تخزين الطاقة يعد أمرًا حيويًا للحياة الحديثة، حيث تعتمد العديد من الشركات على البطاريات لتشغيل الأدوات والإضاءة والمعدات في مواقع العمل. عندما لا تتوفر الطاقة الشاطئية، يضمن تخزين البطارية عمليات متسقة في المشاريع الصناعية والتجارية. دعونا نستكشف كيف يعمل هذا.
ما هي الطاقة & كيف يتم تخزينه؟
الطاقة هي القدرة على بذل شغل، وتوجد في شكلين رئيسيين: الطاقة الحركية وطاقة الوضع.
على سبيل المثال، تمتلك الصخور المتدحرجة طاقة حركية من حركتها، بينما تتمتع الصخور الموجودة على حافة التل بالطاقة الكامنة بسبب قدرتها على التدحرج.
تعتبر الطاقة الكهربائية حركية لأنها في حالة حركة دائمة ولكن يمكن تحويلها إلى أشكال أخرى من الطاقة المخزنة.
وبالمثل، تمثل المياه الموجودة خلف السدود طاقة الجاذبية المخزنة.
هل يمكنك تخزين الطاقة الكهربائية؟
لا، لا يمكنك تخزين الكهرباء مباشرة، ولكن يمكن تحويلها إلى أشكال قابلة للتخزين. ويمكن تحويل هذه الطاقة لاحقًا إلى كهرباء. تشمل طرق تخزين الطاقة الكهربائية الحذافات (الميكانيكية)، والمياه المرتفعة أو الأوزان (الجاذبية)، والهواء المضغوط (الجهد)، والمكثفات (الشحنة الكهربائية)، وأكثرها شيوعًا: البطاريات (الكيميائية).
ما هي البطارية؟
البطارية عبارة عن جهاز تخزين يحول الطاقة الكيميائية إلى طاقة كهربائية. تحتوي على خلية كهروكيميائية واحدة أو أكثر حيث تخلق التفاعلات الكيميائية تدفقًا من الإلكترونات، مما يوفر التيار الكهربائي اللازم لأداء العمل.
تعمل البطاريات كمضخات إلكترونية، وتتميز بوجود جانب إيجابي (الكاثود)، وجانب سلبي (الأنود)، و المنحل بالكهرباء الذي يتفاعل كيميائيا معهم.
في حين أن هذه العملية شائعة في جميع البطاريات، إلا أن الأنواع المختلفة تخزن الطاقة بطرق فريدة.
أنواع البطاريات الشائعة & كيف يخزنون الطاقة
بالنسبة للاستخدام الصناعي والتجاري، هناك نوعان رئيسيان لتخزين طاقة البطاريات القابلة لإعادة الشحن، ويختلفان في الأداء.
بطاريات الرصاص الحمضية
تعد بطاريات الرصاص الحمضية، التي يزيد عمرها عن 170 عامًا، من أقدم أنواع البطاريات القابلة لإعادة الشحن.
تتكون كل بطارية بقوة 12 فولت من ست خلايا بها خليط من حمض الكبريتيك والماء، وتتميز بطرف موجب (الكاثود) وطرف سالب (الأنود).
عند تفريغه، يتحلل حمض الكبريتيك إلى ماء، ويطلق إلكترونات لتوليد الكهرباء. التفاعل الكيميائي عند اللوحة السلبية هو: Pb(s) + HSO−4(aq) → PbSO4(s) + H+(aq) + 2e−
أثناء إعادة الشحن، تعمل الطاقة على إعادة بناء الجزيئات الحمضية لاستخدامها في المستقبل.
على الرغم من أن بطاريات الرصاص الحمضية موثوقة ومستخدمة على نطاق واسع، إلا أن لها حدودًا؛ يمكن أن تؤدي دورات التفريغ وإعادة الشحن المتكررة إلى تقصير عمرها بسبب تدهور المواد النشطة.
بطاريات ليثيوم أيون
في وقت سابق تحدثنا عن الكاثودات والأنودات في البطاريات. يمكنهم تخزين أيونات الليثيوم، ويتم تخزين الطاقة وإطلاقها أثناء انتقال الأيونات من الكاثود إلى الأنود عبر المنحل بالكهرباء.
على عكس بطاريات الرصاص الحمضية التي تستخدم نفس التفاعل الكيميائي، تأتي بطاريات الليثيوم أيون في كيميائيات مختلفة. ال أعلى 6 أنواع تشمل أكسيد الكوبالت الليثيوم (LCO)، وأكسيد الليثيوم المنغنيز (LMO)، وأكسيد الكوبالت الليثيوم والنيكل والمنغنيز (NMC)، وأكسيد الألومنيوم والكوبالت ونيكل الليثيوم (NCA)، وتيتات الليثيوم (LTO)، وفوسفات حديد الليثيوم (LFP).
تتميز بطاريات الليثيوم بأنها كثيفة الطاقة، وأصغر حجمًا، وأخف وزنًا، ويتم شحنها بشكل أسرع، ولها عمر أطول مقارنة ببطاريات الرصاص الحمضية.
بطاريات ليثيوم فوسفات الحديد وهي معروفة على وجه التحديد بعمرها الطويل وقدرتها على تحمل الحرارة، مما يجعلها أكثر أمانًا ومتانة.
فوائد تخزين طاقة البطارية
فوائد شبكة الطاقة النظيفة المرنة
يتسارع نشر تخزين الطاقة نظرًا لقدرته على تعزيز مرونة الشبكة وتوفير خدمات متعددة وتطبيقها عبر تطبيقات مختلفة.
يمكن دمج أنظمة التخزين في شبكة الكهرباء – من شبكات النقل إلى المباني السكنية.
مصادر الطاقة المتجددة مثل الرياح والطاقة الشمسية لها مخرجات متغيرة. وبالتالي، يمكن لتقنيات التخزين أن تعمل على تثبيت إمدادات الكهرباء من خلال مطابقة التوليد مع الطلب.
ومن خلال الشحن خلال أوقات التوليد الزائد والتفريغ أثناء ذروة الطلب، يؤدي تخزين الطاقة إلى زيادة الاستخدام المتجدد وتقليل النفايات. تساعد أنظمة البطاريات السكنية المرافق على مطابقة طلب العملاء من خلال مصادر الطاقة المتغيرة.
ويساعد التخزين أيضًا في الاستجابة للتغيرات المفاجئة في احتياجات الكهرباء، مما يضمن استقرار الشبكة بسرعة أكبر من محطات الطاقة التقليدية. وهذا مهم بشكل خاص للمناطق الريفية أو الشبكات الصغيرة المعزولة التي تعتمد على حلول الطاقة المحلية لتجنب انقطاع التيار الكهربائي.
فوائد المجتمع
يمكن أن يؤدي تخزين الطاقة إلى تحسين إمكانية الوصول وتوفير المزايا للمجتمعات ذات الدخل المنخفض التي تتأثر بشكل غير متناسب بالتلوث وتغير المناخ. يمكن أن تحل محل محطات ذروة الوقود الأحفوري – غالبًا ما تقع في الأحياء الضعيفة التي تؤدي إلى تفاقم مشكلات جودة الهواء خلال فترات ارتفاع الطلب مثل موجات الحر.
ومع كون تخزين البطاريات أرخص من توربينات الغاز، فإن التحول من الذروة سوف يتسارع.
بالإضافة إلى ذلك، يساعد تخزين الطاقة العملاء على تجنب ذروة الأسعار من خلال تسوية ارتفاعات الطلب المشابهة لارتفاع تكاليف مشاركة الرحلات خلال العطلات. إنه يعزز مرونة المجتمع من خلال تلبية متطلبات الذروة دون إجهاد الشبكة أو التسبب في ارتفاع الأسعار أثناء الطقس القاسي.
ومن خلال دمج الطاقة المولدة من مصادر متجددة في شبكات محلية صغيرة أو مراكز مرونة، تحصل المجتمعات على إمدادات طاقة احتياطية أثناء الكوارث الطبيعية مع تقليل انبعاثات الغازات الدفيئة والاعتماد على الوقود الأحفوري الملوث.
خاتمة
يستخدم العديد من الأشخاص البطاريات لأول مرة في الرحلات الترفيهية أو القوارب، حيث يعد تخزين الطاقة الموثوق والآمن أمرًا ضروريًا لتوفير الراحة. تقوم البطاريات بتخزين الطاقة لتحويلها إلى كهرباء، مما يعزز حياتنا ويوفر الحرية. هذه القوة مرادفة للحرية نفسها.
