تخزين الطاقة: التعاريف والطرق الفنية (مفصلة للغاية)

تخزين الطاقة: التعاريف والطرق الفنية (مفصلة للغاية)

(1) تعريف تخزين الطاقة

يشير تخزين الطاقة إلى عملية تخزين الطاقة من خلال الوسائط أو المعدات وإطلاقها عند الحاجة. من خلال التحكم المرن في الشحن والتفريغ، فإنه يحقق مطابقة إنتاج الطاقة واستهلاكها في الزمان والمكان، وهو بمثابة الأساس لمرونة النظام.

يعد تخزين الطاقة تقنية حيوية ومعدات أساسية يقوم عليها نظام الطاقة الجديد. يمكن أن يوفر خدمات متعددة لتشغيل الشبكة بما في ذلك حلاقة الذروة، وتنظيم التردد، وإمدادات الطاقة الاحتياطية، والبدء الأسود، ودعم الاستجابة للطلب، ليكون بمثابة إجراء حاسم لتحسين المرونة والاقتصاد والسلامة لنظام الطاقة التقليدي. ويمكن أن يعزز بشكل كبير القدرة على استيعاب الطاقة المتجددة مثل طاقة الرياح والطاقة الشمسية، ويدعم توليد الطاقة الموزعة والشبكات الصغيرة، ويعمل كتقنية رئيسية تدفع تحول الطاقة الأولية من الوقود الأحفوري إلى الطاقة المتجددة. علاوة على ذلك، يسهل تخزين الطاقة المشاركة المفتوحة والتداول المرن لإنتاج الطاقة واستهلاكها بالإضافة إلى التنسيق بين مصادر الطاقة المتعددة. وهو يشكل الأساس الأساسي لبناء إنترنت الطاقة، وتعزيز إصلاح نظام الطاقة وتعزيز الأشكال الجديدة لصناعة الطاقة.

(ثانيا) الطرق الفنية لتخزين الطاقة

وفقًا لطريقة تخزين الطاقة، يمكن تقسيم تخزين الطاقة إلى خمس فئات: تخزين الطاقة الميكانيكية، وتخزين الطاقة الكهرومغناطيسية، وتخزين الطاقة الكهروكيميائية، وتخزين الطاقة الحرارية، وتخزين الطاقة الهيدروجينية. من بينها، تخزين الطاقة الميكانيكية يشمل بشكل أساسي تخزين الطاقة المائية بالضخ، وتخزين طاقة الهواء المضغوط، وتخزين طاقة دولاب الموازنة وما إلى ذلك؛ يشمل تخزين الطاقة الكهرومغناطيسية بشكل أساسي المكثفات الفائقة وتخزين الطاقة المغناطيسية فائقة التوصيل؛ يشمل تخزين الطاقة الكهروكيميائية بشكل أساسي بطاريات الليثيوم أيون وبطاريات الرصاص الحمضية وبطاريات التدفق وبطاريات كبريت الصوديوم وما إلى ذلك.

وهي مقسمة إلى أربع فئات رئيسية وفقًا للمتطلبات الوظيفية لسيناريوهات التطبيق: تكنولوجيا تخزين الطاقة الموجهة للسعة، وتكنولوجيا تخزين الطاقة الموجهة نحو الطاقة، وتكنولوجيا تخزين الطاقة الموجهة بالطاقة، وتكنولوجيا تخزين الطاقة الاحتياطية. بشكل عام، الفئات الأربع هي موجهة نحو السعة (≥4 ساعات)، وموجهة نحو الطاقة (حوالي 1-2 ساعة)، وموجهة نحو الطاقة (≥30 دقيقة)، والنسخ الاحتياطي (≥15 دقيقة).

(ثالثا) المؤشرات الفنية لتخزين الطاقة

تشمل المؤشرات الفنية الرئيسية لتكنولوجيا تخزين الطاقة بشكل أساسي كثافة الطاقة وكثافة الطاقة ومعدل تفريغ الشحنة وكفاءة تخزين الطاقة وعمر الدورة وزمن الاستجابة وما إلى ذلك.
كثافة الطاقة (Wh/kg): تشير إلى الطاقة المخزنة بواسطة البطارية لكل وحدة كتلة، و1 Wh يساوي 3600 جول (J) من الطاقة. يتم تحديد كثافة الطاقة من خلال الخصائص المادية للبطاريات؛ على سبيل المثال، تبلغ كثافة الطاقة لبطاريات الرصاص الحمضية العادية حوالي 40 واط ساعة/كجم.
كثافة الطاقة (W/kg): تشير إلى المعدل الذي يمكن أن تنتج به البطارية لكل وحدة كتلة الطاقة أثناء التفريغ. يتم تحديد كثافة الطاقة أيضًا من خلال خصائص المواد، ولا يوجد ارتباط مباشر بين كثافة الطاقة وكثافة الطاقة، فكثافة الطاقة الأعلى لا تعني كثافة طاقة أعلى. في الواقع، تصف كثافة الطاقة معدل قدرة البطارية، أي الحد الأقصى للتيار الذي يمكن للبطارية تفريغه. تعد كثافة الطاقة أمرًا بالغ الأهمية للبحث وتطوير البطاريات والمركبات الكهربائية. تتيح كثافة الطاقة العالية للسيارات الكهربائية التسارع بسرعة. تتراوح كثافة طاقة بطاريات الرصاص الحمضية التقليدية عمومًا من عشرات إلى مئات واط لكل كيلوغرام، مما يشير إلى ضعف أداء التفريغ عالي المعدل، في حين يمكن لبطاريات الليثيوم أيون حاليًا تحقيق كثافة طاقة تصل إلى عدة كيلووات لكل كيلوغرام.
معدل تفريغ الشحنة: معدل تفريغ الشحنة = تيار تفريغ الشحنة / السعة المقدرة. يُستخدم الرمز "C" للإشارة إلى قدرة معدل الشحن والتفريغ للبطارية، حيث يمثل 1C التيار المطلوب لتفريغ البطارية بالكامل خلال ساعة واحدة.
كفاءة تخزين الطاقة: تشير إلى نسبة الكمية الكهربائية المخزنة بواسطة جهاز تخزين الطاقة إلى الطاقة المدخلة.