التبريد بالرياح أم التبريد بالسوائل؟ الخيار الأمثل لأنظمة تخزين الطاقة

تُعدّ تقنية تبديد الحرارة أساسيةً في تصميم واستخدام أنظمة تخزين الطاقة. فهي تضمن استقرار عمل النظام. يُعدّ التبريد الهوائي والتبريد السائل أكثر طريقتين شيوعًا لتبديد الحرارة. ما الفرق بينهما؟

الفرق الأول: مبادئ مختلفة لتبديد الحرارة

يعتمد تبريد الهواء على تدفق الهواء لسحب الحرارة وخفض درجة حرارة سطح المعدات. تؤثر درجة الحرارة المحيطة وتدفق الهواء على تبديد الحرارة. يتطلب تبريد الهواء وجود فجوة بين أجزاء المعدات لقناة الهواء. لذلك، غالبًا ما تكون معدات تبديد الحرارة المبردة بالهواء كبيرة. كما تحتاج القناة إلى تبادل الحرارة مع الهواء الخارجي، مما يعني أن المبنى لا يتمتع بحماية قوية.

التبريد السائل يُبرّد عن طريق تدوير السائل. يجب أن تلامس الأجزاء المُولّدة للحرارة المشتت الحراري. يجب أن يكون أحد جانبي جهاز تبديد الحرارة على الأقل مستويًا ومنتظمًا. ينقل التبريد السائل الحرارة إلى الخارج عبر المبرد السائل. يحتوي الجهاز نفسه على سائل، مما يُتيح له تحقيق مستوى حماية عالٍ.

الفرق الثاني: السيناريوهات المختلفة القابلة للتطبيق تظل كما هي.

يُستخدم التبريد الهوائي على نطاق واسع في أنظمة تخزين الطاقة. تتوفر هذه الأنظمة بأحجام وأنواع متعددة، وخاصةً للاستخدام الخارجي. وهو الآن أكثر تقنيات التبريد استخدامًا. تستخدمه أنظمة التبريد الصناعية. كما يُستخدم في محطات الاتصالات الأساسية، ومراكز البيانات، والتحكم في درجة الحرارة. وقد أثبتت كفاءته التقنية وموثوقيته على نطاق واسع. وينطبق هذا بشكل خاص على مستويات الطاقة المتوسطة والمنخفضة، حيث لا يزال التبريد الهوائي هو السائد.

يُعد التبريد السائل أكثر ملاءمةً لمشاريع تخزين الطاقة واسعة النطاق. يكون التبريد السائل مثاليًا عندما تكون كثافة طاقة البطارية عالية، كما أنه مناسب عند الشحن والتفريغ السريع، وكذلك عند تغير درجة الحرارة بشكل كبير.

الفرق 3: تأثيرات مختلفة لتبديد الحرارة

يتأثر تبديد الحرارة في نظام التبريد الهوائي بسهولة بالبيئة الخارجية، بما في ذلك درجة الحرارة المحيطة وتدفق الهواء. لذلك، قد لا يلبي متطلبات تبديد الحرارة للمعدات عالية الطاقة. يتميز التبريد السائل بتبديد الحرارة بشكل أفضل، إذ يتحكم في درجة الحرارة الداخلية للمعدات بشكل جيد، مما يُحسّن استقرارها ويطيل عمرها الافتراضي.

الفرق الرابع: لا يزال التعقيد في التصميم قائما.

تبريد الهواء بسيط وسهل الاستخدام. يتضمن بشكل أساسي تركيب مروحة التبريد وتصميم مسار الهواء. ويرتكز تصميمه على تصميم مكيف الهواء وقنوات الهواء، ويهدف إلى تحقيق تبادل حراري فعال.

تصميم التبريد السائل أكثر تعقيدًا، إذ يتكون من عدة أجزاء، منها تصميم نظام السائل، واختيار المضخة، وتدفق سائل التبريد، والعناية بالنظام.

الفرق 5: تكاليف مختلفة ومتطلبات الصيانة.

تكلفة الاستثمار الأولية لتبريد الهواء منخفضة، وصيانته بسيطة. مع ذلك، لا يصل مستوى الحماية إلى IP65 أو أعلى. قد يتراكم الغبار داخل الجهاز، مما يتطلب تنظيفًا دوريًا ويزيد من تكاليف الصيانة.

التبريد السائل ذو تكلفة أولية عالية، ويحتاج نظامه إلى صيانة. ومع ذلك، بفضل عزل السوائل في الجهاز، تزداد سلامته. سائل التبريد متقلب، ويحتاج إلى فحص وإعادة تعبئة بانتظام.

الفرق 6: يظل استهلاك الطاقة التشغيلية المختلفة دون تغيير.

يختلف استهلاك الطاقة بين النظامين. يشمل التبريد الهوائي بشكل رئيسي استهلاك الطاقة لتكييف الهواء، بالإضافة إلى استخدام مراوح المستودعات الكهربائية. أما التبريد السائل، فيشمل بشكل رئيسي استهلاك الطاقة لوحدات التبريد السائل، بالإضافة إلى مراوح المستودعات الكهربائية. عادةً ما يكون استهلاك الطاقة لتبريد الهواء أقل من استهلاك التبريد السائل، وذلك في حال توافر نفس الظروف والحفاظ على نفس درجة الحرارة.

الفرق 7: متطلبات المساحة المختلفة

قد يشغل التبريد الهوائي مساحة أكبر نظرًا لحاجته إلى تركيب مراوح ومشعات. أما مشع التبريد السائل، فهو أصغر حجمًا، ويمكن تصميمه بشكل أكثر إحكامًا، ما يعني أنه يحتاج إلى مساحة أقل. على سبيل المثال، نظام تخزين الطاقة KSTAR بقدرة 125 كيلوواط/233 كيلوواط/ساعة مُصمم للشركات والقطاع الصناعي. يستخدم نظام التبريد السائل ويتميز بتصميم متكامل للغاية، ويغطي مساحة 1.3 متر مربع فقط، مما يوفر المساحة.

باختصار، لكلٍّ من التبريد الهوائي والتبريد السائل إيجابيات وسلبيات. وينطبق هذان الخياران على أنظمة تخزين الطاقة. علينا تحديد أيّهما نستخدم. يعتمد هذا الاختيار على التطبيق والاحتياجات. إذا كانت التكلفة وكفاءة الحرارة عاملين أساسيين، فقد يكون التبريد السائل أفضل. ولكن، إذا كنت تُقدّر سهولة الصيانة والتكيف، فإن التبريد الهوائي أفضل. بالطبع، يمكن أيضًا الجمع بينهما حسب الحالة، مما يُحسّن تبديد الحرارة.