10 معلومات يجب معرفتها عن تقنيات تخزين الطاقة

يُعد تخزين الطاقة أمرًا بالغ الأهمية لتحقيق استقرار شبكات الطاقة، ودمج الطاقة المتجددة، وتحسين كفاءة الطاقة في مختلف الصناعات. إليك عشر حقائق أساسية يجب أن تعرفها:

1. تخزين الطاقة يضمن موثوقية الطاقة المتجددة

تعالج حلول تخزين الطاقة في جوهرها مشكلة التقطّع في مصادر الطاقة المتجددة. يعتمد توافر الطاقة الشمسية وطاقة الرياح على الظروف الجوية والوقت من اليوم، مما يؤدي إلى إنتاج الطاقة عندما يقل الطلب عليها، وهذا هو الوقت الذي يمكن أن توفر فيه حلول التخزين هذه الطاقة. تشير وكالة الطاقة الدولية إلى أن الحجم المطلوب لحلول التخزين القائمة على الشبكة يجب أن يزداد بمعامل يزيد عن ستة أضعاف في عام 2030 من أجل تحقيق أهداف مصادر الطاقة المتجددة.

2. بطاريات الليثيوم أيون تهيمن حاليًا على السوق

من بين جميع حلول التخزين المتاحة اليوم، تعد بطاريات الليثيوم أيون الأكثر استخدامًا. ويرجع ذلك إلى كثافة الطاقة العالية التي تحتويها هذه الخلايا، حيث توفر كفاءة تزيد عن 90% من الطاقة الكهربائية ذهابًا وإيابًا، كما أن تكلفة هذه البطاريات انخفضت بنسبة 90% تقريبًا عما كانت عليه في عام 2010. وحاليًا، تشكل بطاريات الليثيوم أيون أكثر من 85% من بطاريات التخزين التي تم تركيبها حديثًا.

3. بطاريات التدفق تجعل تخزين الطاقة طويل الأمد ممكناً

على الرغم من أن بطاريات الليثيوم أيون تتألق في دورات التفريغ القصيرة، إلا أنها ليست مصممة لخدمة هذا الغرض. من ناحية أخرى، تفي بطاريات التدفق بهذا الشرط. تم تصميم بطاريات التدفق لتخزين الطاقة في شوارد سائلة موجودة في خزان خارجي. ولهذا السبب، فإنها تجعلها مثالية للتطبيقات طويلة الأمد التي يمكن أن تتراوح مدتها من 6 إلى 12 ساعة أو أكثر. وهذه المتطلبات ضرورية في الشبكات التي تهيمن عليها الطاقة المتجددة.

4. بطاريات الحالة الصلبة هي الجيل القادم

بالنظر إلى المستقبل، ليس هناك شك في أن بطاريات الحالة الصلبة تعتبر رائدة أو ثورية في حد ذاتها. وفي هذا الصدد، فقد شرعت في تغيير أو تحسين تقنيات البطاريات الحالية من حيث أنها أكثر أماناً لأنها لا تحتوي على أي سوائل قابلة للاشتعال على الإطلاق. وفي هذه الحالة، يبدو أن اعتمادها أو إنتاجها لا يزال في مراحله الأولى في الوقت الحالي.

5. تخزين الهيدروجين ونزع الكربون العميق

بالإضافة إلى التخزين في البطاريات، يعد الهيدروجين شكلاً مرناً لتخزين الطاقة على المدى الطويل أيضاً. يمكن استخدام إنتاج الطاقة الزائدة من مصادر الطاقة المتجددة لإنتاج الهيدروجين الأخضر من خلال التحليل الكهربائي، والذي يمكن تخزينه واستخدامه بشكل أكبر لتوليد الطاقة أو التطبيقات الصناعية المباشرة. ويكتسب تخزين الهيدروجين أهمية كبيرة بالنسبة للصناعات التي يصعب تحويلها إلى صناعات كهربائية، مثل إنتاج الصلب والصناعات الكيميائية الأخرى، والنقل البحري، والنقل بالشاحنات لمسافات طويلة، على سبيل المثال.

6. لا تزال الطاقة الكهرومائية التي يتم ضخها تتصدر من حيث الحجم

على الرغم من أن النمو في استخدام تخزين البطاريات وأشكال أخرى من حلول التخزين كان مرتفعًا جدًا، إلا أن التخزين المائي بالضخ لا يزال هو الرائد من حيث السعة المركبة. يضم التخزين المائي بالضخ أكثر من 90% من سعة تخزين الطاقة في العالم ويستخدم الفرق في الارتفاع بين خزانين في تخزين الطاقة. وتمتلك هذه التقنية حلولاً طويلة الأجل بعمر افتراضي يزيد عن 50 عاماً.

7. تخزين الطاقة الحرارية يقلل من ذروة الطلب على الطاقة

يمثل تخزين الطاقة الحرارية طريقة مهمة أخرى لإدارة أنظمة الطاقة. يتضمن تخزين الطاقة الحرارية تخزين الطاقة الحرارية، مثل الحرارة أو البرودة، واستخدامها في وقت لاحق. يساعد تخزين الطاقة الحرارية على التخفيف من ذروة استهلاك الطاقة. وتتخذ تكنولوجيا تخزين الطاقة الحرارية عدة أشكال، مثل نظام تخزين الملح المنصهر الذي يشيع استخدامه في محطات الطاقة الشمسية المركزة، والحرارة المعالجة، وتخزين المياه الباردة.

8. توفر المكثفات الفائقة التخزين الفوري

في حين أن تخزين الطاقة في البطارية يكون كيميائياً، فإن التخزين في المكثفات الفائقة يكون كهروستاتيكيًا. يمكن شحن المكثفات الفائقة وتفريغها في ثوانٍ، ويمكنها التعامل مع ملايين الدورات، وتتمتع بمعدل طاقة مرتفع. وعلى الرغم من أن كثافة الطاقة فيها أقل مقارنةً بالبطارية، إلا أن المكثفات الفائقة تعد خيارًا جيدًا في حالة دفقات الطاقة القصيرة، كما هو الحال في التطبيقات في المكابح الكهربائية وتنظيم التردد وتنعيم الطاقة.

9. توفر بطاريات أيونات الصوديوم بديلاً اقتصاديًا

في حين أن هناك مخاوف متزايدة بشأن سلسلة توريد بطاريات الليثيوم، تبرز بطاريات أيونات الصوديوم كبديل أرخص وأكثر ملاءمة للبيئة. يمكن الحصول على الصوديوم بسهولة، وبالتالي التخلص من أي مخاوف تتعلق بالموارد والمخاوف الجيوسياسية. على الرغم من أن تكنولوجيا بطاريات أيونات الصوديوم ذات كثافة طاقة منخفضة مقارنة بتكنولوجيا بطاريات أيونات الليثيوم، إلا أنه يمكن استخدامها بفعالية في تطبيقات البطاريات الثابتة، خاصة إذا تم اعتبار التكلفة والسلامة والعمر الطويل من الأولويات.

10. البطاريات من التطبيقات ذات العمر الثاني: تمديد القيمة وتقليل

أخيراً، أصبحت البطاريات ذات العمر الثاني حلاً مستداماً شيئاً فشيئاً. تحتوي بطاريات السيارات الكهربائية التي لا تفي بالمعايير المطلوبة للاستخدام في السيارات على حوالي 70%-80% من شحنة البطارية التي كانت البطاريات في الأصل. تعمل هذه التقنية على تعزيز استخدام البطاريات للتخزين بطريقة توفر عمراً مستداماً للبطارية. لمزيد من المعلومات، يرجى مراجعة Stanford Advanced Materials (SAM).

الأسئلة المتداولة

1. ما هو تخزين الطاقة ولماذا هو مهم؟
يسمح تخزين الطاقة بحفظ الكهرباء واستخدامها لاحقاً، مما يساعد على تحقيق التوازن بين العرض والطلب، خاصة مع مصادر الطاقة المتجددة.

2. كيف يمكن مقارنة بطاريات أيونات الليثيوم بالتقنيات الأخرى؟
توفر بطاريات الليثيوم-أيون كفاءة وكثافة طاقة عالية، في حين أن البدائل مثل بطاريات التدفق وأنظمة أيونات الصوديوم مناسبة بشكل أفضل للتطبيقات طويلة الأمد أو الحساسة من حيث التكلفة.

3. ما الدور الذي يلعبه الهيدروجين في تخزين الطاقة؟
يتيح الهيدروجين إمكانية تخزين الطاقة على المدى الطويل وعلى نطاق واسع ويدعم إزالة الكربون في الصناعات التي لا تكون فيها البطاريات عملية.

4. لماذا لا تزال المضخات المائية تستخدم على نطاق واسع؟
إن قدرتها الهائلة، وعمرها التشغيلي الطويل، وموثوقيتها المثبتة تجعل من الضخ المائي أمراً لا غنى عنه للتخزين على نطاق الشبكة.

5. كم تدوم أنظمة تخزين الطاقة عادةً؟
تدوم أنظمة الليثيوم أيون حوالي 10-15 سنة، ويمكن أن تتجاوز بطاريات التدفق 20 سنة، وغالبًا ما تعمل مرافق الضخ المائية لعدة عقود.