الشريك المثالي للطاقات المتجددة: اختراقات في أنظمة تخزين الطاقة

وفي سياق التطور السريع والاستخدام الواسع النطاق لمصادر الطاقة المتجددة، مثل الطاقة الشمسية وطاقة الرياح، لا يمكن تجاهل الإمكانات الهائلة للطاقة المتجددة. ومع ذلك، وبسبب مشاكل مثل التقطع والتقلب، تواجه نظم الطاقة المتجددة تحديات النمو السريع في الطلب على الكهرباء وارتفاع التكاليف وصعوبات في الاستدامة.

ويمكن لتكنولوجيات تخزين الطاقة معالجة هذه المشكلات إلى حد ما. وتشمل تكنولوجيات تخزين الطاقة بطاريات أيونات الليثيوم، والمكثفات الفائقة، وتخزين الطاقة بالهواء المضغوط، وتخزين دولاب الموازنة الذي يوفر مرونة أفضل لأنظمة الطاقة المتجددة ويوفر نظاماً مجدياً اقتصادياً لتخزين الطاقة.

تلخص هذه الورقة مجموعة متنوعة من تقنيات تخزين الطاقة المتقدمة وحالات تطبيقها، وتحلل الاتجاه المستقبلي لأنظمة تخزين الطاقة المتجددة.

بطارية ليثيوم أيون

بطارية الليثيوم أيون هي بطارية تتحرك فيها جسيمات مشحونة من أيونات الليثيوم، تسمى أيونات الليثيوم، بين الأقطاب الموجبة والسالبة. تتمتع هذه التقنية بالعديد من المزايا مثل كثافة الطاقة العالية والوزن الخفيف والعمر الطويل للدورة ونطاق واسع من درجات حرارة التشغيل.

على الرغم من مزاياها العديدة، إلا أن بطاريات الليثيوم أيون لها بعض العيوب، مثل كثافة الطاقة المنخفضة وقصر دورة حياتها وارتفاع تكلفتها. ومع ذلك، فقد أثبت تطبيق بطاريات الليثيوم أيون في مجال الطاقة المتجددة أنها تكنولوجيا واعدة، وقد تم استخدامها كمصادر طاقة محمولة. بالإضافة إلى ذلك، تُعد بطاريات ليثيوم أيون مناسبة تماماً لتلبية متطلبات شبكة الطاقة، وتُستخدم على نطاق واسع في السيارات الكهربائية نظراً لثباتها الكيميائي الجيد وسلامتها. وهذه الخصائص تجعلها مثالية لنظام تخزين الطاقة المتجددة.

المكثفات الفائقة

المكثفات الفائقة هي نوع جديد من أجهزة تخزين الطاقة ذات كثافة طاقة عالية وسعة كبيرة وخصائص شحن وتفريغ سريعة وكثافة طاقة أعلى مقارنة ببطاريات الليثيوم أيون. يمكن استخدام المكثفات الفائقة في المركبات الكهربائية وقاطرات السكك الحديدية وغيرها من وسائل النقل، وكذلك للطاقة الاحتياطية في شبكات الطاقة والصناعة.

تخزين الطاقة بالهواء المضغوط (CAES)

تخزين الطاقة بالهواء المضغوط (CAES) هي تقنية تحول الطاقة من مصادر متجددة إلى هواء مضغوط وتخزينها في كهوف تحت الأرض أو مواقع أخرى بكفاءة عالية وتكلفة منخفضة. وتشمل مزاياها ما يلي:

-سعة عالية، مع كفاءة تخزين طاقة تصل إلى 70%;

-قابلية تعديل قوية، يمكن تعديل سعة تخزين الهواء وفقًا للاحتياجات المختلفة;

-لا تلوث بيئي، لن يسبب تلوثًا بيئيًا;

-صغر حجم تخزين الطاقة بالهواء المضغوط مقارنةً بتقنيات تخزين الطاقة الأخرى، مثل تخزين الطاقة بالدولاب المتطاير;

-يمكن توصيل التقنية مباشرة بشبكة الطاقة.

يمكن استخدام أنظمة تخزين الطاقة بالهواء المضغوط لدعم أنظمة توليد الطاقة المتجددة الموزعة، وتخزين الطاقة على نطاق واسع، وتخزين الطاقة على نطاق واسع، وتوصيل الطاقة إلى ذروة الشبكة. وتشمل تطبيقاتها الرئيسية ما يلي:

-في أنظمة توليد الطاقة الشمسية وطاقة الرياح لتحسين جودة الطاقة;

-في فترات ذروة الطلب على الطاقة، مثل الليل، أو في الساعات الأولى من الصباح الباكر، أو خلال أشهر الصيف، لتقليل الأحمال القصوى على الشبكة;

-لعب دور في استقرار الشبكة وموثوقيتها.

تخزين الطاقة في دولاب الموازنة

تخزين الطاقة في دولاب الموازنة هو نظام تخزين طاقة بدون تلامس يستخدم محركًا كهربائيًا لنقل الطاقة من جسم إلى آخر، وتخزين الطاقة من خلال الدوران. تتكون تقنية تخزين الطاقة في دولاب الموازنة من محرك دولاب الموازنة ومجموعة دولاب الموازنة ونظام تحكم. يتميز تخزين الطاقة في دولاب الموازنة بالعديد من المزايا مقارنة بطرق تخزين الطاقة الأخرى. ومع ذلك، وبسبب التكلفة العالية للتكنولوجيا، لا يزال التطبيق العملي لتخزين طاقة دولاب الموازنة غير منتشر بما فيه الكفاية.

الاتجاهات المستقبلية

من أجل تحقيق التشغيل الاقتصادي طويل الأجل والاقتصادي لأنظمة الطاقة المتجددة، فإن تكنولوجيا تخزين الطاقة ضرورية. وتواجه أنظمة الطاقة المتجددة في الوقت الحالي العديد من التحديات، بما في ذلك القضايا السياسية والبيئية والاقتصادية والاجتماعية. لذلك، يجب معالجة هذه التحديات في المستقبل من خلال تعزيز البحث والتطوير في مجال تقنيات تخزين الطاقة. في هذه العملية، هناك حاجة إلى فهم أفضل لخصائص أنظمة الطاقة المتجددة وكذلك آفاق التطبيقات المستقبلية لتكنولوجيات تخزين الطاقة المتجددة والاتجاهات المستقبلية. كما أن هناك حاجة إلى دمج تكنولوجيات تخزين الطاقة المتجددة مع التكنولوجيات المتقدمة الأخرى لزيادة تحسين كفاءتها وسلامتها واستدامتها.