ما هي الأنواع الثلاثة لتخزين الطاقة؟

تخزين الطاقة المادية

يستخدم تخزين الطاقة المادية الخصائص الفيزيائية للمادة لتحقيق تخزين الطاقة وإصدارها. من بينها ، تخزين الضخ هو طريقة شائعة وتستخدم على نطاق واسع. إنه يحول الطاقة الكهربائية إلى طاقة جاذبية محتملة ويخزنها عن طريق ضخ المياه من الخزان السفلي إلى الخزان العلوي خلال فترة تحميل الطاقة المنخفضة ؛ خلال فترة استهلاك الطاقة الذروة ، يتم إرجاع المياه في الخزان العلوي إلى الخزان السفلي لدفع التوربينات لتوليد الكهرباء. هذه الطريقة لديها سعة تخزين كبيرة للطاقة والتكنولوجيا الناضجة نسبيا. يمكنه تخزين وتزويد كمية كبيرة من الكهرباء بشكل ثابت لفترة طويلة ، ويلعب دورًا مهمًا في تنظيم ذروة شبكة الطاقة وتنظيم التردد. ومع ذلك ، يتطلب بنائه ظروفًا جغرافية محددة ، مثل تضاريس فرق الارتفاع المناسبة ومصادر المياه الكافية ، وتكون فترة البناء طويلة وتكون تكلفة الاستثمار الأولية مرتفعة.

بالإضافة إلى التخزين الضخ ، هناك أيضًا تخزين طاقة هواء مضغوط. يستخدم الكهرباء الزائدة لضغط الهواء وتخزينه في مساحات محددة مثل غرف تخزين الغاز تحت الأرض عندما يكون استهلاك الكهرباء منخفضًا ؛ عندما يكون استهلاك الكهرباء مرتفعًا ، يتم إطلاق الهواء ذي الضغط العالي لدفع توربينات الغاز لتوليد الكهرباء. يتمتع تخزين الطاقة المضغوطة أيضًا بمقياس تخزين كبير للطاقة وحياة طويلة في النظام ، ولكنه يواجه أيضًا مشاكل مثل المتطلبات العالية لكهوف تخزين الغاز وكفاءة تحويل الطاقة التي تحتاج إلى تحسين. بالإضافة إلى ذلك ، يستخدم تخزين الطاقة دولاب الموازنة دولاب الموازنة عالي السرعة لتخزين الطاقة الحركية. تزداد سرعة دولاب الموازنة عندما تكون الطاقة مدخلات ، وتنخفض السرعة عند إخراج الطاقة لدفع المحرك لتوليد الكهرباء. يتمتع تخزين الطاقة دولاب الموازنة بسرعة شحن وسرعة التفريغ ووقت استجابة قصير. إنه مناسب للمناسبات التي تتطلب شحنًا وتفريغًا متكررًا ، مثل أنظمة إمدادات الطاقة غير المنقطعة (UPS) ، ولكن وقت تخزين الطاقة قصير نسبيًا وكثافة الطاقة محدودة.

تخزين الطاقة الكيميائية

يعتمد تخزين الطاقة الكيميائية على التفاعلات الكيميائية لتخزين الطاقة وإطلاقها. تعد بطاريات الليثيوم أيون واحدة من أكثر طرق تخزين الطاقة الكيميائية شعبية في الوقت الحاضر. إن عملية أيونات الليثيوم تتقاطع وتزدهر بين الأقطاب الإيجابية والسلبية تدرك تخزين الطاقة الكهربائية وإطلاقها. تتمتع بطاريات الليثيوم أيون بمزايا كثافة الطاقة العالية ، ومعدل التفريغ الذاتي المنخفض ، وعمر الخدمة الطويل. يتم استخدامها على نطاق واسع في السيارات الكهربائية ، والأجهزة الإلكترونية المحمولة ، وأنظمة تخزين الطاقة الموزعة. ومع ذلك ، فإن تكلفته المرتفعة ، والتوزيع غير المتكافئ والطبيعة المحدودة لموارد الليثيوم قد يفرضون بعض القيود على التطبيقات واسعة النطاق في المستقبل. هناك أيضًا تحديات للسلامة ، مثل خطر الحريق والانفجار الناجم عن الهرب الحراري.

بطاريات الحموضة الرصاص هي بطارية تخزين الطاقة الكيميائية التقليدية مع تاريخ طويل من التطبيق. يستخدم ثاني أكسيد الرصاص والرصاص كأقطاب محيط وحمض الكبريتيك ككهارل لتخزين الطاقة الكهربائية وإطلاقها من خلال التفاعلات الكيميائية. تقنية بطارية الحمض الناضجة ناضجة ، منخفضة التكلفة ، وموثوقة للغاية. غالبًا ما يتم استخدامه في إمدادات الطاقة لبدء السيارات ، وإمدادات الطاقة الاحتياطية ، وبعض سيناريوهات تخزين الطاقة التي لا تتطلب كثافة عالية الطاقة. ومع ذلك ، فإن كثافة الطاقة المنخفضة ، وعمر الدورة القصيرة ، والوزن الكبير تحد من تطبيقها في بعض الحقول الناشئة إلى حد ما. بالإضافة إلى ذلك ، تتطور تقنيات تخزين الطاقة الكيميائية الجديدة مثل بطاريات الكبريت الصوديوم وبطاريات التدفق أيضًا. تتمتع بطاريات الكبريت الصوديوم بخصائص كثافة الطاقة العالية والكفاءة العالية ، ولكن درجة حرارة التشغيل عالية ، ومتطلبات حماية العزل والسلامة للنظام صارمة ؛ تقوم بطاريات التدفق بتخزين الطاقة من خلال تفاعل الأكسدة والاختزال في حالات التكافؤ المختلفة في المنحل بالكهرباء. يمكن تصميم قدرتها وقوتها بشكل مستقل ، والنظام مرن للغاية ، لكن التكلفة الحالية مرتفعة ولا تزال التكنولوجيا تتحسن بشكل أكبر.

تخزين الطاقة الكهرومغناطيسي

يتضمن تخزين الطاقة الكهرومغناطيسي بشكل أساسي تخزين الطاقة الفائق وتخزين الطاقة الفائقة. تستخدم المكثفات الفائقة السعة المزدوجة للطبقة أو الاكتئاب الكاذب الفاراداي التي تشكلت بين الأقطاب الكهربائية والكهارل لتخزين الشحن ، وبالتالي تحقيق تخزين الطاقة. لديها مزايا كثافة الطاقة العالية ، وسرعة الشحن والتفريغ بسرعة كبيرة ، وعمر دورة طويلة. يمكن أن توفر أو تمتص كمية كبيرة من الطاقة الكهربائية في لحظة ، ولديها آفاق جيدة للتطبيق في نظام استرداد الطاقة للسيارات الكهربائية والتعويض الديناميكي لأنظمة الطاقة. ومع ذلك ، فإن كثافة الطاقة في المكثفات الفائقة منخفضة نسبيًا ، والطاقة المخزنة محدودة ، كما أن التكلفة مرتفعة أيضًا ، مما يحد من تطبيقها في مجال تخزين الطاقة على نطاق واسع وطويل الأجل.

يستخدم تخزين الطاقة الفائقة خصائص المقاومة صفرية للمواد الفائقة التوصيل في الحالة الفائقة التوصيل لتخزين الطاقة الكهربائية في شكل طاقة المجال المغناطيسي. يتمتع نظام تخزين الطاقة الفائق بالتوصيل بسرعة كبيرة للغاية ويمكنه إدراك الشحن وتفريغ التبديل داخل ميلي ثانية ، وهو أمر ذو أهمية كبيرة لتحسين استقرار وموثوقية نظام الطاقة. ومع ذلك ، تواجه تقنية تخزين الطاقة الفائقة حاليًا مشاكل مثل التكلفة العالية للمواد الفائقة ، وأنظمة التبريد المعقدة واستهلاك الطاقة العالية ، مما يعيق إلى حد كبير تطبيقها التجاري على نطاق واسع.

هذه الأنواع الثلاثة من تخزين الطاقة لها مزاياها الخاصة وتلعب دورًا لا يمكن الاستغناء عنه في سيناريوهات تطبيق الطاقة المختلفة. من خلال التطوير المستمر للتكنولوجيا والابتكار ، ستستمر تكنولوجيا تخزين الطاقة في التحسن ، والمساهمة في بناء نظام طاقة أكثر نظافة وأكثر كفاءة وثبات ، ويعزز عملية تحويل الطاقة العالمي ، ومنحنا المزيد من الخيارات والإمكانيات في الاستجابة تحديات الطاقة.