الادخار للمستقبل|الوضع الحالي لتخزين الطاقة وتخزين طاقة ملح الصوديوم

مفهوم وسيناريوهات تطبيق تخزين الطاقة

يعد تخزين الطاقة أمرًا بالغ الأهمية لتحقيق هدف "الكربون المزدوج"، وهو جوهر ضمان أمن الطاقة وبناء نظام جديد للطاقة، وهو أيضًا المفتاح لتطوير الصناعات الاستراتيجية الناشئة. وفي سياق التطور السريع للطاقة المتجددة، أصبحت تقنيات تخزين الطاقة الجديدة هي المفتاح لتعزيز تحول الطاقة. تشير تقنيات تخزين الطاقة الجديدة إلى تقنيات تخزين الطاقة بخلاف التخزين المائي بالضخ، بما في ذلك تخزين الطاقة الكهروكيميائية، وتخزين طاقة الهواء المضغوط، وتخزين طاقة دولاب الموازنة، وتخزين الطاقة فائقة التوصيل، وتخزين طاقة المكثفات الفائقة، وتخزين طاقة الهيدروجين وأشكال أخرى. بالمقارنة مع تخزين الطاقة المائية بالضخ، يتميز تخزين الطاقة الجديدة بمزايا فترة البناء القصيرة، واختيار الموقع البسيط والمرن، وقدرة التعديل القوية، ولديه تعاون أفضل في تطوير واستخدام الطاقة الجديدة.

بطارية تخزين الطاقة هي جهاز يقوم بتحويل الطاقة الكيميائية إلى طاقة كهربائية، وهي الناقل الرئيسي لتخزين الطاقة الكهروكيميائية. في الوقت الحاضر، وصلت بطاريات تخزين الطاقة إلى مرحلة التسويق والحجم، ووصلت القدرة المركبة التراكمية لتخزين الطاقة الكهروكيميائية في الصين إلى 3.27 جيجاوات في عام 2020، ومن المتوقع أن يصل معدل النمو المركب السنوي إلى أكثر من 50٪ من عام 2021 إلى عام 2025.

ومع نشر "الآراء التوجيهية بشأن تسريع تطوير تخزين الطاقة الجديدة"، تم تقسيم تخزين الطاقة الجديدة بوضوح إلى ثلاثة سيناريوهات: جانب إمدادات الطاقة، وجانب الشبكة، وجانب المستخدم. تختلف قيمة تخزين الطاقة في سيناريوهات مختلفة.

تخزين الطاقة على جانب مصدر الطاقة

يتضمن تخزين الطاقة من جانب الطاقة أنظمة يتم دمجها مع طاقة الرياح والطاقة الشمسية وغيرها من مرافق توليد الطاقة، بهدف تعزيز موثوقية واستقرار توليد الطاقة، وتقليل هدر الطاقة، وتحسين الكفاءة. ومن خلال تنظيم تقلبات الطاقة المتجددة، يمكن لأنظمة تخزين الطاقة تسهيل إنتاج توليد الطاقة وزيادة القيمة الاقتصادية لأصول توليد الطاقة.

تخزين الطاقة على جانب الشبكة

تم تصميم تخزين الطاقة على جانب الشبكة لدعم عمليات نظام الطاقة، وتوفير الخدمات الإضافية، وتأخير أو استبدال ترقيات مرافق النقل والتحويل. إنه يعزز قدرة تعديل التردد، والاستقرار والموثوقية لشبكة الطاقة، ويمكن أن يوفر طاقة احتياطية في حالات الطوارئ.

تخزين الطاقة من جانب المستخدم

يتم نشر أنظمة تخزين الطاقة من جانب المستخدم عند نهاية المستخدم مثل المنازل أو المباني التجارية أو المجمعات الصناعية، بهدف تقليل فواتير الكهرباء، والاستفادة من فروق أسعار الكهرباء من الذروة إلى الوادي، وزيادة الاستهلاك الذاتي، وتوفير الطاقة الاحتياطية من خلال إدارة جانب الطلب. توفر هذه الأنظمة المرونة في الشحن والتفريغ استجابة للتغيرات في أسعار الكهرباء أو الطلب، مما يؤدي إلى تحسين استخدام الطاقة.

القضايا والتحديات الحالية

تظل السلامة أولوية قصوى

منذ عام 2017، وقع أكثر من 70 حادث حريق لتخزين الطاقة في جميع أنحاء العالم. من بينها، اندلع 27 حريقًا في محطة طاقة لتخزين الطاقة في كوريا، وتم إغلاق 522 محطة طاقة لتخزين الطاقة بالقوة؛ بعد عام 2021، وقع عدد من الحوادث الخطيرة في المناطق التي تشهد تطورًا سريعًا في تخزين الطاقة مثل الصين والولايات المتحدة وأوروبا وأستراليا، مما تسبب في الكثير من الخسائر.

في سبتمبر 2024، سيكون هناك ما يصل إلى 7 حرائق لتخزين الطاقة، بما في ذلك انفجار بطاريات الليثيوم في مراكز بيانات Alibaba Cloud وانفجار قاعدة الإنتاج المصدر لمؤسسة رائدة.

قابلية إعادة التدوير

تواجه إمكانية إعادة تدوير بطاريات تخزين الطاقة سلسلة من النقاط الصعبة التقنية والاقتصادية والسياسية، والتي لا تؤثر فقط على كفاءة إعادة تدوير البطاريات، ولكن لها أيضًا تأثير عميق على البيئة والتحكم في التكاليف والتنمية المستدامة لأنظمة تخزين الطاقة المستقبلية.

01عملية إعادة التدوير معقدة

02فوائد اقتصادية غير كافية

03عدم كفاية الدعم السياسي والتنظيمي

اتجاه تطوير صناعة بطاريات ملح الصوديوم

كلوريد الصوديوم - بطارية الحالة الصلبة، والمعروفة أيضًا باسم بطارية ZEBRA (النشاط البحثي للبطارية ذات الانبعاثات الصفرية)، هي بطارية صوديوم صلبة آمنة جوهريًا مع كلوريد النيكل كمادة الكاثود، ومعدن الصوديوم كقطب كهربائي سالب، وسيراميك الألومينا كمادة الكاثود. المنحل بالكهرباء. تعمل البطارية عند درجة حرارة عالية تصل إلى 270 درجة ~ 350 درجة لضمان بقاء معدن الصوديوم وكلوريد النيكل ثابتًا عند حدوث التفاعل الكيميائي أثناء عملية الشحن والتفريغ. تؤدي درجة الحرارة المرتفعة إلى هجرة أيونات الصوديوم في الإلكتروليت الصلب، الذي ينقل الشحنة بين الأقطاب الكهربائية.

سلامة عالية

تعد بطاريات ملح الصوديوم أكثر استقرارًا في ظل درجات الحرارة المرتفعة وظروف الشحن الزائد، وليست عرضة للاحتراق أو الانفجار الناجم عن الهروب الحراري، وهي مناسبة للسيناريوهات ذات متطلبات السلامة العالية (مثل تخزين طاقة الشبكة).

صديقة للبيئة وقابلة لإعادة التدوير

قابلة لإعادة التدوير بنسبة 100%، والمواد الرئيسية هي المعادن والأملاح بشكل أساسي، وعملية إعادة التدوير بسيطة وخالية من التلوث وصديقة للبيئة.

نطاق درجة حرارة واسعة

تتمتع بطارية ملح الصوديوم بقدرة جيدة نسبيًا على التكيف مع درجات الحرارة المنخفضة والعالية، ويمكن أن تعمل في درجة حرارة محيطة تبلغ -40 درجة ~ 65 درجة دون تدهور الأداء، ويكون توهين أدائها أصغر من أداء بطاريات الليثيوم في بيئات درجات الحرارة المنخفضة .

مقاومة ماس كهربائى

يمكن أن يتسبب قصر الدائرة الكهربائية في بطارية الليثيوم أيون في حدوث انفلات حراري؛ في حالة تمزق الأنبوب الخزفي لبطارية ملح الصوديوم أو حدوث قصر في الدائرة، يتفاعل معدن الصوديوم مع الإلكتروليت لتكوين الألومنيوم المعدني، الذي يسد التشقق ويمنع المزيد من التفاعل، مما يؤدي إلى حدوث دائرة قصر للموصل الشبيه بالبطارية، وينخفض ​​الجهد إلى مستوى 2.58 فولت لكل خلية. يمكن لوحدة البطارية أن تتحمل فشل الخلية بنسبة 5% إلى 10% دون التأثير على الاستخدام العادي.

موارد وفيرة

يتوفر الصوديوم بكثرة في القشرة الأرضية، كما أن الحصول عليه أرخص بكثير من الحصول على الليثيوم. بالمقارنة مع بطاريات الليثيوم، تتميز بطاريات ملح الصوديوم بتكلفة إنتاج أقل، مما يجعلها مفيدة اقتصاديًا في تطبيقات تخزين الطاقة واسعة النطاق.

مميزات بطاريات ملح الصوديوم في مجال تخزين الطاقة تجعلها مناسبة لتنظيم الشبكات وتخزين الطاقة المتجددة ومنشآت الطاقة عن بعد وغيرها من المجالات. ومع مزيد من التطور التكنولوجي، من المتوقع أن توفر بطاريات ملح الصوديوم حلولاً اقتصادية وصديقة للبيئة وآمنة في مجال تخزين الطاقة على نطاق واسع.

في الوقت الحاضر، تلتزم الصين والولايات المتحدة وألمانيا وسويسرا وكوريا ودول أخرى بالبحث والتطوير وإنتاج بطاريات ملح الصوديوم، وسياسات الدعم العالمية للطاقة النظيفة وتكنولوجيا تخزين الطاقة، فضلاً عن السعي لتحقيق إن هدف "الحياد الكربوني"، سيوفر بيئة سوقية مواتية لتطوير بطاريات ملح الصوديوم، مما يجعلها خيارًا جذابًا في مجال تخزين الطاقة من حيث السلامة والعمر الطويل ودرجة الحرارة الواسعة وحماية البيئة منخفضة الكربون.