تخزين الطاقة باستخدام الهواء المضغوط CAES

يعد تخزين الطاقة على مستوى أهمية توليدها، وخاصة في المشاريع التي تعتمد على توليد الطاقة الكهربائية بواسطة مصادر متجددة كطاقة الرياح والطاقة الشمسية وغيرها.

وقد ظهرت العديد من التقنيات لتخزين الطاقة مثل التخزين بالبطاريات والتخزين بالضخ، ولكل تقنية ميزاتها الخاصة تختلف بها عن الأخرى وتبرر استخدامها في مكان معين دون الأخر، ولكن الاختلاف الأساسي الذي ينظر له بين هذه التقنيات هو كمية الطاقة القادرة على تخزينها بالإضافة إلى سرعة إعادة هذه الطاقة وتحويلها الى نوع الطاقة اللازم للاستهلاك.

يعد تخزين الطاقة بالهواء المضغوط Compressed Air Energy Storage (CAES)، وهي موضوع بحثنا اليوم، من أهم تقنيات تخزين الطاقة وهذه التقنية ليست جديدة كلياً بل تم استخدامها اول مرة في سبعينيات القرن الماضي. فلنتعرف على مبدأ العمل.

تدريب تكوين الطاقة الشمسية
تدريب الطاقة الشمسية عن بعد

مبدأ عمل محطة تخزين الطاقة بالهواء المضغوط CAES Plant

يعتمد مبدأ عمل هذه التقنية على ضغط الهواء في حفر أو كهوف خاصة بحيث تكون كتيمة قدر الإمكان وتمنع تسرب الهواء لاستخدام هذا الهواء لاحقاً في تحريك عنفات (توربينات) التي تقوم بدورها بتدوير مولد كهربائي لتوليد الكهرباء.

مبدأ عمل تخزين الطاقة بالهواء المضغوط
Source: wikipedia

يمكن تقسيم عمل هذه التقنية والنظام ككل إلى دورتين: دورة شحن ودورة تفريغ.

دورة الشحن

عند انخفاض الطلب على الكهرباء مع وجود فائض في التوليد، يتم استخدام هذه الطاقة الكهربائية الفائضة في تغذية ضاغط هوائي (Compressor)، والذي يخرج منه أنبوب يتجه نحو خزان الهواء وقد يكون هذه الخزان عبارة عن كهف أو منجم ملحي تحت سطح الأرض (الخزانات الكبيرة) أو مستوعب للهواء المضغوط فوق سطح الأرض (عند التخزين بكميات قليلة)، فأثناء دورة الشحن يتم ضغط الهواء عبر الأنبوب إلى الخزان.

دورة التفريغ

عند ارتفاع الطلب على الكهرباء وخاصة في ساعات الذروة عندما تظهر الحاجة لتوليد الطاقة الكهربائية، ينتقل الهواء المضغوط عبر أنبوب يتجه من الخزان نحو مبادل حراري ليتم تسخين الهواء وإدخاله إلى غرفة احتراق الغاز الطبيعي. وهذا الغاز يقوم بتدوير العنفة الغازية (توربين) للضغط العالي، فتدور وينتقل منها الغاز إلى عنفة غازية ثانية للضغط المنخفض وتدور بتأثير الغاز ويربط بمحور هذه العنفة محور دوران لمولد كهربائي فيدور بدورانها مولداً الطاقة الكهربائية اللازمة لتغطية الحمل.

ميزات تخزين الطاقة بالغاز المضغوط

بالرغم من أن توليد الطاقة في هذه التقنية يعتمد على احتراق الغاز الطبيعي وهو من الطرق التقليدية لتوليد الطاقة ولكن أُثناء عملية التفريغ فإن النظام في هذه التقنية يستخدم كامل الطاقة الميكانيكية لتوليد الطاقة الكهربائية مما يجعل النظام أكثر كفاءة.

تعد تكاليف هذه العملية منخفضة لقلة العوامل الداخلة في العملية وبالإضافة إلى أن دورة الشحن تتم في فترات انخفاض الطلب على الكهرباء وبالتالي انخفاض سعر الكهرباء ودورة التفريغ تتم في أوقات الذروة حيث يكون سعر الكهرباء أعلى.

يمكن تأسيس النظام بأحجام مختلفة وفق الحاجة فيمكن استخدام ضاغط هوائي صغير نسبياً ويكون خزانه سطحي ويمكن استخدام ضاغط هوائي كبير ويكون خزانه عبارة عن كهف تحت الأرض.

كما يتميز تخزين الطاقة بالهواء المضغوط بسعته الكبيرة وقدرته على تخزين الطاقة قد تصل حتى 1000 ميجاواط وهذا الرقم يتجاوز السعة التقليدية للكثير من طرق التخزين المعروفة (يوضح الشكل مخططاً بيانياً لمقارنة سعة أنظمة التخزين المختلفة بالإضافة لزمن التفريغ). وتتميز تقنية تخزين الطاقة بالهواء المضغوط أيضاً بأنها تقوم بعملية التفريغ ببطء مما يجعلها قادرة على الاستمرار بالتغذية لعدة ساعات.

تخزين الطاقة بالهواء المضغوط بالمقارنة مع طرق التخزين الأخرى
Source: EPRI

علاقة التخزين بالهواء المضغوط مع مصادر الطاقة المتجددة

هذه الطريقة لا تتطلب أعمالاً إنشائية كبيرة بالرغم من أن إنشاء الكهف أو المنجم في الصخور الملحية قد يحتاج فترة تتراوح بين عام وعام ونصف. ولكن مرونة إنتاج الطاقة منها وانخفاض تكاليف التخزين فيها بالمقارنة مع طرق أخرى بالإضافة إلى انخفاضات الغازات الناتجة عنها، يجعل هذه التقنية صديقة جداً للبيئة بالإضافة للطاقات المتجددة حيث يمكن إنشاء نظام تخزين بالقرب من محطة طاقة شمسية أو محطة طاقة رياح لتخزين فائض الإنتاج.

إن التوسع في استخدام هذه التقنية قد يفتح المجال لتطويرها أكثر فأكثر وهي تتميز بعمر تشغيل طويل حيث مازالت أول محطة للتخزين تعمل بقدرة 290 ميجاواط وهي موجودة بالقرب من منطقة هانتورف في ألمانيا وهي تعمل منذ عام 1978.

نتمنى لكم يوماً مشمساً!

المصدر: CTCN

حنا ندروس

مهندس طاقة كهربائية محرر في القسم التعليمي وأخبار الطاقة المتجددة ومهتم بأبحاث الطاقة المتجددة بشكل عام والطاقة الشمسية بشكل خاص.

اترك تعليقاً

You have to agree to the comment policy.

error: جميع الحقوق محفوظة لسولارابيك