بالنسبة للعديد من المرافق، يعد تخزين الطاقة نوعًا تكنولوجيًا جديدًا معقدًا ومتنوعًا يتطلب تحقيق جميع الفوائد مستوى معينًا من التعليم لمديري وملاك المرافق، بالإضافة إلى ذلك لا تدفع جميع المرافق معدلات فائدة تسمح لها بالاستفادة من هذه الفوائد، لذلك يمكن أن يمثل التمويل والاستثمار تحديًا.
أهم التحديات التي تعيق تخزين الطاقة
تقدم العديد من شركات التخزين حلول تخزين بدون دفع نقود للعملاء التجاريين والصناعيين، على الرغم من ذلك، يعد هذا تحديًا يمكن التغلب عليه بالتعليم الكافي، بالإضافة إلى ذلك تخلفت قوانين ومعايير تخزين الطاقة عن وتيرة الابتكار التكنولوجي، مما أدى إلى عمليات ربط وتصاريح طويلة ومكلفة، حيث إن هذا ينطبق بشكل خاص على البناء في المباني القائمة.
بشكل عام، يمكن أن يوفر تخزين الطاقة بل ويجني المال لأنواع عديدة من المرافق، ومع ذلك في الوقت الحالي، هناك معلومات محدودة متاحة حول مجموعة حلول تخزين الطاقة والقدرات وخيارات التمويل في السوق اليوم.
تحديات تقنيات تخزين الطاقة البيئية والاقتصادية
- تقليل الحاجة لمحطات الطاقة الاحتياطية: تقنيات تخزين الكهرباء يمكن أن يوفر طريقة فعالة للاستجابة للتقلبات اليومية في الطلب. يمكن تخزين الكهرباء المنتجة في غير ساعات الذروة واستخدامها لاحقًا للقاء ارتفاع الطلب، مما يقلل من الحاجة إلى المنتجات باهظة الثمن والشيخوخة.
- خفض تكلفة انقطاع التيار الكهربائي: نتيجة لشبكة الكهرباء الأمريكية المتقدمة، فقد يكلف انقطاع الكهرباء في الولايات المتحدة على سبيل المثال حوالي 79 مليار دولار سنويًا مع 2/3 من تلك التكلفة؛ وذلك بسبب الانقطاعات التي تقل عن 5 دقائق، على وجه الخصوص فإن تقلبات الطاقة تصل إلى عشرات من المللي ثانية يتسبب في فشل الأنظمة القائمة على الكمبيوتر، مما يؤدي إلى نشوء اقتصاد يعتمد بشكل متزايد على التكنولوجيا الرقمية، كما أن تخزين الكهرباء يمكن أن يوفر تقنيات الطاقة للشبكة سد الفجوات وتسهيلها حتى يمكن إحضار مصادر توليد النسخ الاحتياطي عبر الإنترنت.
- تمكين الطاقة المتجددة: الشمس والرياح هما أكبر مستدامتين مصادر طاقة خالية من الكربون، لكن كلاهما متقطع ، ويتفاوت على نطاق واسع في الولايات المتحدة الطاقة التي يمكنهم توفيرها في أي وقت خلال اليوم، تخزين الكهرباء يمكن للتقنيات أن تسهل هذا التباين وتسمح للكهرباء غير المستخدمة أرسلت في وقت لاحق.
- الطاقة الكهرومائية التي يتم ضخها: في منشأة ضخ المياه، يتم ضخ المياه في خزان على ارتفاع عالٍ في الأوقات التي تكون فيها الكهرباء غير مكلفة ومنخفضة الطلب، ثم يتم إطلاق المياه المخزنة واستخدامها لتشغيل التوربينات الكهرومائية عندما يكون الطلب على الطاقة مرتفع. تعد الطاقة الكهرومائية للتخزين التي يتم ضخها هي الأكثر انتشارًا حاليًا.
- تخزين طاقة الهواء المضغوط: تستعمل (CAES) ضواغط عالية الكفاءة للقوة الهواء في الخزانات الجوفية، مثل الكهوف الملغومة عند الطلب التجاري لأن الطاقة عالية، حيث يُسمح للهواء المخزن بالتمدد إلى الضغط الجوي من خلال توربينات موصولة بالمولدات الكهربائية التي تزود الشبكة بالطاقة، بالإضافة إلى هذه المرافق واسعة النطاق، يمكن أيضًا تكييف (CAES) للاستخدام في العمليات الموزعة على نطاق صغير من خلال استخدام خزانات أو أنابيب الضغط العالي.
- البطاريات:البطاريات لديها القدرة على توسيع نطاق واسع من تخزين الطاقة التطبيقات، ويرجع ذلك جزئيًا إلى قابليتها للنقل وسهولة الاستخدام وسعة التخزين المتغيرة، فعلى وجه الخصوص يمكنهم تثبيت الأنظمة الكهربائية عن طريق توفير طاقة إضافية بسرعة وبواسطة تنعيم التموجات في الجهد والتردد، حاليا العديد من البطاريات بما في ذلك حمض الرصاص والتدفق وكبريت الصوديوم والليثيوم أيون كلها تطبيقات تجارية، ومع ذلك فإن العديد من أنواع البطاريات لها اختراق محدود للسوق، أو باهظة الثمن، أو لها عمر قصير.
- الحذافات: تخزن الحذافات الطاقة في قرص دوار على عمود معدني، يزيد في سرعة الدوران وكتلة القرص وتحديد موقع المزيد من الكتلة بالقرب من حافة القرص ستزيد من كمية الطاقة المخزنة، جيلين من الحذافات أنتجت زيادات في سعة التخزين من خلال زيادة كتلة القرص باستخدام الفولاذ وسرعات دوران متزايدة، وذلك باستخدام مواد مركبة خفيفة الوزن للقرص، ولكن هذه لها قيود فنية، هذه التكنولوجيا هي الأفضل تستخدم للتطبيقات التي تتطلب وقت تفريغ قصير مثل استقرار الجهد وتردد نهج مزرعة دولاب الموازنة، حيث يتم توصيل العديد من الأجهزة ببعضها البعض، يمكن أن تسمح بالتكيف مع إدارة الطاقة على نطاق واسع، الحذافات اللازمة لتطبيقات تخزين الطاقة التجارية الأوسع مقيدة بالمواد في المقام الأول الخصائص والتكلفة.
- تخزين الطاقة المغناطيسية فائقة التوصيل: تتكون هذه الأجهزة من اللفات فائقة التوصيل التي تسمح بتخزين التيار الكهربائي إلى أجل غير مسمى مع القليل مقاومة خسائر الطاقة، عندما تكون هناك حاجة إلى الطاقة المخزنة، يتم تفريغه هذه الأجهزة بشكل فوري تقريبًا مع خرج طاقة عالي خلال فترات زمنية قصيرة، يمكن أن تؤدي زيادة حجم اللفات إلى زيادة كمية الطاقة المخزنة، لكن تمثل الملفات الكبيرة تحديًا؛ لأن الزيادة المصاحبة في المجال المغناطيسي يصبح الاحتواء أكثر صعوبة، علاوة على ذلك فإن اللفات تظهر فقط ما هو ضروري لخاصية التوصيل الفائق عند درجة حرارة منخفضة، لذلك هناك حاجة إلى مبردات باهظة الثمن لجعل الأجهزة الحالية قابلة للتشغيل.
- المكثفات الكهروكيميائية: تقوم المكثفات الكهروكيميائية بتخزين الطاقة على شكل قطبان مشحونان عكسيا يفصل بينهما محلول أيوني إنها مناسبة لتطبيقات سريعة الاستجابة وقصيرة المدة، مثل الطاقة الاحتياطية أثناء الانقطاعات القصيرة، حيث تستخدم لتثبيت الجهد والتردد من خلال الشبكات المناسبة، يمكن استخدام الأجهزة للتطبيقات ذات النطاق الزمني الأطول، المكثفات الكهروكيميائية لها العديد من المزايا بما في ذلك استجابة درجة الحرارة المستقلة، منخفضة الصيانة والعمر الطويل المتوقع حتى 20 عامًا لكنهما يعانيان نسبيًا التكلفة العالية.
- إلكترونيات الطاقة: على الرغم من أنها ليست جهاز تخزين بشكل صريح، إلا أن أنظمة تحويل الطاقة تعد (PCS) جزءًا حيويًا من أي نظام تخزين للكهرباء، لأنها تعمل بمثابة واجهة بين نظام التخزين يعمل عادةً على تيار مستمر وشبكة الكهرباء توصيل تيار التيار المتردد، جهاز الكمبيوتر الشخصي قادر على القيام بما يلزم بحيث يمكن أخذ الطاقة المخزنة أو إعادتها إلى الشبكة في الطور الصحيح (AC / DC) والتردد ومستوى الطلب، الأنظمة التي تستخدم كربيد السيليكون أو المكونات المستندة إلى الماس تظهر أداءً فائقًا، ومع ذلك فإن التكلفة العالية لهذه المواد تجعل استخدامها على نطاق واسع غير مرغوب فيه؛ لأن تكلفة أجهزة الكمبيوتر الشخصية يمكن تتراوح بين 20-60٪ من التكلفة الإجمالية لنظام تخزين الطاقة.
- تقنيات إضافية: تقنيات أخرى، مثل خلايا وقود الهيدروجين القابلة للعكس (RFC)، قد توفر أيضًا اختراقات في سعة التخزين، ومع ذلك فإن التيار كفاءة (RFCs) التجارية تحول دون استخدامها في تطبيقات التخزين.
