آینده‌پژوهی فناوریهای ذخیره‌سازی انرژی
آیدا پوریانسب و عقیل براتی
کارشناسان پژوهش و فناوری در شرکت بهینه سازی مصرف سوخت
به گزارش تاسیسات نیوز، سیستمهای ذخیره انرژی نقش مهمی در ورود جایگزینهای سوختهای فسیلی به سبد حاملهای انرژی داشته و می توانند قابلیت اطمینان عرضه الکتریسیته و رساندن آن را به کاربران جدید بهبود دهند.
ذخیره‌سازی انرژی، یعنی تبدیل انرژی به فرمتی که بتواند ذخیره شود و دوباره به انرژی قابل استفاده بدل شود.
برای این امر به فناوری سیستمی یکپارچه‌ای برای مدیریت بهبود یافته تقاضا و تأمین تقاضاهای انرژی نیاز است.
امروزه فناوری ذخیره‌سازی انرژی به سرعت پیشرفت می‌کند و به شیوه‌های مختلفی به کار گرفته می‌شود. باتریهای لیتیوم یونی همین حالا هم در خودروهای الکتریکی و هیبریدی به کار می‌روند و هزاران محصول الکترونیکی قابل حمل دیگر مثل دستگاههای اینترنت سیار وجود دارد. در دهه بعدی، خودروهایی که منبع تغذیه باتری دارند در مقایسه با خودروهایی که موتور احتراق داخلی دارند به لحاظ قیمتی رقابت می‌کنند و همین موجب کاهش انتشار دی‌اکسید کربن خواهد شد.
ذخیره‌سازی انرژی به صنعت برق اجازه می‌دهد در زمانهایی که تقاضا کم است الکتریسیته بیشتری تولید کند و در زمانهایی که تقاضا زیاد است از آن به عنوان ظرفیت تقویتی بهره بگیرد.
امروزه به تقریب سه‌چهارم الکتریسیته ذخیره‌ای دنیا، از طریق روشی به اسم هیدروالکتریک پمپی (تلمبه ذخیره‌ای PHES) مدیریت می‌شود.
در این فناوری، آب در زمانهای تقاضای کم (قیمت پایین الکتریسیته) پمپ شده و در پشت سدی ذخیره می‌شود، سپس در زمانهای پیک تقاضا (قیمت بالای الکتریسیته) انرژی ذخیره شده توسط توربینهای آبی به الکتریسیته تبدیل و وارد چرخه مصرف می‌شود.
PHES در حال حاضر در حدود ١٤٠ گیگاوات از ظرفیت شبکه‌های برق (در سراسر جهان) را تشکیل می‌دهد و نخستین نیروگاه تلنبه ذخیره‌ای ایران نیز با ظرفیت یکهزار مگاوات در سال ٩٢ در منطقه سیاه‌بیشه به بهره‌برداری رسیده است.
باتریها در همه شکلهایشان، شناخته شده‌ترین فناوری ذخیره‌سازی انرژی هستند. باتریهای لیتیوم یونی در وسایل الکترونیکی مختلف مثل لپتاپ‌ها و … و همچنین در خودروهای الکترونیکی و هیبریدی کاربرد دارند.
پیش‌بینی می‌شود که قیمت باتریهای لیتیوم یونی خودروی از رقم ٥٠٠ تا ٦٠٠ دلار به ازای هر کیلو وات ساعت (در سال ٢٠١٣) به ١٦٠ دلار به ازای هر کیلووات ساعت در سال ٢٠٢٥ برسد و همچنین با توجه به چرخه عمر طولانی‌تری که برای این باتریها پیش‌بینی می‌شود، انتظار می‌رود بتوانند هزینه مالکیت خودروهای هیبریدی پلاگین را در مقایسه با خودروهای رایج احتراق داخلی رقابتی کنند.
همچنین، متوسط هزینه مالکیت باتریهای لیتیوم یونی برای کاربردهای شبکه‌ای می‌تواند، از ٥٠٠ دلار به ازای هر مگاوات به ٨٥ تا ١٢٥ دلار به ازای هر مگاوات تاسال ٢٠٢٥ برسد. این موضوع می‌تواند قیمت باتریهای لیتیوم یونی را برای برخی کاربردهای شبکه‌ای و همچنین تولید پراکنده رقابتی کند.
فناوریهای مهم دیگر ذخیره‌سازی انرژی شامل نمک مذاب، فلایویلها، ابرخازنها و حتی باتریهای اسیدی رایج (شامل باتریهای بازیافت شده) می‌شوند. دیگر فناوریهای امیدبخش باتری، فعلا در حال توسعه هستند و تاسال ٢٠٢٥ تجاری‌سازی نخواهند شد، اینها شامل باتریهای فلز مایع، لیتیوم- هوا، لیتیوم- سولفور، سدیم- یون و ابرخازنهای نانو می‌شوند.
ذخیره‌سازی انرژی هوای فشرده (CAES) فناوری ذخیره انرژی تکامل یافته‌ای است که برای کاربردهای شبکه برق مفید است.
این فناوری نیز مفهومی مشابه با PEEH داشته و با استفاده از ظرفیتهای طبیعی، به جای پمپ کردن آب، هوا را به حفره‌ها، چاله‌های نمک یا هر فضای زیرزمینی دیگری پمپاژ می‌کند؛ این هوای فشرده و ذخیره‌شده، انرژی مورد نیاز توربین را فراهم می کند.
تا سال ٢٠٢٥، نسل بعدی ذخیره‌سازی انرژی PHSE و CAES می‌توانند با روشهای جدیدی کار کنند که کمتر به عوارض جغرافیایی و طبیعی وابسته بوده و همچنین با به کارگیری توربینهای سرعت متغیر امکان کنترل بیشتری بر خروجی فراهم شده و کارآیی کل چرخه انرژی افزایش یابد.
پتانسیلهای شتاب‌بخشی
سیستمهای ذخیره انرژی نقش مهمی در ورود جایگزینهای سوختهای فسیلی به سبد حاملهای انرژی داشته و همچنین می توانند قابلیت اطمینان عرضه الکتریسیته و رساندن آن به کاربران جدید را بهبود دهند.
با افزایش تقاضا برای انرژی و نگرانیهای بسیار درباره انتشار دی‌اکسیدکربن و تغییرات آب و هوایی، نیاز فزاینده‌ای به تولید انرژی کم‌ضررتر احساس می‌شود. امروزه از طریق تولید الکتریسیته، سالانه ١٣ میلیارد تن دی‌اکسیدکربن منتشر می‌شود.
همچنین، بخش حمل و نقل نیز سالانه ٧ میلیارد تن دی‌اکسیدکربن وارد فضا می‌کند. هم‌اکنون بخشهای الکتریسیته و حمل و نقل، شروع به افزودن منابع انرژی پایدارتر کرده‌اند و در هر دو بخش، این تلاشها به ذخیره‌سازی انرژی اتکا دارد: در شبکه‌های برق، سیستمهای ذخیره‌سازی می‌توانند به تامین الکتریسیته از منابع تجدیدپذیر مثل انرژی خورشیدی کمک کنند یا باتریهای پیشرفته می‌توانند به کارگیری خودروهای تمام برقی یا هیبریدی را ممکن کنند.
هزینه‌های ذخیره‌سازی انرژی، در سالهای اخیر کاهش یافته است و انتظار می‌رود تاسال ٢٠٢٥ بیشتر هم کاهش یابد، بویژه باتریهای لیتیوم یونی- هرچند متخصصان بر سر مقدار دقیق این کاهش توافق ندارند.
فناوریهای بهبودیافته ذخیره‌سازی انرژی می‌توانند به اقتصادهای در حال توسعه برای رفع نیازهای انرژیشان کمک کنند. مصرف الکتریسیته چین هرسال تا ١١ درصد رشد می‌کند، هند تا ٥ درصد و آفریقا تا ٤ درصد.
در این کشورها، ذخیره‌سازی انرژی می‌تواند به برق‌رسانی به مناطق بیشتر و همچنین مناطقی که تا سالهای آتی تحت پوشش شبکه قرار نخواهند گرفت کمک کند.
فناوریهای ذخیره‌سازی انرژی به منظور پاسخگویی به این نیازهای گسترده باید پیشرفت کنند. پیشرفتهای عمده در فناوری باتری می‌تواند ظرفیت ذخیره‌سازی باتری را طی ١٠ تا ١٥ سال آینده دو برابر کند.
اثر بالقوه بر اقتصاد
تأثیر بالقوه اقتصادی ذخیره‌سازی انرژی میان ٩٠ تا ٦٣٥ میلیارد دلار در سال ٢٠٢٥ برآورد می‌شود. این ارزش از سه کاربرد اصلی حاصل می‌شود: خودروهای الکتریکی و هیبریدی، تولید پراکنده انرژی و ذخیره‌سازی شبکه‌ای (گرید).
بیشتر این تأثیر به دلیل به کارگیری خودروهای الکتریکی و هیبریدی است. انرژیهای پراکنده (استفاده از باتریها برای برق‌رسانی به مناطق غیرمتصل به شبکه یا جاهایی‌که عرضه کننده برق مناسبی ندارند) تأثیر اقتصادی کوچکی دارند اما تأثیرات دگرگون کننده‌ای بر زندگی انسانهایی دارند که بدون الکتریسیته زندگی می‌کنند.
این افراد همین حالا یک میلیارد نفر از جمعیت زمین را تشکیل می‌دهند. کاربردهای شبکه‌ای، با قرار دادن ظرفیت ذخیره‌سازی بر روی شبکه برای کاهش هزینه نقطه اوج تقاضا و تجهیزات لازم برای ژنراتورهای خورشیدی و بادی هم تأثیر به نسبت کمتری تاسال ٢٠٢٥ خواهند داشت.
تأثیر اقتصادی بالقوه برای ذخیره‌سازی انرژی توسط خودروهای الکتریکی و هیبریدی میان ٢٠ تا ٤١٥ میلیارد دلار سالانه تا ٢٠٢٥ خواهد بود.
پیش‌بینی‌ها بر این است که پذیرش خودروهای هیبریدی، هیبریدی پلاگین و الکتریکی به قیمتهای خرده‌فروشی سوخت بستگی دارد.
با در نظر گرفتن تغییرات آتی قیمت سوخت (٥٠ درصد کمتر یا بیشتر از قیمت فعلی)، احتمالا ٢٠ تا ٤٠ درصد از خودروهای جدید که درسال ٢٠٢٥ در سطح جهانی خریداری خواهند شد، خودروهای هیبریدی الکتریکی هستند.
مجموع ارزش اقتصادی بالقوه برای ذخیره‌سازی انرژی توسط انرژیهای پراکنده می‌تواند میان ٢٥ تا ١٥٠ میلیارد دلار درسال ٢٠٢٥ باشد. این تخمین ارزشی براساس دو منبع تأثیرگذار است: ١- تثبیت دسترسی به الکتریسیته در اقتصادهای در حال توسعه و ٢- برق‌رسانی (حداقل به صورت پاره وقت) به مناطق دورافتاده و محروم.
بهبود قابلیت اطمینان دسترسی به الکتریسیته به معنای مقابله با عرضه ناپایدار الکتریسیته است. در این خصوص باید توجه داشت که حدود ٤٣ درصد از الکتریسیته مصرفی در اقتصادهای در حال توسعه توسط بخش صنعت مصرف می‌شود و در پرسش‌کاوی بانک جهانی مشخص شد ٥٥ درصد از صنایع خاورمیانه و آفریقای شمالی، ٥٤ درصد از صنایع آسیای جنوبی و ٤٩ درصد از صنایع کشورهای جنوب صحرای آفریقا، الکتریسیته را به عنوان نیاز ضروری و مهمی در انجام کسب و کارهایشان شناسایی کرده‌اند.
پتانسیل بهبود قابلیت اطمینان دسترسی به الکتریسیته در اقتصادهای در حال توسعه وجود دارد زیرا مصرف سالانه الکتریسیته اقتصادهای در حال توسعه ١٣ هزار تراوات ساعت است و این در حالی است که قطعی برق‌شان، به صورت متوسط از ٢ تا ٧٠ ساعت ماهانه است.
آخرین موضوع این که امروزه الکتریسیته چند لحظه قبل از مصرف در شبکه تولید می‌شود، در نتیجه صنعت الکتریسیته باید ظرفیتی را برای نقاط اوج مصرف نگهداری کند. ذخیره‌سازی انرژی می‌تواند با جابجایی بارگذاری نقاط اوج (افزودن منابع جدید در زمانهای اوج تقاضا) به کاهش ظرفیت مورد نیاز و در نتیجه کاهش سرمایه‌گذاریهای زیرساختی مربوطه کمک کند.
منبع: شانا
انتهای خبر