أفضل 5 تقنيات لتخزين الكهرباء بأسعار في متناول اليد – الطاقة

باتت الحاجة إلى استخدام تقنيات تخزين الكهرباء ضرورة ملحة في ظل ارتفاع الطلب والدعوات إلى تحوّل العالم للطاقة النظيفة.

ولتحقيق هدف الحياد الكربوني، ستحتاج الدول إلى تسريع توليد الكهرباء من مصادر الطاقة المتجددة.

ونظرًا إلى أن طاقة الرياح والطاقة الشمسية متقطعتان على مدار اليوم، فإن استخدام تقنيات التخزين مهم لضمان تدفق الكهرباء، ويمكن أن تؤدي دورًا محوريًا في أنظمة الكهرباء المستقبلية من خلال تحقيق التوازن بين العرض والطلب.

وتسعى العديد من المرافق والشركات والحكومات إلى استخدام طرق مختلفة للتخزين، بهدف الاعتماد على أنظمة كهرباء منخفضة الكربون وتتسم بالكفاءة بحلول عام 2050.

ورغم انخفاض تكلفة توليد الكهرباء من الطاقة النظيفة، ما تزال تقنيات التخزين مكلفة نسبيًا.

في هذا التقرير ترصد منصة الطاقة المتخصصة، أفضل 5 تقنيات لتخزين الكهرباء بأسعار في متناول اليد.

تخزين الطاقة في البطاريات

هذه الطريقة تُعَد من أقدم أنواع التخزين وأشهرها حول العالم، وهي تقنية كهروكيميائية تتكوّن من خلية واحدة أو أكثر ذات طرف موجب يُسمى الكاثود وطرف سالب يُسمى الآنود.

وتعتمد أغلب الشبكات في التخزين على بطاريات الليثيوم أيون باهظة التكلفة، أو بطاريات الرصاص الحمضية، وهناك أنواع بطاريات صلبة أخرى، مثل النيكل والكادميوم، وبطاريات التدفق.

في الوقت نفسه، يواصل الباحثون ابتكار حلول منخفضة التكلفة وقادرة على تخزين الكهرباء لأشهر، ولا تحتوي على أجزاء سامة، وكان آخرها بطارية الملح.

فقد ابتكر باحثون في مختبر “باسيفيك نورث ويست ناشيونال لابروتوري” الأميركي، بطارية جديدة لمنافسة بطاريات الليثيوم أيون باهظة الثمن، وبطاريات الرصاص الحمضية التي تستخدم الرصاص الخام.

وتعتمد البطارية على الملح المصهور، وهو عبارة عن مادة صلبة في درجة حرارة الغرفة، وتتحول إلى سائل عند ارتفاع درجات الحرارة.

وتحتفظ هذه البطارية الجديدة بالكهرباء لعدة أشهر عند انتقال المادة النشطة بداخلها من الحالة السائلة إلى الحالة الصلبة، وعند تسخينها، يمكنها تفريغ 90% من الكهرباء المخزنة.

ووفقًا لفريق الباحثين، يعتمد تصميم هذه البطارية على مواد منخفضة التكلفة وأقل تفاعلًا، فالقطب الموجب مصنوع من الألومنيوم والسالب مصنوع من النيكل، ثم تُوضع في ملح مذاب مكون من الصوديوم والألومنيوم والكلوريد.

وقال الباحثون إن شحن البطارية عند 180 درجة مئوية ليصبح الإلكتروليت في حالته المنصهرة، ويسمح ذلك للأيونات بالتدفق لتوليد الكهرباء.

ويقدّر الباحثون تكلفة مواد البطارية بقرابة 23 دولارًا للكيلوواط/ساعة، ويتوقعون إمكانية انخفاضها إلى 6 دولارات للكيلوواط/ساعة، عن استخدام معادن رخيصة، مثل الحديد.

التخزين بالضخ

بينما تحظى البطاريات بالكثير من الاهتمام، هناك تقنية تخزين بسيطة وطويلة الأمد وتُستخدم منذ عقود.

وهذه التقنية يُطلق عليها “الطاقة الكهرومائية للتخزين بالضخ”، وهي واحدة من أكثر أنواع تقنيات التخزين شيوعًا، إذ تسمح بتخزين الكهرباء على نحو أفضل وأطول من البطاريات، وهذا ضروري في أنظمة الكهرباء التي تهيمن عليها طاقة الرياح والطاقة الشمسية، كما أنها رخيصة، ويمكن الاستفادة منها طوال الليل وعلى المدى الطويل.

وتعمل هذه التقنية على تخزين الكهرباء وتوليدها عن طريق نقل المياه بين خزانين على ارتفاعات مختلفة.

وتُقسّم هذه التقنية إلى مرحلتين، الأولى تعتمد على دفع المياه من أسفل إلى أعلى للتخزين عند انخفاض الطلب، أما المرحلة الثانية فتُضخ المياه من أعلى لأسفل بفعل الجاذبية، لتوليد الكهرباء بوساطة التوربينات، واستخدامها خلال أوقات الذروة.

وتتمتع هذه التقنية بالعديد من المزايا، أهمها أنها من مصادر الطاقة النظيفة ولا ينتج عنها أي انبعاثات كربونية، وقدرتها على استخدام المياه نفسها مرارًا وتكرارًا، إلى جانب قدرتها على الدخول إلى الشبكة بسرعة.

بالإضافة إلى ذلك، تُسهم هذه التقنية في خفض تكاليف الكهرباء واستقرارها.

تقنية قوة الطفو لتخزين الكهرباء

رغم أن التقنيات الحالية -مثل تخزين الطاقة الكهرومائية بالضخ- مناسبة من حيث التكلفة، فإنها تقتصر على مناطق محددة، وكذلك تخزين البطاريات القائم على التخزين لساعات فقط.

لذلك، يحاول الباحثون البحث دائمًا عن خيارات مختلفة ومتعدة لسد هذه الفجوة.

أحد هذه الحلول هو تطوير تقنية قوة الطفو لتخزين الكهرباء، التي تتميز بالكفاءة والقدرة على استيعاب سعات أكبر من الأنظمة الحالية.

وتُستخدم هذه التقنية في الجزر الصغيرة أو المناطق الساحلية أو داخل أنظمة الرياح البحرية، كما يمكن استخدامها لضغط الهيدروجين بكفاءة، لكنها تحتاج إلى استخدام البطاريات.

وبحسب منصة الطاقة المتخصصة، يتميّز عمل هذه التقنية بالبساطة، إذ يعتمد التصميم على منصة مثبتة في عمق قاع البحر بمراسٍ مثقلة، متصلة بمصفوفة مربعة طول ضلعها 100 متر، من أنابيب البولي إيثلين عالية الكثافة، مملوءة بالغاز المضغوط، مثل الهواء أو الهيدروجين.

وتُستخدم الكهرباء المنقولة من السطح بوساطة الأسلاك الكهربائية، لتشغيل محركات كهربائية قوية تسحب أنابيب الطفو لأسفل باتجاه قاع البحر لتخزين الكهرباء.

وعندما يحين موعد إطلاق الطاقة، تُحرر الأنابيب وتسحب قوة طفوها المحرك الكهربائي في الاتجاه المعاكس، وتحوله إلى مولد، وتغذية الكهرباء مرة أخرى في الشبكة.

ووفقًا للباحثين، تبلغ تكلفة البطاريات -حاليًا- 150 دولارًا لكل ميغاواط/ساعة، في حين تصل تكلفة هذه التقنية من 50 دولارًا إلى 100 دولار لكل ميغاواط/ساعة.

التخزين الحراري

تعتمد هذه التقنية على استخدام مستودعات لتخزين الكهرباء للاستفادة منها لاحقًا عند ارتفاع الطلب.

ويتميّز التخزين الحراري بانخفاض التكلفة مقارنة بتقنيات التخزين الأخرى، كما أنه من التقنيات الصديقة للبيئة لإنتاج الكهرباء، إذ يمكن التخزين عند درجة حرارة عالية أو أقل من درجة الحرارة المحيطة، واستخدامها في التدفئة والتبريد.

ويتضمّن التخزين الحراري في جوهره التقاط الحرارة أو البرودة وإطلاقهما في مادة صلبة أو سائلة أو عن طريق ضغط الهواء.

وتتيح هذه التقنية -بحسب منصة الطاقة المتخصصة- إمكان استخدام مواد مختلفة بخصائص حرارية مختلفة، وتحقيق نتائج متنوعة، إلى جانب تحقيق التوازن بين الطلب والعرض على الكهرباء، سواء على أساس يومي أو أسبوعي أو موسمي.

والتطبيق الأكثر شيوعًا للتخزين الحراري هو في أنظمة الطاقة الشمسية، ويمكن استخدامها في التدفئة أو إنتاج الكهرباء.

وبرز الملح المذاب بصفته أفضل الخيارات القابلة للتطبيق تجاريًا باستخدام الطاقة الشمسية المركزة، إذ يتمتع بمزايا تؤهله ليصبح وسيطًا لتخزين الكهرباء، ومن أمثلة الأملاح المستخدمة: نترات الصوديوم والبوتاسيوم.

وتعمل هذه التقنية عن طريق تسخين الأملاح والاحتفاظ بها في خزانات معزولة، ثم يُضخ الملح الذائب في أوقات الذروة إلى مولد البخار لاستخدام الحرارة في توليد الكهرباء.

تخزين الكهرباء في الألومنيوم

تُعَد من أحدث التقنيات لتخزين الكهرباء، وتتلقى دعمًا كبيرًا من 7 بلدان أوروبية، ودعمًا ماليًا من برنامج “هوريزون يوروب” للتمويل التابع للاتحاد الأوروبي والوكالة السويسرية للتعليم والبحث والابتكار.

وبلغ حجم الإنفاق على المشروع الضخم نحو 3.6 مليون يورو (3.59 مليون دولار أميركي)، وسيستمر المشروع حتى عام 2026.

ففي يوليو/تموز (2022)، بدأ المشروع البحثي الجديد -المعروف بـ”ريفيل”- لتحقيق مجموعة من الأهداف، أهمها التركيز على تطوير تقنيات متقدمة يمكنها إنتاج الألومنيوم دون إطلاق انبعاثات كربونية.

ويعمل الباحثون على تطوير تقنيات لاستخدام المعدن بصفته وسيلة لتخزين الكهرباء في المدى الطويل على شكل حرارة، يمكن استخدامها لتدفئة المنازل خلال فصل الشتاء.

وينصب تركيز المشروع على تطوير تقنيات يمكنها تخزين الكهرباء من الطاقة الشمسية وطاقة الرياح والطاقة الكهرومائية لأشهر أو حتى سنوات بتكلفة منخفضة.

الخلاصة..

أفضل 5 تقنيات لتخزين الكهرباء

• تخزين الطاقة في البطاريات.
• التخزين بالضخ.
• تقنية قوة الطفو لتخزين الكهرباء.
• التخزين الحراري.
• تخزين الكهرباء في الألومنيوم.

اقرأ أيضًا..