الطاقة والبيئة

أنظمة تخزين طاقة الهواء المضغوط (CAES)

أنظمة تخزين طاقة الهواء المضغوط (CAES)

نظام تخزين الطاقة من شركة ساستينكس (ICAES)

يستخدم تخزين طاقة الهواء المضغوط (CAES) فائض الطاقة لضغط الهواء الذي يتم تخزينه بعد ذلك في خزان تحت الأرض. يولد ضغط الهواء حرارة. يمكن إطلاق الهواء إلى غرفة الاحتراق في التوربينات الغازية لتوليد الكهرباء. الهدف بالطبع ، جنبًا إلى جنب مع الأشكال الأخرى لتخزين الطاقة ، والنهج الأخرى مثل الشبكات الذكية واستراتيجيات خفض الطلب ، هو توفير وسيلة يمكن من خلالها للطاقة المتجددة المتقطعة مثل الطاقة الشمسية وطاقة الرياح الاستغناء عن الوقود الأحفوري.

في الوقت الحالي ، تهيمن بنوك البطاريات على تخزين الطاقة ، لكن أشكال تخزين الطاقة الأخرى بدأت تظهر بجانبها. CAES هو واحد منهم.

كان أول نظام من هذا القبيل هو محطة بقدرة 290 ميجاوات طورتها E.ON-Kraftwerk في Huntorf ، ألمانيا ، في عام 1978. كان الهدف هو المساعدة في إدارة أحمال الشبكة عن طريق تخزين الكهرباء على شكل هواء مضغوط أثناء الليل عندما يكون الطلب منخفضًا وإطلاقها مرة أخرى عندما زاد الطلب. لا يزال المصنع قيد التشغيل ، حيث يتم استخدامه للطاقة الاحتياطية. يتم تخزين الهواء المضغوط ، كما هو الحال مع عدد من الأنظمة الأخرى ، في كهوف الملح تحت الأرض والتي تستغرق 8 ساعات لملءها بمعدل 108 كجم في الثانية. عند الحاجة إلى الكهرباء مرة أخرى ، يتم إطلاق الهواء المضغوط وتسخينه عن طريق حرق الغاز الطبيعي. يؤدي تمدد الهواء إلى تشغيل توربين بقوة 320 ميجاوات لمدة ساعتين ، وبعد ذلك يجب إعادة ملء الكهوف. على الرغم من أن معظم مصانع CAES الأخرى تعمل وفقًا لنفس المبدأ ، إلا أنها تميل إلى التركيز بشكل إضافي على الاحتفاظ بالحرارة الناتجة أثناء عملية الضغط ، مما يزيد من كفاءة المصنع ككل.

هناك ثلاث طرق للتعامل مع الحرارة الناتجة أثناء الضغط. تحتفظ محطات التخزين الأديباتية بالحرارة وتعيد استخدامها لإطلاق الهواء المضغوط ، مما يجعل المصنع فعالاً بنسبة 70 إلى 90 بالمائة. تعمل محطات تخزين مرضى السكر على تبديد الحرارة في الغلاف الجوي عبر المبردات الداخلية ، مع استخدام مصدر آخر للحرارة لإطلاق الهواء للتوربينات عند الحاجة إليه. أخيرًا ، هناك محطات تخزين متساوي الحرارة تستخدم مبادلات حرارية لمحاولة الحفاظ على درجات الحرارة الداخلية والخارجية متساوية. يتم إطلاق الحرارة الناتجة أثناء الانضغاط ، مرة أخرى ، في الغلاف الجوي ويتم جلب مصدر آخر للحرارة عند الحاجة إلى إطلاق الهواء. من بين هذه الطرق الثلاث ، تحاول معظم الشركات الآن إيجاد طرق للاحتفاظ بالحرارة التي تنتجها عملية الضغط في البداية.

في الآونة الأخيرة ، عملت شركتان لتخزين الطاقة في أمريكا الشمالية ، وهما General Compression و NRStor ، على تطوير اقتراح لتخزين الطاقة في أونتاريو ، بدعم من مجموعة إدارة الأصول تسمى Northwater Capital Management. الهدف من اقتراح CAES هو المساعدة في توفير قيمة لدافعي الفواتير باستخدام تخزين الطاقة لدمج طاقة الرياح في الشبكة وأيضًا عن طريق تمكين تسوية الحمل ، حيث يتم تخزين الطاقة ليلاً ، عندما ينخفض ​​الطلب ، بهدف إعادتها مرة أخرى إلى الشبكة في الصباح ، عندما يرتفع الطلب مرة أخرى. هذا من شأنه أن يقلل من الحاجة إلى توربينات الوقود الأحفوري.

تم تطوير نظام تخزين الطاقة المتطور للضغط العام (GCAES) بواسطة General Compression ، مع نموذج أولي في Gaines ، تكساس. يتم تشغيل هذا بواسطة توربينات الرياح 2 ميجاوات ويستخدم كهف الملح تحت الأرض كخزان هواء. يمكنها توفير 1.6 ميجاوات من الطاقة لمدة أقصاها 150 ساعة قبل إعادة شحنها.

لسوء الحظ ، فإن الحرارة التي تولدها أنظمة CAES تجعل الهواء يتمدد ، مما يجعل الضغط مشكلة. علاوة على ذلك ، عندما يتم إطلاق الهواء المضغوط ، فإنه يبرد وهذا يقلل من كمية الطاقة المتاحة. يمكن أن يكون هناك أيضًا مشكلة في تراكم الجليد. يمكن أن يعالج حرق الغاز الطبيعي هذه المشكلة عن طريق تسخين الهواء المضغوط ، لكن هذا مكلف وينتج ثاني أكسيد الكربون. يعالج نظام GCAES هذه المشكلات من خلال التقاط الحرارة وتخزينها في بركة ، ثم يتم استخدامها لاحقًا لتدفئة الهواء المنطلق خلال دورة التوليد.

أظهرت الحسابات التي أجريت حتى الآن أن التكلفة المثبتة للتخزين طويل الأمد تبلغ عُشر تكلفة تخزين بطارية الليثيوم أيون.

انطباع الفنان عن نظام CAES الذي تعمل شركة Apex CAES في تكساس حاليًا على تطويره [مصدر الصورة: ابيكس سيز]

في أيرلندا ، تخطط شركة Gaelectric للطاقة المتجددة لبناء منشأة CAES بقيمة 300 مليون جنيه إسترليني والتي سيتعين عليها بناء كهوف ملحية جديدة تحت الأرض. أثارت هذه الخطة بعض الجدل ، مع ادعاءات بأن الشركة قد تستخدمها للتخلص من النفايات بعد الانتهاء من المشروع. وقد أثيرت مخاوف أخرى بشأن اقتراح ضخ محلول ملحي في البحر مما قد يؤثر سلبًا على الحياة البحرية. ومع ذلك ، قد يكون الأمر كذلك أن هذه المخاوف قد تم تدليكها إلى حد ما من قبل نشطاء محليين مناهضين للطاقة المتجددة المعنيين بالتأثير البصري.

تعمل شركة LightSail Energy في كاليفورنيا أيضًا على CAES. تقول المؤسس المشارك وكبير العلماء ، دانييل فونج ، إن هدف شركتها هو "إنتاج أنظف نظام تخزين للطاقة في العالم وأكثرها اقتصادا". تعتزم LightSail Energy القيام بذلك عن طريق التقاط الحرارة الزائدة الناتجة عن عملية الضغط التي تم إهدارها سابقًا. يتضمن منهجها عنصر تخزين الطاقة وخزانات تخزين عالية الضغط للغازات الطبيعية والصناعية. لا يزال جهاز تخزين الطاقة قيد التطوير ، لكن الشركة تخطط لبيع صهاريج التخزين لشركات الخدمات اللوجستية التي تقوم بتوزيع واستعادة الغاز الطبيعي وكذلك لمحطات التزود بالوقود بالغاز الطبيعي المضغوط. سيتم استخدام خزانات مماثلة في منتج تخزين الطاقة الخاص بالشركة عندما يتم تطويره بالكامل ويكون جاهزًا للتسويق. ستساعد الإيرادات التي تجمعها صهاريج تخزين الغاز الطبيعي أيضًا على تحقيق أرباح وقدرة إنتاجية لحل تخزين الطاقة.

تقوم LiGE بتطوير نظام تخزين الطاقة خارج الشبكة ، بناءً على CAES ومصمم من مكونات مخصصة. وتشمل هذه الأجهزة الإلكترونية الموجودة في برنامج التحكم والمراقبة والإبلاغ ، وأوعية الضغط المركبة التي تم تصنيعها وفقًا لمتطلبات "عدم التعب" وهي مقاومة للانفجار. يقيس النظام أيضًا الحرارة والضغط والاهتزاز ومعدلات التدفق والتيار والجهد وعدد من الإجراءات الأمنية. يهدف نظام التخزين إلى أن يكون مانعًا للعبث به ، حيث إن أي محاولة للعبث به ستؤدي إلى إيقاف تشغيل النظام وإزالة الضغط عنه. الطريقة الوحيدة لإعادة فتح الحاوية التي تحتوي على النظام هي بواسطة فني LiGE يتم استدعاؤه من المكتب الرئيسي. وبالمثل ، لن يتمكن سوى فنيو LiGE من صيانته وتشغيله. يستخدم النظام الطاقة المولدة في الغالب ، ولكن ليس حصريًا ، من الطاقة الشمسية. يؤدي هذا إلى تشغيل محرك هيدروليكي يقوم بدوره بتشغيل ضاغط. يتم تخزين الهواء المضغوط في خزانات الهواء وتقوم العملية العكسية بتشغيل مولد التيار المتردد الذي يوفر الطاقة لأي مؤسسة يخدمها نظام تخزين الطاقة ، سواء كانت مصنعًا أو مبنى آخر أو أيًا كان. تقدر LiGE كفاءة النظام بأكثر من 90 بالمائة. بالإضافة إلى العمل في دور خارج الشبكة ، يمكن أيضًا استخدامه لإمداد الطاقة غير المنقطع.

يجب أن يلعب تخزين الطاقة ، بأي شكل كان ، دورًا حيويًا في شبكات الطاقة لدينا حيث يتم توليد المزيد من الطاقة من المصادر المتجددة. على سبيل المثال ، تشير التقديرات إلى أن المملكة المتحدة ستحتاج إلى تخزين حوالي 200 جيجاوات ساعة من الكهرباء بحلول عام 2020. ويبدو أن CAES بشكل متزايد يمكن أن تصبح طريقة قابلة للتطبيق ومستخدمة بانتظام للقيام بذلك.


شاهد الفيديو: مولد كهرباء يعمل بالهواء المضغوط عن طريق الداءره المغلقه للهواء (يونيو 2021).