توسط : از باتری‌های آهن-هوا گرفته تا ذخیره‌سازی با نمک مذاب، موج تازه‌ای از نوآوری‌های فناورانه نسل جدید سیستم‌های ذخیره‌سازی انرژی را تشکیل می‌دهند؛ سیستم‌هایی که تاب‌آوری طولانی‌مدت و مقرون‌به‌صرفه را برای شبکه‌های برق آینده امکان‌پذیر می‌سازند.
با افزایش تقاضا و چالش‌هایی که استفاده گسترده از انرژی‌های تجدیدپذیر برای تعادل شبکه ایجاد کرده است، صنعت برق شاهد رشد چشمگیر پروژه‌های ذخیره‌سازی بوده است. براساس داده‌های مؤسسه GlobalData، درحال‌حاضر بیش از ۴ هزار پروژه ذخیره‌سازی انرژی در سراسر جهان در دست اجرا یا برنامه‌ریزی قرار دارد.
درواقع شتاب گرفتن گذار جهانی به انرژی‌های پاک، بیش از هر زمان دیگری نیاز به راهکارهای ذخیره‌سازی قابل‌اعتماد، مقیاس‌پذیر و کم‌هزینه را برجسته کرده است.
ذخیره‌سازی انرژی
فناوری‌های ذخیره‌سازی انرژی ثابت به‌طور کلی در ۳ دسته اصلی طبقه‌بندی می‌شوند: ذخیره‌سازی الکتروشیمیایی شامل باتری‌ها، پیل‌های سوختی و ذخیره‌سازی هیدروژن؛ ذخیره‌سازی الکترومکانیکی شامل ذخیره‌سازی با هوای فشرده، فلای‌ویل و ذخیره‌سازی گرانشی؛ و ذخیره‌سازی حرارتی شامل ذخیره‌سازی محسوس، نهان و ترموشیمیایی.
در این میان، ذخیره‌سازی تلمبه‌ای-آبی که در دسته ذخیره‌سازی گرانشی قرار می‌گیرد، همچنان جایگاه برتر خود را حفظ کرده و طبق آمار GlobalData، تا سال ۲۰۲۴ حدود ۱۸۱ گیگاوات ظرفیت پروژه‌ای را به خود اختصاص داده است. بااین‌حال، این فناوری با چالش‌هایی مانند کمبود آب ناشی از تغییرات اقلیمی و محدودیت‌های جغرافیایی روبه‌روست که پتانسیل بلندمدت آن را محدود می‌کند.
از سوی دیگر، باتری‌های لیتیوم-یون به‌دلیل برخورداری از چگالی انرژی بالا، به‌عنوان یکی از مهم‌ترین گزینه‌ها برای پشتیبانی از پروژه‌های تجدیدپذیر مطرح شده‌اند. با وجود این، هزینه بالا، محدودیت‌های مواد اولیه و نرخ کاهش کارایی باتری‌ها از موانع جدی برای توسعه در مقیاس بزرگ و بلندمدت محسوب می‌شوند.
به همین دلیل، بخش انرژی درحال حرکت به‌سوی فراتر از راهکارهای سنتی ذخیره‌سازی است تا با تنوع‌بخشی، فناوری‌هایی را به‌کار گیرد که هم پاسخ‌گوی نیازهای شبکه باشند و هم با شرایط خاص محیطی سازگار شوند. در همین راستا، گزارش «فناوری‌های نوظهور ذخیره‌سازی انرژی» که از سوی GlobalData منتشر شده، به ۱۰ نوآوری مهم در حوزه‌های مختلف ذخیره‌سازی انرژی اشاره کرده است.
ذخیره‌سازی الکتروشیمیایی
۱- باتری‌های آهن-هوا
شرکت آمریکایی Form Energy راهکاری نوآورانه در زمینه ذخیره‌سازی با باتری‌های آهن-هوا ارائه کرده است. این فناوری بر پایه موادی ساده مانند آهن، آب و هوا کار می‌کند و به همین دلیل از نظر اقتصادی به‌صرفه‌تر از جایگزین‌های مبتنی بر لیتیوم است. مزیت اصلی این باتری‌ها قابلیت ذخیره‌سازی انرژی در بازه‌های طولانی‌مدت تا ۱۰۰ ساعت است؛ موضوعی که می‌تواند پایداری شبکه را در دوره‌های اوج تقاضا یا کاهش تولید انرژی‌های تجدیدپذیر تضمین کند.
این شرکت در اوت ۲۰۲۴، عملیات ساخت نخستین پروژه تجاری خود را با ظرفیت ۱.۵ مگاوات / ۱۵۰ مگاوات‌ساعت در ایالت مینه‌سوتای آمریکا آغاز کرد.
۲- باتری‌های اکسید فلزی
یک شرکت آمریکایی دیگر نیز با نام Alsym Energy در تلاش است با توسعه باتری‌های اکسید فلزی تحولی در صنعت ذخیره‌سازی ایجاد کند.
باتری‌های ذخیره‌سازی ثابت باید علاوه بر دستیابی به چگالی انرژی بالا و کاهش نرخ افت کارایی، در برابر طیف گسترده‌ای از شرایط عملیاتی نیز مقاوم باشند. موضوع گرم‌شدن بیش‌ازحد و آتش‌سوزی باتری‌ها همچنان یکی از نگرانی‌های اصلی در حوزه ایمنی و قابلیت اطمینان است.
شیمی باتری‌های اکسید فلزی Alsym بر پایه موادی غیرقابل‌اشتعال و غیرسمی طراحی شده و از الکترولیت مبتنی بر آب بهره می‌برد. این ویژگی‌ها باعث مقاومت بیشتر در برابر دماهای بالا شده و کاربرد این فناوری را در مناطق شهری و همچنین اقلیم‌های گرم با پتانسیل بالای انرژی‌های تجدیدپذیر افزایش می‌دهد.
۳- هیدروژن به‌عنوان حامل انرژی شیمیایی
استارتاپ استرالیایی LAVO فناوری منحصربه‌فردی را توسعه داده که در انتظار ثبت حق اختراع است. این فناوری با استفاده از هیدریدهای فلزی امکان ذخیره‌سازی هیدروژن به‌صورت حالت جامد و در بازه‌های طولانی‌مدت را فراهم می‌سازد.
در فناوری LAVO، هیدروژن به درون شبکه فلزی نفوذ کرده و هیدرید فلزی تشکیل می‌دهد. سپس با افزایش اندک دما می‌توان هیدروژن را به‌صورت انتخابی آزاد کرد. این رویکرد امکان ذخیره‌سازی انرژی با چگالی بالا را فراهم کرده و خطر نشت هیدروژن را کاهش می‌دهد.
۴- غارهای نمکی؛ فناوری‌های ذخیره‌سازی زیرزمینی هیدروژن
یکی دیگر از مسیرهای نوظهور برای ذخیره‌سازی هیدروژن در مقیاس بزرگ و مدت‌زمان طولانی، استفاده از غارهای نمکی به‌عنوان مخزن ذخیره است. کارآمدی این روش وابسته به شرایط زمین‌شناسی خاصی است که امکان ذخیره‌سازی هیدروژن بدون خطر نشت را فراهم کند.
شرکت UK Energy Storage قصد دارد این راهکار ذخیره‌سازی را در سه منطقه از بریتانیا شامل دورست، یورکشایر شرقی و چشایر توسعه دهد و هدف‌گذاری کرده تا نخستین پروژه خود را تا سال ۲۰۳۰ به بهره‌برداری برساند.
ذخیره‌سازی الکترومکانیکی
۵- ذخیره‌سازی گرانشی
شرکت سوئیسی Energy Vault یکی از فعال‌ترین توسعه‌دهندگان راهکارهای ذخیره‌سازی انرژی گرانشی است که به‌ویژه در چین پروژه‌های متعددی را دنبال می‌کند. این شرکت در دسامبر ۲۰۲۳ موفق شد پروژه ۲۵ مگاوات / ۱۰۰ مگاوات‌ساعت خود را در منطقه رودونگ چین به شبکه برق متصل کند.
سازوکار این پروژه براساس بالا و پایین بردن بلوک‌های کامپوزیتی ساخته‌شده از ضایعات بتن و خاکستر بادی است. این پروژه که در نزدیکی یک مزرعه بادی و شبکه ملی برق توسعه یافته، با انرژی بادی شارژ شده و در زمان اوج تقاضا، برق موردنیاز شبکه را تأمین می‌کند.
پروژه ذخیره‌سازی گرانشی Energy Vault با مدت زمان ذخیره‌سازی چهار ساعت و راندمان تا ۸۰ درصد، نشان‌دهنده ظرفیت بالای این فناوری به‌عنوان یک راهکار مکمل است. این فناوری در مقایسه با باتری‌ها، امکان تخلیه سریع انرژی با نرخ افت کارایی بسیار کمتر را فراهم می‌کند.
عمر مفید این سامانه تا ۳۵ سال برآورد شده است. همچنین، Energy Vault درحال ساخت پروژه‌ای دیگر با ظرفیت ۱۷ مگاوات / ۶۸ مگاوات‌ساعت در ژانگه چین است.
۶- ذخیره‌سازی تلمبه‌ای پرچگال
استارتاپ بریتانیایی RheEnergise گام‌های مهمی در جهت افزایش کارایی و گسترش دامنه کاربرد ذخیره‌سازی تلمبه‌ای با بهره‌گیری از فناوری High-Density Hydro برداشته است. این شرکت در آوریل ۲۰۲۴ از راه‌اندازی تأسیسات آزمایشی حلقه‌بسته با ظرفیت ۵۰۰ کیلووات در یک سایت معدنی نزدیک پلیموث بریتانیا خبر داد.
فناوری RheEnergise از سیال ویژه به نام R-19 استفاده می‌کند که ۲.۵ برابر سنگین‌تر از آب است. این ویژگی امکان ساخت پروژه‌هایی کوچک‌تر با همان ظرفیت ذخیره‌سازی انرژی را فراهم می‌آورد و درنتیجه موجب صرفه‌جویی قابل توجه در هزینه‌ها می‌شود.
همانند طرح‌های متداول ذخیره‌سازی تلمبه‌ای-آبی، این پایلوت نیز قابلیت ذخیره‌سازی بلندمدت انرژی را خواهد داشت. هرچند این طرح نمایشی نخستین نمونه از نوع خود بوده و هنوز درحال توسعه است، اما راهکار RheEnergise بخشی از محدودیت‌های جغرافیایی توسعه ذخیره‌سازی تلمبه‌ای را برطرف می‌سازد.
۷- ذخیره‌سازی انرژی با هوای فشرده (CAES)
پروژه Xinyang CAES با ظرفیت ۳۰۰ مگاوات / ۱۲۰۰ مگاوات‌ساعت، از یک غار مصنوعی با حجم ۳۱۸ هزار مترمکعب برای ذخیره‌سازی هوا استفاده خواهد کرد. این پروژه که هزینه‌ای حدود ۳۰۰ میلیون دلار (۲.۱۵ میلیارد یوان) برآورد شده، با حمایت کنسرسیومی از شرکت‌های دولتی چین، ازجمله Xinyang Construction Investment Group و شعبه Henan مرکز ملی مهندسی ذخیره‌سازی انرژی چین درحال توسعه است.
پیش‌بینی می‌شود این سامانه با راندمان ۷۲ درصد به بهره‌برداری برسد و ظرفیت کافی برای تأمین برق بیش از ۳۰۰ هزار خانوار را داشته باشد. راندمان نسبتاً بالای این طرح به‌دلیل استفاده از مبدل‌های حرارتی پیشرفته است که حرارت تولیدشده در فرایند فشرده‌سازی را بازیابی کرده و نیاز به منابع گرمایی خارجی برای تأمین انرژی عملیاتی را کاهش می‌دهد.
این پروژه در فوریه ۲۰۲۵ معرفی شد و انتظار می‌رود تا پایان ۲۰۲۶ تکمیل گردد.
ذخیره‌سازی حرارتی انرژی
۸- ذخیره‌سازی حرارتی محسوس
استارتاپ آمریکایی Rondo درحال توسعه راهکاری نوین با عنوان «ذخیره‌سازی انرژی حرارتی الکتریکی» (electrified thermal energy storage) است. در این فناوری، ترکیبی از انرژی‌های تجدیدپذیر و گرم‌کن‌های برقی برای حرارت‌دهی به حجم بزرگی از آجرها مورد استفاده قرار می‌گیرد.
این گرم‌کن‌های برقی با راندمانی نزدیک به ۱۰۰ درصد عمل کرده و دمای آجرها را تا حدود ۱۵۰۰ درجه سانتیگراد افزایش می‌دهند. انرژی حرارتی ذخیره‌شده سپس توربین‌ها را به کار می‌اندازد و منبعی پایدار از گرما و برق برای تأسیسات صنعتی فراهم می‌آورد. از مزایای کلیدی این فناوری می‌توان به طراحی ساده و مقاوم آن اشاره کرد که امکان چرخه‌های شارژ نامحدود و طول عمر تا ۴۰ سال را فراهم می‌سازد.
راهکار این شرکت هم‌اکنون در یک پارک صنعتی در اسکیو، دانمارک به بهره‌برداری رسیده است؛ جایی که از ترکیب حرارت بازیافتی و انرژی‌های تجدیدپذیر برای تأمین انرژی مورد نیاز در تولید بیوگاز استفاده می‌شود.
۹- ذخیره‌سازی انرژی با نمک‌های مذاب
همسو با افزایش علاقه دانمارک به ذخیره‌سازی حرارتی، شرکت Hyme Energy نیز درحال توسعه نوآوری‌هایی در این حوزه است و با تکیه بر نمک‌های مذاب به‌دنبال بهره‌گیری از مازاد تولید انرژی‌های تجدیدپذیر است.
سیستم Hyme Energy در دوره‌هایی که تولید انرژی‌های تجدیدپذیر بالاست، شارژ می‌شود و برق تجدیدپذیر برای گرم کردن هیدروکسیدهای مذاب تا دمای تقریبی ۶۰۰ درجه سانتیگراد به‌کار می‌رود. زمانی که تولید انرژی‌های تجدیدپذیر کاهش می‌یابد، انرژی ذخیره‌شده برای تبدیل آب به بخار استفاده شده و توربین‌ها را به حرکت درآورده و برق تولید می‌کند.
این فناوری دارای طول عمر تا ۲۰ سال و قابلیت تخلیه پیوسته تا ۲۴ ساعت است و نقش مهمی در ایجاد بافر در برابر نوسانات روزانه تولید انرژی‌های تجدیدپذیر دارد. راهکار Hyme برای تأسیسات صنعتی که به دنبال کاهش انتشار کربن با استفاده از انرژی‌های تجدیدپذیر هستند و همچنین گرمایش خانگی طراحی شده است.
این شرکت با همکاری Sulzer، پروژه پایلوت خود را در آوریل ۲۰۲۴ در اسبی‌یورگ، دانمارک افتتاح کرد. این پروژه از تکنولوژی نمک مذاب در ترکیب با مبدل‌های حرارتی و پمپ‌های پیشرفته بهره می‌برد.
۱۰- ذخیره‌سازی حرارتی نهان
استارتاپ ایتالیایی Energy Dome یک باتری مبتنی بر کربن (Carbon Battery) توسعه داده است که براساس چرخه‌های ترمو-مکانیکی عمل کرده و دی‌اکسیدکربن (CO₂) را بین دو فاز گازی و مایع تبدیل می‌کند. در این فرایند، CO₂ از مخزن گاز مخصوص استخراج شده و تحت فشار ذخیره می‌شود. سپس با تبخیر و انبساط گاز از طریق یک توربین، برق تولید می‌شود.
این فناوری نسبت به باتری‌های غالب لیتیوم-یون مزایای متعددی دارد؛ ازجمله افت کارایی بسیار کم، طول عمر بیش از ۳۰ سال، نیاز به مواد ساده و استفاده از قطعات استاندارد و آماده.
به‌تازگی، Energy Dome با گوگل وارد همکاری تجاری شده است تا از باتری CO₂ خود برای تأمین انرژی عملیات این غول فناوری با انرژی بدون کربن استفاده کند.
همچنین بخوانید: کره‌های بتنی غول‌پیکر در اعماق اقیانوس؛ انقلابی در ذخیره‌سازی انرژی‌های تجدیدپذیر
