آخر غير متوقع. وبما أن الطاقة الشمسية الكهروضوئية تدفع أسعار الكهرباء نحو الصفر خلال الفترات المشمسة، يمكن للغلايات الكهربائية تحويل الكهرباء إلى حرارة، والتي يتم تخزينها في صهاريج تخزين الطاقة الحرارية لتدفئة المناطق. ومن المثير للاهتمام، أن النماذج غالبًا ما تختار سخانات كهربائية بسيطة ومنخفضة التكلفة-بدلاً من المضخات الحرارية عالية الكفاءة للتدفئة الصناعية وتدفئة المناطق-لأن الطاقة الشمسية الكهروضوئية توفر كهرباء وفيرة ورخيصة في الصيف بحيث تفوق التكلفة الأولية المنخفضة للغلايات الكهربائية مكاسب الكفاءة للمضخات الحرارية الأكثر تكلفة.
درس عالمي
يقدم البحث العديد من الوجبات السريعة لصناعة الطاقة الشمسية العالمية. أولاً،خط العرض ليس الحد: إذا كانت الطاقة الشمسية الكهروضوئية يمكن أن تصبح العمود الفقري لنظام الطاقة في دولة الشمال، فإن جدواها في المناطق المعتدلة والاستوائية أمر لا جدال فيه. ثانياً، تثبت "ليلة بلا ليل" أن توليد الصيف الشديد يمكن أن يعوض العجز في فصل الشتاء عندما يقترن بطاقة الرياح. ثالثا، الطاقة الشمسية الكهروضوئية هيعامل تمكين منخفض التكلفة لاقتران القطاع-تمتد قيمتها الحقيقية إلى ما هو أبعد من شبكة الطاقة، حيث تعمل كمحفز لاقتصاد الطاقة-إلى-X. ومن خلال زيادة حجم الطاقة الكهروضوئية لتشغيل المحللات الكهربائية والغلايات الكهربائية خلال ذروة الشمس، يمكن للصناعات تخزين الطاقة على شكل جزيئات وطاقة حرارية، مما يسد الفجوة بين الطلب على شمس الصيف والشتاء.
يستلزم التحول الإجمالي لفنلندا استثمارات460 مليار يورو حتى عام 2050، مع 100 جيجاوات من قدرات الطاقة المتجددة، و19 جيجاوات من الطاقة-إلى-X، وكهربة إمدادات الحرارة للصناعة-مما يؤدي إلى نظام صناعة الطاقة-بتكاليف سنوية أقل من اليوم.
مع أكثر منتم التخطيط بالفعل لـ 300 مشروع للطاقة الشمسية-على نطاق واسع في فنلندا، بإجمالي 26 جيجاوات من السعة، يتم وضع الأسس للتحول الذي يمكن أن يعيد تعريف ما هو ممكن للطاقة المتجددة في مناطق خطوط العرض {{1}المرتفعة. لقد تبين أن شمس منتصف الليل قد تكون مصدر الطاقة الأقل تقديراً في فنلندا.
