6 خيارات واعدة لتخزين الطاقة من المصادر المتجددة وربطها بالشبكة

أظهرت حلول تخزين الطاقة المتجددة تقدمًا ملحوظًا في السنوات الأخيرة وذلك مع تزايد إنتاج الطاقة المتجددة  مثل طاقة الرياح والطاقة الشمسية. ولهذا أصبح البحث عن حلول موثوقة لتخزين الطاقة ضرورة لابد منها وخصوصًا عندما تحدث هناك تقلبات مفاجأة في الطقس و لا تكون الشمس مشرقة أو لا تهب الرياح.

منذ اكتشاف الكهرباء ، سعى العلماء إلى إيجاد طرق لتخزين تلك الطاقة عند الحاجة إليها عند الطلب ،على مدى القرن الماضي ، و استمرت صناعة التخزين في التطور  بل وزادت أكثر في القرن الحادي والعشرين عندما حققت التقنيات الجديدة من التخزين مستويات عالية من الكفاءة.

تعد الشبكة الكهربائية نظامًا معقدًا يتطلب أن يكون العرض والطلب للطاقة متساويين في أي لحظة ، وهذا هو سبب ظهور حلول تخزين قابلة للتطبيق للمساعدة في التخفيف من استخدام الطاقة بل والحفظ على استقرار الشبكة. حيث يلزم إجراء تعديل مستمر للشبكة للحفاظ على الاستقرار ولهذا يلعب التخزين دورًا مهمًا في عملية التوازن في الشبكات ومنظومة التوليد مما يوفر مزيدًا من المرونة والموثوقية للشبكة الكهربائية ونظام التوليد.

هناك بعض حلول التخزين المختلفة التي تم تطويرها خلال السنوات القليلة الماضية والتي يمكن دمجها في الشبكة وهنا سنذكر ستة خيارات شائعة لتخزين الطاقة تعد أكبر قابلية للتنفيذ ودمجها بالشبكة.

1- بطاريات الليثيوم أيون لشركة تسلا:

يعد كل من Powerwall و Powerpack من Tesla تقنيتين عاليتي الكفاءة لبطاريات الليثيوم أيون القابلة لإعادة الشحن ، مع Powerpack المخصص للاستخدام المنزلي و Powerwall المصمم للاستخدام التجاري أو للشبكات. يمكن استخدام الأحدث في تطبيقات متعددة بما في ذلك تغطية ذروة الاحمال ، واستجابة الطلب ، والتحكم في الجهد ، وتأمين الطاقة الاحتياطية للشبكة.

أحد الأمثلة الرائعة على تكامل Powerwall هو ظهرها لأول مرة العام الماضي في أستراليا حيث وفرت سلسلة من وحدات البطاريات 129 ميجاوات من التخزين لمزرعة الرياح “Neoen’s Hornsdale Wind” والتي تمد طاقة كافية ل قرابة 30 ألف منزل.

2- والاختزال الأكسدة تدفق بطارية:

يوجد هناك حل آخر متقدم لتخزين الطاقة و هو بطاريات تدفق الأكسدة والاختزال ، والتي تحل محل الأقطاب الصلبة بمركبات التحليل الكهربائي كثيفة الطاقة (برومات الهيدروجين والليثيوم ، والبروم ، والهيدروجين ، والعضوية ، وما إلى ذلك) مفصولة بغشاء يتم شحنه وتفريغه كسوائل تدور في الخزان الخاص بهم.

و يحدث التبادل الأيوني في هذا النوع من البطاريات من خلال الفاصل الغشائي عندما تخضع الإلكتروليتات للاختزال والأكسدة وبالتالي يمكنها تخزين كميات كبيرة من الطاقة في هذه التقنية مما يجعلها مثالية للربط بالشبكة.

3- تخزين الطاقة بواسطة دولاب الموازنة:

يعمل تخزين الطاقة بواسطة دولاب الموازنة عن طريق تسريع الدوار إلى سرعة عالية والحفاظ على الطاقة كطاقة دوارة، عندما يتم سحب هذه الطاقة من النظام ، يتم تقليل سرعة دوران دولاب الموازنة وتسريعها عند إعادة إدخال الطاقة. تم تصميم معظم أنظمة دولاب الموازنة المتقدمة كدوارات مركبة عالية القوة معلقة بواسطة محامل مغناطيسية ، وعندما يتم إدخال الطاقة ، في غضون دقائق يمكن أن تدور قرابة 20000 إلى 50000 دورة في الدقيقة ، لتصل إلى سعة طاقتها بسرعة أكبر من أشكال التخزين الأخرى.

قامت الشركة السويسرية ABB مؤخرًا بتطبيق حل دولاب الموازنة في Alaska وذلك لبحث فرص استخدامها لتوسيع استخدام تطبيقات الطاقة المتجددة وتحقيق استقرار الشبكة.

4-تخزين الطاقة بواسطة الهواء المضغوط:

محطات تخزين الطاقة بواسطة الهواء المضغوط (CAES) تشبه محطات توليد الطاقة الكهرومائية التي يتم ضخها ؛ فقط بدلاً من ضخ المياه من البركة السفلية إلى البركة العلوية ، يتم ضغط الهواء المحيط وتخزينه تحت الضغط في صهاريج وخزانات مخصصة تحت الأرض لتخزين الطاقة.

عندما تكون هذه الطاقة مطلوبة ، يتم تسخين الهواء المضغوط وتمدده وتمريره عبر التوربين ، وبالتالي تشغيل المولد الكهربائي لإنتاج الطاقة. وحاليا يعمل مختبر شمال غرب المحيط الهادئ الوطني على تطوير نظام CAES لمحطات الطاقة في المناطق الداخلية في واشنطن و أوريغون عندما تكون هناك حاجة إلى طاقة إضافية لتلبية متطلبات الذروة.

5-تخزين الطاقة في الصورة الحرارية:

هناك عدة أنواع مختلفة من تخزين الطاقة الحرارية ، بما في ذلك تخزين الطاقة الكامنة والكيميائية الحرارية، ومع ذلك ، فإن التخزين الحراري المباشر هو الأكثر استخدامًا في محطات الطاقة الشمسية. وعادة ما يستخدم نظام الحرارة الغير مباشر وسيطًا سائلًا أو صلبًا: يتم تسخين الماء أو الرمل أو الصخور أو الملح المصهور.

يعد مشروع Nevada Crescent Dunes التابع لشركة SolarReserve مثالًا ممتازًا لاستخدام نظام TES ، والذي يستخدم الملح المصهور لتخزين 1100 ميجاوات من الطاقة في خزانين معدنيين ضخمين معزولين حرارياً ، حيث يتمتع هذا النظام من التخزين بعمر افتراضي طويل يصل ل 40 عام دون تدهور في مكونات النظام.

6- تخزين الطاقة بواسطة  محطات الضخ الكهرومائية

يتم تخزين الطاقة الهيدروليكية باستخدام المياه الموجودة في الخزان العلوي الذي يتم ضخه كهربائيًا من الخزان السفلي، أثناء ذروة الطلب على الكهرباء ليتم إنتاج طاقة إضافية عن طريق إطلاق المياه المخزنة عبر التوربينات بنفس الطريقة التي يعمل بها السد الكهرمائي التقليدي. وعندما تقل الحاجة إلى الطاقة ، يتم نقل المياه مرة أخرى إلى الخزان الأعلى عادةً بواسطة نفس التوربينات والتي تعمل كمضخة و كمولد.

المصدر

Electronic Design

بقلم المهندس أحمد ولي