لماذا الليثيوم؟
وهناك طرق عديدة لتخزين الطاقة: التخزين الكهرمائي الذي يضخ المياه ويستخدمها فيما بعد لتوليد الطاقة؛ والتخزين الكهرمائي الذي يتم ضخه، والذي يخزن المياه ويستخدمها فيما بعد لتوليد الطاقة؛ والتخزين بالطاقة الكهربائية، الذي يستخدم في وقت لاحق لتوليد الطاقة؛ والتخزين بالطاقة الكهربائية، الذي يستخدم في وقت لاحق لتوليد الطاقة؛ والتخزين بالطاقة الكهربائية؛ البطاريات التي تحتوي على الزنك أو النيكل؛ والتخزين الحراري الملح المنصهر، الذي يولد الحرارة، على سبيل المثال لا الحصر. بعض هذه الأنظمة يمكن تخزين كميات كبيرة من الطاقة.
الليثيوم هو معدن خفيف الوزن يمكن للتيار الكهربائي أن يمر به بسهولة. أيونات الليثيوم تجعل البطارية قابلة لإعادة الشحن لأن تفاعلاتها الكيميائية قابلة للعكس ، مما يسمح لها بامتصاص الطاقة وتفريغها في وقت لاحق. بطاريات الليثيوم أيون يمكن تخزين الكثير من الطاقة، وأنها تحمل تهمة لفترة أطول من أنواع أخرى من البطاريات. تنخفض تكلفة بطاريات أيونات الليثيوم لأن المزيد من الناس يشترون السيارات الكهربائية التي تعتمد عليها.
في حين أن أنظمة بطاريات الليثيوم أيون قد يكون لديها سعة تخزين أصغر بالمقارنة مع أنظمة التخزين الأخرى ، إلا أنها تنمو في شعبيتها لأنه يمكن تثبيتها في أي مكان تقريبا ، ولها بصمة صغيرة ، وهي غير مكلفة ومتاحة بسهولة - مما يزيد من تطبيقها من قبل المرافق العامة. كما ساهم النمو في سوق السيارات الكهربائية في مزيد من الانخفاض في الأسعار بالنظر إلى أن البطاريات عنصر أساسي. في الواقع، تم تركيب أكثر من 10,000 من هذه الأنظمة في جميع أنحاء البلاد، وفقا ل "مرصد تخزين الطاقة في الولايات المتحدة: الربع الثالث من عام 2018" من أبحاث GTM، وشكلت 89٪ من جميع سعة تخزين الطاقة الجديدة التي تم تركيبها في عام 2015.
ما هو نظام التخزين بالطاقة الشمسية زائد؟
يبحث العديد من مالكي أنظمة الطاقة الشمسية عن طرق لربط نظامهم ببطارية حتى يتمكنوا من استخدام تلك الطاقة في الليل أو في حالة انقطاع التيار الكهربائي. ببساطة ، نظام الطاقة الشمسية بالإضافة إلى التخزين هو نظام البطارية التي يتم شحنها من قبل نظام الطاقة الشمسية المتصلة ، مثل الضوئية (PV) واحد.
وفي محاولة لتتبع هذا الاتجاه، ابتكر الباحثون في المختبر الوطني للطاقة المتجددة (NREL) معيارا هو الأول من نوعه لأنظمة التخزين الشمسية زائدا على نطاق المرافق العامة في الولايات المتحدة. ولتحديد تكلفة نظام الطاقة الشمسية زائد التخزين لهذه الدراسة، استخدم الباحثون نظاما كهروضوئيا بقوة 100 ميجاوات مقترنا ببطارية ليثيوم أيون بقدرة 60 ميجاوات تحتوي على 4 ساعات من التخزين (240 ميجاوات/ساعة). نظام PV 100 ميغاواط كبير، أو على نطاق المرافق، وسيتم تركيبه على الأرض بدلا من على سطح المبنى.
توقف هناك. ما هي ميغاواط ساعة؟
ميغاواط ساعة (MWh) هي الوحدة المستخدمة لوصف كمية الطاقة التي يمكن للبطارية تخزينها. خذ على سبيل المثال بطارية ليثيوم أيون سعة 240 ميجاوات بسعة قصوى تبلغ 60 ميجاوات. الآن تخيل البطارية هي بحيرة تخزين المياه التي يمكن إطلاقها لخلق الكهرباء. يمكن لنظام 60 ميجاوات مع 4 ساعات من التخزين أن يعمل بعدة طرق:
حتى تتمكن من الحصول على الكثير من السلطة في وقت قصير أو أقل من السلطة على مدى فترة أطول. يمكن لبطارية 240 ميجاوات/ساعة تشغيل 30 ميجاوات على مدار 8 ساعات، ولكن اعتمادا على قدرتها ميجاوات، قد لا تتمكن من الحصول على 60 ميجاوات من الطاقة على الفور. ولهذا السبب يشار إلى نظام التخزين من خلال كل من السعة ووقت التخزين (على سبيل المثال، بطارية بقدرة 60 ميجاوات مع 4 ساعات من التخزين) أو - أقل مثالية - بحجم MWh (على سبيل المثال، 240 ميجاوات في الساعة).
لذا، ما هي تكلفة بناء محطة للطاقة الشمسية زائد التخزين؟
يعتمد ذلك على المدة التي تريد أن تستمر بها سعة التخزين ومقدار الطاقة التي تريد استخدامها.
وسينخفض نظام تخزين مستقل بقدرة 60 ميغاواط في التكلفة لكل ميغاواط/ساعة مع زيادة المدة. بمعنى أنه كلما طالت فترة التخزين، كلما انخفضت التكلفة لكل ميجاوات ساعة. وذلك لأن تكلفة العاكسين والأجهزة الأخرى تمثل المزيد من تكاليف النظام على مدى فترة أقصر.
تكلفة تخزين البطارية حسب الوقت
وتتراوح تكاليف النظام بين 380 دولارا لكل كيلوواط ساعة لأولئك الذين يمكنهم توفير الكهرباء لمدة 4 ساعات و895 دولارا لكل كيلوواط ساعة للأنظمة التي مدتها 30 دقيقة.
حسنا، إذن ما الذي سيزين به نظام 100 ميغاواط مع بطارية ليثيوم أيون بقوة 60 ميجاوات مع 4 ساعات من تكلفة التخزين؟
حسنا، لدينا بعض الخيارات هناك أيضا:
الطاقة الشمسية بالإضافة إلى توزيع تكلفة التخزين
إن وضع نظام PV ونظام تخزين في نفس المكان ، والمعروف باسم الموقع المشترك ، يمكن النظامين من مشاركة بعض مكونات الأجهزة ، مما يمكن أن يقلل من التكاليف. كما يمكن أن يقلل الموقع المشترك من التكاليف المتعلقة بإعداد الموقع، وحيازة الأراضي، والعمالة للتركيب، والسماح، والترابط، والنفقات العامة للمطورين والربح.
عندما تكون الكهروضوئية وتخزين البطارية في موقع مشترك، يمكن توصيلها إما عن طريق DC-coupled أو تكوين مقترن ب AC. DC، أو التيار المباشر، هو ما تستخدمه البطاريات لتخزين الطاقة وكيفية توليد الألواح الكهروضوئية للكهرباء. التيار المتردد، أو التيار المتناوب، هو ما تستخدمه الشبكة والأجهزة. يحتاج النظام المقترن ب DC إلى عاكس ثنائي الاتجاه لتوصيل تخزين البطارية مباشرة بصفيف PV ، في حين يحتاج النظام المقترن ب AC إلى عاكس ثنائي الاتجاه والعاكس PV. عوامل مختلفة الرقم في اختيار النظام، وانها متروك للمالك أن تقرر أي من شأنه أن يعمل بشكل أفضل.
عند الاختيار بين DC و AC، يجب مراعاة العوامل التقنية التي تؤثر على أداء النظام، وكذلك التكاليف. تكلفة في الموقع المشترك، ونظام مقرون DC هو 8٪ أقل من تكلفة النظام مع الكهروضوئية والتخزين تقع بشكل منفصل، وتكلفة في الموقع المشترك، ونظام AC مقرونة هو 7٪ أقل. ويمكن استخدام نموذج التكلفة الجديد ل NREL لتقييم تكاليف أنظمة الطاقة الشمسية زائد التخزين على نطاق المرافق والمساعدة في توجيه البحث والتطوير في المستقبل لخفض التكاليف.
إلى أين يذهب كل هذا؟
ومع انخفاض أسعار الطاقة الشمسية واستخدامها على نطاق أوسع، تزداد إمكانات السوق لأجهزة تخزين الطاقة. ويتمثل التحدي في جعل التخزين بأسعار معقولة أيضا، مع بطاريات أرخص مع تحسين تقنيات الإدارة والتكامل. والهدف، بطبيعة الحال، هو التأكد من أن الشبكة الكهربائية يمكن أن تنشر ما يكفي من الطاقة لاستيعاب الجميع خلال أوقات الذروة بتكلفة معقولة، وضمان موثوقية الشبكة.
