هل تساءلت يومًا كيف يمكننا تخزين قوة الشمس للاستخدام الليلي؟ تخزين الطاقة يجعلها ممكنة ، وجرح الفجوات بين العرض والطلب. على عكس الجيل التقليدي ، فإنه يلتقط الطاقة للاستخدام لاحقًا.
في هذا المنشور ، ستتعرف على تخزين الطاقة ، وكيف يعمل تخزين الطاقة ، وأنواع تخزين الطاقة.
تخزين الطاقة هو عملية توفير الطاقة للاستخدام لاحقًا.
يلتقط الطاقة عندما يكون العرض مرتفعًا والطلب منخفض.
في وقت لاحق ، يتم إصدار الطاقة التي تخزن الطاقة لتلبية الاحتياجات المتزايدة.
· الطاقة المتجددة متقطعة.
· تتوقف الألواح الشمسية عن الإنتاج عندما تنخفض الشمس.
· توربينات الرياح بطيئة عندما لا يزال الهواء.
· قم بتوقيت الذروة في المساء ، عندما تحتاج المنازل إلى الكهرباء.
· الانقطاعات التي تسببها العواصف أو موجات الحرارة تجعل التخزين ضرورية أيضًا.
الموقف | كيف يساعد تخزين الطاقة |
يوم غائم | تخزن الطاقة الشمسية في وقت مبكر ، اللوازم لاحقًا |
المساء ذروة الطلب | يقلل الاعتماد على نباتات الوقود الأحفورية |
انقطاع التيار الكهربائي | يوفر قوة النسخ الاحتياطي على الفور |
فكر في بطارية هاتفك - إنه يخزن الطاقة من الشحن.
تقوم السدود المائية المضخمة بشيء مماثل ، ولكن على نطاق واسع.
إنهم يضخون المياه الشاقة عندما يكون الطلب منخفضًا ، ثم يطلقونه على أسفل لتوليد الكهرباء عندما يحتاج الناس إلى أكثر من غيرهم.
تخزين الطاقة هو مفتاح مستقبل طاقة أنظف.
يتيح لنا استخدام الطاقة المتجددة عندما تغرب الشمس أو تبطئ الرياح.
من خلال تخزين الطاقة أولاً وإطلاقها لاحقًا ، فإننا نحافظ على الإمداد الثابت.
· الطاقة الشمسية والرياح قوية ، ولكنها ليست متوفرة دائمًا.
· يلتقط التخزين الكهرباء الإضافية خلال فترة ما بعد الظهيرة المشمسة.
ثم يوفر تلك الطاقة في الليل ، عندما يرتفع الطلب.
· يساعد هذا التوازن مصادر الطاقة المتجددة على النمو دون المخاطرة انقطاع التيار الكهربائي.
يجب أن تتطابق الشبكة دائمًا مع العرض والطلب.
يعمل التخزين مثل المخزن المؤقت ضد التغييرات المفاجئة.
وهو يدعم تنظيم التردد ، وذروة الحلاقة ، والاستجابة السريعة.
تحدي الشبكة | حل التخزين |
زيادة الطلب المفاجئ | إفرازات فورية من البطاريات |
انقطاع محطة توليد الطاقة | نسخة احتياطية من الطاقة المخزنة |
ارتفاع ذروة التسعير | تم إطلاق الطاقة خلال ساعات مكلفة |
فكر في الطعام في الثلاجة.
أنت لا تأكلها على الفور.
بدلاً من ذلك ، يمكنك حفظه واستخدامه عندما تكون جاهزًا.
التخزين يفعل نفس الشيء بالنسبة للكهرباء ، مع الحفاظ عليه جديد في وقت لاحق.
· يقطع فواتير الكهرباء عن طريق تحويل الاستخدام إلى ساعات أرخص.
· يقلل من التلوث من النباتات الأحفورية 'Peaker ' النباتات.
يوفر النسخ الاحتياطي أثناء العواصف أو الطقس القاسي.
· يحسن مرونة المنازل الريفية وأحياء المدينة.
تخزين الطاقة يأخذ الكهرباء ويحولها إلى شكل آخر.
يمكن أن تحتفظ بهذه الطاقة حتى يحتاج الناس مرة أخرى.
في وقت لاحق ، يتحول إلى القوة القابلة للاستخدام للمنازل أو السيارات أو الشبكات.
· المواد الكيميائية : تقوم البطاريات بتخزين الطاقة في التفاعلات الكيميائية.
· الميكانيكية : الحذاب أو الهواء المضغوط يحمل القوة البدنية.
· حرارية : يمكن إعادة استخدام الحرارة المخزنة في الماء أو الملح المنصهر.
· الكهرباء : المكثفات والأنظمة الكهرومغناطيسية تبقي الطاقة جاهزة.
نوع التخزين | مثال الجهاز | ميزة رئيسية |
كيميائية | بطارية ليثيوم أيون | طاقة عالية الكثافة ، محمولة |
ميكانيكي | دولاب الموازنة أو الهواء المضغوط | حياة طويلة ، استجابة سريعة |
حراري | خزان الملح المنصهر ، تخزين الجليد | يخزن سعة الحرارة أو التبريد |
كهربائي | Supercapacitor | شحن سريع جدا وتفريغ |
أثناء الشحن ، يمتص التخزين فائض الطاقة من الشبكة.
يمكن أن تكون الطاقة الشمسية الزائدة عند الظهر أو الرياح القوية في الليل.
في التفريغ ، يرسل الطاقة مرة أخرى لتلبية الطلب المتزايد.
تتكرر هذه الدورة يوميًا ، مما يجعل إمدادات الطاقة مرنة.
صورة مياه مخزنة في خزان مرتفع.
عندما يكون الطلب منخفضًا ، تدفع المضخات المياه الشاقة.
عندما يرتفع الطلب ، يتدفق الماء إلى الوراء عبر التوربينات.
إنه يعمل تمامًا مثل البطارية العملاقة ، وتخزين وإطلاق الطاقة.
يأتي تخزين الطاقة بأشكال عديدة ، كل ما يخدم احتياجات مختلفة.
بعض الأنظمة تخزن الكهرباء مباشرة ، بينما يحمل البعض الآخر الحرارة أو الضغط.
دعونا نستكشف أهم التقنيات.
البطاريات تحول الكهرباء إلى طاقة كيميائية ، ثم حررها عند الحاجة.
تهيمن بطاريات الليثيوم أيون بسبب الكفاءة العالية وحجمها المدمج.
وتشمل الخيارات الأخرى بطاريات الصوديوم والكبريت ، والحمض ، وبطاريات التدفق.
المزايا:
· كثافة الطاقة العالية
استجابة سريعة
· مناسبة للمنازل والشركات والشبكات الكبيرة
القيود:
· عمر محدود (5-15 سنة)
· الاعتماد على المواد النادرة
نوع البطارية | أفضل استخدام | قيود |
ليثيوم أيون | EVs ، المنازل ، النسخ الاحتياطي للشبكة | التكلفة ، مصادر المواد |
الكبريت الصوديوم | تخزين واسع النطاق | ارتفاع درجة حرارة التشغيل |
حمض الرصاص | نسخة احتياطية قصيرة الأجل | حياة ثقيلة أقصر |
بطاريات التدفق | تخزين طويل الأجل | ارتفاع تكلفة ، بصمة أكبر |
هذا هو أقدم وأكثر أشكال التخزين شيوعًا.
إنه يعمل عن طريق ضخ المياه شاقة عندما تكون الطاقة رخيصة.
في وقت لاحق ، يتدفق الماء لتوليد الطاقة أثناء الطلب المرتفع.
· كفاءة للغاية (70-85 ٪).
اعتماد واسع النطاق في جميع أنحاء العالم منذ سبعينيات القرن الماضي.
تنقذ الأنظمة الحرارية الحرارة أو البرد للاستخدام لاحقًا.
تستخدم نباتات CSP المرايا لتسخين الملح المنصهر لتوليد الطاقة.
تخزين الجليد يبرد المباني عن طريق تجميد الماء في الليل.
النوع الحراري | مثال الاستخدام | فائدة |
خزانات الملح المنصهرة | النباتات الشمسية | الاحتفاظ بالحرارة الطويل |
تخزين الجليد | تبريد المكتب | يخفض الطلب أثناء النهار |
تخزين الماء الساخن | المنازل ، التدفئة التجارية | بسيطة وفعالة من حيث التكلفة |
CAES متاجر الهواء المضغوط في الكهوف تحت الأرض.
عند الحاجة ، يتم إطلاق الهواء لتدور التوربينات.
هذا يقلل من استخدام الوقود ويخفض الانبعاثات بنسبة 40-60 ٪.
يوجد نباتان تجاريان: ألمانيا وألاباما.
· سعة كبيرة وعمر طويل ، ولكن مواقع محدودة.
تحافظ Flywheels على الطاقة كقوة حركية في دوار الغزل.
يمكن أن تصل إلى 60،000 دورة في الدقيقة داخل غرف الترميز المنخفضة.
عند تفريغها ، يتباطأ الدوار أثناء إطلاق الكهرباء.
المزايا:
· استجابة سريعة جدا
حياة طويلة دورة (أكثر من 100000 دورة)
الصيانة المنخفضة
تستخدم أساسا لتنظيم تردد الشبكة والنفشات القصيرة للسلطة.
يتم إنشاء الهيدروجين عن طريق تقسيم الماء باستخدام التحليل الكهربائي.
يمكن تخزينه في الدبابات أو الكهوف للاستخدام لاحقًا.
خلايا الوقود تحويلها مرة أخرى إلى الكهرباء ، وإنتاج الماء فقط.
الايجابيات:
· نظف عند إقرانها مع مصادر الطاقة المتجددة
· إمكانات التخزين العالية
سلبيات:
البنية التحتية المكلفة
· احتراق الهيدروجين يمكن أن ينبعث منه غازات أكاسيد إكتشاينت ضارة
يوفر تخزين الطاقة قيمة إلى أبعد من تخزين الكهرباء الإضافية.
إنه يقوي الشبكة ، ويحمي المجتمعات ، ويدعم النمو النظيف.
يساعد التخزين في الحفاظ على العرض والطلب في التوازن كل ثانية.
يستجيب بسرعة للانخفاضات أو العواصف في استخدام الكهرباء.
كما يدعم الجهد والتكرار ، وتثبيت الشبكة.
· ذروة الحلاقة : إطلاق الطاقة خلال ساعات الذروة باهظة الثمن.
· مراجحة للطاقة : شراء الطاقة عندما تكون رخيصة أو بيعها أو استخدامها لاحقًا.
تحدي الشبكة | حل التخزين |
الطلب المفاجئ سبايك | إفرازات فورية من البطاريات |
زيادة الأسعار | تعوض الطاقة المخزنة تكاليف عالية |
اختلال التوازن | استقرار عوامل الطيران أو البطاريات |
بالنسبة للعائلات والأحياء ، يعني التخزين راحة البال.
إنه يحافظ على الأضواء أثناء انقطاع التيار الكهربائي أو الطقس القاسي.
إنه يقلل من الفواتير عن طريق تحويل الاستخدام إلى أوقات أرخص من اليوم.
كما أنه يعزز الوصول المتجدد ، مما يتيح للأشخاص استخدام الطاقة الشمسية في الليل.
قوة النسخ الاحتياطي أثناء انقطاع التيار الكهربائي
· انخفاض الفواتير من خلال تحول الحمل الذكي
· مرونة مجتمع أقوى مع microgrids
يحل التخزين محل النباتات الملوثة 'Peaker ' المستخدمة فقط في الأيام الحارة.
عن طريق تقليل استخدام الوقود الأحفوري ، فإنه يقلل من انبعاثات غازات الدفيئة.
كما أنه يدفع صناعات جديدة ، مما يخلق فرص عمل في إنتاج البطاريات.
نوع الفائدة | مثال على التأثير |
البيئة | انبعاثات أقل ، اعتماد أقل على الفحم |
الصحة العامة | هواء أنظف في المجتمعات ذات الدخل المنخفض |
اقتصادي | المزيد من الوظائف في تصميم التخزين والبناء والصيانة |
نمت تخزين الطاقة بسرعة على مدار العقد الماضي.
كان لدى الولايات المتحدة وحدها أكثر من 24 جيجاوات من التخزين بحلول عام 2020.
معظم هذه السعة جاءت من النباتات المائية التي تم بناؤها قبل سنوات.
تدفع بطاريات الليثيوم أيون الآن التوسع في كل من المرافق والمقياس السكني.
إنها أرخص وأكثر كفاءة وأسهل في التثبيت من الأنظمة القديمة.
بين عامي 2015 و 2019 ، انخفضت تكاليف البطاريات على نطاق واسع بنسبة 72 ٪.
تستمر المنشآت في الارتفاع حيث تدفع السيارات الكهربائية التكنولوجيا إلى الأمام.
سنة | سعة بطارية واسعة النطاق | معدل النمو |
2018 | ~ 1.5 جيجاواط | – |
2019 | ~ 1.9 جيجاواط | +28 ٪ |
2020 | ~ 2.0 جيجاواط+ | التسارع |
يتسلق الطلب في جميع أنحاء العالم على أنظمة التخزين بسرعة.
سيرتفع تخزين مشاريع IRENA من 4.67 TWH في عام 2017 إلى ارتفاع تصل إلى 15.7 TWH في عام 2030.
يُظهر Statista أن السوق الأمريكي وحده تجاوز 1.6 مليار دولار في عام 2020.
وبحلول عام 2025 ، من المتوقع أن يصل إلى 8.2 مليار دولار ، بدعم من سياسات جديدة.
· آسيا تؤدي في إنتاج الليثيوم أيون.
· أوروبا تعمل على توسيع نطاق بطارية التدفق ومشاريع التخزين الحرارية.
· تركز أمريكا الشمالية على ضفاف البطارية الكبيرة على نطاق المنفعة.
يتطور تخزين الطاقة بسرعة ، ويشكل كيفية استخدامنا للطاقة النظيفة.
إنها تتجاوز رشقات قصيرة من القوة ، تهدف إلى أنظمة أطول وأكثر ذكاءً.
تستهدف التقنيات الجديدة تخزينًا دائمًا ، وليس ساعات فقط.
أنها تبقي الكهرباء المتجددة متاحة خلال قمم الطلب الممتدة.
يتم اختبار أنظمة مع 10-100 ساعة من التفريغ في جميع أنحاء العالم.
المزايا الرئيسية:
· نسخة احتياطية موثوقة أثناء العواصف أو فشل الشبكة
· تكامل أفضل للطاقة الشمسية والرياح
· مرونة المرافق والصناعات
تخزين الأنظمة الموسمية الطاقة لأسابيع أو حتى أشهر.
يمكنهم توفير الطاقة الشمسية الإضافية في فصل الصيف للاستخدام في فصل الشتاء.
تبقى التحديات في التكلفة والكفاءة ، ولكن الإمكانات مرتفعة.
نوع التخزين | مدة | مثال الاستخدام |
بطارية قصيرة الأجل | ساعات | موازنة التحميل اليومية |
طويل الأمد | من أيام إلى أسابيع | انقطاع متعدد الأيام |
تخزين موسمي | شهور | التدفئة الشتوية أو التبريد في الصيف |
تقوم الحكومات بتمويل البحوث إلى أنظمة طويلة الأجل وذات تكلفة منخفضة.
تدعم برامج مثل ARPA-E اختراقات في التخزين على نطاق الشبكة.
تستثمر الصناعة في البطاريات المتقدمة والهواء المضغوط والهيدروجين.
تركز برامج وزارة الطاقة في الولايات المتحدة على تخزين 10-100 ساعة.
تقوم أوروبا بتمويل مشاريع الهيدروجين الموسمية.
· آسيا تسارع نباتات الليثيوم على نطاق الشبكة وتدفق البطارية.
يجب علينا إعادة تدوير البطاريات القديمة ونمنحهم حياة ثانية.
يمكن أن تعمل بطاريات EV المستخدمة على تشغيل المنازل أو الشبكات الصغيرة.
إعادة التدوير تقلل من الطلب على المواد الخام ويقلل من التكاليف البيئية.
· بطاريات الحياة الثانية قطع النفايات.
· استرداد المواد يدعم التصنيع الجديد.
النماذج الدائرية تعزز أهداف الاستدامة.
من خلال تمكين التكامل المتجدد ، يقلل تخزين الطاقة من الطاقة الشمسية وطاقة الرياح. كما أنه يقلل التلوث من نباتات الوقود الأحفوري ويقوي موثوقية الشبكة. بالنسبة للمنازل والمجتمعات ، فإنه يقلل من فواتير الطاقة ويوفر النسخ الاحتياطي أثناء انقطاع التيار الكهربائي.
يتطلب المسار نحو صفر صفر تقنيات تخزين أكثر ذكاءً وطويلة الأجل. يضمن الاستثمار في تخزين الطاقة اليوم هواء أنظف ومجتمعات أقوى ونظام طاقة مستقر غدًا.
س: ما هو نظام تخزين طاقة البطارية (BESS)؟
ج: يخزن بيس الكهرباء في البطاريات ، ثم يطلقها لاحقًا. وهو يدعم المنازل والشركات وشبكات المرافق.
س: ما هي مدة استمرار نظام تخزين طاقة البطارية؟
ج: تستمر معظم وحدات BESS من 5 إلى 15 عامًا ، اعتمادًا على الحجم والاستخدام والصيانة.
س: هل يمكن لتخزين الطاقة العمل مع الألواح الشمسية؟
ج: نعم ، يلتقط التخزين الطاقة الشمسية أثناء النهار ويوفرها في الليل ، مما يضمن الطاقة المستمرة.
س: هل تخزين الطاقة آمن للمنازل والشركات؟
ج: تم تصميم الأنظمة الحديثة بميزات أمان متقدمة ، مما يجعلها موثوقة وآمنة.
س: ما هي التحديات الرئيسية لتخزين الطاقة اليوم؟
ج: لا تزال التكاليف المقدمة المرتفعة والكفاءة المحدودة والاعتماد على المواد النادرة تحديات.
س: هل يمكن لتخزين الطاقة استبدال مصانع الوقود الأحفوري؟
ج: يمكن أن يحل محل النباتات الأحفورية 'Peaker ' ، مما يقلل من التلوث ودعم شبكات أنظف.
س: كيف يساعد تخزين الطاقة في تقليل تكاليف الكهرباء؟
A: يتيح ذروة الحلاقة وتحويل الحمل ، وخفض الفواتير باستخدام الطاقة الأرخص المخزنة.
