المشاريع

1. الاتجاهات المستقبلية

لقد أصبح البحث والتطوير في مجال الطاقة الجديدة والمتجددة، وكذلك البحث عن أساليب متقدمة لتحسين كفاءة استخدام الطاقة، القضية الأساسية ذات الاهتمام العالمي. هناك طلب على الحفاظ على الطاقة وخفض الانبعاثات، فضلا عن الحاجة إلى نمو الطاقة لدعم التنمية الاقتصادية، الأمر الذي يتطلب تطويرا قويا لصناعة تخزين الطاقة.

ويظهر التقرير التحليلي أن الاستهلاك المتزايد للطاقة، وخاصة الاستخدام الكبير للوقود الأحفوري مثل الفحم والنفط، يشكل تهديدا خطيرا للبيئة والمناخ العالمي، مما يشكل تهديدا خطيرا لهدف التنمية البشرية المستدامة. ووفقا للتوقعات، استنادا إلى التقنيات الحالية لاستخراج الطاقة غير المتجددة ومعدل الاستهلاك المستمر لهذا الوقود الأحفوري ليلا ونهارا، فإن العمر الإنتاجي للفحم والغاز الطبيعي والنفط يقدر بـ 100-120 سنة، 30-50 سنة. سنوات، و18-30 سنة على التوالي. من الواضح أن التحدي والمعضلة الأكبر التي تواجه القرن الحادي والعشرين قد لا تتمثل في الحرب والغذاء، بل في الطاقة.

في 19 يناير 2016، أعلنت وكالة الطاقة العالمية أنه بسبب تكنولوجيا الخلايا الشمسية الجديدة والتطورات التكنولوجية الأخرى التي أدت إلى انخفاض الأسعار، فإن تكلفة تخزين طاقة البطاريات ستنخفض بنسبة 70٪ على مدى السنوات الخمس عشرة القادمة.

إن تخزين الطاقة في حد ذاته ليس تقنية ناشئة، ولكن من منظور صناعي، فقد ظهرت للتو وهي في مراحلها الأولى.

2. عدم استقرار الطاقة المتجددة

نظرًا لتأثير الأوقات أو المناخات المختلفة، فإن الطاقة الشمسية وطاقة الرياح لا تولد الكهرباء دائمًا عندما تكون هناك حاجة ماسة للطاقة. يعد تخزين الطاقة تقنية لا غنى عنها لتسريع استبدال الوقود الأحفوري بالطاقة المتجددة. عادة ما تحدث ذروة استهلاك الكهرباء في فترات ما بعد الظهر والمساء في الصيف، عندما يتناقص توليد الطاقة الشمسية ولكن درجة الحرارة لم تنخفض. عندما يعود الناس إلى منازلهم من العمل، يبدأون في استخدام الكهرباء للتبريد والطهي وتشغيل الأجهزة الأخرى.

3. تعزيز تطوير الطاقة المتجددة

تلعب تكنولوجيا نظام تخزين الطاقة دورًا حاسمًا في ضمان قدرة المنازل والشركات على استخدام الطاقة الخضراء، حتى عندما لا تكون الشمس مشرقة أو تتوقف الرياح عن الهبوب.

على سبيل المثال، تعد القدرة المركبة لطاقة الرياح البحرية في المملكة المتحدة هي الأكبر في العالم، ويمكن أن يؤدي التقاط طاقة الرياح ونشرها بشكل هادف إلى زيادة قيمة الطاقة النظيفة وربما تقليل التكاليف من خلال توسيع نطاقها. في كل يوم، يجب على الشبكة الوطنية في المملكة المتحدة ومهندسي الطاقة العالمية تحقيق التوازن بين العرض والطلب. عندما يكون الهدف هو تحقيق إنتاج صفر كربون، تصبح إدارة الذروة والوادي أكثر صعوبة. تقليديا، يتم استخدام توليد الطاقة التي تعمل بالفحم للتنظيم خلال فترات الذروة والوادي، ولكن يمكن لمرافق تخزين طاقة البطاريات أن تحل تدريجيا محل بعض مولدات الذروة التي تعمل بالفحم. تقدر حكومة المملكة المتحدة أن التقنيات مثل أنظمة تخزين الطاقة، التي تدعم تكامل المزيد من تقنيات الكهرباء والطاقة الحرارية والاتصالات منخفضة الكربون، يمكن أن توفر ما يصل إلى 40 مليار جنيه إسترليني (48 مليار دولار) لنظام الطاقة في المملكة المتحدة بحلول عام 2050، مما يؤدي في النهاية إلى تقليل تكاليف الطاقة للناس.

ومن منظور إمدادات الطاقة التشغيلية والمستقرة، يمكن لتكنولوجيا تخزين الطاقة أن تزيد من تعزيز تطوير الطاقة المتجددة ودفع التطوير المستمر والتحول في المرافق العامة نحو الطاقة المتجددة.

4. ضمان استقرار الطاقة

سيكون نظام الطاقة المستقبلي عبارة عن نظام طاقة متنوع يتكون بشكل أساسي من طاقة جديدة وأشكال مختلفة من الطاقة. إن التقلب والتقطع في توليد طاقة الرياح والطاقة الكهروضوئية يحددان أن المرونة ستكون عنصرًا أساسيًا في أنظمة الطاقة الجديدة. من منظور تقني، يمكن لتخزين الطاقة أن يلبي بدقة متطلبات المرونة لأنظمة الطاقة الجديدة. ولذلك، فإن المسار التكنولوجي لتحقيق الوصول على نطاق واسع إلى الطاقة المتجددة من خلال تكنولوجيا تخزين الطاقة وتعزيز تحويل الطاقة منخفضة الكربون أمر متوقع للغاية من قبل الصناعة.

4.1 تقليل معدل هجر الرياح والضوء

زادت القدرة المركبة لمحطات طاقة الرياح والطاقة الكهروضوئية بشكل ملحوظ في السنوات الأخيرة. ومع ذلك، نظرًا للعشوائية وطبيعة توليد طاقة الرياح والطاقة الشمسية، سيكون لعدد كبير من توصيلات الشبكة تأثير قوي على شبكة الطاقة الحالية، مما يزيد من صعوبة ضبط ذروة الجهد والتردد للشبكة الرئيسية مما أدى إلى ظواهر خطيرة مثل "انحسار الرياح" و"احتباس الطاقة الشمسية". وفي الوقت نفسه، فإنه يزيد من خطر التشغيل الآمن والمستقر لشبكة الكهرباء. وفي حالة القدرة المحدودة للوحدات المحلية لقص الذروة وتنظيم التردد، واجه تطوير محطات طاقة الرياح والطاقة الشمسية اختناقات. تتمتع معظم المناطق التي لديها موارد طاقة متجددة وفيرة بأحمال كهربائية منخفضة نسبيًا، ولا يمكن استهلاك كمية كبيرة من توليد الطاقة الجديدة محليًا. بدون ناقل حركة خارجي مبني بالكاملالشبكة، فإن كمية كهرباء "الرياح" و"الشمسية" ستضيع سدى. إن تخزين توليد الطاقة الجديد الذي لا يمكن توصيله بالشبكة يعادل الحصول على الكهرباء بدون تكلفة. وطالما أن سعر الشبكة للكهرباء أكبر من حصة وحدة تكلفة تخزين الطاقة والاستثمار الثابت، ويتم استهلاك الطاقة المخزنة بطريقة معقولة، يمكن للشركات الاستفادة من تخزين طاقة "الرياح" و"الشمسية".

5. فوائد تخزين الطاقة الكهربائية

يجب أن تتوافق أي شبكة كهرباء مع التوليد والاستهلاك، وكلاهما سيخضع لتغيرات كبيرة بمرور الوقت. يتمتع أي مزيج من تخزين الطاقة والاستجابة للطلب بالمزايا التالية:

5.1 يمكن لمحطات الطاقة المعتمدة على الوقود (أي الفحم والنفط والغاز الطبيعي والطاقة النووية) أن تعمل بكفاءة وسهولة أكبر عند مستوى إنتاج ثابت.

5.2 يمكن تخزين الكهرباء المولدة من مصادر متقطعة واستخدامها في المستقبل، وإلا يجب نقلها إلى أماكن أخرى للبيع أو إيقافها.

5.3 يمكن تقليل سعة التوليد أو النقل القصوى عن طريق إضافة الإمكانات الإجمالية لجميع وحدات التخزين إلى حمل الكمون، وبالتالي توفير تكلفة هذه السعة.

5.4 تسعير أكثر استقرارًا - يتم تضمين تكلفة التخزين أو إدارة الطلب في التسعير، وبالتالي فإن أسعار الكهرباء المفروضة على العملاء تختلف بشكل أقل، أو (إذا ظلت الأسعار مستقرة من الناحية القانونية) تكون الخسائر التي تلحق بالمرافق نتيجة ذروة البيع بالجملة باهظة الثمن أقل. يجب أن تلبي الكهرباء بالجملة المستوردة أسعار الكهرباء خلال ذروة الطلب.

الاستعداد لحالات الطوارئ - حتى بدون نقل الطاقة أو توليدها، يمكن تلبية الاحتياجات المهمة بشكل موثوق مع تأخير الاحتياجات غير الأساسية.

5.5 تختلف الطاقة الناتجة عن الطاقة الشمسية وطاقة المد والجزر وطاقة الرياح بشكل طبيعي - تختلف كمية الكهرباء المولدة بعوامل عشوائية مثل الوقت والمرحلة القمرية والموسم والطقس طوال اليوم. ولذلك، فإن نقص الطاقة المتجددة المخزنة يشكل تحديات خاصة لشركات الطاقة. على الرغم من أن ربط العديد من مصادر الرياح الفردية يمكن أن يقلل من التغيرات الإجمالية، فمن المؤكد أنه لا يمكن استخدام الطاقة الشمسية في الليل، وتتحرك طاقة المد والجزر مع القمر، مما يؤدي إلى استرخاء المد والجزر أربع مرات يوميًا.

إلى أي مدى يؤثر هذا على أي فائدة معينة. خلال فترة ذروة استهلاك الكهرباء في الصيف، عادة ما يكون من الممكن استيعاب المزيد من الطاقة الشمسية ومواءمتها مع الطلب. خلال ساعات الذروة في فصل الشتاء، ترتبط الرياح بدرجة أقل بالطلب على التدفئة ويمكن استخدامها لتلبية هذا الطلب. بناءً على هذه العوامل، فإن مصادر الطاقة المتقطعة المتصلة بالشبكة (مثل توربينات الطاقة الشمسية وطاقة الرياح) والتي تتجاوز 20% إلى 40% من إجمالي توليد الطاقة غالبًا ما تتطلب استثمارات في الربط البيني للشبكة، أو تخزين طاقة الشبكة، أو إدارة جانب الطلب.

في شبكة الكهرباء التي لا تحتوي على تخزين للطاقة، يجب زيادة وخفض توليد الطاقة التي تعتمد على الطاقة المخزنة في الوقود (الفحم، والكتلة الحيوية، والغاز الطبيعي، والطاقة النووية) بشكل متناسب للتكيف مع صعود وهبوط المصادر المتقطعة لإنتاج الكهرباء. يمكن لمحطات الطاقة الكهرومائية والغاز الطبيعي أن تتوسع أو تتقلص بسرعة لمواكبة الرياح، في حين أن محطات الطاقة التي تعمل بالفحم والطاقة النووية تتطلب الكثير من الوقت للاستجابة للأحمال. ولذلك، فإن المرافق التي لديها كميات أقل من الغاز الطبيعي أو الطاقة الكهرومائية تعتمد بشكل أكبر على إدارة الطلب، أو التوصيل البيني للشبكة، أو تخزين الضخ باهظ الثمن.