بحاجة إلى معرفة المزيد عن نظام تخزين الطاقة (ESS)

نظام تخزين الطاقة المنزلي، والمعروف أيضاً باسم نظام تخزين الطاقة السكني أو ببساطة نظام البطارية المنزلية، هو تقنية تسمح لأصحاب المنازل بتخزين الكهرباء المولدة من مصادر الطاقة المتجددة أو خلال فترات انخفاض الطلب على الكهرباء واستخدامها عند الحاجة. صُممت هذه الأنظمة لتوفير مجموعة متنوعة من الفوائد لأصحاب المنازل، بما في ذلك زيادة الاستقلالية في الطاقة، وتخفيض فواتير الكهرباء، والطاقة الاحتياطية أثناء انقطاع التيار الكهربائي.

كيف يعمل نظام تخزين الطاقة المنزلي النموذجي:

• جهاز تخزين الطاقة: إن المكون الأساسي لنظام تخزين الطاقة المنزلي هو جهاز تخزين الطاقة، والذي غالباً ما يكون عبارة عن حزمة بطارية. يمكن أن تكون هذه البطاريات من أيونات الليثيوم أو بوليمر الليثيوم أو غيرها من المواد الكيميائية المصممة للتطبيقات السكنية. يعتمد حجم البطارية وسعتها على احتياجات صاحب المنزل من الطاقة وأهدافه.
• تكامل الطاقة المتجددة: يقوم العديد من أصحاب المنازل بتركيب ألواح شمسية على أسطح منازلهم لتوليد الكهرباء من ضوء الشمس. خلال فترات أشعة الشمس، يمكن تخزين الطاقة الزائدة التي تولدها الألواح الشمسية في نظام تخزين الطاقة المنزلية بدلاً من إرسالها إلى الشبكة. يمكن استخدام هذه الطاقة المخزنة في الليل أو خلال الأيام الغائمة عندما يكون توليد الطاقة الشمسية محدوداً.
• التوصيل بالشبكة: عادةً ما تكون أنظمة تخزين الطاقة المنزلية متصلة بالشبكة الكهربائية. يخدم هذا الاتصال غرضين رئيسيين: أولاً، يسمح للنظام بسحب الكهرباء من الشبكة في غير ساعات الذروة عندما تكون أسعار الكهرباء أقل، وتخزينها لاستخدامها في أوقات ذروة الطلب أو عندما تكون الشبكة معطلة. وثانياً، يمكّن أصحاب المنازل من بيع الطاقة الزائدة إلى الشبكة عندما يتجاوز توليدهم للطاقة المتجددة احتياجاتهم الفورية، مما قد يكسبهم أرصدة أو تعويضات من شركة المرافق (القياس الصافي).
• نظام إدارة الطاقة: تم تجهيز نظام تخزين الطاقة المنزلي بنظام إدارة الطاقة الذي يتحكم في وقت شحن النظام أو تفريغه أو تفاعله مع الشبكة. وعادةً ما يكون هذا النظام مؤتمتاً ويمكن برمجته لتحديد أولويات الوظائف المختلفة بناءً على تفضيلات المستخدم وأسعار المرافق.
• طاقة احتياطية: تتمثل إحدى المزايا الهامة لأنظمة تخزين الطاقة المنزلية في قدرتها على توفير طاقة احتياطية أثناء انقطاع التيار الكهربائي. فعندما ينقطع التيار الكهربائي، يمكن للنظام أن يتحول تلقائياً إلى طاقة البطارية، مما يضمن استمرار عمل الأجهزة والأنظمة الأساسية في المنزل.
• توفير الطاقة: يمكن لأصحاب المنازل تحسين استخدامهم للكهرباء وتقليل فواتير الكهرباء باستخدام الطاقة المخزنة خلال أوقات ذروة الطلب عندما تكون أسعار الكهرباء أعلى. يمكن أن يؤدي ذلك إلى توفير كبير في التكاليف بمرور الوقت.
• الفوائد البيئية: من خلال استخدام الطاقة المتجددة المخزنة وتقليل الاعتماد على الوقود الأحفوري، تساهم أنظمة تخزين الطاقة المنزلية في تقليل البصمة الكربونية وتساعد في مكافحة تغير المناخ.
• استقلالية الطاقة: يحصل أصحاب المنازل الذين يستخدمون أنظمة تخزين الطاقة على درجة من الاستقلالية في مجال الطاقة. فهم أقل اعتماداً على مصادر الكهرباء الخارجية ويتمتعون بقدر أكبر من التحكم في استخدامهم للطاقة.
• المراقبة والتحكم عن بُعد: يمكن مراقبة العديد من أنظمة تخزين الطاقة المنزلية والتحكم فيها عن بُعد باستخدام تطبيقات الهواتف الذكية أو الواجهات القائمة على الويب، مما يسمح لأصحاب المنازل بتتبع استخدامهم للطاقة وأداء النظام.

تزداد شعبية أنظمة تخزين الطاقة المنزلية مع تزايد الاعتماد على الطاقة المتجددة ومواجهة شبكات الكهرباء للتحديات المتعلقة بالموثوقية والقدرة. توفر هذه الأنظمة وسيلة لأصحاب المنازل لتحقيق أقصى استفادة من استثماراتهم في الطاقة المتجددة والحد من تأثيرها على البيئة مع اكتساب المزيد من التحكم في استخدامهم للطاقة وتكاليفها.

تأتي أنظمة تخزين الطاقة (ESS) في أنواع مختلفة، ولكل منها تقنياته وخصائصه الخاصة. وقد صُممت هذه الأنظمة لتخزين الطاقة لاستخدامها لاحقًا، وهي ضرورية لتحقيق التوازن بين العرض والطلب على الكهرباء، وتعزيز استقرار الشبكة، ودمج مصادر الطاقة المتجددة في شبكة الطاقة.

أنواع مختلفة من أنظمة تخزين الطاقة:

• البطاريات:
  • بطاريات الليثيوم أيون: هذه هي أكثر أنواع البطاريات شيوعًا المستخدمة في مجموعة واسعة من التطبيقات، بدءًا من الإلكترونيات المحمولة إلى السيارات الكهربائية (EVs) وتخزين الطاقة على نطاق الشبكة.
  • بطاريات الرصاص الحمضية: تُستخدم عادةً في إمدادات الطاقة غير المنقطعة (UPS)، وأنظمة الطاقة الاحتياطية، وبعض منشآت الطاقة المتجددة.
  • بطاريات التدفق: تقوم هذه البطاريات بتخزين الطاقة في إلكتروليتات سائلة ويمكن توسيع نطاقها لتطبيقات الشبكات الكبيرة. وتشمل أنواعها بطاريات أكسدة الفاناديوم المتدفقة وبطاريات تدفق الزنك والبروم.
  • بطاريات الصوديوم والكبريت: بطاريات عالية الحرارة مع تطبيقات في تخزين طاقة الشبكة وتكامل الطاقة المتجددة.
• التخزين المائي بالمضخات المائية:
  • التخزين الكهرومائي بالضخ هو تقنية ناضجة تنطوي على ضخ المياه من خزان سفلي إلى خزان علوي عند توفر فائض من الكهرباء ثم إطلاقها لتوليد الكهرباء خلال فترات ارتفاع الطلب. وهي تقنية عالية الكفاءة وتستخدم على نطاق واسع لتخزين الطاقة في الشبكة.
• تخزين الطاقة الحرارية:
  • التخزين الحراري المعقول: تُخزَّن الطاقة الحرارية عن طريق تسخين أو تبريد مادة صلبة أو سائلة، مثل الأملاح المنصهرة أو الصخور، والتي يمكن أن تطلق الحرارة بعد ذلك لإنتاج الكهرباء عند الحاجة.
  • تخزين الحرارة الكامنة: يتم تخزين الطاقة أو إطلاقها أثناء تغيرات الطور، مثل ذوبان أو تجمد المادة (مثل الثلج وشمع البارافين).
• تخزين الطاقة بالهواء المضغوط (CAES):
  • يتم تخزين الهواء المضغوط في كهوف أو حاويات تحت الأرض ويتم إطلاقه لتوليد الكهرباء عن طريق تشغيل توربين. وتستخدم بعض أنظمة CAES تخزين الطاقة الحرارية لتحسين الكفاءة.
• تخزين الطاقة في دولاب الموازنة:
  • تخزن الحذافات الطاقة عن طريق تدوير دوّار بسرعات عالية. وعند الحاجة إلى الطاقة، يتم تحويل الطاقة الحركية للدوار إلى طاقة كهربائية. توفر الحذافات أوقات استجابة سريعة وتستخدم في التطبيقات التي تتطلب تفريغاً سريعاً للطاقة.
• تخزين الطاقة الهيدروجينية:
  • يمكن إنتاج الهيدروجين بالتحليل الكهربائي أو بطرق أخرى عند توفر فائض من الكهرباء ثم تخزينه لاستخدامه لاحقاً. ويمكن لخلايا الوقود تحويل الهيدروجين المخزن إلى كهرباء عند الحاجة.
• تخزين الطاقة المغناطيسية فائقة التوصيل (SMES):
  • تقوم أنظمة SMES بتخزين الطاقة في المجال المغناطيسي لملف فائق التوصيل. وهي معروفة بكفاءتها العالية وأوقات استجابتها السريعة ولكنها مكلفة نسبياً.
• المكثفات الفائقة (المكثفات الفائقة):
  • تقوم المكثفات الفائقة بتخزين الطاقة كهربائياً، مما يوفر تفريغاً سريعاً للطاقة وكثافة طاقة عالية. وغالباً ما تستخدم مع البطاريات لتوفير دفعات قصيرة من الطاقة.
• تخزين الطاقة الكيميائية:
  • تنطوي أنظمة التخزين الكيميائي على تحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة كيميائية، مثل الهيدروجين أو الوقود الاصطناعي، والتي يمكن تخزينها وتحويلها فيما بعد إلى طاقة كهربائية من خلال الاحتراق أو خلايا الوقود.
• تخزين الطاقة بالجاذبية:
  • تستخدم هذه التقنية الناشئة كتلاً ثقيلة، مثل الكتل أو الأوزان الكبيرة، التي يتم رفعها لتخزين الطاقة الكامنة ثم إنزالها لتحريرها وتوليد الكهرباء.

تتلاءم الأنظمة المختلفة بشكل أفضل مع مختلف التطبيقات، بدءًا من التخزين السكني على نطاق صغير إلى تخزين الطاقة على نطاق الشبكة والطاقة الاحتياطية للبنية التحتية الحيوية. بالإضافة إلى ذلك، تستمر التطورات في تقنيات تخزين الطاقة في توسيع إمكانيات دمج الطاقة المتجددة وتحسين استقرار الشبكة وتعزيز كفاءة الطاقة.