بطاريات المستقبل!

الجميع على دراية بالبطاريات ، ويستخدمها معظمهم في كل يوم من حياتهم. وهي موجودة في جميع أنواع الأجهزة الإلكترونية الاستهلاكية من الساعات وأجهزة الكمبيوتر المحمولة والهواتف المحمولة. عندما يفكر معظم الناس في بطارية ، يتبادر إلى الذهن بطارية كيميائية شائعة من نوع AA ، من النوع الذي قد تضعه في مصباح يدوي أو جهاز تحكم عن بعد في التلفزيون. لكن هذا النوع من التكنولوجيا أكثر انتشارًا من ذلك بكثير. يمكن أن تأتي البطاريات بأشكال عديدة وتُستخدم على نطاق واسع في صناعات توليد الطاقة والتخزين لإدارة الطاقة الكهربائية داخل الشبكات. في الواقع ، من المرجح أن تكون تقنية البطاريات هي العامل الرئيسي في تطوير تكنولوجيا الطاقة المتجددة في السنوات القادمة.

هذا هو نتيجة المراوغة المرتبطة بالطاقة المتجددة. على عكس مصادر الطاقة الأخرى التي يمكن تشغيلها وإيقافها حسب الحاجة ، يعتمد توليد الطاقة المتجددة على الطقس ، إذا كانت الظروف الجوية سيئة ، فلا يتم توليد الكهرباء. ينطبق هذا بشكل خاص على الطاقة الشمسية التي تولد الطاقة فقط أثناء النهار وليس في الليل. يؤدي هذا إلى مشكلة في موازنة الطاقة ، حيث يتم استخدام الكهرباء طوال النهار والليل ، لذا يجب توليدها بواسطة الشبكة لتلبية الطلب.

لن يلبي نظام متجدد بالكامل هذا المطلب لأن توليد الطاقة يأتي ويذهب. نظام لتجميع الطاقة المتولدة خلال النهار وتوزيعها عند الحاجة. هذا هو المكان الذي تأتي فيه البطاريات. يمكن لبنوك كبيرة من البطاريات تخزين الكهرباء وإطلاقها عند الحاجة. أنظمة من هذا النوع قيد الاستخدام حاليًا. تم بناء بنوك كبيرة لبطاريات الليثيوم أيون كجزء من الشبكة الأسترالية لتخزين الطاقة الزائدة. البنوك حاليا في فترة تجريبية لاختبار فعاليتها.

تعد بطاريات الليثيوم أيون حاليًا أكثر أنواع البطاريات شيوعًا في الصناعة ، وهي البطاريات المستخدمة بشكل شائع في الهواتف المحمولة والإلكترونيات الاستهلاكية وكذلك المركبات الكهربائية. هذا لأنها ، في الوقت الحالي ، أفضل حل متاح لهذه التطبيقات. ومع ذلك ، لديهم بعض الجوانب السلبية ، لا سيما عندما تتطلع إلى تطبيقها على تخزين كهرباء الشبكة على نطاق واسع ، كما ننظر اليوم. يصعب الحصول على المواد المطلوبة لإنتاج البطاريات حيث يتم تعدينها في الغالب في البلدان الأفريقية ذات ممارسات العمل الأخلاقية السيئة ، مما يؤدي إلى قدر كبير من الاستغلال في صناعة تعدين الليثيوم.

https://www.energy.gov/eere/articles/how-does-lithium-ion-battery-work

هذه المخاوف المتعلقة بمصادر المواد تؤدي أيضًا إلى أن تكون بطاريات الليثيوم أيون مكلفة في الإنتاج ، لذا فإن وحدة تخزين الكهرباء لكل رطل يتم إنفاقه ، أي كفاءة التكلفة ، منخفضة. أخيرًا ، يمكن أن يكون لهذه البطاريات بعض مخاوف الاستقرار مع العديد من البطاريات التي تسبب حرائق على نطاق واسع في مراكز اختبار البطاريات الأسترالية عندما ترتفع درجة حرارة البطاريات. لذلك في حين أن هذه البطاريات رائعة لعدد من الأجهزة الإلكترونية الاستهلاكية ، إلا أنها ليست جيدة لتخزين الكهرباء على نطاق واسع.

إذن ما نوع البدائل المتوفرة؟ هناك بالطبع الطريقة التقليدية لتخزين الكهرباء .. الماء! السدود الكهرومائية منتشرة في جميع أنحاء العالم وهي طريقة مجربة وحقيقية لتخزين وإطلاق الكهرباء. خلال ذروة توليد الطاقة ، يتم ضخ المياه إلى خزان وعند الحاجة إلى الكهرباء ، يتم إطلاق المياه من الخزان وتمر عبر التوربينات لتوليد الكهرباء. تم استخدام هذا النظام لمئات السنين بشكل أو بآخر ، لذا فهو وسيلة موثوقة للغاية لتخزين كميات كبيرة من الطاقة. ومع ذلك ، فإن لها جانبًا سلبيًا كبيرًا ، ألا وهو المساحة والاستثمار المطلوبين لبناء مثل هذا المشروع الكبير. يقتصر هذا النوع من المشاريع أيضًا على منطقة جغرافية معينة تتطلب ارتفاعات كبيرة ومناظر طبيعية جبلية.

ما تحتاجه تكنولوجيا البطاريات هو الابتكار ، لحسن الحظ ، هناك عدد من أفكار تكنولوجيا البطاريات الجديدة قيد التطوير لمحاولة سد هذه الفجوة في السوق. تعمل شركة ناشئة جديدة ومثيرة في إدنبرة على تطوير تكنولوجيا في سياق مماثل لمحطات الطاقة الكهرومائية التي تعمل بالجاذبية التي ناقشناها للتو ، ورفع وزن ثقيل بدلاً من الماء. قامت Gravitricity ببناء سرير اختبار لهذه التكنولوجيا الجديدة في Prince Albert Dock ، وذلك بعد النتائج الواعدة! الهدف النهائي للشركة هو تعديل مناجم الفحم المهجورة في المملكة المتحدة كأعمدة طويلة لرفع وخفض الأوزان الكبيرة لتخزين وإطلاق الكهرباء.

https://www.energylivenews.com/2021/03/10/gravity-energy-storage-project-lifts-off-in-edinburgh/

الآن إلى نوع آخر من الطاقة ... الحرارية! يبحث الباحثون في العديد من المؤسسات حول العالم في تطوير البطاريات الحرارية. تقوم هذه البطاريات بتسخين المواد عند وجود كهرباء زائدة وتحويل نفس الحرارة إلى طاقة كهربائية لاستخدامها عندما تكون الطاقة المتاحة أقل. تستخدم الإصدارات عالية المواصفات من هذه التقنية الأملاح المنصهرة ، التي يتم تسخينها إلى أكثر من 1000 درجة مئوية كمواد تخزين حراري. شهدت أنظمة مثل هذه وعدًا كبيرًا كطريقة لتخزين الطاقة ولكنها لا تزال تواجه مشكلات في نقل الأملاح المنصهرة لتوليد الكهرباء منها.

تم تثبيت نسخة ذات مواصفات أقل من هذه التقنية في فنلندا. يعمل النظام ، بالاشتراك مع قرية محلية ، على تسخين الرمال العادية إلى 500 درجة مئوية باستخدام مصادر الطاقة المتجددة. يمكن بعد ذلك استخدام هذه الطاقة المخزنة على مدار السنة لتدفئة المنازل المحلية باستمرار (عامل مهم بشكل خاص على الشتاء الفنلندي البارد). يعد هذا الدليل التجريبي للمصنع مثيرًا بشكل خاص لأنه طريقة رخيصة للغاية لتخزين الكهرباء ويمكن دمجها بسهولة في المجتمعات المحلية ، مما يوفر فرصة لتطوير شبكات صغيرة محلية.

https://www.bbc.co.uk/news/science-environment-61996520

نأمل أن تتمكن الآن من معرفة مدى أهمية تكنولوجيا البطاريات للمستقبل الأخضر للأرض وكيف أن التقنيات المختلفة قيد التطوير لضمان أن تكون الطاقة المتجددة أكثر فعالية وأرخص من أي وقت مضى!