أجهزة تخزين الطاقة الحديثة ، أكثر أنواع تخزين الطاقة شيوعًا
أجهزة تخزين الطاقة هي أنظمة تخزن الطاقة بأشكال مختلفة ، مثل الكهروكيميائية ، والحركية ، والجهد ، والكهرومغناطيسية ، والكيميائية والحرارية ، باستخدام على سبيل المثال خلايا الوقود ، والبطاريات ، والمكثفات ، والحذافات ، والهواء المضغوط ، والمراكم الهيدروليكية ، والمغناطيسات الفائقة ، والهيدروجين ، إلخ. .
تعتبر أجهزة تخزين الطاقة من الموارد الهامة وغالبًا ما تستخدم لتوفير طاقة غير منقطعة أو لدعم نظام الطاقة خلال فترات عدم الاستقرار على المدى القصير ، كما أنها تلعب دورًا مهمًا في أنظمة الطاقة المتجددة المستقلة.
المعايير الرئيسية لأجهزة تخزين الطاقة المطلوبة لتطبيق معين هي:
- كمية الطاقة من حيث الطاقة النوعية (في Wh · kg -1) وكثافة الطاقة (في Wh · kg -1 أو Wh · l -1) ؛
- الطاقة الكهربائية ، أي الحمل الكهربائي المطلوب
- الحجم والكتلة
- مصداقية؛
- متانة؛
- حماية؛
- سعر؛
- قابلة لإعادة التدوير.
- تأثير على البيئة.
عند اختيار أجهزة تخزين الطاقة ، يجب مراعاة الخصائص التالية:
- قوة محددة
- سعة التخزين؛
- محددة في مجال الطاقة؛
- وقت رد الفعل؛
- كفاءة؛
- معدل التفريغ الذاتي / دورات الشحن ؛
- حساسية للحرارة
- عمر الشحن والتفريغ ؛
- تأثير على البيئة؛
- تكاليف رأس المال / التشغيل ؛
- خدمة.
تعد أجهزة تخزين الطاقة الكهربائية جزءًا لا يتجزأ من أجهزة الاتصالات (الهواتف المحمولة ، والهواتف ، وأجهزة الاتصال اللاسلكي ، وما إلى ذلك) ، وأنظمة الطاقة الاحتياطية والمركبات الكهربائية الهجينة في شكل مكونات تخزين (بطاريات ، مكثفات فائقة وخلايا وقود).
يتم التعرف على أجهزة تخزين الطاقة ، سواء كانت كهربائية أو حرارية ، على أنها تقنيات طاقة نظيفة أساسية.
يمتلك تخزين الطاقة على المدى الطويل إمكانات كبيرة لعالم تهيمن فيه طاقة الرياح والطاقة الشمسية على إضافة محطات طاقة جديدة وتحل تدريجياً محل مصادر أخرى للكهرباء.
لا تنتج الرياح والطاقة الشمسية إلا في أوقات معينة ، لذا فهم بحاجة إلى تقنية إضافية للمساعدة في سد الفجوات.
في عالم تتزايد فيه حصة توليد الكهرباء المتقطع والموسمي وغير المتوقع ويزداد خطر عدم التزامن مع الاستهلاك ، يجعل التخزين النظام أكثر مرونة من خلال استيعاب جميع فروق الطور بين إنتاج الطاقة واستهلاكها.
تعمل المراكم بشكل أساسي كمخزن مؤقت وتسمح بإدارة وتكامل أسهل لمصادر الطاقة المتجددة في كل من الشبكة والمباني ، مما يوفر بعض الاستقلالية في غياب الرياح والشمس.
في أنظمة المولدات ، يمكنهم توفير الوقود والمساعدة في تجنب عدم كفاءة المولد من خلال خدمة الحمل خلال فترات انخفاض الطلب على الطاقة عندما يكون المولد أقل كفاءة.
من خلال الحد من التقلبات في التوليد المتجدد ، يمكن أن يقلل تخزين الطاقة أيضًا من وتيرة بدء تشغيل المولدات.
في أنظمة الرياح والديزل ذات قوة الاختراق العالية (حيث تتجاوز طاقة الرياح المركبة متوسط الحمل) ، حتى كمية صغيرة جدًا من التخزين تقلل بشكل كبير من وتيرة بدء تشغيل الديزل.
أكثر أنواع أجهزة تخزين الطاقة الصناعية شيوعًا:
أجهزة تخزين الطاقة الكهروكيميائية
تظل البطاريات ، وخاصة بطاريات الرصاص الحمضية ، هي أداة تخزين الطاقة السائدة.
تتفوق العديد من أنواع البطاريات المنافسة (النيكل والكادميوم وهيدريد معدن النيكل والليثيوم أيون وكبريت الصوديوم والهواء المعدني والبطاريات المتدفقة) على بطاريات الرصاص الحمضية في جانب واحد أو أكثر من جوانب الأداء مثل الحياة والكفاءة وكثافة الطاقة ، معدل الشحن والتفريغ ، أداء الطقس البارد أو الصيانة المطلوبة.
ومع ذلك ، في معظم الحالات ، تجعل تكلفتها المنخفضة لكل كيلو وات / ساعة من بطاريات الرصاص الحمضية الخيار الأفضل.
قد تصبح البدائل مثل الحذافات أو المكثفات الفائقة أو تخزين الهيدروجين ناجحة تجاريًا في المستقبل ، ولكنها نادرة اليوم.
تعد بطاريات الليثيوم أيون (Li-ion) الآن مصدر طاقة حديثًا لجميع الأجهزة الإلكترونية الاستهلاكية الحديثة. تضاعفت كثافة الطاقة الحجمية لبطاريات الليثيوم أيون المنشورية للإلكترونيات المحمولة إلى ثلاثة أضعاف على مدار الخمسة عشر عامًا الماضية.
مع ظهور العديد من التطبيقات الجديدة لبطاريات Li-ion ، مثل المركبات الكهربائية وأنظمة تخزين الطاقة ، تتغير متطلبات تصميم الخلية والأداء باستمرار وتشكل تحديات فريدة لمصنعي البطاريات التقليديين.
وبالتالي ، يصبح الطلب المتزايد على التشغيل الآمن والموثوق لبطاريات الليثيوم أيون عالية الطاقة وعالية الكثافة للطاقة أمرًا لا مفر منه.
تطبيق أجهزة تخزين الطاقة الكهروكيميائية في صناعة الطاقة:
مصانع البطاريات ، استخدام البطاريات لتخزين الطاقة الكهربائية
المكثفات الكهروكيميائية الفائقة
المكثفات الفائقة هي أجهزة تخزين الطاقة الكهروكيميائية التي يمكن شحنها بالكامل أو تفريغها في ثوانٍ.
نظرًا لكثافة الطاقة العالية ، وانخفاض تكاليف الصيانة ، ونطاق درجة الحرارة الواسع ، ودورة العمل الأطول مقارنة بالبطاريات الثانوية ، فقد حظيت المكثفات الفائقة باهتمام بحثي كبير في العقد الماضي.
لديهم أيضًا كثافة طاقة أعلى من المكثفات العازلة الكهربائية التقليدية.تعتمد السعة التخزينية للمكثف الفائق على الفصل الكهروستاتيكي بين أيونات الإلكتروليت وأقطاب مساحة السطح الكبيرة.
تعتبر الطاقة النوعية المنخفضة للمكثفات الفائقة مقارنة ببطاريات الليثيوم أيون عقبة أمام استخدامها على نطاق واسع.
يعد تحسين أداء المكثفات الفائقة ضروريًا لتلبية احتياجات الأنظمة المستقبلية ، من الإلكترونيات المحمولة إلى المركبات الكهربائية والمعدات الصناعية الكبيرة.
المكثفات الفائقة بالتفصيل:
الأيونات (المكثفات الفائقة) - الجهاز والتطبيق العملي والمزايا والعيوب
تخزين طاقة الهواء المضغوط
يعد تخزين طاقة الهواء المضغوط طريقة لتخزين الطاقة المنتجة في وقت واحد لاستخدامها في وقت آخر. على نطاق المرافق ، يمكن إطلاق الطاقة المتولدة خلال فترات انخفاض الطلب على الطاقة (خارج فترة الذروة) لتلبية فترات الطلب المرتفع (حمولة الذروة).
التخزين متساوي الحرارة للهواء المضغوط (CAES) هو تقنية جديدة تحاول التغلب على بعض قيود الأنظمة التقليدية (السكري أو ثابت الحرارة).
تخزين الطاقة المبردة
تخطط بريطانيا لبناء 250 ميجاوات ساعة من تخزين الهواء المسال. سيتم دمجها مع حديقة مصادر الطاقة المتجددة وتعويض انقطاعها.
من المقرر بدء التشغيل في عام 2022. ستعمل وحدات تخزين الطاقة المبردة جنبًا إلى جنب مع ترافورد إنرجي بارك بالقرب من مانشستر ، حيث يأتي جزء من إنتاج الكهرباء من الألواح الكهروضوئية وتوربينات الرياح.
سيعوض مرفق التخزين هذا الانقطاع في استخدام مصادر الطاقة المتجددة هذه.
سيعتمد مبدأ تشغيل هذا التركيب على دورتين لتغيير مكيف الهواء.
سيتم استخدام الطاقة الكهربائية لسحب الهواء ثم تبريده إلى درجات حرارة منخفضة جدًا (-196 درجة) حتى يصبح سائلاً. سيتم بعد ذلك تخزينه في خزانات كبيرة ومعزولة ذات ضغط منخفض ومجهزة خصيصًا لهذا الاستخدام.
ستحدث الدورة الثانية عندما تكون هناك حاجة للطاقة الكهربائية. يتم تسخين السائل المبرد بواسطة مبادل حراري لمواصلة التبخير وإعادته إلى الحالة الغازية.
يؤدي تبخر السائل المبرد إلى تمدد حجم الغاز ، مما يؤدي إلى تشغيل التوربينات التي تولد الكهرباء.
أجهزة تخزين الطاقة الحركية
الحدافة عبارة عن جهاز ميكانيكي دوار يستخدم لتخزين الطاقة الدورانية. يمكن أن تلتقط دولاب الموازنة الطاقة من مصادر الطاقة المتقطعة بمرور الوقت وتوفر إمدادًا مستمرًا بالطاقة الكهربائية للشبكة.
تستخدم أنظمة تخزين طاقة دولاب الموازنة الطاقة الكهربائية المدخلة التي يتم تخزينها كطاقة حركية.
على الرغم من أن فيزياء الأنظمة الميكانيكية غالبًا ما تكون بسيطة جدًا (مثل تدوير دولاب الموازنة أو رفع الأثقال) ، إلا أن التقنيات التي تتيح استخدام هذه القوى بفعالية وكفاءة هي تقنيات متقدمة بشكل خاص.
المواد عالية التقنية وأحدث أنظمة التحكم في الكمبيوتر والتصميم المبتكر تجعل هذه الأنظمة مناسبة للتطبيقات الحقيقية.
تتكون أنظمة UPS للتخزين الحركي التجاري من ثلاثة أنظمة فرعية:
- أجهزة تخزين الطاقة ، وعادة ما تكون دولاب الموازنة ؛
- أجهزة التوزيع
- مولد منفصل يمكن بدء تشغيله لتوفير طاقة تتسامح مع الأخطاء على سعة تخزين الطاقة.
يمكن دمج دولاب الموازنة مع مولد احتياطي ، مما يحسن الموثوقية من خلال توصيل الأنظمة الميكانيكية مباشرة.
المزيد عن هذه الأجهزة:
أجهزة تخزين الطاقة الحركية لصناعة الطاقة
كيف يتم ترتيب وعمل أجهزة تخزين الطاقة دولاب الموازنة (الحركية)
تخزين الطاقة المغناطيسية فائقة التوصيل بدرجة حرارة عالية (SMES) لشبكات الطاقة: