إجابة مختصرة: نعم، بالتأكيد. لكن هذا ليس الجزء المثير للاهتمام.
السؤال الحقيقي ليس كذلكسواءتتمتع أنظمة تخزين الطاقة بخيارات-ولهذا السبب لا يزال الكثير من الأشخاص يعتقدون أنها لا تملكها. ادخل في معظم المحادثات حول تخزين الطاقة وستسمع كلمة "بطارية" متداولة وكأنها اللعبة الوحيدة في المدينة. ليست كذلك. ولا حتى قريبة.
البطاريات تحظى بكل الاهتمام (لسبب وجيه في الغالب)
انظر، لن أتظاهر بأن البطاريات ليست مهمة. إنهم يسيطرون على السوق. لقد أصبح الليثيوم-أيون على وجه الخصوص شيئًا مشهورًا في عالم الطاقة-ويظهر في كل مكان بدءًا من هاتفك وحتى المنشآت-التي تمتد على نطاق أفدنة متعددة. لقد نضجت التكنولوجيا بشكل أسرع مما توقعه أي شخص في عام 2010.
ولكن هنا يصبح الأمر مثيرًا للاهتمام.
الليثيوم-أيون ليس شيئًا واحدًا. إنها عائلة. لديك فوسفات حديد الليثيوم (LFP)، الذي يتاجر ببعض كثافة الطاقة من أجل دورة حياة أطول واستقرار حراري أفضل. هناك NMC (كوبالت النيكل والمنغنيز)، الذي يحتوي على كمية أكبر لكل كيلوغرام ولكنه يكلف أكثر ويثير مخاوف سلسلة التوريد بشأن مصادر الكوبالت. ثم هناك NCA، LTO... تتراكم الاختصارات.
لن يقوم معظم المثبتين بإرشادك خلال كل هذا. لقد حصلوا على الموردين المفضلين لديهم، وهذا ما ستحصل عليه.
بطاريات التدفق: ابن العم الغريب
تعمل بطاريات التدفق بشكل مختلف تمامًا. بدلاً من الأقطاب الكهربائية الصلبة، لديك خزانان من الإلكتروليتات السائلة التي تضخ عبر الغشاء. يبدو معقدا لأنه كذلك.
الميزة؟ مدة. قد يمنحك نظام أيون الليثيوم- من 2 إلى 4 ساعات اقتصاديًا. يمكن أن تمتد بطاريات التدفق إلى 8، 10، وحتى 12+ ساعة دون زيادة التكلفة خطيًا كما هو الحال مع البطاريات التقليدية. بالنسبة للتطبيقات التي تحتاج فيها إلى تخزين طاقة الثلاثاء الشمسية مساء الأربعاء، فهذا مهم.
العيب هو البصمة. هذه الأنظمة كبيرة. ثقيل. ليس شيئًا تضعه على جدار المرآب الخاص بك.
كانت بطاريات تدفق الأكسدة والاختزال الفاناديوم موجودة منذ الثمانينيات (نعم، حقًا) ولكن الجدوى التجارية لم تظهر إلا مؤخرًا. تعد كيمياء الهواء-الحديدية أحدث ومن المحتمل أن تكون أرخص، على الرغم من أن هيئة المحلفين ما زالت غير متأكدة من الأداء العالمي-الحقيقي على نطاق واسع.
ما وراء البطاريات تمامًا: التخزين الحراري والتخزين الميكانيكي
هذا هو المكان الذي تتوقف فيه معظم المقالات. "البطاريات لها خيارات، والحرارة موجودة، والنهاية."
هذا كسول.
لا تقوم الأنظمة الحرارية بتخزين الكهرباء-بل تقوم بتخزين الحرارة أو البرودة. يبدو هذا بمثابة قيد حتى تدرك مقدار الطاقة التي نهدرها في التدفئة والتهوية وتكييف الهواء (HVAC). في المباني التجارية، يمكن أن يمثل التدفئة والتبريد 40٪ من استهلاك الطاقة. في بعض الأحيان أكثر.
تخزين الثلج هو الأسلوب الأكثر شيوعًا. بشكل أساسي: قم بتجميد الماء ليلاً عندما تكون أسعار الكهرباء منخفضة، واتركه يذوب أثناء النهار لتوفير التبريد. الفيزياء واضحة ومباشرة. الهندسة ناضجة. يعمل الاقتصاد في هياكل المعدلات الصحيحة.
يتم الحديث عن الملح المنصهر بشكل مستمر في سياق الطاقة الشمسية المركزة، لكن انتشاره يظل محدودًا. تخلق درجات الحرارة المعنية (نحن نتحدث عن 500 درجة +) تحديات مادية لا يتعين على مهندسي أيونات الليثيوم- التفكير فيها أبدًا.
أنظمة المياه المبردة موجودة أيضا. أقل دراماتيكية، وأكثر عملية، ومنتشرة على نطاق واسع في المستشفيات ومراكز البيانات التي لا تستطيع تحمل انقطاعات التدفئة والتهوية وتكييف الهواء.
التخزين الميكانيكي
الطاقة المائية التي يتم ضخها هي جد تخزين الشبكة. وهي تمثل أكثر من 90% من سعة تخزين الطاقة العالمية. ليست بطاريات. المائية التي يتم ضخها. لا يتم ذكر هذا بما فيه الكفاية.
المبدأ بسيط: ضخ المياه إلى الأعلى عندما يكون لديك فائض من الكهرباء، واتركها تتدفق مرة أخرى عبر التوربينات عندما تحتاج إلى الطاقة. تبلغ الكفاءة حوالي 70-85%، وهي ليست مذهلة ولكنها ليست سيئة أيضًا.
المشكلة هي الجغرافيا. تحتاج إلى اختلافات الارتفاع. أنت بحاجة إلى الماء. أنت بحاجة إلى تصاريح (حظا سعيدا). تستغرق المشاريع المائية الجديدة التي يتم ضخها سنوات لتطويرها وتواجه معارضة مجتمعية كبيرة في العديد من المناطق.
الحذافات تحتل مكانة مختلفة تماما. إنها سريعة-أوقات الاستجابة بالمللي ثانية-لكن مدتها محدودة، عادةً ما تكون أقل من 15 دقيقة. مفيد لتنظيم التردد وجودة الطاقة، وأقل فائدة لتحويل توليد الطاقة الشمسية من بعد الظهر إلى المساء.
تخزين طاقة الهواء المضغوط (CAES) موجود منذ السبعينيات. يوجد منشأتان كبيرتان على مستوى العالم. وهذا يخبرك بشيء عن تحديات التسويق.
ما لا أحد يتحدث عنه
هيدروجين.
انتظر، أعود.
أنا أعرف. لقد كان الهيدروجين "المستقبل" لعقود من الزمن دون أن يصبح الحاضر. ولكن باعتبارها وسيلة لتخزين الطاقة-مخصصة للتخزين الموسمي-لا يوجد شيء آخر يقترب من كثافة الطاقة وإمكانيات المدة.
خسائر الكفاءة وحشية. قم بتحليل الماء بالكهرباء، أو ضغط الهيدروجين أو تسييله، أو تخزينه، أو تمريره عبر خلية وقود أو توربين... قد ينتهي بك الأمر إلى كفاءة تبلغ 30-40% ذهابًا وإيابًا. هذا فظيع مقارنة بالبطاريات.
لكن البطاريات لا تستطيع تخزين رياح الربيع بشكل اقتصادي لتلبية الطلب على التدفئة في فصل الشتاء. يمكن للهيدروجين أن يفعل ذلك.
البنية التحتية غير موجودة. ولا تزال التكاليف مرتفعة. تتوسع المحللات الكهربائية ولكن ليس بالسرعة الكافية. لقد انتهى هذا العقد-من التكنولوجيا بالنسبة لمعظم التطبيقات. ربما عقدين من الزمن.
أنا أذكر ذلك لأن تجاهل الهيدروجين تماما يحرف الصورة إلى أين يتجه تخزين الطاقة.
سؤال التكامل
إليك شيء غالبًا ما يتم إغفاله في مقارنات التكنولوجيا: معظم المشاريع-الواقعية تجمع بين أساليب متعددة.
قد يستخدم مركز البيانات أيون الليثيوم- للنسخ الاحتياطي الفوري، والتخزين الحراري لتحويل الأحمال اليومية، ومولدات الديزل (نعم، لا يزال) لانقطاعات الخدمة الممتدة. قد تقوم إحدى المرافق بإقران نظام بطارية مدته 4 ساعات مع ضخ مائي لتلبية احتياجات أطول.
من الصعب تصميم الأنظمة الهجينة، ومن الصعب تشغيلها، ومن الصعب الكتابة عنها. ولكنها تتفوق في كثير من الأحيان على أساليب التكنولوجيا الفردية-من الناحية الاقتصادية.
البرنامج: الطبقة غير المرئية
تتطلب جميع خيارات الأجهزة هذه أنظمة تحكم. وهذا يهم أكثر مما يدركه معظم الناس.
قد يعمل نظام البطارية الذي تم تحسينه بشكل سيئ على الدوران بشكل غير ضروري، مما يؤدي إلى تدهوره بشكل أسرع من المتوقع. يتعرف النظام-المحسن بشكل جيد على هياكل الأسعار وأنماط الطقس ويحمل الملفات الشخصية لزيادة القيمة إلى أقصى حد. يمكن أن يصل الفرق في الإيرادات أو المدخرات السنوية إلى 20-30٪.
يزعم معظم البائعين أن برامجهم "ذكية" أو "مدعمة بالذكاء الاصطناعي-" (أصبحت هذه المصطلحات بلا معنى بسبب الإفراط في الاستخدام). ما يهم في الواقع هو ما إذا كان النظام يستطيع:
الاستجابة لإشارات الأسعار-في الوقت الفعلي
توقع الطلب القادم بدقة معقولة
التنسيق مع DERs الأخرى (موارد الطاقة الموزعة)
التكيف مع التدهور مع مرور الوقت
عدد قليل من الأنظمة تفعل كل هذه الأربعة بشكل جيد.
فهم الخيارات
لذا، نعم، تتضمن أنظمة تخزين الطاقة خيارات. العديد من الخيارات. ربما تكون كثيرة جدًا بحيث لا يمكن لأي مشتري واحد تقييمها بدقة.
المنهج العملي:
للسكن:يقترن أيون الليثيوم- مع هيمنة الطاقة الشمسية لسبب وجيه. البدائل إما لا يتم تقليص حجمها بشكل جيد (بطاريات التدفق، الهواء المضغوط) أو تخدم احتياجات مختلفة (التخزين الحراري منطقي لبعض المنازل ولكنه يتطلب أنظمة التدفئة والتهوية وتكييف الهواء (HVAC) عبر الأنابيب).
لأغراض تجارية:الحساب يصبح أكثر تعقيدا. رسوم الطلب، ووقت-معدلات الاستخدام-، والمشاركة في برامج المرافق، ومتطلبات المرونة... كل هذه العوامل تدخل في الاعتبار. أحيانًا يتفوق تخزين الثلج على البطاريات من الناحية الاقتصادية البحتة. في بعض الأحيان لا يحدث ذلك. الحصول على اقتباسات متعددة.
بالنسبة لمقياس المنفعة-:كل شيء على الطاولة. الضخ المائي، إذا سمحت الجغرافيا بذلك. بطاريات طويلة-تدوم لمدة 8+ ساعة. أيون الليثيوم - قصير المدة - لتنظيم التردد والمراجحة لمدة 4 ساعات. على نحو متزايد، مجموعات.
ما هو قادم
وصلت بطاريات أيون الصوديوم- أخيرًا إلى مرحلة الإنتاج التجاري. لن يتفوقوا على الليثيوم-أيون في كثافة الطاقة، لكنهم قد يفوزون في التكلفة واستقرار سلسلة التوريد. يقوم العديد من المصنعين الصينيين بتوسيع إنتاجهم بسرعة.
تعد بطاريات الهواء-الحديدية (Form Energy هي الشركة-الأعلى شهرة) بمدة تشغيل تصل إلى 100-ساعة بتكاليف أقل بشكل كبير من التقنيات الحالية. إذا حققت التكنولوجيا أداء المشروع التجريبي، فيمكنها إعادة تشكيل سوق التخزين طويل الأمد بالكامل.
يبدو التخزين بالجاذبية-باستخدام الكتل الثقيلة التي يتم رفعها وخفضها في أعمدة-كشيء من إحدى روايات Steampunk، إلا أن العديد من الشركات تسعى إلى تحقيق ذلك بجدية. حظيت الكتل الخرسانية الخاصة بشركة Energy Vault بالاهتمام. ويقوم آخرون بتطوير أساليب تحت الأرض.
يحتوي تخزين طاقة الهواء السائل (LAES) على مصنع تجريبي كبير يعمل في المملكة المتحدة. يتضمن المفهوم تسييل الهواء أثناء الشحن، ثم السماح له بالتمدد وتشغيل التوربينات أثناء التفريغ. الكفاءة متواضعة ولكن التكنولوجيا تستخدم مكونات صناعية مثبتة.
لن يؤدي أي من هذه الأمور إلى القضاء على هيمنة أيون الليثيوم- في السنوات الخمس المقبلة. قد لا يحقق البعض أبدًا أهمية تجارية. لكن خط الخيارات أصبح أعمق من أي وقت مضى.
السؤال ليس ما إذا كانت أنظمة تخزين الطاقة لديها خيارات أم لا. لديهم دائما.
والسؤال هو ما إذا كنا نقيم هذه الخيارات بأمانة أم أننا نلتزم بما هو مألوف أكثر. الجواب، في كثير من الأحيان، هو الأخير.
هذا يتغير ببطء. الأسواق تكافئ التحسين. ويتطلب التحسين معرفة ما هو متاح-حقًا، وليس مجرد الإيماء عندما يذكر شخص ما البطاريات.