تعد أنظمة التخزين والشحن الضوئية نوعًا جديدًا من البنية التحتية للطاقة التي تجمع بين توليد الطاقة الشمسية،تخزين الطاقةوشحن المركبات الكهربائية. ويمكنها توفير خدمات الطاقة النظيفة والمريحة للمناطق الحضرية والريفية، وخاصة المناطق التي تعاني من عدم كفاية إمدادات الطاقة أو ارتفاع أسعار الكهرباء. ومع ذلك، تواجه أنظمة التخزين والشحن الضوئية أيضًا تحديات مثل التقطع وعدم اليقين في الطاقة الشمسية، والتكلفة العالية وانخفاض كفاءة تخزين الطاقة، وتنسيق وإدارة مصادر وأحمال الطاقة المتعددة.
كيف يمكن أن يساعد تخزين الطاقة
يعد تخزين الطاقة مكونًا رئيسيًا لأنظمة التخزين والشحن الضوئية، حيث يمكن أن يساعد في تحقيق التوازن بين العرض والطلب من الكهرباء، وتحسين موثوقية النظام واستقراره، وتقليل تكلفة التشغيل والبصمة الكربونية للنظام.
هناك أنواع مختلفة من تقنيات تخزين الطاقة التي يمكن استخدامها في أنظمة التخزين والشحن الضوئي، مثل:
البطاريات: تقوم هذه الأجهزة بتحويل الطاقة الكيميائية المخزنة إلى طاقة كهربائية. ويمكن استخدامها على مستويات مختلفة، من مستوى الأسرة إلى مستوى الشبكة، وقد أصبحت أرخص وأكثر كفاءة في السنوات الأخيرة. يمكنها توفير استجابة سريعة وإخراج طاقة عالي للتطبيقات قصيرة المدى، مثل حلاقة الذروة وتنظيم التردد والتحكم في الجهد.
المائية التي يتم ضخها: تتضمن هذه الطريقة ضخ المياه صعودًا في أوقات انخفاض الطلب على الطاقة وإطلاقها عبر توربينات لتوليد الكهرباء في أوقات ارتفاع الطلب. وهو الشكل الأكثر استخدامًا لتخزين الطاقة، خاصة للتطبيقات واسعة النطاق. يمكن أن يوفر تخزينًا منخفض التكلفة وطويل الأجل لتطبيقات الطاقة الكبيرة، مثل تسوية الحمل واحتياطي الدوران والبدء الأسود.
تخزين الطاقة الحرارية: تتضمن هذه التقنية تخزين الحرارة أو البرودة في مواد مثل الماء أو الملح المنصهر أو الثلج أو المواد المتغيرة الطور. ويمكن استخدامه لتوفير التدفئة أو التبريد للمباني أو العمليات الصناعية، أو لإنتاج الكهرباء باستخدام التوربينات البخارية أو المحركات الحرارية. ويمكن أن يعزز الاستفادة من الطاقة الحرارية الشمسية ويقلل الاعتماد على الوقود الأحفوري.
تخزين الطاقة الميكانيكية: يستخدم هذا الأسلوب الحركة أو الجاذبية لتخزين الكهرباء. ومن الأمثلة على ذلك الحذافات، والهواء المضغوط، والأنظمة القائمة على الجاذبية. يمكن لهذه التقنيات أن توفر استجابة سريعة ومرنة لتقلبات الشبكة وقضايا جودة الطاقة.
ما هي التحديات التيتخزين الطاقة
في حين أن تخزين الطاقة يمكن أن يقدم العديد من الفوائد للتخزين البصري وأنظمة الشحن، فإنه يواجه أيضًا العديد من التحديات. بعض هذه تشمل:
يكلف: لا تزال تقنيات تخزين الطاقة باهظة الثمن مقارنة بمحطات الطاقة التقليدية التي تعتمد على الوقود الأحفوري. تعتمد تكلفة تخزين الطاقة على عوامل مختلفة، مثل نوع التكنولوجيا وحجمها وموقعها وتطبيقها. تختلف تكلفة التخزين المستوية (لكوس)، التي تقيس متوسط التكلفة لكل وحدة من الكهرباء التي يوفرها نظام التخزين على مدار عمره، بشكل كبير عبر التقنيات والمناطق المختلفة.
أداء: تتميز تقنيات تخزين الطاقة بخصائص مختلفة من حيث سعة الطاقة وسعة الطاقة والكفاءة والعمر والأثر البيئي. وتؤثر هذه على مدى ملاءمتها لأغراض وسيناريوهات مختلفة. على سبيل المثال، تتمتع البطاريات بمعدلات تفريغ ذاتي عالية ودورة حياة محدودة، في حين أن الضخ المائي يتطلب متطلبات عالية من الأرض وتأثيرات بيئية.
مصداقية: يجب أن تكون تقنيات تخزين الطاقة موثوقة بدرجة كافية لتلبية الطلب على الكهرباء في أنظمة التخزين والشحن الضوئية، حيث يمكن أن يكون لانقطاع التيار الكهربائي عواقب وخيمة على العملاء والشركات. ومع ذلك، تعتمد موثوقية تخزين الطاقة على مدى توفر مصدر الطاقة الشمسية وجودته، بالإضافة إلى تصميم النظام وتشغيله. على سبيل المثال، دراسة أجراها وانغ وآخرون. وجد أن الضبط الديناميكي للامتصاصات الضوئية داخل المواد المتغيرة الطور يمكن أن يحسن معدل الشحن الحراري الشمسي بأكثر من 270% ويزيد ثلاثة أضعاف كمية الطاقة الحرارية المخزنة بشكل عام.
خاتمة
يلعب تخزين الطاقة دورًا مهمًا في أنظمة التخزين والشحن البصري، حيث يمكن أن يساعد في تحسين أداء واقتصاديات توليد الطاقة الشمسية وشحن المركبات الكهربائية. ومع ذلك، يواجه تخزين الطاقة أيضًا العديد من التحديات التقنية والاقتصادية والاجتماعية التي تحتاج إلى معالجة. ولذلك، هناك حاجة إلى نهج شامل ومتكامل لا يأخذ في الاعتبار تقنيات تخزين الطاقة فحسب، بل أيضًا عوامل أخرى مثل تقييم موارد الطاقة الشمسية، وتصميم النظام وتحسينه، وتكامل الشبكة وتنظيمها، وسلوك العملاء ورضاهم. علاوة على ذلك، ينبغي أن يتماشى تطوير تخزين الطاقة مع أهداف وقيم التنمية المستدامة.