تصنيف أنظمة تخزين الطاقة الجديدة

2. تخزين الطاقة الميكانيكية
تشمل تخزينات الطاقة الميكانيكية بشكل رئيسي تخزينات طاقة الهواء المضغوط وتخزينات طاقة دولاب الموازنة.

تخزين الطاقة بالهواء المضغوط (CAES): يستخدم نظام CAES فائض الكهرباء خلال فترات انخفاض الطلب لضغط الهواء، الذي يُخزن ويُطلق لاحقًا خلال فترات ذروة الطلب لتوليد الطاقة عن طريق تشغيل توربين غازي. يُعد نظام CAES مناسبًا للتطبيقات واسعة النطاق مثل مزارع الرياح نظرًا لقدرته على تقليل ذروة الطلب، ولكنه يتطلب ظروفًا جغرافية محددة.

تخزين الطاقة باستخدام دولاب الموازنة: تعتمد هذه الطريقة على استخدام الطاقة الكهربائية لتسريع دوّار موضوع في فراغ، ما يحوّل الطاقة الكهربائية إلى طاقة حركية لتخزينها. يتميز تخزين الطاقة باستخدام دولاب الموازنة بفترات تفريغ قصيرة وسعات صغيرة، مما يجعله مثاليًا لتطبيقات مثل أنظمة الإمداد بالطاقة غير المنقطعة (UPS) وتنظيم التردد. مع ذلك، فإن كثافة طاقته منخفضة نسبيًا، إذ لا تدوم الطاقة إلا لبضع ثوانٍ إلى دقائق.

3. تخزين الطاقة الكهروكيميائية
يُعد تخزين الطاقة الكهروكيميائية مجالاً بارزاً يشمل أنواعاً مختلفة من البطاريات:

بطاريات الليثيوم أيون: هي تقنية التخزين الكهروكيميائي الأكثر نضجًا واستخدامًا على نطاق واسع، وهي حاليًا في إنتاج واسع النطاق وتتمتع بأسرع نمو وأعلى حصة سوقية.

بطاريات الرصاص الحمضية: تحتوي هذه البطاريات على أقطاب كهربائية مصنوعة أساسًا من الرصاص وأكاسيده مع محلول إلكتروليتي من حمض الكبريتيك. وهي تقنية ناضجة ذات أداء مستقر، ولكنها تعاني من طول مدة الشحن، وارتفاع نسبة التلوث، وقصر العمر الافتراضي.

بطاريات التدفق: لا تزال بطاريات التدفق في مرحلة التطبيق التجريبي، ويمكن تصنيفها بناءً على أنظمة الإلكتروليت الخاصة بها إلى بطاريات تدفق الفاناديوم المؤكسد المختزل، وبطاريات تدفق الزنك والحديد، وبطاريات تدفق الزنك والبروم، وبطاريات تدفق الحديد والكروم. تُعد بطاريات تدفق الفاناديوم المؤكسد المختزل الأكثر انتشارًا تجاريًا، بينما لا تزال الأنواع الأخرى في طور التوسع نحو التصنيع.

بطاريات أيونات الصوديوم: تستخدم هذه البطاريات عملية إدخال وإخراج أيونات الصوديوم بين المصعد والمهبط للشحن والتفريغ. لا تزال تقنية أيونات الصوديوم في طور التجربة، وتخضع لمزيد من البحث والاختبار.

4. تخزين الطاقة الكهرومغناطيسية
يشمل تخزين الطاقة الكهرومغناطيسية تخزين الطاقة المغناطيسية فائقة التوصيل (SMES) وتخزين الطاقة باستخدام المكثفات الفائقة، وهي مناسبة للتطبيقات التي تتطلب تفريغًا سريعًا وطاقة عالية.

تخزين الطاقة المغناطيسية فائقة التوصيل (SMES): يخزن الطاقة الكهربائية في مجال مغناطيسي، ويتميز بقدرات شحن وتفريغ سريعة وكثافة طاقة عالية. على الرغم من توفر منتجات SMES تجارية تعمل في درجات حرارة منخفضة وعالية، إلا أن استخدامها في شبكات الطاقة لا يزال محدودًا بسبب التكلفة العالية وتعقيد صيانة المواد فائقة التوصيل، مما يبقيها في المرحلة التجريبية.

المكثفات الفائقة: تخزن الطاقة الكهربائية باستخدام مبادئ الكهروستاتيكية، مع قدرة تحمل منخفضة للجهد الكهربائي للمادة العازلة. لذلك، تتميز المكثفات الفائقة بسعة تخزين طاقة محدودة، وكثافة طاقة منخفضة، وتكاليف استثمارية مرتفعة.

5. تخزين الطاقة الكيميائية
يشير تخزين الطاقة الكيميائية بشكل أساسي إلى تقنيات تخزين الهيدروجين. تقوم هذه التقنيات بتحويل الكهرباء المتقطعة أو الفائضة إلى هيدروجين عبر التحليل الكهربائي لتخزينها، والتي يمكن تحويلها مرة أخرى إلى طاقة كهربائية باستخدام خلايا الوقود أو أجهزة توليد أخرى عند الحاجة.

بحسب دراسة "مسار تطوير محطات تخزين طاقة الهيدروجين لتخفيف ذروة الطلب" الصادرة عن شركة بولاريس، تبلغ كفاءة توليد الطاقة الحالية لأنظمة خلايا وقود الهيدروجين حوالي 45%. وبأخذ فقد الطاقة أثناء التحليل الكهربائي للماء في الاعتبار، فإن الكفاءة الإجمالية لنظام توليد الطاقة من تخزين الهيدروجين تُقدّر بنحو 35%. ويُعدّ تحسين كفاءة تحويل الطاقة تحديًا بالغ الأهمية، ويتطلب التطوير الصناعي واسع النطاق لتخزين طاقة الهيدروجين وقتًا طويلًا.