اختيار أفضل نظام لتخزين الطاقة

الفهم أنظمة تخزين الطاقة وأهميتها

دور تخزين الطاقة في دمج الطاقات المتجددة

تلعب أنظمة التخزين دوراً كبيراً في جعل مصادر الطاقة المتجددة مثل الرياح والشمس أكثر موثوقية، لأنها تميل إلى إنتاج الطاقة بشكل غير متسق. ما تفعله هذه الأنظمة هو استيعاب الكهرباء الإضافية عندما يتم إنتاج الكثير منها، ثم إطلاقها مرة أخرى عندما يحتاج الناس إلى المزيد من الطاقة. هذا يساعد على ربط الطاقة المتجددة بشكل صحيح ببنية التحتية الحالية للشبكة. القدرة على تخزين الطاقة مهمة جداً لأنها تدعم الجهود العالمية الرامية إلى خفض انبعاثات الكربون مع دفع إلى بدائل الطاقة النظيفة. تشير بعض الدراسات إلى أن حوالي 90 في المائة من المشاريع المتجددة الجديدة تأتي مع نوع من حلول التخزين المدمجة. هذا منطقي حقاً، لأنه بدون خيارات تخزين جيدة، كل تلك الطاقة النظيفة ستضيع عندما لا يحتاجها أحد في ذلك الوقت.

توازن الفجوات بين العرض والطلب باستخدام الحلول الحديثة

تكنولوجيا تخزين الطاقة غيرت طريقة إدارة مصادر الطاقة من خلال الحفاظ على التوازن بين ما هو متاح وما يحتاجه الناس. يمكن للمرافق الآن توفير طاقة إضافية عندما لا يستخدم أحد الكثير ومن ثم إعادة ذلك إلى النظام عندما يبدأ الجميع في الحاجة إلى الطاقة في وقت واحد. هذا يساعد على الحفاظ على شبكة الكهرباء بأكملها تعمل بسلاسة دون أن تتعرض للفائقة. خلال تلك الساعات المزدحمة عندما يقوم الجميع بتشغيل أجهزتهم، هذه أنظمة التخزين تأخذ بعض الضغط من الشبكة قبل حدوث مشاكل. في بعض الأماكن، انخفضت فواتير الطاقة التي كانت أعلى بعد تثبيت خيارات تخزين أفضل بنسبة 30٪، وفقاً لتقارير مختلفة. ما يظهره هذا هو أنه بالإضافة إلى استقرار الأشياء، فإن إعدادات التخزين الجيدة تساعد حقاً في إدارة كيفية توزيع الطاقة خلال أوقات مختلفة من اليوم، مما يجعل شبكة الطاقة بأكملها أكثر صلابة ضد الاضطرابات مع توفير المال على المدى الطويل

أنواع أنظمة تخزين الطاقة

بطاريات الليثيوم أيون: المرونة والقابلية للتوسع

بطاريات ليثيوم أيون موجودة الآن في كل مكان تقريبا في عالم تخزين الطاقة لأنها يمكن أن تُكيّف بسهولة وتُوسّع في الحاجة. هذه البطاريات تحزم الكثير من الطاقة في مساحات صغيرة، والتي تعمل بشكل رائع لجميع أنواع الأشياء بما في ذلك السيارات الكهربائية، هواتفنا وأجهزة الكمبيوتر اللوحية، وحتى تلك الأنظمة الكبيرة التي تساعد في إدارة تركيبات طاقة الرياح وال لماذا انقطعت هذه البطاريات؟ وذلك لأن الأسعار انخفضت كثيراً على مر السنين بالنظر إلى أرقام الصناعة، رأينا أن تكاليف البطارية انخفضت بنحو 80% منذ عام 2010. هذا النوع من انخفاض الأسعار يعني أن المزيد من الناس والشركات يمكنهم فعلاً تحمّل تكاليف تثبيت هذه الأنظمة. خذوا جدار تيسلا للطاقة على سبيل المثال. أصحاب المنازل الذين يضعون واحدة من هذه على ممتلكاتهم يمكنهم توفير ضوء الشمس الإضافي المنتج خلال النهار ومن ثم استخدامها لاحقاً عندما لا يكون هناك شمس أو ربما خلال انقطاع. هذا يظهر كم تكنولوجيا ليثيوم أيون مرنة حقا.

تخزين المياه باستخدام الطاقة: موثوقية كبيرة مثبتة

تم استخدام نظام ضخ المياه المائية منذ أكثر من 100 عام ولا يزال الخيار الأكثر موثوقية عندما يتعلق الأمر بتخزين الطاقة على نطاق واسع. الفكرة الأساسية بسيطة جدا في الواقع. يتم نقل الماء من خزان واحد إلى آخر يقع على ارتفاع أعلى، والذي يخزن الطاقة في شكل جاذبية. هذه الأنظمة تشكل حوالي 95% من تخزين الطاقة على نطاق واسع في جميع أنحاء العالم، مما يظهر مدى قبولها في العديد من البلدان. ما يجعلهم قيمين جداً هو وقت استجابتهم السريع لتغيير الطلبات، في بعض الأحيان يتكيفون في غضون دقائق قليلة فقط. أرقام الكفاءة تقع في مكان ما بين 70 و 85 في المئة بشكل عام. لكن هناك بعض القيود في العالم الحقيقي أيضاً إن العثور على مواقع مناسبة يتطلب خصائص جغرافية محددة بما في ذلك الوصول إلى مصادر المياه والفوارق الارتفاعية الكبيرة، والتي تحد بشكل طبيعي من حيث يمكن أن تحدث هذه المنشآت فعليا.

بطاريات التدفق لاحتياجات طويلة الأمد

بطاريات التدفق تقدم شيئا مختلفا عندما يتعلق الأمر بتخزين الطاقة على مدى فترات طويلة، وهو أمر مهم حقا لإدارة إمدادات الطاقة عبر المواسم. ما يميزها عن خيارات ليثيوم أيون هو استخدامها للكهربائيات السائلة التي يتم الاحتفاظ بها في خزانات منفصلة خارج الوحدة الرئيسية. هذا الإعداد يعني أنه يمكنهم الإستمرار في تفريغ الطاقة لفترة أطول بدون فقدان قدرتهم على الاحتفاظ بالشحنة. الطريقة التي تم بناء هذه الأنظمة تجعل أيضاً التوسع نسبياً سهلاً، مما يفسر لماذا تتحول العديد من المصانع وشركات الطاقة إليها عندما تحتاج إلى طاقة احتياطية موثوقة ودائمة. لقد رأينا بعض التطورات المثيرة للاهتمام مؤخراً التي خفضت من تكاليف التصنيع بينما تحصل على أداء أفضل من هذه الأنظمة، وتضع بطاريات التدفق كمنافسين جادة ضد حلول التخزين التقليدية. خذ بطاريات تدفق فاناديوم ريدوكس على سبيل المثال أصبحت بطاريات VRFB شائعة جدا في مشاريع البنية التحتية الكبيرة لأنها تستمر لفترة طويلة ويمكن أن توفر طاقة ثابتة حتى خلال عمليات طويلة.

التخزين الحراري: التقاط وإعادة استخدام طاقة الحرارة

تخزين الطاقة الحرارية مهم جداً لإنقاذ الطاقة الإضافية عندما نحتاجها لاحقاً لأشياء مثل تسخين المباني أو تبريدها. النظم تقوم بتخزين الحرارة باستخدام أشياء مثل الماء أو حتى خليط من الملح الساخن هذا يساعد على التأكد من أننا لا نضيع الطاقة عندما تكون متاحة. على سبيل المثال، محطات الطاقة الشمسية المركزة تستفيد كثيراً من هذه التقنية لأنها تستطيع جمع ضوء الشمس خلال النهار ثم توليد الكهرباء في الليل عندما يحتاج الناس إلى الطاقة. كما يساعد التخزين الحراري على الحصول على المزيد من مصادر الطاقة المتجددة، وخاصة لاحتياجات التدفئة، مما يدعم تحركنا نحو حلول طاقة أكثر خضرة. خذ المباني التجارية على سبيل المثال العديد الآن يستخدمون أنظمة تخزين الجليد التي تجمد الماء طوال الليل عندما تكون أسعار الكهرباء أقل، ثم تذوب الجليد خلال النهار لتوفير التبريد دون الحاجة إلى تشغيل وحدات تكييف باهظة الثمن خلال أوقات الذ

التقنيات الناشئة: الهيدروجين وأنظمة التخزين القائمة على الجاذبية

التطورات التكنولوجية الجديدة في الهيدروجين والتخزين القائم على الجاذبية يمكن أن تغير تماما كيفية تخزين الطاقة في المستقبل. مع تخزين الهيدروجين، يتم تحويل الكهرباء الزائدة إلى غاز الهيدروجين من خلال عملية تسمى التحليل الكهربائي. هذا يخلق طريقة لنقل وتخزين الطاقة دون إنتاج انبعاثات. بينما لا تزال في مرحلة التطوير، تظهر هذه التكنولوجيا وعودا حقيقية عندما تُضاف إلى مصادر الطاقة المتجددة، مما يساعد على تسوية تلك الصعودات والهبوطات في إمدادات الطاقة من الرياح والشمس. ثم هناك أنظمة تخزين الجاذبية التي تعمل عن طريق تخزين الطاقة كطاقة حركية وطاقة محتملة. فكر في الأمر على أنه مشابه للماء المضخ ولكن بدون الحاجة إلى كل هذا الماء. شركات مثل شركة "إنرجي فولت" تعمل بالفعل على هذه المفاهيم، وتطوير بدائل خضراء يمكن أن تتوسع مع الحفاظ على التكاليف معقولة. هذه الابتكارات توسع ما هو ممكن في خيارات تخزين الطاقة لدينا.

العوامل الرئيسية في اختيار نظام تخزين الطاقة

السعة مقابل متطلبات مدة التفريغ

هل تفكرين في الحصول على نظام تخزين للطاقة؟ المفتاح للقيام بالأمر الصحيح أولاً هو معرفة ما تعنيه القدرة مقابل مدة الإفراج. السعة تخبرنا كمية الطاقة التي يمكن أن يحملها النظام بداخلها، مثل حجم البطارية إذا أردت. مدة التفريغ تظهر كم من الوقت تستمر الطاقة المخزنة عندما يبدأ شخص ما في استخدامها. إن تطابق هذه المواصفات مع احتياجات الطاقة المحددة مهم جداً في الممارسة العملية. النظر إلى أنماط استهلاك الطاقة الفعلية يساعدنا على معرفة ما إذا كنا بحاجة إلى مساحة تخزين أكبر أو إمدادات طاقة أطول مدة. خذ مولدات الاحتياطي على سبيل المثال، فهي تحتاج عادةً إلى خزانات ذات قدرة كبيرة، لكنها لا تهتم كثيراً بفترة التشغيل. من ناحية أخرى، غالباً ما تستفيد المنازل التي تعمل بالطاقة الشمسية من أنظمة تطلق الطاقة ببطء على مدى ساعات عديدة بدلاً من كل الطاقة في وقت واحد.

تحليل التكلفة: الاستثمار الأولي مقابل القيمة مدى الحياة

القيام بتحليل مناسب للتكاليف مهم جدا عند اختيار أفضل حل لتخزين الطاقة لأي موقف معين. الناس بحاجة للنظر إلى ما ينفقون في مقدمة مقابل ما توفره على مدى سنوات من التشغيل. أشياء مثل نفقات الصيانة العادية، كم سرعة تحطم النظام، وتلك الانخفاضات الصغيرة في الكفاءة مهمة أيضا. معظم المهنيين سوف يخبرون أي شخص يسأل أن تخزين الطاقة لا ينبغي أن ينظر إليه فقط كقطعة أخرى في ورقة الميزانية. فكر في الأمر على أنه شيء يستحق الاستثمار فيه لأنه يستفيد من عدة طرق في المستقبل خذ بطاريات الليثيوم على سبيل المثال. بالتأكيد، إنها تكلف أكثر في البداية من بعض البدائل، لكن أصحاب المنازل يبلغون عن خفض فواتير الكهرباء الشهرية بنسبة 30٪ أو أكثر خلال العام الأول فقط. بالإضافة إلى ذلك، خلال انقطاع الكهرباء هذه الأنظمة تبقي الأجهزة الأساسية تعمل حتى تعود خدمة الشبكة.

تطبيقات على مستوى الشبكة مقابل السكنية

تخزين الطاقة يأتي في أنواع مختلفة اعتمادا على ما هو المقصود - بعض الأنظمة تعمل بشكل جيد للشبكات الكبيرة، والبعض الآخر يناسب بشكل أفضل في المنازل. وحدات التخزين الضخمة التي نراها في محطات الطاقة تتعامل مع كميات هائلة من الكهرباء التي تحتاجها الصناعات والمدن في جميع أنحاء البلاد. من ناحية أخرى، عادة ما يتعامل أصحاب المنازل مع إعدادات أصغر بكثير مصممة فقط لاحتياجات طاقة أسرهم اليومية وربما تساعدهم حتى على توفير المال خلال أوقات الاستخدام العالية. عند مطابقة خيارات التخزين للاحتياجات الفعلية، يحتاج الناس إلى النظر عن كثب إلى كمية الطاقة التي يحتاجونها حقاً يومياً. معظم العائلات تختار شيئاً صغيراً بما يكفي ليتسع في مرآبها لكن قوياً بما يكفي ليقلل من فواتيرهم الشهرية عندما ترتفع الأسعار في الوقت نفسه، الشركات التي تدير مناطق بأكملها تريد تخزينات يمكنها أن تحتفظ بكميات هائلة من الطاقة دون أن تفشل أثناء العواصف أو أي اضطرابات أخرى.

الأثر البيئي واستدامة المواد

أنظمة تخزين الطاقة تسبب صداع حقيقية للبيئة هذه الأيام. نحتاج أن نلقي نظرة فاحصة على ما يحدث خلال دورة حياتهم بأكملها من الإنتاج إلى التخلص منها، وخاصة عندما يتعلق الأمر بالمواد. مع تشديد الحكومات في جميع أنحاء العالم للقواعد المتعلقة بالانبعاثات وإدارة النفايات، لا يمكن للشركات ببساطة تجاهل من أين تأتي موادها الخام أو كيفية التخلص من المعدات القديمة بعد الآن. أن تكون أخضر ليس جيداً للأم الأرض فقط المستهلكون اليوم يهتمون بعمق بالديموقراطية، لذلك فإن الشركات التي تتخذ خيارات صديقة للبيئة تميل إلى بناء علاقات أقوى مع العملاء الذين يشاركونهم تلك القيم. تشير أبحاث السوق إلى أن الشركات التي تتبنى ممارسات أكثر خضراء غالباً ما ترى زيادة في المبيعات بين الشباب الذين يضعون العوامل البيئية على رأس قرارات الشراء. بالنسبة للمصنعين الذين ينظرون إلى المستقبل، هذا يعني فرص مالية كبيرة تكمن في تطوير تقنيات أكثر نظافة مع الحفاظ على تكاليف التشغيل تحت السيطرة.

دراسات الحالة: تخزين الطاقة في العمل

مشروع بطارية الطاقة في ولاية ألاباما

أطلقت شركة "ألاباما باور" شيئاً رائعاً عندما يتعلق الأمر بتخزين البطاريات على نطاق واسع هنا في مقاطعة "والكر". إنهم يضعون ما يسمى بنظام تخزين طاقة البطارية أو BESS باختصار هذا الشيء يمكنه أن يحمل حوالي 150 ميجاوات من الطاقة، ما يكفي لإبقاء الأنوار مضاءة في حوالي 9,000 منزل في وقت واحد. الشركة تريد أن تساعد هذه الأنظمة في الحفاظ على استقرار شبكة الكهرباء، والاستجابة بشكل أفضل عندما يكون هناك تغيرات مفاجئة في الطلب، وجلب المزيد من مصادر الطاقة المتجددة على الإنترنت. تظهر المشاهدات الأولى لكيفية عمل هذا التحسينات الحقيقية في العديد من المجالات بما في ذلك إدارة أفضل لتدفق الطاقة وزيادة معدلات الكفاءة وانخفاض تكاليف التشغيل بشكل عام. هذه النتائج تسلط الضوء على سبب أهمية هذا المشروع لخطط ألاباما طويلة الأجل حول إنتاج طاقة نظيفة. ما نراه الآن يمثل نقطة تحول للمنطقة بينما تتحرك نحو خيارات طاقة أكثر موثوقية وصديقة للبيئة في المستقبل.

أبحاث NREL حول حلول التخزين طويلة المدى

أصبحت شركة إن آر إيل رائدة في دفع خيارات تخزين الطاقة طويلة الأجل إلى الأمام. الباحثون هناك يبحثون في كل أنواع التكنولوجيا الجديدة التي يمكن أن تبقي الطاقة المفروضة لفترات أطول بكثير من الأنظمة الحالية تسمح. يركز المختبر بشكل كبير على خلق طرق تخزين تتوافق مع احتياجات الاستخدام في العالم الحقيقي على فترات زمنية طويلة. هذه النوعية من الاختراقات يمكن أن تغير تماما كيفية إدارة شبكات الطاقة خاصة عندما يحدث ارتفاع الطلب طوال اليوم. ما يكتشفه الـ NREL من المرجح أن يؤثر على سياسات الحكومة حول الطاقة المتجددة ويجلب أموالاً كبيرة من المستثمرين الذين يرغبون في تمويل حلول تخزين أكثر نظافة. في النهاية، هذا النوع من البحوث يعطي صانعي القرار معلومات أفضل عندما يخططون لمكان بناء بنية تحتية جديدة أو تحديث المرافق القائمة.