در سال‌های اخیر، بحران محیط‌زیستی ناشی از انتشار فزاینده دی‌اکسیدکربن درحال گسترش است و بسیاری از کشورها به توسعه انرژی‌های تجدیدپذیر روی آورده‌اند. اگرچه سامانه‌های انرژی تجدیدپذیر که به منابع طبیعی مانند نور خورشید، باد، آب و زمین‌گرمایی متکی هستند، پتانسیل زیادی برای کربن‌زدایی محیط‌زیست دارند، بااین‌حال بهره‌وری از این منابع به شرایط آب‌وهوا، فصل و سال بستگی دارد. به همین دلیل، معمولاً انرژی‌های تجدیدپذیر به کمک روش‌های گوناگون ذخیره می‌شوند تا در صورت نیاز انرژی را به شیوه‌ای ثابت و کنترل‌شده به شبکه تزریق کنند. در این مقاله، به بررسی جامع «انواع سامانه ذخیره‌سازی انرژی» پرداخته شده است.
تاکنون سامانه‌های ذخیره‌ساز مختلفی متناسب با کاربرد طراحی و ساخته شده‌اند. سامانه‌های ذخیره‌ساز انرژی امکان جذب، ذخیره و آزادسازی انرژی فراهم می‌کنند و می‌توانند به تعادل عرضه و تقاضای برق، بهبود پایداری شبکه، کاهش انتشار کربن و تسهیل ادغام منابع انرژی تجدیدپذیر در شبکه برق کمک کنند.
در این مقاله مروری که به قلم گروهی از محققان دانشگاه شهید بهشتی نگارش شده و در «فصلنامه علمی انرژی‌های تجدیدپذیر و نو» منتشر شده است، انواع زیرمجموعه‌های سامانه‌های ذخیره‌سازی انرژی مانند حرارتی، شیمیایی، الکتروشیمیایی، مکانیکی، الکتریکی و هیبریدی طبقه‌بندی شده و سپس مزایا و معایب مربوطه و در نهایت اصول عملیاتی آنها با یکدیگر مقایسه و بررسی شده است.
انواع سامانه‌های ذخیره‌سازی انرژی
براساس این پژوهش، سامانه‌های ذخیره‌سازی انرژی براساس شکل انرژی ذخیره‌شده به ۶ دسته اصلی تقسیم می‌شوند:
۱. حرارتی (مواد تغییر فاز دهنده، ترموشیمیایی، جذب)
۲. شیمیایی (هیدروژن، گاز سنتز)
۳. الکتروشیمیایی (باتری‌های اولیه و ثانویه مانند لیتیوم-یون، سرب-اسید، و باتری‌های شارشی)
۴. مکانیکی (هوای فشرده، پمپ-ذخیره‌ای، چرخ‌طیار، گرانشی)
۵. الکتریکی (خازن‌ها، الکترومغناطیس، ابررساناها)
۶. هیبریدی (ترکیب چند فناوری برای بهینه‌سازی عملکرد)
مقایسه فناوری‌های ذخیره‌سازی انرژی
براساس مقاله، هرکدام از سامانه‌های ذخیره‌سازی انرژی مزایا و معایبی دارند و برحسب نوع کاربرد مورداستفاده قرار می‌گیرند. در جدول زیر، خلاصه‌ای از مقایسه برخی سامانه‌ها را آورده‌ایم.
| نوع سامانه | انواع | مکانیسم عملکرد | مزایا | معایب | کاربردهای کلیدی | نمونه‌های کاربردی |
|---|---|---|---|---|---|---|
| حرارتی | ۱. مواد تغییرفازدهنده (PCM) ۲. ذخیره‌سازی ترموشیمیایی ۳. سیستم‌های جذب | ذخیره انرژی به‌صورت گرمای نهان یا محسوس | – چگالی انرژی بالا (تا ۱۴ برابر آب) – عمر طولانی – هزینه پایین | – تلفات حرارتی – محدودیت دمایی | – گرمایش/سرمایش ساختمان‌ها – نیروگاه‌های خورشیدی متمرکز | مخازن PCM، سیستم‌های جذب خورشیدی |
| شیمیایی | ۱. ذخیره‌سازی هیدروژن ۲. گاز سنتز | واکنش‌های شیمیایی برگشت‌پذیر | – چگالی انرژی بسیار بالا – قابلیت ذخیره بلندمدت | – خطرات ایمنی – هزینه بالای زیرساخت | – صنایع سنگین – حمل‌ونقل پاک | پیل‌های سوختی، هیدرید فلزی |
| الکتروشیمیایی | ۱. باتری‌های لیتیوم-یون ۲. باتری‌های شارشی ۳. باتری‌های سرب-اسید | تبدیل انرژی شیمیایی به الکتریکی | – پاسخ سریع – بازده بالا (۸۰ تا ۹۵ درصد) | – عمر چرخه محدود – مسائل زیست‌محیطی | – خودروهای الکتریکی – ذخیره‌سازی شبکه‌ای | Powerwall تسلا، باتری‌های جریانی |
| مکانیکی | ۱. پمپ-ذخیره‌ای (PHS) ۲. هوای فشرده (CAES) ۳. چرخ‌طیار | تبدیل انرژی به‌صورت پتانسیل یا جنبشی | – مقیاس‌پذیری بالا – عمر طولانی (بیش از ۵۰ سال) | – نیاز به مکان خاص – بازده متوسط | – تعادل شبکه‌های بزرگ – تنظیم فرکانس | نیروگاه‌های PHS، چرخ‌طیارهای ۱۰۰هزار RPM |
| الکتریکی | ۱. سوپرخازن‌ها ۲. ذخیره‌سازی ابررسانا (SMES) | ذخیره در میدان‌های الکتریکی/مغناطیسی | – پاسخ میلی‌ثانیه‌ای – عمر چرخه نامحدود | – چگالی انرژی پایین – هزینه بالا | – کیفیت توان – سیستم‌های اضطراری | UPSهای صنعتی، سیستم‌های تثبیت شبکه |
| هیبریدی | ترکیب چند فناوری (مثلاً باتری + سوپرخازن) | بهره‌گیری هم‌زمان از مزایای چند سیستم | – بهینه‌سازی عملکرد – انعطاف‌پذیری بالا | – پیچیدگی کنترل – هزینه توسعه | – شبکه‌های هوشمند – سیستم‌های نظامی | نیروگاه‌های ترکیبی خورشیدی-باتری |
نکات کلیدی:
- فناوری‌های حرارتی و شیمیایی برای ذخیره‌سازی بلندمدت مناسب‌ترند.
- سیستم‌های الکتروشیمیایی (باتری‌ها) انعطاف‌پذیری بیشتری برای کاربردهای مختلف دارند.
- روش‌های مکانیکی، به‌ویژه پمپ-ذخیره‌ای، اقتصادی‌ترین گزینه برای مقیاس‌های بزرگ هستند.
- سوپرخازن‌ها و چرخ‌طیارها برای پاسخگویی سریع به نوسانات شبکه ایده‌آل هستند.
ذخیره‌سازی انرژی؛ کلید تحقق آینده‌ای پایدار
سامانه‌های ذخیره‌سازی انرژی با گذر به انرژی پاک، نسبت به گذشته بیشتر موردتوجه قرار گرفته‌اند. توسعه و استقرار این سامانه‌ها پتانسیل ایجاد تحولی اساسی در صنعت انرژی، کاهش وابستگی به سوخت‌های فسیلی و کمک به کاهش تغییرات آب‌وهوایی را دارد. با تحقیق و توسعه مداوم، سامانه‌های ذخیره‌سازی انرژی از نظر کارایی، مقرون‌به‌صرفه بودن و مقیاس‌پذیری درحال بهبود هستند و به عاملی کلیدی برای پایداری انرژی در آینده تبدیل خواهند شد.
این سامانه‌ها هرکدام کاربردهای مختلفی دارند و انتخاب آنها به ویژگی‌های فنی، هزینه و میزان انتشار گازهای گلخانه‌ای بستگی دارد. براساس این معیارها، روش‌های ذخیره‌سازی انرژی مانند پمپ-ذخیره‌ای، هوای فشرده، شیمیایی و حرارتی برای ذخیره‌سازی مقادیر زیاد انرژی گزینه‌های مناسبی به نظر می‌رسند. چرخ‌طیارها به‌دلیل تلفات انرژی زیاد برای کاربردهای اصلی ذخیره‌سازی مناسب نیستند، اما می‌توان از آنها برای تنظیم فرکانس استفاده کرد. از مزایای ذخیره‌سازهای الکتروشیمیایی می‌توان به زمان پاسخ سریع و مدولار بودن آنها اشاره کرد که برای کاربردهای مختلفی مانند ذخیره‌سازی انرژی انبوه، تنظیم فرکانس و پشتیبانی از تنظیم ولتاژ ایده‌آل هستند. همچنین سامانه‌های الکتروشیمیایی برای بهبود کیفیت توان و افزایش قابلیت اطمینان شبکه‌های قدرت مناسب هستند.
این مقاله به‌عنوان راهنمای آموزشی برای سیاست‌گذاران، مهندسان و فعالان حوزه انرژی تجدیدپذیر قابل استفاده است و می‌تواند به تصمیم‌گیری‌های کلان در زمینه سرمایه‌گذاری بر فناوری‌های ذخیره‌سازی کمک کند.
مقاله تأکید می‌کند که هیچ فناوری واحدی به‌تنهایی پاسخگوی تمام نیازهای شبکه نیست و انتخاب سیستم ذخیره‌سازی باید براساس معیارهای کارایی، هزینه، مقیاس‌پذیری و تأثیرات محیط‌زیستی انجام شود. همچنین، توسعه فناوری‌های هیبریدی (ترکیب چند سیستم) می‌تواند راهکار مناسبی برای بهینه‌سازی عملکرد باشد.
همچنین بخوانید: کدام سیاست‌ها می‌توانند به آینده‌ای با انرژی پاک منجر شوند؟ محققان پاسخ می‌دهند
About The Author
More Stories
پنجره خورشیدی چیست؟ | نحوه عملکرد، انواع، کاربردها و مزایای پنجره فوولتاییک
سیستم‌های فتوولتاییک خورشیدی و حرارتی خورشیدی چه تفاوتی دارند؟
شارژکنترلر چیست؟ | تفاوت شارژکنترلرهای MPPT و PWM