على مساحة مسطحة من الأرض في جنوب شرق ولاية مينيسوتا، تقوم شركة جوجل ببناء منشأة جديدة تعتبر واحدة من أكثر مراكز البيانات طموحًا من الناحية التكنولوجية حتى الآن، وهي مصممة للعمل بالكامل تقريبًا على الطاقة المتجددة. سيقوم مركز البيانات هذا الواقع في جزيرة باين بتطوير البنية التحتية الداعمة لطاقة الرياح والخلايا الكهروضوئية بشكل مشترك مع شركة المرافق العملاقة Xcel Energy. وتخطط للحصول على ما يصل إلى 19 جيجاوات في الساعة من الطاقة الخالية من الكربون بإجمالي 1.9 جيجاوات، وهي مجهزة بنظام تخزين الطاقة طويل الأجل مع "الصدأ" كنواة.
هذا هو أول مشروع لمركز بيانات Google في ولاية مينيسوتا. وستعتمد على تقنية بطاريات الحديد والهواء التي طورتها شركة Form Energy لتحقيق تخزين طويل الأجل للطاقة يصل إلى 100 ساعة، مع نطاق تخزين إجمالي للطاقة يصل إلى 30 جيجاوات ساعة، مما يوفر الدعم للحوسبة السحابية في جميع الأحوال الجوية وشركات الذكاء الاصطناعي. في صناعة مراكز البيانات، كانت كيفية توفير طاقة مستقرة للمنشآت ذات الأحمال العالية دون الاعتماد على الوقود الأحفوري مشكلة دائمًا. تحاول شركة جوجل توفير الاستقرار لعدة أيام لشبكة طاقة متجددة ذات نسبة عالية من خلال نشر بطاريات الحديد والهواء على نطاق واسع.
يختلف المسار الفني لشركة Form Energy عن بطاريات أيونات الليثيوم الحالية المستخدمة على نطاق واسع في الهواتف المحمولة والمركبات الكهربائية وتخزين الطاقة على مستوى الشبكة، ويتخلى عن آلية انتقال أيونات الليثيوم في المنحل بالكهرباء ويستخدم بدلاً من ذلك التفاعلات الكيميائية "لتقليل الصدأ" القابلة للعكس لتخزين وإطلاق الطاقة. أثناء مرحلة التفريغ، تقوم البطارية بتوليد أكسيد الحديد عن طريق أكسدة الأكسجين الموجود في الهواء بجزيئات حديدية صغيرة، مع إطلاق الإلكترونات لتكوين تيار كهربائي؛ خلال مرحلة الشحن، يتم استخدام الطاقة الكهربائية لعكس هذه العملية وإرجاع أكسيد الحديد "الصدأ" إلى حديد معدني، وبالتالي إكمال الدورة.
من منظور كفاءة الطاقة، تتمتع بطاريات الحديد والهواء بكفاءة ذهابًا وإيابًا تبلغ حوالي 50% إلى 70%، وهي أقل بكثير من مستويات 90% الزائدة الموجودة عادةً في بطاريات أيونات الليثيوم. لكن ميزتها تكمن في التكلفة والمدة: فتكلفة تخزين الطاقة التي تبلغ حوالي 20 دولارًا أمريكيًا لكل كيلووات في الساعة لا تمثل سوى ثلث ما يعادل محلول أيون الليثيوم، مما يجعلها أكثر اقتصادا في سيناريوهات تخزين الطاقة واسعة النطاق وطويلة الأجل، ومناسبة بشكل خاص لشبكات الطاقة التي تهيمن عليها توليد طاقة الرياح والطاقة الشمسية والتي تحتاج إلى تحقيق التوازن بين العرض والطلب عبر أيام.
أصبحت ولاية مينيسوتا واحدة من أماكن اختبار هذه التكنولوجيا. بالإضافة إلى مشروع Google، هناك أيضًا مشروع توضيحي أصغر تم نشره بواسطة Form Energy بالشراكة مع المرافق المحلية Great River Energy قيد الإنشاء. يتمتع النظام بقدرة تخزينية مخططة للطاقة تبلغ 150 ميجاوات في الساعة ويمكنه إنتاج 1.5 ميجاوات بشكل مستمر لمدة تصل إلى 100 ساعة، مما يوفر حلاقة طويلة المدى في أوقات الذروة ودعمًا في حالات الطوارئ لشبكة الطاقة المحلية. يتم توسيع نشر تخزين الطاقة في مركز بيانات Pine Island التابع لشركة Google بعدة أوامر من حيث الحجم على هذا الأساس، بهدف دفع هذه التكنولوجيا التجريبية إلى نطاق تطبيق صناعي حقيقي.
بالإضافة إلى الجانب الفني، يقدم هذا المشروع أيضًا ابتكارًا في السياسة ونموذج الأعمال: تصميم جديد لهيكل أسعار الكهرباء، يهدف إلى تسريع عملية الاستثمار في الطاقة النظيفة. تُسمى هذه الآلية "رسوم تسريع الطاقة النظيفة (CEAC)" وهي امتداد وتطور لـ "تعرفة الانتقال النظيف" (تعرفة الانتقال النظيف) التي تقودها Google بالتعاون مع شركة Nevada NV Energy.
وبموجب آلية CEAC، التزمت Google باستثمار 50 مليون دولار في برنامج سعة الاتصال التابع لشركة Xcel Energy لدعم مشاريع تخزين الطاقة الموزعة ونشر أنظمة بطاريات أصغر في جميع أنحاء الشبكة لتحسين الموثوقية العامة وتخفيف تقلبات الطاقة المتجددة المتقطعة. الهدف من هذا النوع من التصميم الهيكلي هو "فتح قناة" لشركات المرافق لتعزيز تطوير وبناء مصادر الطاقة النظيفة ومرافق تخزين الطاقة بسرعة أكبر دون كسر القيود التنظيمية المفروضة على أسعار الكهرباء أو زيادة العبء على فواتير الكهرباء للسكان.
وقالت جوجل إن هذا التعاون يوضح كيف يمكن للشركات الكبيرة المستهلكة للطاقة أن تتعاون مع شركات المرافق ليس فقط لتعميق نسبة الطاقة المتجددة في شبكة الطاقة من خلال أسعار الكهرباء المبتكرة وترتيبات الاستثمار، ولكن أيضًا لتعزيز الجيل الجديد من تكنولوجيا تخزين الطاقة بدءًا من التجريب وحتى التطبيق على نطاق واسع. بالنسبة لمينيسوتا، يوفر هذا المشروع نموذجا جديدا لاستخدام الكهرباء الصناعية: في الأيام الملبدة بالغيوم والليالي الهادئة في المستقبل، قد لا يكون الوقود الأحفوري هو ما يدعم التشغيل المستقر للحوسبة السحابية ومراكز بيانات الذكاء الاصطناعي، بل البطاريات التي تعمل على أساس "تفاعل الصدأ".