راه‌حل‌های ذخیره‌سازی انرژی برای فردا سبزتر

نقش ذخیره‌سازی انرژی در سیستم‌های انرژی تجدیدپذیر

تعادل داشتن پایداری توزیع با انرژی خورشیدی و باد

سیستم‌های ذخیره‌سازی انرژی (ESS) نقش بسیار مهمی در مواجهه با نوسانات تولید انرژی خورشیدی و بادی ایفا می‌کنند، بنابراین کلید اصلی برای حفظ ثبات شبکه برق هستند. اساساً این سیستم‌ها انرژی اضافی را در زمانی که تولید بیشتر از مصرف است ذخیره می‌کنند و سپس آن را در زمانی که تولید کاهش یافته است رها می‌کنند. وزارت انرژی ایالات متحده اشاره می‌کند که افزودن سیستم‌های ذخیره‌سازی باعث افزایش قابلیت اطمینان شبکه‌های برق از طریق مواردی مانند تنظیم فرکانس و کاهش اوج تقاضا می‌شود، که هر دو در زمانی که سطح تولید برق در طول روز نوسان دارد اهمیت زیادی دارند. فناوری‌های ذخیره‌سازی همچنین به ما این امکان را می‌دهند تا برق اضافی تولید شده در روزهای آفتابی یا شب‌های بادی را دریافت کنیم و برای استفاده بعدی آن را ذخیره کنیم، که این امر به تعادل بخشیدن و نگه داشتن برق در زمانی که خورشید نمی‌درخشد یا باد به اندازه کافی قوی نیست کمک می‌کند.

فعال‌سازی پذیرش سیستم‌های خورشیدی بدون تابلو

گزینه‌های ذخیره‌سازی انرژی در حال تغییر نحوه کارکرد سیستم‌های خورشیدی مستقل از شبکه هستند و موجب می‌شوند انرژی خورشیدی قابل اطمینان‌تر و در دسترس‌تر باشد، حتی در مناطقی که شهرها در نزدیکی نیستند. در واقع، این سیستم‌ها انرژی خورشیدی جمع‌آوری‌شده در طول روز را ذخیره می‌کنند تا مردم بتوانند از آن در شب‌ها یا روزهای ابری که خورشید نمی‌درخشد، استفاده کنند. پیشرفت‌های حاصل در فناوری باتری‌ها به‌طور قطع توسعه نصب این سیستم‌های خارج از شبکه را تسریع کرده‌اند. چیزی که واقعاً جالب است این است که این فناوری به افرادی که در مناطق دورافتاده از خطوط اصلی برق زندگی می‌کنند نیز کمک می‌کند. روستاها و مناطق کمتر توسعه‌یافته اکنون منبع برق خود را دارند و دیگر به شبکه‌های برق دوردست وابسته نیستند. واقعیت این است که این موضوع تنها در مورد روشنایی‌هایی است که هرکسی بتواند هر زمان که بخواهد از آن استفاده کند، نیست. این یک پیشرفت واقعی در جهت سبک زندگی سبزتر است و به ما کمک می‌کند تا به سمت دستیابی به خودکفایی در نیازهای انرژی و مراقبت بهتر از سیاره زمین حرکت کنیم.

باتری‌های لیتیوم-یون: استاندارد فعلی

مزایا و محدودیت‌های فناوری باتری لیتیوم

باتری‌های لیتیوم یونی به دلیل توانایی قرار دادن توان بسیار زیاد در فضاهای کوچک و همچنین دوام بیشتر از اکثر روش‌های جایگزین، استاندارد ذخیره‌سازی انرژی در دوره مدرن را تعیین می‌کنند. امروزه آن‌ها را در همه جا می‌بینیم که تلفن‌ها و لپ‌تاپ‌های ما و همچنین نصب‌های بزرگ ذخیره‌سازی انرژی در سراسر کشور را تغذیه می‌کنند. اما داستان این باتری‌ها از یک زاویه دیگر هم قابل دیدن است. استخراج لیتیوم از زمین‌های شور و سازندهای سنگی اغلب خسارات جدی به محیط زیست وارد می‌کند و اکوسیستم‌ها و منابع آبی محلی را مختل می‌کند. مشکل دیگر محدودیت زنجیره تأمین مواد کلیدی مانند کبالت و نیکل است، به علاوه این واقعیت که بازیافت باتری‌های قدیمی در مقیاس گسترده کارایی لازم را ندارد. هر کسی که قصد اجرای این فناوری‌ها را دارد، باید همه این عوامل را به دقت در نظر بگیرد و سپس تصمیم به اجرای سیستم‌ها بگیرد.

통합 با سیستم‌های خورشیدی مسکونی

هنگامی که مالکان خانه باتری‌های لیتیومی را با صفحات خورشیدی خانگی خود ترکیب می‌کنند، استفاده بهتری از انرژی خورشید دارند و به برق شبکه وابستگی کمتری پیدا می‌کنند. انجمن Follow the structure below as an example: گزارش کرده است که ترکیب این فناوری‌ها می‌تواند گاهی اوقات هزینه‌های برق ماهانه را تا 70 درصد کاهش دهد که نشان می‌دهد چقدر این سیستم می‌تواند صرفه‌جویی کننده باشد. مزایای امنیتی نیز فراتر از صرفه‌جویی مالی وجود دارد. در هنگام قطعی برق، این سیستم‌های باتری به عنوان منابع پشتیبان قابل اعتماد عمل می‌کنند و چراغ‌ها را روشن و یخچال‌ها را در حال کار نگه می‌دارند. افرادی که این سیستم‌ها را نصب می‌کنند، کنترل بیشتری بر نیازهای انرژی خود پیدا می‌کنند و در عین حال به شیوه‌ای پایدارتر زندگی می‌کنند. علاوه بر این، هر خانه‌ای که به سمت استفاده از انرژی خورشیدی همراه با ذخیره‌سازی حرکت کند، به سمت انرژی‌های پاک‌تر و پایدارتر برای همه مردم جامعه کمک می‌کند.

فناوری‌های جدید ذخیره‌سازی انرژی

باتری‌های جریان‌دار برای ذخیره‌سازی بلندمدت

باتری‌های جریانی در ذخیره‌سازی انرژی در طول دوره‌های طولانی، چیزی متفاوت ارائه می‌دهند زیرا به جای مواد جامد از الکترولیت‌های مایع استفاده می‌کنند. این باتری‌ها در عملیات بزرگ مقیاس درخشان هستند که در آن‌ها نیاز است انرژی به آرامی در طول زمان آزاد شود. چیزی که این باتری‌ها را خاص می‌کند، قابلیت گسترش یا کوچک‌کردن آن‌ها به راحتی بسته به نیاز است که به تعادل‌سازی نوسانات منابع انرژی تجدیدپذیر مانند انرژی بادی و خورشیدی کمک می‌کند. مطالعات انجام‌شده در آزمایشگاه‌های مختلف جهان نشان می‌دهد که شرکت‌هایی که در حوزه‌هایی از تولید تا مدیریت شبکه فعالیت می‌کنند می‌توانند بسترهای بهتری برای برنامه‌ریزی انرژی داشته باشند و از این سیستم‌های باتری‌ای بهره ببرند. برای کسانی که به دنبال راه‌هایی برای سبزتر کردن عملیات خود هستند و در عین حال تأمین انرژی قابل اطمینان را حفظ می‌کنند، باتری‌های جریانی گزینه‌ای هوشمندانه و شایسته توجه به نظر می‌رسند.

راه‌حل‌های ذخیره‌سازی انرژی گرمایی

سیستم‌های ذخیره انرژی گرمایی نقش کلیدی در هماهنگی زمانی که ما به برق نیاز داریم با زمانی که در طول سال در دسترس است، ایفا می‌کنند. در واقع، این سیستم‌ها اضافه گرما یا سرما را تا زمانی که مورد نیاز قرار گیرد، نگه می‌دارند که این امر به کاهش پیک‌های تقاضا در روزهای گرم تابستان یا شب‌های سرد زمستان کمک می‌کند. هم کسب‌وکارها و هم خانه‌ها از این نوع سیستم‌ها بهره می‌برند. چه چیزی باعث بهتر کار کردن این سیستم‌ها در اخیر شده است؟ فناوری‌های جدید مانند مواد تغییر فازی (PCM) و سیستم‌های ذخیره یخ. این نوآوری‌ها به ما این امکان را می‌دهند تا انرژی را به شیوه‌ای کارآمدتر ذخیره کنیم، به طوری که دقیقاً آنچه نیاز داریم را بدون اتلاف منابع فراهم کنیم. شرکت‌ها در حال کشف این موضوع هستند که سرمایه‌گذاری در این گزینه‌های ذخیره، در طول زمان بازدهی دارد، زیرا هزینه‌های انرژی آن‌ها را به شیوه‌ای بهتر مدیریت می‌کند.

ذخیره‌سازی هیدروژن برای انرژی پاک

ذخیره‌سازی هیدروژن به عنوان یک متحول‌کننده واقعی در جهت حرکت به سمت راهکارهای انرژی پاک به نظر می‌رسد، به ویژه زمانی که با سیستم‌های انرژی خورشیدی و بادی ترکیب شود. پژوهش‌ها نشان می‌دهند که می‌توانیم هیدروژن را از طریق الکترولیز آب تولید کنیم، آن را به مدت طولانی به صورت ایمن ذخیره کنیم و سپس هر زمان که نیاز بود با استفاده از فناوری سلول سوختی دوباره به برق تبدیل کنیم. این رویکرد به این دلیل ارزشمند است که یکی از بزرگترین چالش‌های موجود در انرژی‌های تجدیدپذیر را حل می‌کند: تطابق نداشتن زمان تولید انرژی با زمان مصرف آن. بسیاری از کشورها اکنون سرمایه‌گذاری سنگینی در زیرساخت‌های هیدروژن انجام می‌دهند زیرا این فناوری نه تنها در تعادل کردن نوسانات تقاضای انرژی کمک می‌کند، بلکه انتشار کربن را در بخش‌های مختلفی نیز کاهش می‌دهد. از آنجایی که ذخیره‌سازی با باتری به تنهایی نمی‌تواند تمام مشکلات ما را حل کند، یکپارچه کردن ذخیره‌سازی هیدروژن ضروری به نظر می‌رسد تا بتوانیم شبکه‌های انرژی واقعاً پایداری را در سراسر جهان ایجاد کنیم.

مطالعات مورد: کاربردهای واقعی جهان

پروژه ذخیره سازی انرژی الکتریکی Rangebank ویکتوریا

سیستم ذخیره‌سازی انرژی باتری Rangebank (BESS) که در ویکتوریا قرار دارد، به خوبی نشان می‌دهد که چگونه باتری‌ها می‌توانند به حفظ ثبات شبکه برق کمک کنند و همزمان فضای بیشتری برای اتصال منابع انرژی تجدیدپذیر فراهم کنند. این سیستم با ظرفیت 200 مگاوات/400 مگاوات‌ساعتی می‌تواند به طور مداوم در حدود یک ساعت برق مورد نیاز 80 هزار خانوار را تأمین کند. این ظرفیت انرژی در ارائه خدمات پشتیبانی و نگه داشتن برق در ساعات اوج بار بسیار موثر است. فراتر از مزایای محلی، این سیستم در واقع شبکه انرژی کل منطقه را در برابر اختلالات تقویت می‌کند. تیم پروژه به طور نزدیک با شرکت‌هایی مانند Shell Energy، Eku Energy و Perfection Private همکاری کردند. این تلاش مشترک نشان می‌دهد چه اتفاقی می‌افتد زمانی که نهادهای مختلف با اهداف مشترک با هم همکاری می‌کنند؛ ایجاد راهکارهای عملی انرژی که به سمت آینده‌ای پاک‌تر حرکت می‌کنند و در عین حال قابلیت اطمینان را فراموش نمی‌کنند.

جامعه‌های فاقد شبکه با توانایی خورشیدی-پلاس-ذخیره‌سازی تأمین می‌شوند

در سراسر جهان، بسیاری از جوامعی که خارج از شبکه اصلی برق زندگی می‌کنند، به سیستم‌های خورشیدی همراه با ذخیره‌سازی به عنوان راهی پیش‌رو برای انرژی پاک و خودکفایی روی آورده‌اند. این سیستم‌ها به افرادی که دور از مراکز شهری زندگی می‌کنند، دسترسی قابل اعتماد به برق را فراهم می‌کنند که در نتیجه درها را به سوی شغل‌های بهتری گشوده و به طور کلی روزمره زندگی مردم را بهبود می‌بخشد. مطالعات انجام شده در مناطقی مانند آفریقای جنوب صحرا نشان می‌دهد که زمانی که روستاها این سیستم‌ها را نصب می‌کنند، در طول زمان هزینه کمتری را برای سوخت و نگهداری متحمل می‌شوند و این امر آن‌ها را از نظر مالی پایدار می‌کند. قدرتمندی واقعی این روش در این است که کنترل را به بومیان برمی‌گرداند تا نیازهای انرژی خود را مدیریت کنند. و آنچه در یک منطقه کارساز است، اغلب جوامع همسایه را الهام می‌بخشد که به دنبال رهایی از وابستگی به ژنراتورهای دیزلی گران‌قیمت یا شبکه‌های ملی ناپایدار هستند و در عین حال می‌خواهند به رشد پایدار ادامه دهند.

رفتارهای پایدار در ذخیره‌سازی انرژی

بازیافت و کاربردهای دومین باتری

ایجاد راه‌های بهتر برای بازیافت باتری‌های لیتیومی اهمیت زیادی دارد، به خصوص اگر بخواهیم خسارات محیط‌زیستی ناشی از دور ریختن این باتری‌ها یا استخراج مواد جدید را کاهش دهیم. این باتری‌ها امروزه بسیاری از وسایل را به کار می‌اندازند، از جمله پنل‌های خورشیدی و خودروهای برقی، و در نهایت دیگر به خوبی کار نمی‌کنند، که این امر مشکل بزرگی از نظر انباشت زباله ایجاد می‌کند. روشی به نام کاربردهای عمر دوم (second life applications) وجود دارد که در عمل به خوبی عمل می‌کند. در این روش، افراد باتری‌های فرسوده را می‌گیرند و کاربردهای جدیدی برایشان پیدا می‌کنند به جای اینکه ساده‌اشان دور بیندازند. این کار مدت زمان استفاده از باتری‌ها را افزایش می‌دهد و آن‌ها را برای ذخیره انرژی در مکان‌هایی که نیازی به تحرک نیست، مفید می‌کند. وقتی شرکت‌ها این باتری‌های دست‌دوم را به راه‌حل‌های ثابت ذخیره‌سازی انرژی برای خانه‌ها یا کسب‌وکارها تبدیل می‌کنند، چند سال دیگر هم از آن‌ها استفاده می‌شود قبل از اینکه در نهایت دور ریخته شوند. تحقیقات نشان می‌دهند که اگر این کار به درستی انجام شود، می‌توان طول عمر باتری‌ها را تا ۵۰ درصد هم افزایش داد، یعنی زباله کمتر و استخراج مواد خام کمتری از زمین. فراتر از حفاظت از سیاره ما، این روش به ایجاد اقتصادی دایره‌وار در اطراف باتری‌های لیتیومی کمک می‌کند، نه مدل سنتی خطی از مصرف و دور انداختن.

کاهش اثرپذیری کربن از طریق ذخیره‌سازی هوشمند

سیستم‌های ذخیره‌ی انرژی مبتنی بر هوش مصنوعی، متحول‌کننده‌ی نحوه‌ی مدیریت مصرف برق در خانه‌ها و مکان‌های کسب‌وکار هستند. این سیستم‌ها به این ترتیب کار می‌کنند که زمانی که افراد به برق نیاز دارند را پیش‌بینی می‌کنند و انرژی اضافی را در زمانی که قیمت برق پایین است ذخیره می‌کنند، به این ترتیب هزینه‌ها را بدون اینکه راحتی کاربران کم شود، کاهش می‌دهند. به عنوان مثال، بسیاری از خانوارها پنل‌های خورشیدی نصب می‌کنند اما با تولید اضافی انرژی در طول روز مواجه هستند. ذخیره‌سازی هوشمند این مشکل را با ذخیره کردن برق خورشیدی اضافی و بازگرداندن آن به شبکه یا مدارهای خانگی در عصر وقتی همه شروع به روشن کردن چراغ‌ها و وسایل برقی می‌کنند، حل می‌کند. چنین رویکردهای هوشمندانه‌ای اهمیت زیادی دارند اگر بخواهیم به اهداف بین‌المللی توافق‌های آب‌وهوایی که توسط دولت‌های سراسر جهان تعیین شده است، دست یابیم. وقتی شرکت‌ها شروع به استفاده از هوش مصنوعی در زیرساخت‌های انرژی خود می‌کنند، دو فایده را به‌صورت همزمان به دست می‌آورند: بهبود کیفیت هوا و نتایج مالی بهتر از طریق تخصیص هوشمندانه‌تر منابع با گذشت زمان.