6 آگوست 2020توسط موسسه فناوری کالیفرنیا
برمبنای مقاله جدیدی که توسط محققان Caltech منتشر شده است ، با توجه به این که بیشتر ایالات در ایالات متحده فشار بیشتری برای اتکا به انرژی های تجدید پذیر متنوعی به صورت باد یا انرژی خورشیدی دارند ، ذخیره طولانی مدت انرژی ممکن است نقش مهمی در اطمینان از قابلیت اطمینان و کاهش هزینه برق داشته باشد.
جکی داولینگ ، دانشجوی کارشناسی ارشد است که در آزمایشگاه ناتان لوئیس ، استاد شیمی ، جورج ا. آرگیروس و فعالیت می کند ، و نیز با کن کالدیرا در موسسه کارنگی برای علوم و برخی دیگر همکاری کرده است تا گزینه های ذخیره انرژی را بررسی کند. کار او مبتنی بر ذخیره چندین دهه از داده ها در مورد دسترسی به باد و خورشید می باشد . داولینگ و همكارانش مشخص كردند كه فناوری باتری موجود در حال حاضر برای خدمات ذخیره طولانی مدت انرژی برای شبکه قدرت مضر است و فناوریهای جایگزین كه می توانند برای چند فصل یا حتی چندین سال انرژی را در چند هفته تا یک ماه ذخیره كنند ، کلید ساخت سیستم های تولید برق قابل تجدید پذیر با قیمت مناسب و قابل اعتماد می باشند.
می دانیم که ذخیره انرژی های تجدید پذیر مورد نیاز است زیرا باد و انرژی خورشیدی همیشه و در همه زمانها به اندازه قابل اطمینان در دسترس نیستند. به عنوان مثال ، انرژی باد اغلب در تابستان در کمترین حد خود در ایالات متحده است ، این در حالی است که در این دوره زمانی شبکه الکتریکی با تقاضای برق برای تهویه مطبوع در خانه ها و کسب و کارها بیشترین فشار را بر شبکه وارد می کند.
داولینگ ، نویسنده اصلی مقاله در مورد این كار می گوید: “این تحقیق از این واقعیت منتج شده است كه قوانین در چندین ایالت ،سیستمهای صد درصد عاری از كربن را در یک دوره متوسط زمانی مجاز كرده اند.” وی ادامه داد: “در این محدوده ها ، بسیاری از ایالت ها شامل الزامات لازم در مورد انرژی بادی و خورشیدی هستند. هر دو منبع انرژی باد و خورشیدی از روز به روز یا حتی سال به سال دیگر متغیر هستند ، با این وجود قابلیت اطمینان بالا برای یک سیستم الکتریکی مستمر ضروری است. ذخیره انرژی می تواند این خلا را برای شکاف بین عرضه و تقاضا طولانی مدت پر کند. “
Dowling به سیستم های ذخیره سازی کوتاه مدت مانند باتری های لیتیومی و روش های ذخیره طولانی مدت مانند ذخیره سازی هیدروژن ، ذخیره هوای فشرده شده و برق آبی اشاره کرد.
برای مشاهده چگونگی بهینه سازی استفاده از آن فناوری های ذخیره سازی با کمترین هزینه انرژی ، داولینگ یک شبیه سازی ریاضی از هر یک از موارد ساخته و داده های تقاضای انرژی الکتریکی و چهار دهه داده های تاریخی آب و هوایی را که به صورت ساعتی تعین شده و در سراسر ایالات متحده آمریکا متداول است در مدل ماکرو انرژی ، وارد کرده است. او چنین ابراز می کند که افزودن سیستم ذخیره طولانی مدت به یک سیستم باتری خورشیدی یا انرژی باد هزینه های نهایی انرژی را کاهش می دهد. در مقابل ، استفاده از باتری به تنهایی برای ذخیره سازی ، انرژی تجدید پذیر را گرانتر می کند.
داولینگ می گوید هزینه اضافی مربوط به باتری ها به این دلیل اتفاق می افتد که آنها نمی توانند به طور مقرون به صرفه انرژی کافی را برای کل یک فصل ذخیره کنند که در طی آن برق در مقادیر کمتری تولید می شود. این بدان معناست که یک شبکه برق برای جبران کمبود ها به تعداد بیشتری از صفحات خورشیدی و توربین های بادی نیاز دارد و این امر باعث می شود تجهیزات تولید برق در بیشتر سال بیکار شوند.
Dowling می گوید ، در حال حاضر فناوری باتری های موجود حتی نزدیک به مقرون به صرفه بودن برای ذخیره سازی فصلی نیست.
وی می گوید: “افت زیاد انرژی بادی در تابستان در ایالات متحده مشکل ساز است و باتری ها برای پر کردن این شکاف مناسب نیستند. بنابراین ، اگر فقط باتری دارید ، باید ظرفیت باد یا خورشیدی را سیال کنید.” “ذخیره سازی طولانی مدت از نیاز زیر ساخت های تولید برق جلوگیری می کند و در صورت نیاز به آن برق را نه تنها وقتی که طبیعت آن را تأمین کند بلکه در بقیه زمانها در اختیار قرار می دهد. روش های فعلی فناوری ، ذخیره سازی در محفظه های زیرزمینی هیدروژن سبز تولید شده از طریق الکترولیز آب روش مؤثر برای ذخیره سازی در شبکه بصورت طولانی مدت استکه هزینه هایی را فراهم می آورد.. “
محققان مدلهای دیگری را برای انرژی تجدید پذیر ساخته اند ، اما رویکرد مبتنی بر داده های این تیم اولین باری است که چهار دهه از داده های تاریخی و متغیرهای خورشیدی را در بر می گیرد ، بنابراین با تغییرپذیری از سال به سال و توجه به دوره ها یی از رویدادهای نادر آب و هوا که بر تولید برق تأثیر می گذارد ، از جمله باد و خورشید استفاده می شود.
او می گوید: “هرچه سال که از داده هایی بیشتر در مدل های خود استفاده می کنیم ، نیاز به اطمینان بیشتری برای ذخیره طولانی مدت پیدا کنیم تا بتوانیم قابلیت اطمینان مورد نظر را از یک سیستم برق بدست آوریم.”
داولینگ اظهار می دارد که یافته های وی ممکن است برای سیاست گذاران کشورهایی که دارای قوانین برق 100 درصد بدون کربن و استفاده از انرژی بادی / خورشیدی بالا هستند و برای ایالات متحده با توجه به تصویب قوانینی مشابه مفید باشد. در آینده ، وی قصد دارد تحقیقات خود را گسترش دهد تا نگاهی عمیق به نقشهایی که انواع خاصی از ذخیره انرژی ، مانند باتریهای جریان هیدروژن یا ردوکس دارند ، در سیستمهای انرژی تجدیدپذیر ایفا کند. به عنوان مثال ، برخی از باتری ها می توانند به طور مؤثر به عنوان ذخیره انرژی با متوسط مصرف هماهنگ شوند .
