مقدمة
تساعد عملية تخزين الطاقة في تحقيق التوازن بين إنتاج الطاقة الكهربائية واستهلاكها، خاصةً عندما يتعلق الأمر بمصادر الطاقة المتجددة، فقد لا يتساوى الإنتاج والاستهلاك في كثير من الأحيان وهذا يعني قد يعني أحياناً فصل مصادر الطاقة المتجددة للحفاظ على استقرار الشبكة الكهربائية، ونحن في هذا الوقت في أمس الحاجة لاستبدال مصادر الطاقة التقليدية بمصادر الطاقة المتجددة.
يمثل الحل المناسب للاستمرار في إنتاج الطاقة المتجددة وعدم هدرها وتخزينها، سنناقش في هذا المقال بعض الطرق غير التقليدية لتخزين الطاقة وذكر مزايا وعيوب كل منها:
البطارية الحرارية
تتسبب الحرارة المستخدمة في قطاع الصناعة بـ10% من إجمالي انبعاثات الكربون بالكوكب، بالإضافة إلى القطاعات الأخرى مثل السكنية، فإن نسبة كبيرة من الطاقة التي يتم إنتاجها تستهلك على شكل حرارة.
نجد في المقابل ارتفاعاً في إنتاج الطاقة المتجددة ولا يمكن ضخها إلى الشبكة أحياناً، بالتالي أصبحت هاتين القضيتين تشكلان حلاً متبادل. لكن كيف يتم ذلك؟
تستخدم الطاقة الناتجة عن أنظمة الطاقة المتجددة لتسخين بطاريات تتكون عادة من الخرسانة والمضاف إليها بعض المواد تزيد من القدرة على تخزين الحرارة، وبالتأكيد تحمي هذه البطارية مادة عازلة تمنع تدفق الحرارة للخارج.
يمكن تخزين حرارة عالية تصل إلى 430 درجة مئوية في البطارية ثم يتم إعادة إطلاق الطاقة الحرارية لاحقاً عن طريق تسخين سائل أو أي مادة ناقلة للحرارة سواء كانت زيوت صناعية أو بخار من خلال اتصالها بالبطارية وتستخدم لاحقاً لتشغيل التوربينات أو المضخات الحرارية لإنتاج الطاقة الكهربائية مرة أخرى، أو يمكن استخدام البطارية الساخنة نفسها لتفريغ الحرارة بشكل مباشر.
مزايا وعيوب البطاريات الحرارية
المزايا:
- كثافة طاقة عالية وقدرة تخزين زمنية تصل إلى 20 عام.
- جاهزيتها للاستخدام الفوري بسبب عدم وجود تفريغ ذاتي تقريباً ويمكن تنشيطها في جزء من الثانية بعد فترة التخزين.
- تحمّل درجات الحرارة والظروف البيئية المتطرفة مثل الاهتزازات والصدمات الميكانيكية، والضغط وغيرها.
- غير قابلة للانفجار عند عملية النقل، ويمكن التعامل معها بدون أي خطر على المستخدم.
العيوب
- قصر دورة حياتها، ويمكن استخدامها لمرة واحدة
- قد ترتفع درجة حرارة سطح البطارية
- جهد خرجها غير خطي
بطارية الأملاح الذائبة
تتكون هذه البطارية بشكل أساسي من محلول كهربائي يتكون من أملاح منصهرة، يتجمد هذا المحلول عند درجة حرارة الغرفة ويبقى خامداً. أما عند تنشيطه أو تعريضه للحرارة فينفصل ليتحول إلى مصعد ومهبط وكهرل (الإلكتروليت) – وهي المواد التي تحتوي على شحنات حرة – مما يجعلها موصلة للإلكترونات ثم تتحول إلى مصدراً للطاقة أو بطارية.
وببساطة فيمكن استخدام الطاقة المتجددة لصهر مواد البطارية والكهرل تحديداً، ثم عند درجة حرارة الغرفة تتجمد وتتحول إلى الحالة الصلبة تترك بعدها لمدة طويلة دون فقدان كبير بالطاقة مقارنة بأنواع البطاريات التقليدية.
وللاستخدام يتم تعريض البطارية للحرارة – يمكن استخدام الطاقة المهدرة في المصانع أو غيرها لعملية التسخين – ثم تتحول البطارية مجدداً إلى محلول ملحي موصل للإلكترونات.
مزايا وعيوب بطاريات الملح
المزايا:
- غير قابلة للاشتعال أو الانفجار، وآمنة لا تحتاج لتدابير إضافية
- رخيصة الثمن
- كفاءتها تصل إلى 90%
- قدرة تخزين وكثافة طاقة عالية أعلى من بطاريات الليثيوم أيون
- لا تحتاج إلى صيانة ويصل عمرها إلى 15 سنة.
العيوب:
- أداءها منخفض عند تفريغ أو شحن التيارات العالية
- ارتفاع سعرها نسبياً
- تستهلك جزءاً من الطاقة الداخلية للحفاظ على درجة حرارة العمل.
بطارية الثلج
تستخدم هذه البطارية الطاقة المتجددة لتجميد المياه وتحويله إلى الحالة الصلبة أو الثلج ثم اختزان الطاقة داخلها، ويمكن تحويل الماء أو تخزين الطاقة خلال فترات النهار التي يكون فيها أعلى معدلات لإنتاج للطاقة المتجددة، ثم في المساء أو حتى بعد أيام يستخدم الثلج من خلال إذابته إلى ماء بارد يستخدم في عمليات التبريد مثل تبريد المباني، وتصل كفاءة هذه الطريقة إلى 95%.
قامت بعض الشركات بإدماج هذه البطاريات مع مكيفات الهواء وذلك بإضافة وحدة ثلج مع المكيف، في المساء تشحن هذه الوحدة وتحول الماء إلى ثلج، وفي النهار في الوقت الذي يتم تشغيل المكيف تقوم الوحدة بضخ الثلج في أنابيب للمبنى لتبريد الهواء وضخ الهواء الساخن إلى الوحدة، وبعد فترة من الزمن يذوب الثلج بالكامل وتبدأ دورة التجميد من جديد.
تصل التبريد التي تقوم بها هذه البطاريات إلى 6 ساعات،و وتساهم هذه الطريقة في عملية نقل الأحمال، أي أنه وخلال فترة النهار الذي ترتفع فيه الأحمال وترتفع تكلفة الكهرباء بدلاً من استخدام الطاقة الكهربائية في عملية التبريد تستخدم هذه البطاريات ومساءً عند انخفاض ذروة الأحمال وسعر الكهرباء يتم شحن البطارية مرة أخرى.
مزايا بطاريات الثلج
المزايا:
– الماء لا يتحلل، لذا سعته لا تتراجع مع التقدم بالعمر.
– يمكن تجميده وإذابته مراراً وتكراراً دون قيود، على عكس البطاريات التقليدية.
– أكثر أماناً ونظافة وصديقة للبيئة.
– تكاليف منخفضة تصل إلى نصف تكاليف البطاريات التقليدية.
بطارية الرمل
نتيجة للظروف السياسية والاقتصادية الناتجة عن الحرب الأوكرانية الروسية، وتأثيرها على إمداد الطاقة في فنلندا قام مهندسان باستخدام الرمل كوسيلة لتخزين الطاقة الناتجة عن مصادر الطاقة المتجددة.
قام المهندسان باستخدام خزان ارتفاعه 7 متر يحتوي على 100 طن من رمل البناء، يتم تسخين الهواء المحيط بالرمل حتى 600 درجة مئوية من خلال سخان حرارة يستمد طاقته من الطاقة الشمسية أو الرياح ثم تقوم مروحة بتوزيع الحرارة داخل الخزان على حبيبات الرمل.
تخزن البطارية 8 ميجاواط ساعة من الطاقة الحرارية عند امتلائها ويمكنها الاحتفاظ بهذه الحرارة لشهور، ويمكنها الاحتفاظ بهذا بالطاقة الحرارية حتى عندما تنخفض درجة حرارة الجو دون الصفر المئوية.
مزايا وعيوب بطاريات الرمل
المزايا
- تكلفة أقل وكثافة تخزين أعلى مقارنة ببطاريات الليثيوم
- صديقة للبيئة وعديمة الانبعاثات
- أقل تعقيد وتستخدم مواد متاحة
- دورة حياة طويلة بسبب طبيعة الرمل التي تسمح بتكرار دورات الشحن والتفريغ مرات أكثر من غيرها.
العيوب
- لم تطبق على مدى واسع لغاية الآن
- كفاءة منخفضة تؤدي إلى فقدان الطاقة أثناء انتقالها.
أخيراً، تظهر طرق تخزين الطاقة غير التقليدية كبدائل محتملة لأساليب تخزين الطاقة التقليدية، كما أنها تتفوق ببعض المزايا على التقليدية من حيث التكلفة والكفاءة وتأثير البيئة وقابلية التوسع.
تواجه أيضاً هذه الطرق بعض التحديات من حيث السلامة والموثوقية وقبول السوق وقابلية التوسع، لذا فإنه من الضروري إجراء المزيد من البحث والتطوير لتحسين أداء وجدوى هذه الأساليب.
ويمكن للشركات أو الحكومات استبدال طرق تخزين الطاقة التقليدية بواحدة أو أكثر من هذه الطرق مستقبلاً بما يتناسب مع قدراتها واحتياجاتها.
يتوقع أن يشمل استخدام هذه البطاريات مستقبلاً لتطبيقات واسعة مثل السيارات الكهربائية والأجهزة الكهربائية.
تابعونا على لينكيد إن Linked-inلمعرفة كل جديد في مجال الطاقة المتجددة…
نتمنى لكم يوما مشمساً!
المصادر: Recharge, Hubspot, IEEE Spectrum, Innov energy, Ice Energy, Santy Mathew,BBC
