لم يعد تخزين خياراً تقنياً ثانياً. إنها عنصر أساسي لاستقرار الشبكات ومصادر الطاقة. عندما تغيب الشمس أو تهدأ الرياح، قد يكون لديك الكثير من الثقة بين الإنتاج والاستهلاك. هنا تدخل البطاريات إلى الجسر العملي، لا إلى حل سحري.
يقول الدكتور إمري غيوك، المتخصص في برامج تخزين الطاقة: «تخزين السلطة هو الاختيار الأمثل للشبكة». ونؤكد الخبرة المختارة أن اختيار النظام لا يبدأ بقوة فقط. بل يبدأ بفهم نمط الطلب، ومدة التخزين المطلوبة، والسرعة، ودرجة الحرارة داخل موقع التشغيل. فبطارية تعمل بشكل كافٍ في غرفة براد قد سوء كفاءةها في المستودع الساخن. وتكاليفها تكاليف إذا هملت.
ولهذا السبب، هذا سؤال مقالي عملياً: ما الذي يجب عليك مراعاته قبل اعتماد حلول تخزين الطاقة؟ يجب فحص السلامة، وعمر الدورات، وتكاليف الصيانة، وإمكانية إعادة التدوير، وتوافق النظام مع الشبكة المحلية. كما يجب مراجعة بيانات المستهلك خلال الفواصل الفضائية القصيرة، مثل خمس عشرة دقيقة. الحاجة إلى احتياجات جديدة رقما حقيقي، لا وعوداً تسويقية. ومع ذلك، قد لا تكفي تكفي وحدها. فأسعار الشعر النسائية، والتقنيات المتخصصة، وبعض التوقعات قد تكون متفائلة أكثر من المطلوب. الاعتراف بهذا النقص بكميات كبيرة، ودفع الموارد إلى تجربة محدودة، وقياس النتائج، ثم التوسع بحذر.
لماذا يجب على العالم أن يقوم بدراسة حلول تخزين الطاقة؟
يمكن تخزين الطاقة بالكهرباء أو تحويلها إلى شكل قابل للاستخدام لاحقًا. قد تكون مخزنة للطاقة في بطاريات، أو خلف سدود مائية، أو خزانات حرارية. عند غروب الشمس، بطاريات متوفرة خلال ساعات الطلب. وعندما تهدأ، يخفف التخفيف من الإنتاج. هكذا يصبح النظام الإلكتروني أكثر مرونة، ويعتمد على إنتاج لحظي غير ثابت.
في الشبكة الحديثة، لا يكفي زيادة محطات التوليد وحده. يجب أن يكون الإنتاج والاستهلاك كل نصف تقريبًا. يمكن لأنظمة تغيير الأجزاء خلال الثانية، والتردد، وتقليل انقطاع الخدمة. كما تساعد على نقل الكهرباء من ساعات الوفره إلى ساعات الحاجة. لكن ليس كاملا. فجزء من الطاقة يضيع أثناء الشحن والتفريغ، وتتناقص قدرة بعض البطاريات مع الزمن.
دراسة تحتاج إلى حلول إلى بيانات ميدانية، لا إلى وعود تسويقية. يجب فحص السلامة والعمر التشغيلي وتكلفة التخزين وتوفير المواد في البيئة. تختلف التقنية بين القرية ومدينة اختيارية. قد تكون البطاريات لمرفق صغير، بينما تعمل على تمويل مشروع مائي واسع النطاق. وما إلى ذلك من بعض التقديرات غير الدقيقة، وخاصة عند حساب المهملات الجاهزة للاستخدام. لذلك يجب اختبار الالكترونيات في العمليات الفعلية، مع نشر النتائج بوضوح، حتى يمكن تعديلها بدقة قبل تطوير الاستثمار.
تستوعب أنظمة تخزين الطاقة الكهرباء عند توفرها وتطلقها عند الحاجة إليها. يلخص الجدول التالي أهم تقنيات التخزين ومساهمتها العملية في نظام طاقة موثوق ومرن ومنخفض الانبعاثات الكربونية.
| تكنولوجيا التخزين | مدة الخروج النموذجية | كفاءة الرحلة ذهابًا وإيابًا النموذجية | سرعة الاستجابة | التطبيقات الأنسب | المزايا الرئيسية | القيود الرئيسية |
|---|---|---|---|---|---|---|
| بطاريات الليثيوم أيون | من 15 دقيقة إلى 4 ساعات | 85%–95% | من أجزاء من الثانية إلى ثوانٍ | تنظيم التردد، وتحويل الطاقة الشمسية، وتقليل ذروة الاستهلاك، والطاقة الاحتياطية | كفاءة عالية، حجم صغير، تصميم معياري، استجابة سريعة | التدهور بمرور الوقت، ومتطلبات الإدارة الحرارية، والاعتماد على المعادن الحيوية |
| الطاقة الكهرومائية المخزنة بالضخ | من 6 ساعات إلى عدة أيام | 70%–85% | من ثوانٍ إلى دقائق | تحويل الأحمال اليومية، وموازنة الشبكة، ودمج الطاقة المتجددة على نطاق واسع | سعة كبيرة جدًا، عمر تشغيلي طويل، أداء مثبت على نطاق الشبكة | يتطلب ذلك تضاريس مناسبة، وفترات تطوير طويلة، وقيودًا بيئية ومائية. |
| تخزين الطاقة بالهواء المضغوط | من 4 ساعات إلى عدة أيام | 40%–70% | دقائق | التخزين طويل الأمد، والقدرة الاحتياطية، وتحويل الطاقة المتجددة | سعة تخزين كبيرة محتملة، وعمر طويل للمعدات، وتقليل الاعتماد على المواد الكهروكيميائية | يتطلب ذلك مواقع تخزين جيولوجية أو هندسية مناسبة؛ وتختلف الكفاءة باختلاف التصميم. |
| بطاريات التدفق | من 4 إلى 12 ساعة أو أكثر | 60%–85% | من ثوانٍ إلى دقائق | التكامل طويل الأمد للطاقة المتجددة، والشبكات الصغيرة، والتخزين التجاري والصناعي | قابلية التوسع المستقلة للطاقة والقدرة، وانخفاض مخاطر الحريق، وعمر تشغيلي طويل | انخفاض كثافة الطاقة، وكبر المساحة المادية، وزيادة تعقيد النظام |
| تخزين الطاقة الحرارية | من عدة ساعات إلى أيام | 40%–90%، حسب الاستخدام | من دقائق إلى ساعات | التبريد والتدفئة المركزية، والتدفئة الصناعية، والطاقة الشمسية المركزة | يمكن استخدام وسائط تخزين غير مكلفة، ويدعم تطبيقات التسخين المباشر، ويقلل من ذروة استهلاك الكهرباء | لا يُعدّ مناسبًا دائمًا لتخزين الطاقة الكهربائية؛ إذ تحدث خسائر حرارية بمرور الوقت. |
| تخزين الهيدروجين | أيام إلى فترات موسمية | 25%–45% لرحلات الكهرباء ذهابًا وإيابًا | من دقائق إلى ساعات | تخزين الطاقة الموسمي، والمواد الخام الصناعية، ونقل الطاقة لمسافات طويلة | مناسب لفترات تخزين طويلة جدًا، ويمكن استخدامه في قطاعي الكهرباء والصناعة. | انخفاض كفاءة دورة الكهرباء ذهابًا وإيابًا، وخسائر التحويل، ومتطلبات البنية التحتية والسلامة |
| تخزين الطاقة باستخدام دولاب الموازنة | من ثوانٍ إلى 30 دقيقة | 80%–95% | أجزاء من الثانية | التحكم في التردد، ودعم الجهد، وإدارة جودة الطاقة | استجابة فائقة السرعة، قدرة عالية على التحمل، عمر خدمة طويل | مدة تفريغ قصيرة، خسائر في وضع الاستعداد، ملاءمة محدودة لنقل الطاقة بكميات كبيرة |
| المكثفات الفائقة | من أجزاء من الثانية إلى عدة دقائق | 85%–98% | من الميكروثانية إلى الميلي ثانية | دعم جودة الطاقة، واستقرار الجهد، والقدرة على تحمل التيار لفترة قصيرة | كثافة طاقة عالية جدًا، شحن سريع، عمر دورة استثنائي | انخفاض كثافة الطاقة وقصر مدة التخزين مقارنة بالبطاريات |
أهمية النظام: يمكن أن يساعد تخزين الطاقة في موازنة إنتاج الطاقة المتجددة المتغير، وتقليل ذروة الطلب، وتحسين مرونة الشبكة، وتوفير خدمات مساعدة، وتأجيل بعض ترقيات الشبكة، ودعم الوصول إلى كهرباء موثوقة. يعتمد الأداء الفعلي على تصميم النظام، وظروف التشغيل، والمناخ، وحجم المشروع، والتطبيق المقصود.
هو الاحتفاظ بالكهرباء أو تحويلها إلى شكل قابل للاستخدام لاحقاً. قد يتم التخزين داخل بطاريات، أو خلف سدود مائية، أو في خزانات حرارية. الفكرة بسيطة، لكن تنفيذها ليس كذلك.
لأن إنتاج الشمس والرياح يتغير خلال اليوم. تُخزن الكهرباء عند وفرتها، ثم تُستخدم خلال ساعات الطلب. بعد الغروب، تصبح البطارية مثل مصباح احتياطي للشبكة.
تستجيب بعض الأنظمة خلال أجزاء من الثانية. وتساعد على ضبط التردد والجهد وتقليل الانقطاعات. إذا توقفت محطة فجأة، يمكن للتخزين سد الفجوة مؤقتاً.
لا يكفي ذلك وحده. يجب موازنة الإنتاج والاستهلاك باستمرار، وليس مرة واحدة يومياً. التخزين ينقل الكهرباء من ساعات الوفرة إلى ساعات الحاجة.
تفقد بعض البطاريات جزءاً من قدرتها مع مرور الزمن. وتتأثر الكفاءة بالحرارة، وسرعة الشحن، وعدد دورات الاستخدام. كما تضيع طاقة أثناء الشحن والتفريغ. ليس الحل كاملاً.
لا، فاحتياجات القرية تختلف عن احتياجات المدينة. قد تناسب البطاريات مرفقاً صغيراً، بينما يناسب التخزين المائي مشروعاً واسعاً. الموقع والتمويل والموارد المحلية تغير القرار.
نحتاج إلى بيانات تشغيلية لكل ساعة، لا إلى متوسطات سنوية فقط. ويجب قياس السلامة، والعمر التشغيلي، والكلفة، وتوفر المواد. الوعود التسويقية لا تكفي. الاختبار الميداني أهم.
يجب التحكم بدقة في التيار، وحالة الشحن، وتدفق الكهرباء. وقد يسبب خطأ صغير إنذاراً أو انخفاضاً في السعة. لذلك تحتاج الأنظمة إلى مراقبة مستمرة ومعايير موحدة.
يجب فحص المواد منذ مرحلة التصميم، مع وضع خطط لإعادة استخدامها. ويشمل ذلك البطاريات والمكونات المساعدة ومواد البنية التحتية. لكن النتائج تختلف حسب التقنية. ما زالت بعض التقديرات غير مكتملة.
يستخدم عنصر تخزين الطاقة بشكل أساسي في النظام الكهربائي الحديث، إذ يتيح حفظ الكهرباء عند توافرها عند الحاجة، مما يساعد على تحقيق التوازن بين الإنتاج والاستهلاك. وتشمل تقنياته البطاريات، والتخزين المائي بالضخ، والحراري، والهوائي المكونات، ومختلفة كل تقنية حسب طريقة حفظ الطاقة للسماح لها. كما يؤدي التخزين إلى عناصر هامة في دعم مصادر الطاقة المتعددة، وشبكات الاتصال، وتقليل الانقطاعات والإمدادات.
وبالتالي تقليل الاعتماد على مصادر التلوث، وتحسين جودة الهواء، وتقليل الانبعاثات الضارة بالصحة. ومع ذلك، تواجه هذه الإلكترونيات التحديات العلمية والتقنية، مثل ارتفاع التكلفة، وتطوير منتجات أمان أكثر أيضًا، واستمرار عمر التشغيل، وإدارة درجة الحرارة للتداول. لذلك يجب دراسة الاحتياجات المحلية والبنية المعلوماتية والجدوى الاقتصادية قبل التنفيذ. ما الذي يجب عليك مراعاته قبل اعتماد حلول تخزين الطاقة يشمل ذلك السعة المطلوبة، ومدة التخزين، ومستوى الأمان، والأثر البيئي، ومتطلبات الصيانة والتكامل مع الشبكة.
شركة بي دي بي للطاقة