قفزة تاريخية في طاقة الهيدروجين: محرك ضخم يشغل شبكة كهرباء وطنية بالكامل

كيف يعمل محرك Wärtsilä 31H2؟

محرك 31H2 ليس نموذجاً أولياً صغيراً. إنه محرك مكابس صناعي رباعي الأشواط متوسط السرعة، مبني على منصة Wärtsilä 31، وهي البنية التي حازت نسختها العاملة بالديزل سابقاً على رقم قياسي في موسوعة غينيس لكفاءة استهلاك الوقود .

بمقاييس السيارات، يُعتبر هذا المحرك وحشاً ضخماً، حيث يبلغ ارتفاعه حوالي 4.5 أمتار وطوله قرابة 9 أمتار. ينتج المحرك في شكله التقليدي حوالي 13,000 حصان (أي ما يعادل 9.8 ميغاواط تقريباً)، مع العلم أن الإنتاج يختلف حسب نوع الوقود المستخدم .

يكمن سر جعل محرك المكابس يحرق الهيدروجين النقي في نظام التحكم بالاحتراق. يحترق الهيدروجين بسرعة لهب عالية جداً ويحتاج إلى طاقة قليلة للغاية للاشتعال، مما يزيد من خطر الاشتعال المبكر (الطرق) والارتجاع العكسي للهب. يدير محرك 31H2 هذه المخاطر عبر نظام تحكم مخصص يضبط المتغيرات في الوقت الفعلي للحفاظ على احتراق مستقر عبر كامل نطاق مرونته في استخدام الوقود .

المواصفات الفنية واستراتيجية المحركين

اعتمدت Wärtsilä استراتيجية تقوم على محركين للانتقال إلى عصر الهيدروجين، وكلاهما مبني على نفس منصة V31 لكنهما يخدمان احتياجات مختلفة:

• محرك Wärtsilä 31SG-H2 (جاهز للهيدروجين): هذا الطراز هو تطور مباشر لمحركات الشركة العاملة بالغاز الطبيعي. يعمل بالغاز الطبيعي أو بمزيج يصل إلى 25% من الهيدروجين من حيث الحجم دون أي تعديلات في الأجهزة، بل يحتاج فقط لتعديلات في نظام التحكم. يمكن ترقيته ميدانياً ليعمل بالهيدروجين بنسبة 100% عندما يؤمن العميل إمدادات موثوقة .
• محرك Wärtsilä 31H2 (محرك الهيدروجين النقي): هذا محرك صُمم خصيصاً منذ البداية لمرونة كاملة في استخدام الوقود، من 0% إلى 100% من الغاز الطبيعي في الهيدروجين. وقد أثبت اختبار بيرميو قدرة هذا المحرك على العمل بالكامل بالهيدروجين النقي .

تشمل مقاييس الأداء الرئيسية بناءً على وثائق Wärtsilä وتصريحاتها العامة:

• الإنتاج باستخدام الغاز الطبيعي: حوالي 12 ميغاواط. وأكد متحدث باسم الشركة أن المحرك متوسط التجويف V31 ينتج 12 ميغاواط عند استخدام الغاز .
• الإنتاج باستخدام الهيدروجين بنسبة 100%: أقل من تصنيف الغاز. كانت Wärtsilä قد أثبتت سابقاً تشغيلاً مستداماً بالهيدروجين النقي عند حوالي 70% من حمل محرك بحري نموذجي. وأشار المتحدث إلى أن خرج الطاقة المحروق بالهيدروجين يُخفّض مقارنة بالغاز الطبيعي، دون تحديد نسبة الانخفاض الدقيقة للاختبار المتصل بالشبكة .
• أداء مزيج الهيدروجين: مع مزيج بنسبة 25% من الهيدروجين، حقق المحرك حمولة 95% في الاختبارات التجارية السابقة. ومع مزيج بنسبة 17%، تمكن من الوصول إلى حمولة 100% .
• زمن الوصول للطاقة القصوى: يمكن للمحرك الانتقال من الصفر إلى الطاقة الكاملة في أقل من دقيقتين. هذه ميزة حاسمة على محطات الطاقة الحرارية التقليدية، وتجعل المحرك قيّماً لموازنة مصادر الطاقة المتجددة المتقطعة مثل الشمس والرياح على الشبكة .
• المزامنة مع الشبكة: تتم المزامنة مع الشبكة خلال 30 ثانية من أمر البدء .

دور محلل Air Liquide الكهربائي

الهيدروجين المستخدم في اختبار بيرميو لم يكن "هيدروجيناً رمادياً" منتجاً من الغاز الطبيعي. بل قامت شركة Air Liquide بتزويد هيدروجين أخضر مصنوع عبر التحليل الكهربائي للماء، وهي عملية لا ينبعث عنها أي ثاني أكسيد كربون عند استخدام كهرباء من مصادر متجددة. وتمتلك الشركة خبرة عميقة في هذا المجال، حيث يُعد مصنعها HyBalance في أوروبا من أوائل محطات التحليل الكهربائي بتقنية غشاء التبادل البروتوني (PEM) على نطاق صناعي .

كان الهيدروجين المستخدم في الاختبار متوافقاً مع توجيهات الاتحاد الأوروبي للطاقة المتجددة (RED)، مما يعني استيفاءه لمعايير استدامة صارمة. تعمل Air Liquide أيضاً على التوسع بشكل كبير، فهي تبني محللاً كهربائياً ضخماً بقدرة 200 ميغاواط باسم ELYgator في هولندا، وهو مصمم لإنتاج ما يصل إلى 23,000 طن من الهيدروجين المتجدد ومنخفض الكربون سنوياً .

التحقق التجاري: ما يثبته اختبار بيرميو فعلياً

إن حدث بيرميو، الذي جرى في يونيو 2026 بحضور العملاء، ليس مجرد تجربة مخبرية. يصفه البيان الصحفي الرسمي لـ Wärtsilä بأنه بداية مرحلة "التحقق" من المحرك. تقوم الشركة بتشغيل المحرك على شبكة إسبانيا لتثبت لمنتجي الطاقة والمستخدمين الصناعيين أن هذه التقنية قادرة على توفير طاقة ثابتة ومرنة وخالية من الكربون في ظروف العالم الحقيقي .

هذا التحقق هو الخطوة الأخيرة قبل تلقي الطلبات التجارية. تتوقع Wärtsilä أن يبدأ الإنتاج التجاري بكميات كبيرة اعتباراً من عام 2027 . ويتمثل هدف الشركة في بناء محطات طاقة على نطاق المرافق بقدرة مئات الميغاواط، مكونة من وحدات محركات متعددة، تماماً مثل الطريقة التي تُبنى بها مراكز البيانات والصناعات النائية قدرتها التوليدية اليوم .

رحلة تطوير دامت ست سنوات: 2020-2026

لم تقفز Wärtsilä بين ليلة وضحاها من الغاز الطبيعي إلى الهيدروجين النقي. بل أدارت الشركة برنامج اختبار منهجياً ومتعدد السنوات:

• 2020: أكملت Wärtsilä ومجموعة WEC Energy أول اختبار في العالم لمزيج هيدروجين بنسبة 25% حجماً على محرك 50SG غير معدل. عمل المحرك لثلاثة أيام متصلاً بالشبكة في ميشيغان وحقق حمولة 95% بالمزيج .
• 2022: جرت اختبارات موسعة للمزائج في مختبرات Wärtsilä في فاسا بفنلندا وبيرميو بإسبانيا. كما تم تشغيل عرض تجريبي في محطة مجموعة WEC Energy .
• 2023: أظهر اختبار مع معهد أبحاث الطاقة الكهربائية (EPRI) ومجموعة WEC Energy على محرك بقدرة 20 ميغاواط أن مزج الهيدروجين بنسبة 25% أعطى كفاءة أفضل من المتوقع وانبعاثات أكاسيد نيتروجين (NOx) أقل مما كان متوقعاً، كل ذلك دون أي تعديلات على أجهزة المحرك .
• 2024: أطلقت Wärtsilä أول مفهوم لمحطة طاقة بمحركات جاهزة للعمل بالهيدروجين بنسبة 100% على نطاق واسع في العالم. حصل التصميم على شهادة الجاهزية للهيدروجين من المرحلة الأولى من هيئة TÜV SÜD .
• 2025: قدمت الشركة طرازي المحركين 31SG-H2 و 31H2. كما حققت تشغيلاً مستداماً بالهيدروجين النقي عند حوالي 70% من حمل بحري نموذجي .
• يونيو 2026: اختبار بيرميو، المرة الأولى التي يعمل فيها محرك ضخم بالهيدروجين النقي بنسبة 100% أثناء تغذيته لشبكة كهرباء وطنية .

مشكلة التكلفة: لماذا يعد سعر 6.29 يورو/كغم مهماً

تشير التغطية الإخبارية لاختبار بيرميو إلى سعر للهيدروجين الأخضر يبلغ 6.29 يورو لكل كيلوغرام في إسبانيا. يتوافق هذا الرقم مع تقديرات تكلفة الهيدروجين الأخضر الأوروبية الأوسع، والتي تتراوح عموماً بين 5 و 8 يورو/كغم، اعتماداً على تكلفة الكهرباء المتجددة ومدة تشغيل محطة التحليل الكهربائي .

عند هذا السعر، تكون تكلفة الوقود لتوليد الكهرباء من الهيدروجين النقي أعلى بكثير من حرق الغاز الطبيعي. لذا، فإن القيمة التي يقدمها هذا المحرك لا تكمن في الطاقة الرخيصة، بل في كونه يوفر طاقة ثابتة وخالية من الكربون وسريعة الوصول للطاقة القصوى، وهو أمر لا تستطيع توربينات الغاز أو البطاريات وحدها تحقيقه بالكامل. بالنسبة للصناعات التي لديها التزامات بإزالة الكربون أو حيث تكون طاقة الشبكة غير موثوقة، يمكن لذلك أن يغير المعادلة.

أين سيتم استخدام هذا المحرك

تسوق Wärtsilä منصة 31H2 لعدة قطاعات تحتاج بالضبط لهذا المزيج من المؤهلات الخالية من الكربون والموثوقية المطلقة:

• مراكز البيانات: تحتاج مراكز البيانات إلى طاقة احتياطية وأساسية ثابتة وقابلة للاستدعاء. يمكن لمحرك هيدروجين بزمن وصول للطاقة القصوى يبلغ دقيقتين الاستجابة فوراً لتقلبات الشبكة مع تحقيق أهداف الشركات في الحياد الكربوني .
• التعدين: غالباً ما تعمل مواقع المناجم النائية بطاقة الديزل. ويقدم محرك هيدروجين نقي يعمل بالهيدروجين الأخضر المنتج محلياً من مصادر متجددة طريقاً لتوليد حمل أساسي خالٍ من الكربون دون الاعتماد على شبكة كهرباء بعيدة.
• الإسمنت والصناعات الثقيلة: تمتلك هذه القطاعات انبعاثات عملياتية يصعب تخفيفها. يمكن لمحرك هيدروجين مرن أن يوفر الكهرباء والحرارة عالية الحرارة التي تتطلبها بعض العمليات الصناعية.
• صناعة النسيج: في المناطق التي تبني بنية تحتية للهيدروجين المتجدد، يقدم المحرك طريقاً لإزالة الكربون من أحمال الطاقة والحرارة الكبيرة التي تتطلبها مصانع النسيج.

محرك Wärtsilä 31H2 هو جزء من رهان أكبر: أن الهيدروجين الأخضر يمكن أن يصبح الحلقة المفقودة بين مصادر الطاقة المتجددة المتقطعة والصناعات التي تحتاج إلى الكهرباء على مدار الساعة، بغض النظر عن أحوال الطقس.