تخزين الطاقة لمدة طويلة. لا يوجد تعريف واضح على المستوى الدولي لطول الفترة الزمنية. يعرفه قسم الطاقة في الولايات المتحدة بأنه تفريغ مستمر في طاقة مصنفة لأكثر من أو تساوي 10 ساعات. ومع ذلك ، تعرِّفه بعض المنظمات أيضًا على أنه نظام تخزين للطاقة يمكنه تحقيق دورات الشحن والتفريغ عبر الأيام والأشهر وحتى الفصول.

تخزين الطاقة الأكثر شهرة على المدى الطويل هو تخزين الطاقة الكهرومائية ، والذي لا يزال يمثل أكبر نسبة من تخزين الطاقة في العالم.

تخزين الطاقة المائية المضخة القائم على الجاذبية هو تقنية تخزين الطاقة القديمة والناضجة. على الرغم من أن تكلفة وفترة البناء أطول قليلاً ، بمجرد بناء المرفق ، ستكون تكلفة تخزين الطاقة منخفضة للغاية ويمكنها تخزين كمية كبيرة من الطاقة. تكمن الصعوبة الرئيسية في اختيار الموقع. يجب اختيار موقع مناسب دون الإضرار بالبيئة البيئية.

بالإضافة إلى تخزين الطاقة المائية التي يتم ضخها ، طور البشر مجموعة متنوعة من تقنيات تخزين الطاقة على المدى الطويل.

البطاريات النووية: يتقدم التصغير والاستخدام المدني

ما هو أبعد مسبار بشري قد طار ؟ تم إطلاق هذا المسبار في عام 1977 ، ولا يزال يحلق في الفضاء بين النجوم اليوم ، ويبعد أكثر من 21.1 مليار كيلومتر عن الشمس. على الرغم من أن البيانات والإشارات التي تعود إلى الأرض أصبحت أضعف وأضعف ، لا يزال الناس يعرفون أنها لا تزال موجودة. هل سبق لك أن تساءلت لماذا لديها مثل هذه القوة القوية ويمكن أن تدعم تشغيله حتى الآن ؟

بالإضافة إلى السرعة التي قدمها مقلاع الجاذبية أثناء الطيران ، ساعدت البطاريات النووية التي ركبها البشر على Voyager 1 على الهروب من جاذبية الأرض ، وتغيير مدارها ، وتعديل موقف رحلتها ، ونقل الصور والبيانات ، وما إلى ذلك.

كانت بطاريات فوياجر 1 بطاريتي بلوتونيوم ، وكانت الطاقة المصممة في ذلك الوقت قادرة على ضمان استمرار الطيران حتى عام 2025.

مبدأ تفريغ البطارية النووية هو أنه عندما تتحلل المواد المشعة ، يمكن أن تطلق جزيئات مشحونة ، والتي إذا استخدمت بشكل صحيح يمكن أن تنتج تيار كهربائي. غير مستقر عادة (أي. النوى المشعة تخضع للتحلل وتصبح أكثر استقرارا بعد انبعاث الجسيمات والطاقة. تصنع البطاريات النووية باستخدام مبدأ إطلاق الطاقة عند تحلل المواد المشعة.

تستخدم البطاريات النووية عادة في المجالات العسكرية والفضائية ، مثل فوياجر 1. هذه البطاريات النووية تميل إلى أن تكون كبيرة جدا. يعد تقليل الحجم أحد الصعوبات الرئيسية التي تواجه البطاريات النووية. ولكن هذا الاتجاه يجذب العلماء ، لأنه عندما يتم تقليل الحجم إلى النقطة التي يمكن استخدامها من قبل المدنيين ، فإن الطاقة الحركية التي يوفرها للمنتج قد تستمر لفترة أطول من عمر المنتج نفسه.

وقد اجتذب تصغير وسلامة البطاريات النووية العلماء لمواصلة البحث. وحقق الآن بعض النجاح. "البطارية النووية" التي طورها فريق البحث في قسم هندسة الكمبيوتر في جامعة ميسوري في الولايات المتحدة صغيرة الحجم وقوية في القوة. أكبر من عملة 1 سنت (1.95 في القطر و 1.55 في السميك) ، ولكن لديها 1 مليون مرة قدرة بطارية كيميائية عادية.

ميزة البطاريات النووية الصغيرة هي أن لديها طاقة كافية ومستقرة ، ولكن العيب هو أن لديهم تلوث إشعاعي. كيفية ضمان سلامتها هي أيضا مهمة رئيسية للبشرية.

تخزين طاقة الجاذبية: يظهر تخزين طاقة الكتلة الخرسانية بطريقة مدهشة

عندما يسقط أي جسم بكتلة ، يمكن استخدام الطاقة التي تجلبها الجاذبية. يستخدم تخزين الطاقة المائية المضخة هذا المبدأ. الآن شركة واحدة تستخدم كتل خرسانية لتحقيق هذا الشكل من تخزين الطاقة. خطتهم هي تخزين الطاقة الزائدة عن طريق تكديس الآلاف من الكتل الخرسانية المصنوعة خصيصًا في أبراج عبر رافع ثم خفضها عندما تحتاج الطاقة إلى إطلاقها.

هذا مفهوم صعب اقترحته شركة الطاقة الناشئة. وهم يعتقدون أن تخزين الطاقة المائية المضخة مقيد للغاية وأن استخدام الكتل الخرسانية يمكن أن يتجنب القيود الجغرافية. لذلك قامت الشركة بتطوير وإطلاق تقنية تخزين الطاقة هذه باستخدام تقنيات ناضجة من صناعات أخرى مثل الخرسانة والروافات.

هذه التكنولوجيا مليئة بالجدل. يعتقد الكثير من الناس أنه في عالم اليوم حيث توجد التكنولوجيا العالية في كل مكان ، فإن هذا الحل منخفض التقنية للغاية. ولكن على أي حال ، هذه الطريقة تنتج الطاقة وتخزنها. كما جلب الجدل أكبر استثمار للشركة على الإطلاق: 110 مليون دولار من مجموعة سوفت بنك اليابانية في الصيف الماضي. وقعت شركة تاتا للطاقة الهندية عقدًا مع إنيرجيفولت لمشروع صغير 35 مللواط في الساعة ، مما يشير إلى أن بعض العملاء مهتمون بتكنولوجيا تخزين الطاقة هذه.

يقول إنيرجيفولت أنه إذا كان النظام قيد التشغيل ، يمكن إنشاء الكثير من الثقة. إن إنشاء قدرات مناسبة للممارسة التجارية أمر بالغ الأهمية لتكنولوجيا تخزين الطاقة هذه.

لكن بعض الناس يتساءلون أولاً وقبل كل شيء ، فإن تكلفة بناء البنية التحتية مرتفعة ، وثانيًا ، من أجل زيادة كثافة الطاقة ، يجب استخدام كتل حديد ثقيلة ، مما يزيد من تكلفة ومتطلبات الكابلات. الصيانة الدورية واستبدال ضرورية ، وإلا فإن مثل هذه الأشياء الثقيلة إذا كان يضرب الأرض ، فإنه من المرجح أن يسبب زلزالا.

ضغط الهواء: قذف الهواء هو وظيفة تقنية

تقسم تقنية تخزين طاقة ضغط الهواء إلى تقنية تخزين طاقة الهواء المضغوط تحت الأرض وتقنية تخزين طاقة الهواء السائل.

يستخدم ضغط الهواء تحت الأرض مساحة تحت الأرض كخزان تخزين عملاق ، باستخدام الكهرباء الزائدة لضخ الهواء المضغوط إلى الفضاء تحت الأرض. عند الحاجة ، يتم إطلاق الهواء المضغوط للسماح لمرافق توليد الطاقة بتوليد الكهرباء مرة أخرى. في الآونة الأخيرة ، يوجد مشروعان لضغط الهواء في كهف الملح في مرحلة توليد الطاقة المتصلة بالشبكة.

تم توصيل المشروع الوطني التجريبي لاختبار كهف الملح لتخزين طاقة الهواء المضغوط في جينتان بمقاطعة جيانغسو بنجاح بالشبكة. كأول محطة طاقة لتخزين الطاقة بالهواء المضغوط غير الاحتراق في العالم ، يشير اختبار توصيل الشبكة الناجح إلى أن بلدي حقق تقدمًا كبيرًا في البحث والتطوير ، وتطبيق تكنولوجيا تخزين الطاقة الجديدة.

المرحلة الأولى من محطة الطاقة التوضيحية بقدرة 10 ميجاوات (MW) لكهف الملح Feicheng محطة طاقة تخزين طاقة هواء مضغوط متقدمة في مقاطعة شاندونغ اجتازت بنجاح فحص القبول وتم توصيلها رسميًا بالشبكة لتوليد الطاقة. هذا يشير إلى أن أول كهف ملح متقدم في العالم محطة تخزين طاقة الهواء المضغوط قد دخلت التشغيل التجاري الرسمي.

بالإضافة إلى ذلك ، تم إطلاق مشاريع تخزين طاقة ضغط الهواء على نطاق واسع في Bijie و guizhu و Zhangjiakou و Hebei.

ومع ذلك ، فإن تكنولوجيا تخزين الطاقة هذه عادة ما تكون مقيدة بالبيئة الجغرافية. هناك أيضًا العديد من الشركات التي تستكشف حلول ضغط الهواء تحت الأرض التي تخترق القيود الجغرافية. يعتمد مطور تخزين الطاقة الكندية هيدروستور مقاربة مختلفة: ضخ الهواء المضغوط إلى الكهوف الموجودة (مثل المناجم المهجورة) والحفاظ على الضغط المستمر بالماء. الهدف هو تحرير تكنولوجيا تخزين طاقة الهواء المضغوط من قيود الظروف الجيولوجية مع تقليل المخاطر التقنية باستخدام معدات من الصناعات الناضجة الأخرى.

لتخزين الطاقة الهوائية السائلة ، يتم ضغط الهواء وتخزينه في خزانات مضغوطة ، مع معدات ضغط الهواء والمولدات المستمدة من سلاسل التوريد القائمة في الصناعات الناضجة. يمكن استخدام تقنية تخزين الطاقة المبتكرة هذه في أنظمة تخزين الطاقة على نطاق الشبكة. بعد 15 عامًا من التطوير والتحسين ، يلتزم مطور تخزين الطاقة البريطاني Highview بتحويل المشروع التجريبي لتخزين الطاقة الهوائية السائلة الذي طورته إلى منشأة تخزين طاقة تجارية واسعة النطاق.

بطاريات التدفق: تخزين الطاقة الأكثر شهرة على المدى الطويل

تعتبر بطاريات التدفق دائمًا تقنية تخزين طاقة واعدة على المدى الطويل ، وهناك العديد من حلول التدفق التي تواكب بطاريات الليثيوم على مسار تخزين الطاقة الكهروكيميائية. الشركات الناشئة في البطاريات الأمريكية والأوربية مثل Zinc8 و Primus و Invinity تركز على بطاريات تدفق الزنك.

ومع ذلك ، فإن بطاريات الزنك ليست شائعة حاليًا مثل بطاريات الفاناديوم. في آسيا ، بطاريات تدفق الفاناديوم هي الاتجاه الرئيسي. أداء الصين جيد على مسار بطارية الفاناديوم. بكين بونينج هي شركة رائدة عالميًا ، كما تتمتع داليان رايكوم بقدرات علمية وتكنولوجية قوية. لقد قدمنا مرة مقدمة منهجية لتقدم بطاريات الفاناديوم المحلية: في السنوات الخمس المقبلة ، سيمثل هذا النوع من البطاريات 20 ٪! تكلفة دورة الحياة بأكملها 0.48 يوان/كيلو وات في الساعة فقط! إنه أمر غير عادي!

بطارية تدفق الأكسدة لجميع الفاناديوم جنبا إلى جنب مع الخلايا الشمسية

يتم تمثيل إنتاج بطارية الفاناديوم اليابانية بواسطة شركة سوميتومو الكهربائية. تركز الشركات المصنعة لبطارية التدفق وess وavalon والشركة المصنعة لبطارية التدفق البريطانية RedT أيضًا على أبحاث بطارية الفاناديوم.

بطاريات رون-إير: اتباع نهج خاطئ

من بين تقنيات تخزين الطاقة على المدى الطويل التي دخلت التسويق ، ظهرت بطاريات الحديد والهواء أيضًا ، وهي غريبة الأطوار وهي حاليًا في مرحلة سرية التكنولوجيا ، لذلك جذب غموضها أيضًا الكثير من الاهتمام.

تم إطلاق بطارية الحديد-الهواء من قبل شركة تخزين الطاقة طويلة الأمد شكل نجمة الطاقة. حافظت الشركة على سرية تقنيتها حتى أعلنت الشركة أنها أكملت تمويلاً من السلسلة D بقيمة 200 مليون دولار ولم تكشف عن تقنية البطارية التي استخدمتها. يعتمد المبدأ الأساسي لبطاريات كيمياء الحديد والهواء على أكسدة الحديد القابلة للعكس (الصدأ). عندما يحدث التفريغ الكهربائي الكيميائي للحديد والهواء ، يسبب الأكسجين في الهواء الصدأ الحديد. ثم عندما يتم شحنه ، يتم تحويل الصدأ مرة أخرى إلى حديد من خلال تطبيق التيار الكهربائي. المادة الوحيدة المنبعثة من هذه العملية هي الأكسجين.

وتدعي الشركة أن أنظمة تخزين الطاقة التي تستخدم هذه البطاريات يمكن أن تدوم ما يصل إلى 100 ساعة من التفريغ بتكلفة مماثلة لمحطات الطاقة القائمة التي تعمل بالوقود الأحفوري وقد تكون أقل تكلفة بأكثر من 10 مرات من أنظمة تخزين الطاقة في بطاريات أيون الليثيوم.

الهدف هو إنتاج بطاريات كيميائية الحديد والهواء بالقرب من مكان نشرها ، باستخدام خام الحديد من مصادر محلية.

حتى عندما يقرع الطقس القاسي شبكة الطاقة لأيام ، قالت الشركة. تتميز بطاريات الحديد والهواء بتكلفة منخفضة للغاية ، والسلامة ، والمتانة ، وقابلية التوسع العالمية ، وهي أفضل حل لموازنة الاختلافات المتعددة في توليد الطاقة المتجددة. سيتم تشغيل أول مشروع للطاقة في مينيسوتا في عام 2023.

بالإضافة إلى الحلول الجديدة المذكورة أعلاه ، أنشأ الأستاذ كوي يي من جامعة ستانفورد أيضًا energyfunture في عام 2020 ، مع التركيز على بطاريات الهيدروجين المعدنية التي تستخدم على نطاق واسع في مجال الفضاء الجوي ، ويخطط لتنفيذ مشاريع تجريبية مع شركة هونغ كونغ والصين للغاز. بالإضافة إلى ذلك ، فإن تخزين الطاقة الحرارية (مثل تخزين طاقة الملح المصهور) ، وتخزين الطاقة الكيميائية (الهيدروجين ، والأمونيا) ، وغيرها من التقنيات تدخل تدريجيًا في مجال رؤية الناس.

لا تزال معظم حلول تكنولوجيا تخزين الطاقة طويلة الأمد في المراحل المبكرة إلى المتوسطة من مراحل البحث والتطوير ، ولم يتم الإعلان عن الفائز بعد. ولكن من أجل تخزين طاقة أكثر كفاية وأطول مدى ، كان البشر يعملون بجد.