سیستمهای ذخیرهسازی مؤثر برای موفقیت گذار انرژی ضروری هستند.
به این دلیل که منابع انرژی تجدیدپذیر، مانند باد و خورشید، به طور طبیعی متناوب هستند:
خورشید همیشه نمیتابد و باد همیشه نمیوزد. این ویژگیها
به طور سنتی هنگام طرح موضوع انرژی تجدیدپذیر به عنوان یک نقطه ضعف تلقی میشدند، اما اکنون، به لطف
سیستمهای ذخیرهسازی کارآمد، این مشکل راهحلی دارد.
ما شاهد طلوع عصر جدیدی برای انرژی تجدیدپذیر هستیم که برای رفاه سیاره ما و ساکنان آن ضروری است. در این صفحات، هر آنچه را که باید در مورد ذخیره انرژی و نقش حیاتی آن در تولید انرژی سبز بدانید، توضیح میدهیم.
ذخیره انرژی چیست؟
ذخیره انرژی به عنوان جذب انرژی تولید شده به صورت متناوب برای استفاده در آینده تعریف میشود.
به این ترتیب میتوان آن را برای استفاده 24 ساعته در دسترس قرار داد، و نه فقط مثلاً وقتی که خورشید میتابد و باد میوزد. همچنین میتواند کاربران را از وقفههای احتمالی که میتوانند تأمین انرژی را تهدید کنند، محافظت کند.
همانطور که بعداً توضیح خواهیم داد، انواع مختلفی از ذخیرهسازی انرژی وجود دارد، اما اصلیترین آنها ذخیرهسازی باتری است. همانطور که در مورد وسایل نقلیه الکتریکی، تلفنهای همراه و چراغ قوهها صادق است، باتریها انرژی را ذخیره میکنند و آن را در صورت تقاضا، اما در مقیاس بزرگتر، در دسترس قرار میدهند. و پیشبینیهای توسعه برای ذخیرهسازی امیدوارکننده است. طبق گزارش IRENA (آژانس بینالمللی انرژیهای تجدیدپذیر) در سال ۲۰۱۷، با عنوان «ذخیرهسازی برق و انرژیهای تجدیدپذیر»، دو برابر شدن احتمالی رشد انرژیهای تجدیدپذیر – بین سالهای ۲۰۱۷ تا ۲۰۳۰ – مستلزم سه برابر شدن موجودی انرژی الکتریکی موجود در سیستمهای ذخیرهسازی خواهد بود: از ۴.۶۷ تراوات ساعت در سال ۲۰۱۷ به محدودهای بین ۱۱.۸۹ تا ۱۵.۷۲ تراوات ساعت در سال ۲۰۳۰.
نحوه عملکرد ذخیرهسازی انرژی
هنگامی که فرکانس شبکه برق به دلیل افزایش تقاضا کاهش مییابد، سیستم ذخیرهسازی
قادر است انرژی ذخیره شده را تنها در عرض چند ثانیه تحویل دهد. اگر فرکانس به دلیل کاهش تقاضا افزایش یابد، سیستم با انرژی اضافی شارژ میشود. این عملکرد دوگانه برای تثبیت شبکههای برق اساسی است.
انواع مختلف ذخیرهسازی
اساساً پنج نوع ذخیرهسازی انرژی وجود دارد: الکتروشیمیایی، حرارتی، مکانیکی، شیمیایی و الکتریکی/الکترومغناطیسی.
باتریها – الکتروشیمیایی
سیستمهای ذخیره انرژی الکتروشیمیایی (EESS) را میتوان به سه دسته طبقهبندی کرد: باتریها، خازنهای الکتروشیمیایی و پیلهای سوختی.
ذخیره انرژی باتری (BESS) شبیه به انبارههای مینیاتوری در دستگاههایی است که ما هر روز از آنها استفاده میکنیم: آنها یک واکنش شیمیایی را به انرژی الکتریکی تبدیل میکنند و انرژی را ذخیره میکنند که میتواند بعداً بسته به نیاز استفاده شود. مانند پاوربانک روی تلفنهای هوشمند ما است.
همچنین باتریهای قابل شارژ (باتریهای ثانویه) وجود دارد. باتریهای الکتروشیمیایی دارای سلولهای الکتروشیمیایی هستند که از الکترودهایی ساخته شدهاند که از انواع مختلف فلزات ساخته شدهاند و در الکترولیتهای مایع یا جامد غوطهور شدهاند.
حرارتی
ذخیرهسازی انرژی حرارتی (TES) به عنوان یک «فناوری متحولکننده» توصیف شده است.
این فناوری بر اساس ایده ذخیره گرما (گرفته شده توسط پنلهای خورشیدی یا پمپهای حرارتی) برای استفاده مجدد در آینده است.
سه نوع اساسی ذخیرهسازی گرما وجود دارد: ذخیرهسازی گرمای محسوس (SHS)، ذخیرهسازی گرمای نهان (LHS) و ذخیرهسازی گرمای ترموشیمیایی (TCS). از بین این سه نوع، ذخیرهسازی گرمای محسوس توسعهیافتهترین است. سیستمهای ذخیرهسازی گرمای محسوس شامل مخازن آب، چه در بالا و چه در زیر زمین (ذخیره انرژی حرارتی زیرزمینی یا UTES) و واحدهای بستر فشرده یا بستر سنگریزه هستند. ذخیرهسازی میتواند بلندمدت (در حد چند ساعت یا چند روز) یا کوتاهمدت (فصلی) باشد.
اساساً چهار نوع ذخیرهسازی انرژی حرارتی فصلی وجود دارد: ذخیرهسازی انرژی حرارتی مخزن (TTES)، حرارتی گودال (PTES)، گمانه (BTES) و سفره آب زیرزمینی (ATES). در همه موارد، TES منجر به صرفهجویی بیشتر در سوخت، انتشار کمتر CO2، صرفهجویی اقتصادی بیشتر و چابکی بیشتر میشود. سیستمهای ذخیرهسازی انرژی مکانیکی
سیستمهای ذخیرهسازی انرژی مکانیکی از نیروهای جنبشی یا گرانشی بهره میبرند. مثالها شامل سیستمهای ذخیرهسازی انرژی چرخ طیار (FESS) و ذخیرهسازی انرژی هوای فشرده (CAES) هستند.
سیستمهای اول از ورودی انرژی الکتریکی استفاده میکنند که به شکل انرژی جنبشی ذخیره میشود. در اینجا یک جرم چرخان یا روتور در یک محفظه تقریباً بدون اصطکاک میچرخد. هنگامی که به دلیل نوسان یا قطع برق شهری، به برق پشتیبان کوتاه مدت نیاز باشد، اینرسی به روتور اجازه میدهد تا به چرخش خود ادامه دهد و انرژی جنبشی حاصل به برق تبدیل میشود.
مزایای FESS شامل نگهداری کم، عمر طولانی (برخی از چرخ طیارها قادر به بیش از ۱۰۰۰۰۰ چرخه تخلیه کامل هستند و جدیدترین نمونهها میتوانند به ۱۷۵۰۰۰ برسند) و تأثیر ناچیز بر محیط زیست است. FESS برای کاربردهای با قدرت بالا و انرژی کم که به چرخههای زیادی نیاز دارند، مناسبترین گزینه هستند. آنها همچنین به عنوان یک زیرسیستم در خودروهای هیبریدی که به طور مکرر متوقف و روشن میشوند، به عنوان جزئی از سیستمهای ترمز احیا کننده کنار مسیر یا داخل خودرو، ارزشمند هستند. از سوی دیگر، ذخیرهسازی انرژی هوای فشرده (CAES) از دهه ۱۸۷۰ مورد استفاده قرار گرفته است. نیروگاههای CAES از نظر کاربرد مشابه نیروگاههای برق آبی پمپشده هستند. اما، در یک نیروگاه CAES، به جای پمپاژ آب از حوضچه پایینی به بالایی در دورههای افزایش توان، هوای محیط یا گاز دیگری فشرده شده و تحت فشار در یک غار یا مخزن زیرزمینی ذخیره میشود. هنگامی که به برق نیاز باشد، هوای تحت فشار در یک توربین انبساطی گرم و منبسط میشود و ژنراتور را برای تولید برق به حرکت در میآورد.
شیمیایی
ذخیرهسازی شیمیایی عمدتاً به هیدروژن اشاره دارد که میتواند از انرژی تجدیدپذیر، و همچنین از انرژی هستهای و سوختهای فسیلی تولید شود. تبدیل انرژی از این منابع به اشکال شیمیایی، سوختی با چگالی انرژی بالا ایجاد میکند.
هیدروژن را میتوان در مخازن فیزیکی به صورت گاز فشرده یا هیدروژن مایع ذخیره کرد، یا میتوان آن را با استفاده از ذخیرهسازی مبتنی بر مواد، که در آن در یک ترکیب شیمیایی ذخیره میشود، نگهداری کرد.
هیدروژن متعاقباً با استفاده از سلولهای سوختی که در دماهای بالا یا پایین کار میکنند، به برق تبدیل میشود. با این حال، یکی از چالشهای کلیدی برای زیرساختهای هیدروژن، هزینه حمل و نقل است.
باتریهای الکتریکی، الکترومغناطیسی
لیتیوم-یون رایجترین نوع باتریهای الکتریکی و الکترومغناطیسی هستند. در سال ۲۰۱۶، این باتریها ۸۳٪ از ظرفیت ذخیرهسازی انرژی را تشکیل میدادند. آنها بسیار کارآمد هستند، اگرچه نگرانیهایی در مورد تأثیر آنها بر محیط زیست و ایمنی آنها وجود دارد.
در واقع، سیستمهای دیگری مانند ذخیرهسازی باتری جریانی در حال برجسته شدن هستند. طبق گزارش بلومبرگ نیو انرژی فوکوس BNEF (در ماه مه ۲۰۲۴)، “ذخیره انرژی طولانی مدت یا LDES، با نزدیک شدن به روزی که باتریهای لیتیوم-یون را در برخی از بازارها از میدان به در خواهد کرد و با بلندپروازانهتر شدن برنامههای کربنزدایی، به سرعت در سراسر جهان مورد توجه قرار میگیرد.“