انتقل إلى:- البطاريات
- تخزين ضخ الطاقة المائية
- تخزين الطاقة الحرارية بالضخ
- تخزين طاقة الجاذبية
- تخزين طاقة الهواء المضغوط
- تخزين الهيدروجين
- موارد إضافية
- قائمة المراجع
تخزين الطاقة المتجددة مهم لمساعدة البشرية على تقليل اعتمادها على الوقود الأحفوري مثل النفط والفحم ، والتي تنتج ثاني أكسيد الكربون وغازات الاحتباس الحراري الأخرى التي تسبب تغير المناخ.
يعد تسخير طاقة الشمس باستخدام الألواح الشمسية واستخدام طاقة الرياح مع توربينات الرياح طريقتين شائعتين لتوليد الطاقة المتجددة. لكن الشمس لا تشرق دائمًا ولا تهب الرياح دائمًا عندما نريد الكهرباء ، وأحيانًا تنتج طاقة فائضة عندما يكون الطلب منخفضًا.
للحد من تأثير توليد الطاقة غير المتسق من مصادر متجددة ، يعمل العلماء والمهندسون على تطوير طرق لتخزين الطاقة الزائدة لاستخدامها عند الحاجة. هناك العديد من الطرق المختلفة لتخزين الطاقة ، ويتم تطوير تقنيات التخزين الجديدة وتحسينها طوال الوقت. فيما يلي بعض من أفضل الطرق الواعدة لتخزين الطاقة المتجددة.
1. بطاريات
ربما تكون البطاريات هي الطريقة الأكثر شيوعًا لتخزين الطاقة. يستخدم البشر البطاريات في جميع أنواع الأجهزة الكهربائية ، من الهواتف الذكية إلى السيارات. البطاريات الأكثر شيوعًا هي بطاريات الليثيوم أيون ، والتي تُستخدم في الأجهزة الصغيرة وتشكل أيضًا أكثر من 90 ٪ من تخزين البطاريات على شبكة الكهرباء العالمية ، وفقًا لمعهد دراسة البيئة والطاقة (يفتح في علامة تبويب جديدة) في واشنطن ، DC ، وهي منظمة غير ربحية تعمل على تعزيز الطاقة المستدامة.
يتم توصيل الطرف السالب للبطارية بقطب كهربائي يسمى القطب الموجب ويتم توصيل الطرف الموجب بقطب كهربائي آخر يسمى الكاثود. يتحد الإلكتروليت ، وهو مادة سائلة من الأيونات المشحونة كهربائيًا داخل البطارية ، مع مادة الأقطاب الكهربائية لإنتاج تفاعل كيميائي يولد تيارًا كهربائيًا. في بطاريات الليثيوم أيون ، يقوم الأنود والكاثود بتخزين الليثيوم ، وفقًا لوزارة الطاقة الأمريكية (يفتح في علامة تبويب جديدة). يحمل المنحل بالكهرباء أيونات الليثيوم موجبة الشحنة من القطب الموجب إلى القطب السالب لتشغيل شيء ما والعكس صحيح عند شحن البطارية ، وهو ما يمكن القيام به باستخدام الطاقة المتجددة.
بطاريات الليثيوم أيون لها بعض العيوب. على سبيل المثال ، تصبح أقل كفاءة وأكثر عرضة للفشل بمرور الوقت ، وفقًا لمعهد الطاقة النظيفة (يفتح في علامة تبويب جديدة) بجامعة واشنطن. كما أن إنتاجها على نطاق واسع باهظ التكلفة ، كما أن استخراج المواد الخام اللازمة لصنعها له تأثير سلبي على البيئة. مثل معظم طرق تخزين الطاقة الأخرى ، لا تحتفظ البطاريات بكل الطاقة الموضوعة فيها ؛ لديهم كفاءة من 85٪ إلى 95٪ ، وفقًا لتقرير عام 2020 الصادر عن مجلس الطاقة العالمي (يفتح في علامة تبويب جديدة) ، وهو شبكة من قادة الطاقة يروجون للطاقة المستدامة.
2. تخزين الطاقة المائية التي يتم ضخها
يستخدم تخزين الطاقة الكهرومائية التي يتم ضخها ، أو الطاقة الكهرومائية المخزنة بالضخ ، خزانين للمياه لتخزين الكهرباء. تُستخدم الطاقة الزائدة لضخ المياه من خزان سفلي إلى خزان أعلى. بعد ذلك ، عندما تكون هناك حاجة للكهرباء ، يتم إطلاق الماء في الخزان الأعلى للتدفق عائدًا إلى الخزان السفلي من خلال التوربينات التي تولد الكهرباء ، وفقًا لمراجعة 2021 لتخزين الطاقة المائية التي يتم ضخها والتي نُشرت في مجلة التقدم في الطاقة (يفتح في جديد التبويب). لا يتم استعادة كل الطاقة المستخدمة في ضخ المياه عند إطلاقها ؛ تبلغ كفاءة تخزين الطاقة المائية حوالي 75٪ إلى 85٪ ، وفقًا لتقرير مجلس الطاقة العالمي لعام 2020.
تقع أكبر منشأة تخزين كهرومائية يتم ضخها في العالم في ولاية فرجينيا وتخدم حوالي 750 ألف منزل ، وفقًا لمعهد دراسة البيئة والطاقة. عادة ما يتم بناء أنظمة تخزين الطاقة المائية التي يتم ضخها في الأنهار أو بالقرب منها جنبًا إلى جنب مع إنتاج الطاقة الكهرومائية. ومع ذلك ، يمكن أيضًا استخدامها باستخدام مياه البحر من المحيطات. يسحب نظام تخزين الطاقة الكهرومائية التي يتم ضخها في جزيرة أوكيناوا باليابان مياه البحر من المحيط إلى أعلى التل عبر خط أنابيب. يقوم النظام بعد ذلك بإطلاق الماء مرة أخرى عبر الأنبوب لتشغيل التوربينات وتوليد الكهرباء ، وفقًا لجامعة ستراثكلايد (يفتح في علامة تبويب جديدة) في اسكتلندا.
3. تخزين الكهرباء بالضخ الحراري
يتضمن تخزين الكهرباء الحرارية التي يتم ضخها استخدام الكهرباء المولدة من مصادر متجددة لتسخين الحصى أو مادة أخرى للاحتفاظ بالحرارة داخل خزان معزول. يمكن بعد ذلك استخدام هذه الحرارة لتوليد الكهرباء عند الحاجة ، وفقًا لمقال نشر عام 2020 في المحادثة (يفتح في علامة تبويب جديدة) بواسطة أنطوان كوين ، مرشح الدكتوراه في تخزين الطاقة الحرارية التي يتم ضخها ، وباو فاريس أنتونيز ، الباحث في تخزين الطاقة ، كلاهما في جامعة كامبريدج في إنجلترا.
تستخدم الطريقة مواد يسهل الوصول إليها مثل الحصى ، بحيث يمكن تركيبها في أي مكان تقريبًا. يحتوي تخزين الكهرباء الحرارية التي يتم ضخها على نطاق كفاءة متوقع يتراوح بين 50٪ و 70٪ ، وفقًا لورقة بحثية نُشرت عام 2017 في مجلة Renewable and Sustainable Energy Reviews (يفتح في علامة تبويب جديدة). هذه التكنولوجيا لا تزال قيد التطوير. أظهر العرض التوضيحي الأول لمنشأة تخزين الكهرباء الحرارية التي يتم ضخها في جامعة نيوكاسل في إنجلترا كفاءة بنسبة 65٪ في عام 2019 ، وفقًا لدراسة أجريت عام 2020 نُشرت في مجلة Frontiers in Energy Research (تفتح في علامة تبويب جديدة).
4. تخزين طاقة الجاذبية
تقوم شركة بريطانية تسمى Gravitricity بتطوير تقنية للاستفادة الكاملة من الجاذبية. تستخدم الطريقة الكهرباء لرفع الأثقال على الرافعة ، والتي يتم تحريرها لاحقًا لتشغيل مولد الكهرباء ، واستعادة معظم الطاقة المستخدمة في رفعها. يمكن بناء هذه المعدات في أعمدة منجم مهجورة لإسقاط حوالي 13200 طن (12000 طن متري) أسفل عمود يزيد عمقه عن 2620 قدمًا (800 متر) ، حسبما ذكرت صحيفة الغارديان (تفتح في علامة تبويب جديدة) في عام 2019. تتمتع التكنولوجيا بكفاءة متوقعة من 80٪ إلى 90٪ ، وفقًا لموقع Gravitricity (يفتح في علامة تبويب جديدة). يستخدم نظام آخر قائم على الجاذبية الطاقة الزائدة لسحب القطارات لأعلى منحدر قبل السماح لها بالتراجع لإطلاق الطاقة المخزنة ، حسبما أفاد موقع Live Science سابقًا. تقوم شركة تسمى Advanced Rail Energy Storage (ARES) بتطوير أحد هذه الأنظمة في ولاية نيفادا ، وفقًا لموقع ARES (يفتح في علامة تبويب جديدة).
5. تخزين طاقة الهواء المضغوط
ذكرت Live Science سابقًا أن أنظمة تخزين طاقة الهواء المضغوط تضخ الهواء إلى غرفة تحت الأرض لزيادة الضغط ، والذي يمكن إطلاقه عند الطلب لتشغيل توربينات الغاز. يتم إنتاج المزيد من الطاقة إذا قام المصنع بحرق الغاز الطبيعي في الهواء عالي الضغط ، ولكن هذا ينتج عنه انبعاثات ثاني أكسيد الكربون. يمكن أن تتراوح كفاءة هذا النظام بين 70٪ و 89٪ ، وفقًا لتقرير مجلس الطاقة العالمي لعام 2020. هناك ما لا يقل عن اثنين من مرافق تخزين طاقة الهواء المضغوط التشغيلية. تم إنشاء أول منشأة في Huntorf بألمانيا في عام 1978 ، وتم تشغيل منشأة ثانية في ألاباما منذ عام 1991 ، وفقًا لدراسة أجريت عام 2021 في مجلة Renewable and Sustainable Energy Reviews (يفتح في علامة تبويب جديدة).
6. تخزين الهيدروجين
يستخدم الهيدروجين كشكل من أشكال تخزين الطاقة الكيميائية. يتم تحويل الكهرباء إلى هيدروجين من خلال عملية تسمى التحليل الكهربائي ، والتي تفكك الماء إلى عنصري الهيدروجين والأكسجين ، وفقًا لوزارة الطاقة الأمريكية (يفتح في علامة تبويب جديدة). يمكن بعد ذلك تخزين الهيدروجين واستخدامه كوقود لتوليد الكهرباء. يمكن أيضًا استخدام الهيدروجين لتشغيل مركبات الهيدروجين لتقليل انبعاثات غازات الاحتباس الحراري من وسائل النقل.
تبلغ كفاءة استخدام الهيدروجين لتخزين الطاقة 35٪ إلى 55٪ ، وفقًا لتقرير مجلس الطاقة العالمي لعام 2020. خلايا وقود الهيدروجين مكلفة لأنها تتطلب معادن باهظة الثمن مثل البلاتين. ومع ذلك ، يتم استخدامها لتشغيل المرافق الهامة ودعمها مثل مرحلات الاتصالات ومعالجة بطاقات الائتمان ، وفقًا لمعهد دراسة البيئة والطاقة.
موارد إضافية
لمعرفة المزيد حول كيفية استخدام الطاقة المتجددة لتشغيل العالم ، شاهد مقطع فيديو YouTube القصير هذا بواسطة TED-Ed (يفتح في علامة تبويب جديدة). يمكنك معرفة كيفية توفير المال من خلال توفير الطاقة والوقود في الولايات المتحدة. وزارة الطاقة (يفتح في علامة تبويب جديدة) الموقع. اقرأ المزيد حول فوائد الطاقة المتجددة من اتحاد العلماء المعنيين (يفتح في علامة تبويب جديدة) ، وهي منظمة غير ربحية للدفاع عن العلوم.
ببليوغرافيا
تخزين طاقة السكك الحديدية المتقدم ، "مشروع ARES Nevada" ، 2022. https://aresnorthamerica.com/nevada-project/
ألكسندرا زابلوكي ، معهد دراسة البيئة والطاقة ، "تخزين الطاقة (2019) ،" 22 فبراير 2019. https://www.eesi.org/papers/view/energy-storage-2019
أنطوان كوين وباو فاريس أنتونيز ، المحادثة ، "كيف يمكن استخدام الحرارة لتخزين الطاقة المتجددة ،" 25 فبراير 2020. https://theconversation.com/how-heat-can-be-used-to -store- الطاقة المتجددة- 130549
بليكرز وآخرون. "مراجعة تخزين الطاقة المائية التي يتم ضخها ،" التقدم المحرز في الطاقة ، المجلد 3 ، 25 مارس 2021. https://iopscience.iop.org/article/10.1088/2516-1083/abeb5b
معهد الطاقة النظيفة ، جامعة واشنطن ، "بطارية ليثيوم أيون ،" 2020. https://www.cei.washington.edu/education/science-of-solar/battery-technology/
Davenne، T. R. and Peters، B. M. "تحليل تخزين الطاقة الحرارية التي يتم ضخها باستخدام مخازن حرارية غير مقترنة ،" Frontiers in Energy Research ، المجلد 8 ، 11 أغسطس 2020. https://www.frontiersin.org/ المقالات / 10.3389 / fenrg.2020.00160 /
قسم الهندسة الميكانيكية والفضاء ، جامعة ستراثكلايد ، "التخزين المائي الذي يضخ بمياه البحر". http://www.esru.strath.ac.uk/EandE/Web_sites/17-18/cumbrae/Seawater٪20pumped٪20hydro.html
إليزابيث باليرمو ، Live Science ، "كيف تعمل البطاريات؟" 29 أبريل 2015. https://www.livescience.com/50657-how-battery-work.html
الجاذبية ، "تخزين الطاقة سريع وطويل الأمد." https://gravitricity.com/technology/
جيليان أمبروز ، The Guardian ، "كيف يمكن استخدام مهاوي المناجم المهجورة في المملكة المتحدة لتخزين الطاقة المتجددة ،" Mon. 21، 2019. https://www.theguardian.com/environment/2019/oct/21/how-uks-disused-mine-shafts-plan-to-store-renewable-energy
جيم بارك ، كلايتون آشلي وديف برودي ، Live Science ، "Renewable Energy Rides the Rails to More Efficient Power Storage ،" 07 فبراير 2014. https://www.livescience.com/43211-renewable-energy- rides-the-rails-to-more-كفاءة-power-storage.html
King et al. "نظرة عامة على مشاريع تخزين طاقة الهواء المضغوط الحالية وتحليل سعة التخزين تحت الأرض المحتملة في الهند والمملكة المتحدة" ، مراجعات الطاقة المتجددة والمستدامة ، المجلد 139 ، أبريل 2021. https://www.sciencedirect.com/science / article / pii / S1364032121000022
مايكل شيربر ، Live Science ، "كيف يمكن للهواء المضغوط أن يمد المستقبل بالطاقة" ، 4 حزيران (يونيو) 2008. https://www.livescience.com/4955-compressed-air-power-future.html
مكتب كفاءة الطاقة والطاقة المتجددة ، وزارة الطاقة الأمريكية ، "كيف تعمل بطارية ليثيوم أيون؟" 14 سبتمبر 2017. https://www.energy.gov/eere/articles/how-does-lithium-ion-battery-work
مكتب كفاءة الطاقة والطاقة المتجددة ، وزارة الطاقة الأمريكية ، "إنتاج الهيدروجين:التحليل الكهربائي." https://www.energy.gov/eere/fuelcells/hydrogen-production-electrolysis
Steinmann، W. D. "المفاهيم الميكانيكية الحرارية لتخزين الطاقة السائبة" ، مراجعات الطاقة المتجددة والمستدامة ، المجلد 75 ، أغسطس 2017. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1364032116307341؟via٪ 3Dihub
مجلس الطاقة العالمي ، "خمس خطوات لتخزين الطاقة:موجز رؤى الابتكار ،" 2020. https://www.worldenergy.org/assets/downloads/Five_steps_to_energy_storage_v301.pdf
