مبدأ عمل تقنية تخزين الطاقة بالهواء المضغوط

استخدام الهواء المضغوط
ما هي الية عمل تخزين الطاقة بالهواء المضغوط؟ وما هي ايضا ابرز المشاكل؟
اعلان

تعد مشكلة التقطع في مصادر الطاقة المتجددة من المشاكل الأساسية التي تجعلها غير موثوقة في بعض الأحيان، ويعتبر إيجاد أدوات رخيصة وفعالة لتخزين الطاقة هو الحل الذي سيجعل من مصادرة الطاقة المتجددة تحل محل أي مصدر آخر للطاقة.

حاليًا هناك أدوات لتخزين الطاقة كالبطاريات على سبيل المثال التي تخزن الطاقة على شكل كهرباء، لكن بحسب المعطيات الحالية سيكون تخزين الطاقة على شكل هواء مضغوط أكثر فعالية عند الحاجة للتخزين لفترات طويلة أي تخزين موسمي، وسيغير هذا الأمر الكثير في واقع تقنيات الطاقة المتجددة.

حيث يهدف مشغلو شبكات الكهرباء إلى أن يكون ما ينتجونه من كهرباء مساوياً لاحتياجات عملائهم. واعتادت مؤسسات المرافق العامة على زيادة إنتاجها وقت الحاجة من محطات كهرباء تعمل بالغاز لسد الفارق بين المعروض والمطلوب، غير أنه في مقدور نظم تخزين الطاقة أداء تلك المهمة على نحو أسرع وأنظف. ونظراً لتزايد أهمية تخزين الطاقة توجهت شركات وحكومات نحو تمويل بحوث صناعة البطاريات والطاقة المائية والحدافات والهواء المضغوط.

غير أن الاهتمام باستخدام الهواء المضغوط بدأ يزيد باطراد. في نظام تخزين مثالي، كل ما يدخل من طاقة يمكن استخراجه لاحقاً، غير أنه حين يضغط الهواء فإن الشغل المبذول في الضغط يولد حرارة كأثر جانبي. وفي نظم التخزين القديمة كانت هذه الحرارة تفقد في الوسط المحيط بما يجعلها أقل كفاءة

تخزين الطاقة باستخدام الهواء المضغوط. آلية العمل وأبرز المشاكل!

هو عملية تجميع الهواء من الغلاف الجوي عن طريق ضواغط كهربائية وتخزينه بآلية مناسبة على شكل هواء مضغوط  (قد تكون اسطوانات هواء معدنية ضخمة)، وعند الحاجة الى طاقة يتم الاستفادة من ضغط الهواء المخزن لتشغيل مولدات طاقة كهربائية.

على سبيل المثال، توربينات الرياح ستقوم بإنتاج الكهرباء أو الطاقة عند هبوب الرياح لكن قد لا يكون هنالك حاجة لها، ولذلك من الضرورة أن تتواجد ادوات لكي يتم تخزين هذه الطاقة وضمان عدم ضياعها واستخدامها عند الطلب، وتتضمن تحويل طاقة الكهرباء الى هواء عالي الضغط الذي سيستخدم في وقت لاحق لإنتاج الكهرباء.

إقرا أيضاً: تخزين الطاقة الشمسية بواسطة الملح المذاب

وبشكل مختصر هو نقل الطاقة إلى خارج أوقات الذروة من أجل الفترات التي تكون شبكات الطاقة المتجددة بحاجة إلى تغذية لأجل القيام بوظيفتها.

مخطط يوضح آلية العمل
مخطط يوضح آلية العمل

آلية التخزين

يمكن تخزين الهواء المضغوط في اسطوانات معدنية أو بكهوف المياه الجوفية في باطن الأرض التي تمثل وسيلة جيدة لتخزين كميات كبيرة من الهواء المضغوط الذي سيحل محل مياه جوفية مالحة غير صالحة للشرب، حيث ان بعض هذه الكهوف تختزن بداخلها الغاز الطبيعي.

ووفقًا لاعتقاد بعض الباحثون في جامعة Edinburgh and Strathclyde، فإن إحدى الخطوات المهمة لعملية تخزين الطاقة على شكل هواء مضغوط هي تحديد الطبقات (طبقات المياه الجوفية المالحة) التي سيتم تخزين الطاقة بها، لذلك يجب البحث عن مناطق جغرافية مناسبة مثل منجم صخري أو ملحي، وفي تلك الطبقات سيحل الهواء المضغوط محل بعض الماء غير الصالح للشرب، وتعتبر هذه الطريقة مثالية لتخزين الطاقة وذات تكلفة معقولة.

أبرز المشاكل التقنية

  • المحافظة على ضغط مرتفع: وتدور المشكلة حول نسبة الضغط عند خروج الهواء المضغوط من الكهف، حيث تكون نسبة الضغط عليا في حال كان مليء ومنخفضة في حال كان فارغ تقريبا.
  • لا تعمل التقنية بشكل منفرد: فهي تقنية تتألف من عدة تقنيات فرعية أخرى حيث تتضمن الضواغط والمبادلات الحرارية وتصميم مخازن الهواء وتصميم المخازن الحرارية. وكل ذلك يتطلب هندسة دقيقة للحصول على نتائج صحيحة.
  • ليست الحل الأمثل لتخزين قصير الأمد: استخدام تقنية الهواء المضغوط ­سيتم تخزين الطاقة لكن ذلك يرافقها تكاليف عالية، وبالتالي هي اقتصادية في حالة تخزين الطاقة على فترات طويلة.
  • التحكم بالحرارة: للحصول على أفضل مردود يجب تأمين مصدر حرارة عند عملية توليد الكهرباء لزيادة الضغط وتوليد كميات أكبر من الكهرباء.
رسم توضيحي لآلية تخزين الهواء
رسم توضيحي لآلية تخزين الهواء

التكاليف

الشركات التي لديها خبرة في مجال CAES قليلة لذا يجب اعتبار أي تقديرات للتكلفة مؤقتة. ومع ذلك ، يبدو أنه خيار جذاب اقتصاديًا لتخزين الطاقة. وقد وضعت المقترحات خلال السنوات العشر الماضية أو نحو ذلك لمحطات CAES التقليدية في الولايات المتحدة تكاليف قدرها 400-900 دولار / كيلوواط تبعاً للحجم ونوع التخزين.

من الناحية العملية ، يفضل إجراء ترتيب مختلف قليلاً يكون أقرب إلى تصميم التوربين الغازي. يتم فيه استخدام ضاغط توربيني بالغاز الدوار لضغط الهواء الذي يتم تخزينه بعد ذلك في امكنة التخزين.

إقرأ أيضاً: تخزين وإنتاج الطاقة الكهربائية من خلال الرمال!

عندما تكون هنالك حاجة الى توليد الكهرباء ، يتم استخراج الهواء المضغوط مرة أخرى ويتم تغذيته إلى غرفة احتراق حيث يتم مزجه بالوقود وإشعاله ، مما يؤدي إلى توليد سائل ديناميكي حراري درجة حرارته أعلى وضغطه أعلى يستخدم بعد ذلك في قيادة التوربين في المحطة.

بما أن المحطة التي تعمل بهذه الطريقة يتطلب غازًا طبيعيًا أو وقودًا آخر ، فلا يمكن اعتبارهذا النظام نظام تخزين طاقة مباشر. ومع ذلك ، يبدو أن اقتصاديات طريقة التشغيل هذه هي الأكثر جاذبية.
ونظرا لمحدودية اوقات التشغيل خلال اليوم تعتبر التوربينات في محطات CAES أصغر نسبيًا من التوربينات الغازية التقليدية ذات قدرة التوليد المماثلة.

السابق
هيفاء وهبي محاصرة في القضاء لإثبات زواجها من مدير أعمالها!
التالي
«الداخلية» تنسف كلام وزير الصحة: غرامة مالية بحق كل من لا يضع كمامة!