تختلف أشكال تخزين الطاقة التي يمكن استخدامها بشكل كبير، وتتنوّع مصادر وأشكال تخزين الطّاقة كالحافظات أو مخزّنات الطّاقة مثل البطّاريّات والخلايا الوقوديّة والتخزين الحراري والتخزين الميكانيكي.
يتمّ استخدام العديد من أشكال تخزين الطاقة المستخدمة في مجموعة واسعة من التطبيقات، بما في ذلك السيارات الكهربائيّة والطاقة المتجدّدة وأنظمة التخزين المنزليّة والصناعيّة.
يعدّ البحث عن طرق وأشكال تخزين الطّاقة الفعّالة وذات الكفاءة العالية أحد التحدّيات الرئيسيّة في مجال الطاقة. وتواجه التقنيّات بعض التحديات مثل انخفاض الكفاءة وارتفاع التكلفة والتقلّب في الأداء.
في هذا المقال، سنلقي نظرة على بعض أشكال تخزين الطّاقة التي يمكن استخدامها في الوقت الحالي وسنستكشف كيف يمكن تحسين هذه التقنيّات لجعلها أكثر كفاءة وفعاليّة في المستقبل.
ما هو تخزين الطاقة؟
تخزين الطّاقة يتمثل في الاحتفاظ بالطاقة التي تمّ توليدها لإطلاقها عندما يحدث طلب في السوق. وبمعنى آخر، يتمّ تخزين الطّاقة المتجدّدة الزائدة لتوريدها عندما يكون هناك طلب في فترات الإنتاج الضعيف.
وفيما يتعلّق بالطاقات المتجدّدة، كانت هذه الفكرة من قبل معقّدة ومكلفة للغاية، ولكن تدرس ببطء أنظمة تساعد على عدم توليد الطّاقة في نفس الوقت الذي يحدث فيه الطلب الكهربائي.
وبهذه الطريقة، يتمّ السعي إلى زيادة تنافسيّة مصادر الطّاقة المتجدّدة في السوق الكهربائيّة العالميّة. ويجب أيضاً مراعاة أنّ تخزين الطّاقة يعتبر جزءاً هامّاً من المساعدات المقدّمة من الحكومات للاستهلاك الذاتي الطّاقة.
ما هي النظم المستخدمة في بنية أشكال تخزين الطاقة؟
كما هو معروف، لا يمكن التحكّم بالشمس أو الرياح، وعلى الرغم من أنّ الإنتاج يتراجع في الليل -وكذلك الطلب- إلا أنّ القدرة على استخدام كل ميجاواط أخضر يتمّ توليده يعني تأثيراً أكبر في السوق الكهربائيّة للطاقات المتجدّدة، التي قادرة على تفريغ كميات كبيرة من الطّاقة في ذروات الطلب.
ولتحقيق ذلك، تستخدم أنظمة تخزين الطّاقة وتطويرها باستمرار، ومن بين الأنظمة الرئيسيّة:
- بطّاريّات الليثيوم أيون.
- التخزين الهيدروجيني (عن طريق تحويل الكهرباء لإنتاج الهيدروجين وتخزينه).
- التخزين الحراري (عن طريق تخزين الطّاقة الحراريّة في المواد العازلة).
- تخزين الطّاقة الميكانيكيّة (عن طريق تحويل الطّاقة الكهربائيّة إلى طاقة ميكانيكيّة مخزّنة في عجلات الطّاقة وموائع الضغط والرافعات الثقيلة).
- التخزين الكهروكيميائي (عن طريق تحويل الطّاقة الكهربائيّة إلى طاقة كيميائيّة مخزّنة في الوقود الخلوي والمشتقات الأخرى).
وتتطّلب هذه الأنظمة تكنولوجيا عالية وتكاليف كبيرة، لكنّها تساعد على تحسين كفاءة الإنتاج والاستخدام المستدام للطّاقة المتجدّدة.
ما هي أشكال تخزين الطاقة الرئيسية؟
قد فتح الانتقال إلى الطاقات المتجدّدة فرصاً فيما يتعلّق بتخزين الطاقة، وهي مجموعة من التقنيّات التي تبدأ في الأخذ بقوّة كحليف للطّاقات النظيفة.
والحقيقة أنّ نظم تخزين الطّاقة تسمح باستخدام كميّات أكبر من الطّاقة المتجدّدة، مما يعني تخفيض التكاليف، وبيئة أنظف (الطاقة النظيفة).
وعلى الرغم من أنّ البطّاريّات هي الطريقة الأقدم لتخزين الطّاقة بكميّات صغيرة، إلا أنّه في الوقت الحالي يوجد أنظمة تخزين أخرى، بما في ذلك:
- التخزين على نطاق واسع (تدفق المياه في الطّاقة الكهرومائية *الطوق* والتخزين الحراري) التي تستخدم على نطاقات كبيرة بالغيغاواط.
- التخزين في الشّبكات وفي أصول الإنتاج (البطّاريّات والمكثّفات والموصلات الفائقة وعجلات الاعتياد) حيث يتمّ العمل على نطاقات متوسّطة بالميجاواط.
- التخزين على مستوى المستخدم النهائي (البطّاريّات والموصلات الفائقة وعجلات الاعتياد) التي تستخدم بقدرة كيلوواط.
تقنيّات التخزين
أشكال تخزين الطّاقة: تدفّق المياه في الطّاقة الكهرومائيّة
هي تقنيّة توفّر استقراراً للنظام الكهربائي، وتوليد كميات كبيرة من الطّاقة النظيفة بأوقات استجابة أقل من التقنيّات الأخرى. تسمح منشآتها بتحسين الكفاءة الاقتصاديّة لتشغيل النظام الكهربائي عند تخزين الكهرباء على شكل مياه مخزنة في خزان.
أشكال تخزين الطاقة: الهواء المضغوط
هو نظام تخزين يتميّز بأنّ منشآته تحتوي على محرّك عكسي يخزن الهواء بضغوط عالية في حجرات تحت الأرض. يمكن تحرير الطّاقة التي تمّ توليدها خلال فترات الطلب المنخفض.
أشكال تخزين الطّاقة: تخزين الطّاقة الحرارية
يتمثّل في تجميع الطّاقة في أدوات تسمح بالاحتفاظ بها وإطلاقها تدريجياً، من خلال أنظمة تتراوح بين التبريد عن طريق تجميع الثلج إلى التعرض لدرجات حرارة عالية.
ثلاث مزايا رئيسيّة لتخزين الطّاقة الحراريّة
يمكن لتخزين الطّاقة الحراريّة أن يحقق ما يلي:
- خفض انبعاثات ثاني أكسيد الكربون والتكاليف عن طريق التأكّد من استخدام الطّاقة عندما تكون أرخص ويكون هناك المزيد من الطّاقة المتجدّدة في المزيج.
- زيادة الكفاءة الطاقيّة الشاملة للأنظمة.
- السوبر كاباسيتور (المكثّفة الكبيرة)
يعتمد على استخدام الأجهزة لتخزين الطّاقة على شكل حقل كهربائي وهي قادرة على تخزين كميّات كبيرة من الطّاقة الكهربائيّة، ويمكن شحنها وتفريغها في ثوانٍ فقط، مما يجعلها مثاليّة للاستخدام في حالة انقطاعات الكهرباء القصيرة.
عجلات الكتلة الحرجة
هي أجهزة ميكانيكيّة تخزن الطّاقة عن طريق مبدأ الكتلة الدورانيّة وتمثّل تخزين الطّاقة الكهربائيّة عن طريق تحويلها إلى طاقة حركيّة ثمّ تحويلها مرة أخرى إلى طاقة كهربائيّة.
البطّاريّات
هي أنظمة تخزين الطّاقة التي تستخدم العمليات الكيميائيّة ولها القدرة على إعادة الطّاقة تقريباً بالكامل. هناك مجموعة كبيرة من الأنواع، مثل بطّاريّات الرصاص الحمضية وبطّاريّات الليثيوم أيون وبطّاريّات النيكل-كادميوم. وتتميّز بعدّة فوائد مثل سرعة الاستجابة وسهولة التركيب.
خلايا الوقود بالهيدروجين
هي أنظمة تخزين الطّاقة التي تستخدم العمليّات الكيميائيّة. تختلف عن البطّاريّات في أنّ الهيدروجين يزوّد الخليّة من الخارج مما يسمح باستخدامها باستمرار.
يتمثّل تحوّل عالمنا إلى الطّاقة المتجدّدة والنظيفة في الوقت الحالي، ولذلك يعدّ تحسين تخزين الطّاقة الكهربائيّة ضروريّاً لدعم هذه التقنيّات.
باختصار، فإنّ أشكال تخزين الطاقة يعدّ من أكثر المواضيع إثارة للاهتمام في عالم الطّاقة والبيئة، إذ يساعد على تحقيق عدد من الأهداف الحيويّة مثل زيادة كفاءة استخدام الطّاقة وتحسين الاستدامة وتوفير الكلفة.
وقد قمنا في هذا المقال بتناول بعض أشكال تخزين الطّاقة المختلفة وشرح كيفيّة عمل كل منها وفوائدها.
نأمل أن يكون هذا المقال قد وفّر لكم نظرة شاملة وأكثر فهماً عن أشكال تخزين الطاقة المختلفة المتاحة حالياً. وعليكم الآن استكشاف المزيد من المصادر والتقنيّات الحديثة في هذا المجال الشيّق، لتعزيز فهمكم لهذا الموضوع المهم والمتجدّد باستمرار.
