מערכת היברידית מוליכה-על להעברה ואחסון אנרגיה וההשפעה החזויה שלה על עתיד אנרגיה בר-קיימא

מדוע רעיון אנרגיה זה חשוב

ככל שחלקו של הרוח והחשמל הסולרי בתמהיל האנרגיה גדל, שמירת האור דולק נעשית מורכבת יותר. השמש והרוח אינם זמינים תמיד ובאותם מקומות שבהם אנשים זקוקים לאנרגיה, וקווי המתח ואמצעי האחסון הקיימים לא נבנו עבור העולם החדש הזה. מאמר זה בוחן הצעה נועזת להעביר ולאחסן כמויות גדולות של אנרגיה נקייה באמצעות צינור טכנולוגי יחיד שמוביל גם חשמל וגם מימן נוזלי, במטרה לסייע למדינות להתקדם לעבר עתיד מתחדש ודל-פחמן.

חידת האנרגיה הנוכחית

סין, כמו מדינות גדולות רבות, כוללת אזורים רחבים עשירים ברוח ובשמש הרחוקים מהערים הגדולות שבהן מרבית הצריכה מרוכזת. נתונים אמיתיים מכל 31 המחוזות באדמה היבשתית במחצית הראשונה של 2024 מראים חוסר התאמה ברור: במחוזות מסוימים, כדוגמת ניימנגגו ויונאן, מיוצרת חשמל בכמות העולה בהרבה על צריכתם, בעוד שבאזורים חופיים ותעשייתיים כגון ג’יאנגסו, ג’ג’יאנג וגואנגדונג יש תלות כבדה בחשמל מיובא. כאשר סין מתכננת להגביר את ייצור הרוח והשמש עד פי שישה עד 2060 ולהפחית במידה ניכרת את השימוש בדלקים פוסיליים, צפויים פערים אלה לגדול. קישורים מסורתיים להעברה למרחקים ארוכים יכולים לעזור, אך הם מאבדים אנרגיה בדרך ומתמודדים עם עלויות, שימוש בקרקע ואתגרי תכנון.

סוג חדש של כביש מהיר לאנרגיה

החוקרים מציעים מערכת "אנרגיה היברידית" המבוססת על כבלי מוליך-על המוקרים על ידי מימן נוזלי. מוליכי-על יכולים להעביר חשמל עם כמעט ללא התנגדות, בעוד שמימן נוזלי יכול לשמש הן כדלק והן כמקרר השומר על הקבל קר. בעיצוב זה, חשמל עודף מהרוח והשמש מסופק תחילה לבתים ולעסקים. העודף משמש לפיצול מים ולייצור מימן, שמקורר לצורת נוזל ומוזרם דרך אותו צינור קבור המכיל גם את כבל המוליך-על. למעשה, הצינור הופך לכביש מהיר לאנרגיה המוביל יחדיו חשמל ומימן מאוחסן מאזורים עשירי משאבים למרכזי ביקוש מרוחקים.

ניסוי במציאות על אי

כדי לבחון כיצד זה יעבוד בפועל, הצוות הדגים מקרה בוחן על אי צ’ונגמינג הסמוך לשנגחאי, אזור חופי עם משאבי רוח ושמש חזקים. הם תכננו טבעת של "צמתים" אנרגטיים שמחוברים בצינורות אנרגיה היברידיים, במרווחים של 10 קילומטרים, וכל אחד מצויד בתחנות קירור. ביום המדומה, הרוח מספקת כוח בשעות הבוקר המוקדמות ובשעות הערב, השמש שולטת סביב שעות הצהריים, והמערכת המשולבת שומרת על זרימה קבועה של 42 מגה-ואט למשתמשים המקומיים. חשמל עודף מומר ליותר מ-13,000 קילוגרם מימן נוזלי, המקורר את כבלי המוליך-על ומשמש מאגר אנרגיה גדול שניתן לפנות אליו מאוחר יותר כשהרוח נחלשת או כשהשמש שוקעת.

קיבולת, אובדנים ועלויות

הניתוח הטכני מראה שכבל מוליך-על יחיד במערכת זו יכול לשדר עד 100 מגה-ואט, בערך פי שניים מהקיבולת של קו קונבנציונלי מקביל, בעוד שזרימת המימן הנוזלי יכולה להגיע למספר פעמים מהכמות הבסיסית על ידי כיוונון מתון של קוטר הצינור ומהירות הזרימה. ברמות כוח ומרחקים צנועים של כ-100 קילומטרים, קווי מתח גבוה מסורתיים עדיין חווים הפסדי אנרגיה נמוכים יותר ועלויות התחלתיות זולות יותר. עם זאת, ככל שהקיבולת מגדילה לכיוון מאות מגה-ואטים, הכבל כמעט-ללא-הפסד הופך לאטרקטיבי יותר: עבור קישור של 500 מגה-ואט, ההפסדים במערכת ההיברידית הם פחות מחצי מההפסדים בכבלים סטנדרטיים. כאשר החוקרים משלבים שיקולים של עלויות בנייה והפעלת אלקטרוליזרים, צינורות, טנקרים ותת-תחנות, המערכת ההיברידית נעשית תחרותית לאורך זמן לפרויקטים גדולים וארוכי-טווח, במיוחד אם מחירי הציוד ירדו כפי שמצופה.

הצרת הפער האנרגטי בין אזורים

בראייה לאומית, המחברים צופים את מערכת החשמל של סין ב-2060 תחת שתי תרחישים: אחד עם רשת ברובה קונבנציונלית ואחר שבו צינורות אנרגיה היברידיים מיושמים באופן נרחב. במקרה הקונבנציונלי, אפילו עם 80 אחוז מהחשמל ממקורות מתחדשים, מחוזות חופיים רבים עדיין ניצבים בפני מחסרים גדולים ותלויים בייבוא, בעוד שמחוזות פנים נאבקים לייצא את עודפי האנרגיה הנקייה שלהם. בתרחיש ההיברידי, ההעברה החזקה והגמישה יותר והשימוש בעודף חשמל לייצור מימן מאפשרים למערכת לספוג בערך כפול מכמות החשמל המתחדש וכמעט פי חמש מכמות המימן. רשת זו יכולה להקל על מחסורים בקרבת ערים מרכזיות, להפחית תלות בדלקים פוסיליים ולהוביל את המדינה לעבר כיסוי כמעט מלא של הביקוש בחשמל באמצעות מתחדשים.

מה זה אומר לעתיד נקי יותר

המסקנה במחקר היא כי צינורות אנרגיה היברידיים מבוססי מוליכי-על עשויים יום אחד להשלים או להחליף חלקית את קווי החשמל ושינוע הדלק הקיימים, ולהציע דרך להעביר כמויות גדולות של אנרגיה נקייה ביעילות על מרחקים ארוכים תוך אחסונה כמימן. הגישה אינה מוכנה לפריסה מידית: היא מתמודדת עם אתגרים בבטיחות, הנדסה קריוגנית, אמינות לטווח ארוך ועלויות התחלתיות. עם זאת, אם הטכנולוגיות של מימן נוזלי וכבלי מוליך-על ימשיכו להתקדם, מערכות כאלו עשויות להפוך לכלי חשוב לאיזון משאבי רוח ושמש לא אחידים ולתמיכה במערכת אנרגיה עתידית המבוססת ברובה על מתחדשים.

ציטוט: Chen, X., Chen, Y., Jiang, S. et al. Superconducting hybrid energy transmission and storage system and its projected impact on a sustainable energy future. Commun. Sustain. 1, 77 (2026). https://doi.org/10.1038/s44458-026-00077-z

מילות מפתח: אנרגיה מתחדשת, מימן נוזלי, כבלי מוליך-על, אחסון אנרגיה, העברה למרחקים ארוכים