نظرة عامة على تطوير وتطبيق صناعة تخزين الطاقة.
1. مقدمة عن تكنولوجيا تخزين الطاقة.
تخزين الطاقة هو تخزين الطاقة. وهو يشير إلى تقنيات تُحوّل أحد أشكال الطاقة إلى شكل أكثر استقرارًا وتُخزّنه، ثم تُطلقه في شكل مُحدّد عند الحاجة. تُقسّم مبادئ تخزين الطاقة المختلفة إلى ثلاثة أنواع: ميكانيكية، وكهرومغناطيسية، وكهروكيميائية. لكل نوع من أنواع تخزين الطاقة نطاق قدرته وخصائصه واستخداماته الخاصة.
| نوع تخزين الطاقة | الطاقة المقدرة | الطاقة المقدرة | صفات | مناسبات التطبيق | |
| ميكانيكي تخزين الطاقة | 抽水 储能 | 100-2000 ميجاوات | 4-10 ساعات | تكنولوجيا ناضجة وواسعة النطاق؛ استجابة بطيئة، وتتطلب موارد جغرافية | تنظيم الحمل، والتحكم في التردد والنسخ الاحتياطي للنظام، والتحكم في استقرار الشبكة. |
| 压缩 شكرا جزيلا | IMW-300 ميجاوات | 1-20 ساعة | تكنولوجيا ناضجة وواسعة النطاق؛ استجابة بطيئة، وتحتاج إلى موارد جغرافية. | حلاقة الذروة، النسخ الاحتياطي للنظام، التحكم في استقرار الشبكة | |
| 飞轮 储能 | كيلوواط-30 ميجاواط | 15 ثانية - 30 ثانية دقيقة | قدرة نوعية عالية، تكلفة عالية، مستوى ضوضاء مرتفع | التحكم العابر/الديناميكي، التحكم في التردد، التحكم في الجهد، نظام UPS وتخزين الطاقة بالبطارية. | |
| كهرومغناطيسي تخزين الطاقة | نعم 储能 | كيلوواط-1 ميجاواط | 2 ثانية - 5 دقائق | استجابة سريعة، طاقة نوعية عالية، تكلفة عالية، صيانة صعبة | التحكم العابر/الديناميكي، التحكم في التردد، التحكم في جودة الطاقة، نظام UPS وتخزين طاقة البطارية |
| شكرا 电容 | كيلوواط-1 ميجاواط | 1-30 ثانية | استجابة سريعة، طاقة محددة عالية، تكلفة عالية | مراقبة جودة الطاقة، ونظام UPS وتخزين طاقة البطارية | |
| كهروكيميائية تخزين الطاقة | 铅酸 جديد | كيلوواط-50 ميجاواط | 1 دقيقة - 3 h | تكنولوجيا ناضجة، تكلفة منخفضة، عمر افتراضي قصير، مخاوف بشأن حماية البيئة | النسخ الاحتياطي لمحطة الطاقة، التشغيل الأسود، UPS، توازن الطاقة |
| 液流 جديد | كيلوواط-100 ميجاواط | 1-20 ساعة | تتضمن العديد من دورات البطاريات شحنًا وتفريغًا عميقين. يسهل دمجها، لكن كثافة الطاقة فيها منخفضة. | يغطي جودة الطاقة، والطاقة الاحتياطية، وتخفيض ذروة الاستهلاك، وإدارة الطاقة، وتخزين الطاقة المتجددة. | |
| 钠硫 جديد | 1 كيلو واط - 100 ميجا واط | ساعات | تتطلب قضايا الطاقة النوعية العالية والتكلفة العالية والسلامة التشغيلية تحسينًا. | جودة الطاقة فكرة، ومصدر طاقة احتياطي فكرة أخرى. ثم هناك تقليل ذروة الاستهلاك وسد الفجوات. إدارة الطاقة فكرة أخرى. وأخيرًا، تخزين الطاقة المتجددة. | |
| 锂离子 جديد | كيلوواط-100 ميجاواط | ساعات | طاقة نوعية عالية، تنخفض التكلفة مع انخفاض تكلفة بطاريات الليثيوم أيون | التحكم العابر/الديناميكي، التحكم في التردد، التحكم في الجهد، نظام UPS وتخزين الطاقة بالبطارية. | |
تتميز هذه التقنية بمزايا عديدة، منها انخفاض تأثيرها الجغرافي، وقصر مدة بنائها وكثافة طاقاتها العالية. ونتيجةً لذلك، يُمكن استخدام تخزين الطاقة الكهروكيميائية بمرونة. وهي مناسبة للعديد من حالات تخزين الطاقة. إنها تقنية تخزين الطاقة، وتتميز بأوسع نطاق استخدامات وأكبر إمكانات للتطوير. ومن أهمها بطاريات الليثيوم أيون، التي تُستخدم لفترات زمنية تتراوح بين دقائق وساعات.
2. سيناريوهات تطبيق تخزين الطاقة
لتخزين الطاقة تطبيقاتٌ متعددة في نظام الطاقة. ولتخزين الطاقة ثلاثة استخدامات رئيسية: توليد الطاقة، والشبكة، والمستخدمون. وهي:
يختلف توليد الطاقة الجديدة عن الأنواع التقليدية، إذ يتأثر بالظروف الطبيعية، بما في ذلك الضوء ودرجة الحرارة. ويختلف إنتاج الطاقة باختلاف الفصول والأيام، مما يستحيل معه تعديل الطلب عليها. إنها مصدر طاقة غير مستقر. فعندما تصل القدرة المركبة أو نسبة توليد الطاقة إلى مستوى معين، سيؤثر ذلك على استقرار شبكة الكهرباء. وللحفاظ على سلامة واستقرار نظام الطاقة، سيستخدم نظام الطاقة الجديد منتجات تخزين الطاقة، حيث ستُعاد توصيلها بالشبكة لضمان سلاسة إنتاج الطاقة. وهذا من شأنه أن يقلل من تأثير الطاقة الجديدة، التي تشمل الطاقة الكهروضوئية وطاقة الرياح، على الطاقة المتقطعة والمتقلبة. كما سيعالج مشاكل استهلاك الطاقة، مثل هجران الرياح والضوء.
يتبع تصميم وبناء الشبكات الكهربائية التقليدية أسلوب الحمل الأقصى، وذلك على مستوى الشبكة. وينطبق هذا على بناء شبكة جديدة أو زيادة سعة الشبكة. يجب أن تراعي المعدات الحمل الأقصى، مما يؤدي إلى ارتفاع التكاليف وانخفاض استخدام الأصول. ويمكن أن يُؤدي انتشار تخزين الطاقة على مستوى الشبكة إلى تغيير أسلوب الحمل الأقصى الأصلي. فعند إنشاء شبكة جديدة أو توسيع شبكة قديمة، يُمكن أن يُقلل ذلك من ازدحام الشبكة، كما يُشجع على توسيع وتحديث المعدات، مما يُوفر تكاليف الاستثمار في الشبكة ويُحسّن استخدام الأصول. يستخدم تخزين الطاقة الحاويات كناقل رئيسي، ويُستخدم في توليد الطاقة وفي الشبكة. ويُخصص بشكل رئيسي للتطبيقات التي تزيد قدرتها عن 30 كيلوواط، حيث تتطلب هذه التطبيقات سعة إنتاج أعلى.
تُستخدم أنظمة الطاقة الجديدة من جانب المستخدم بشكل رئيسي لتوليد الطاقة وتخزينها. هذا يُخفّض تكاليف الكهرباء ويستخدم تخزين الطاقة لتحقيق الاستقرار في الطاقة. في الوقت نفسه، يُمكن للمستخدمين أيضًا استخدام أنظمة تخزين الطاقة لتخزين الكهرباء عند انخفاض الأسعار، مما يُتيح لهم تقليل استخدامهم لكهرباء الشبكة عند ارتفاع الأسعار. كما يُمكنهم بيع الكهرباء المُنتَجة من نظام التخزين لتحقيق الربح من أسعار الذروة والانخفاض. يستخدم تخزين الطاقة من جانب المستخدم خزانات كناقل رئيسي، وهو مُناسب للتطبيقات في المناطق الصناعية والتجارية ومحطات الطاقة الكهروضوئية الموزعة. تتراوح قدرتها بين 1 كيلوواط و10 كيلوواط. سعة المنتج منخفضة نسبيًا.
3. نظام "المصدر-الشبكة-الحمل-التخزين" هو سيناريو تطبيق ممتد لتخزين الطاقة
نظام "المصدر - الشبكة - الحمل - التخزين" هو نمط تشغيلي. يتضمن حلولاً لـ "مصدر الطاقة، شبكة الطاقة، الحمل، وتخزين الطاقة". يُعزز هذا النظام كفاءة استخدام الطاقة ويعزز سلامة الشبكة، ويُعالج مشاكل مثل تقلبات الشبكة في استخدام الطاقة النظيفة. في هذا النظام، يكون المصدر هو مورد الطاقة، ويشمل ذلك الطاقة المتجددة، مثل الطاقة الشمسية وطاقة الرياح والطاقة الكهرومائية، بالإضافة إلى الطاقة التقليدية، مثل الفحم والنفط والغاز الطبيعي. الشبكة هي شبكة نقل الطاقة، وتشمل خطوط النقل ومعدات أنظمة الطاقة. الحمل هو المستخدم النهائي للطاقة، ويشمل السكان والشركات والمرافق العامة. التخزين هو تقنية تخزين الطاقة، ويشمل معدات وتقنيات التخزين.
في نظام الطاقة القديم، كانت محطات الطاقة الحرارية هي مصدر الطاقة، بينما كانت المنازل والمصانع هي الحمل. كلاهما متباعدان، وتربطهما شبكة الكهرباء. ويستخدم هذا النظام وضع تحكم متكاملًا وواسع النطاق، وهو وضع موازنة آنية، حيث يتبع مصدر الطاقة الحمل.
في إطار "نظام الطاقة الجديد"، أضاف النظام طلب شحن مركبات الطاقة الجديدة كـ"حمل" على المستخدمين. وقد زاد هذا الضغط بشكل كبير على شبكة الكهرباء. وقد أتاحت أساليب الطاقة الجديدة، مثل الخلايا الكهروضوئية، للمستخدمين أن يصبحوا "مصدرًا للطاقة". كما تحتاج مركبات الطاقة الجديدة إلى شحن سريع. ولأن توليد الطاقة من الطاقة الجديدة غير مستقر، يحتاج المستخدمون إلى "تخزين الطاقة" لتخفيف تأثير توليد الطاقة واستخدامها على الشبكة. وهذا سيمكن من استخدام الطاقة في أوقات الذروة ومن خلال تخزينها.
يتنوع استخدام الطاقة الجديدة. يرغب المستخدمون الآن في بناء شبكات كهربائية محلية صغيرة. تربط هذه الشبكات بين "مصادر الطاقة" (الضوء)، و"تخزين الطاقة" (التخزين)، و"الأحمال" (الشحن). تستخدم هذه الشبكات تقنيات التحكم والاتصال لإدارة العديد من مصادر الطاقة. تتيح هذه الشبكات للمستخدمين توليد واستخدام طاقة جديدة محليًا. كما أنها تتصل بشبكة الكهرباء الكبيرة بطريقتين، مما يقلل من تأثيرها على الشبكة ويساعد على توازنها. تُعدّ الشبكة الكهربائية الصغيرة وتخزين الطاقة نظامًا متكاملًا لتخزين وشحن الطاقة الكهروضوئية. يُعدّ هذا تطبيقًا مهمًا لتخزين أحمال الشبكة المصدرية.
ثانيًا: آفاق تطبيق صناعة تخزين الطاقة وقدرتها السوقية
يشير تقرير الوكالة الوطنية للطاقة المتجددة (CNESA) إلى أنه بنهاية عام 2023، بلغ إجمالي سعة مشاريع تخزين الطاقة العاملة 289.20 جيجاواط، بزيادة قدرها 21.92% عن 237.20 جيجاواط في نهاية عام 2022. وبلغ إجمالي سعة تخزين الطاقة الجديدة المُركّبة 91.33 جيجاواط، بزيادة قدرها 99.62% عن العام السابق.
بحلول نهاية عام 2023، وصلت السعة الإجمالية لمشاريع تخزين الطاقة في الصين إلى 86.50 جيجاوات. وقد ارتفعت بنسبة 44.65٪ من 59.80 جيجاوات في نهاية عام 2022. وهي تشكل الآن 29.91٪ من السعة العالمية، بزيادة 4.70٪ عن نهاية عام 2022. ومن بينها، يتمتع التخزين بالضخ بأكبر سعة. حيث يمثل 59.40٪. يأتي نمو السوق بشكل رئيسي من تخزين الطاقة الجديدة. وهذا يشمل بطاريات الليثيوم أيون وبطاريات الرصاص الحمضية والهواء المضغوط. ويبلغ إجمالي سعتها 34.51 جيجاوات. وهذه زيادة بنسبة 163.93٪ عن العام الماضي. في عام 2023، سيزداد تخزين الطاقة الجديدة في الصين بمقدار 21.44 جيجاوات، بزيادة سنوية قدرها 191.77٪. ويشمل تخزين الطاقة الجديدة بطاريات الليثيوم أيون والهواء المضغوط. وكلاهما لديه مئات من المشاريع المتصلة بالشبكة بمستوى ميغاواط.
بناءً على تخطيط وتنفيذ مشاريع تخزين الطاقة الجديدة، أصبح تخزين الطاقة الجديد في الصين واسع النطاق. في عام 2022، بلغ عدد المشاريع 1799 مشروعًا، منها ما هو مخطط له، أو قيد الإنشاء، أو قيد التشغيل. تبلغ سعتها الإجمالية حوالي 104.50 جيجاواط. معظم مشاريع تخزين الطاقة الجديدة قيد التشغيل هي مشاريع صغيرة ومتوسطة الحجم، بحجم أقل من 10 ميجاواط، وتمثل حوالي 61.98% من الإجمالي. أما مشاريع تخزين الطاقة قيد التخطيط والتنفيذ، فهي في الغالب مشاريع كبيرة، بحجم 10 ميجاواط فأكثر، وتمثل 75.73% من الإجمالي. هناك أكثر من 402 مشروعًا قيد التنفيذ بقدرة 100 ميجاواط، وهي تتمتع بالأسس والشروط اللازمة لتخزين الطاقة لشبكة الكهرباء.
وقت النشر: ٢٢ يوليو ٢٠٢٤