مترجم عن : ايميليانو بيليني ، مجلة الألواح الشمسي – 2022
ترجمة و تحرير: م. نهال اليماني (مهندسة طاقة متجددة).
مشروع بحثي انطلق من الإمارات العربية المتحدة للمقارنة التشغيلية لأداء كلا من نظام تخزين الطاقة بتقنية ضغط الهواء ، ونظام تخزين الطاقة عن طريق بطاريات حمض الرصاص. تمت المقارنة بين النظامين من حيث: استيعاب الطاقة المخزنة لكل متر مكعب ، و التكلفة، و العائد من حيث الوقت المستغرق لتعويض رأس المال. وجد الباحثون بأن الاستثمار في “نظم تخزين الطاقة القائم على تقنية ضغط الهواء” أفضل بكثير من الناحية الاقتصادية مقارنة بنظيره “نظم بطاريات الرصاص الحمضية” من ناحية انخفاض رأس المال ، والعوائد حيث يقدر الوقت اللازم لاسترداد رأس المال بعامين فقط .
قارن علماء جامعة الشارقة في الإمارات العربية المتحدة الأداء لأنظمة تخزين الطاقة بتقنية ضغط الهواء (CAES) وبطاريات حمض الرصاص التقليدية في إطار تجريبي فوجدوا بأن نظام تخزين الطاقة باستخدام ضغط الهواء سجل نتائج أفضل من حيث العمليات التشغيلية. و صرح الباحث المسؤول عن هذه التجربة (عبد الحي العلمي) لمجلة الألواح الشمسية بأن : «مفهوم CAES أو تخزين الطاقة بتقنية ضغط الهواء قابل للتطبيق على جميع المواقع لأنه يعتمد فقط في عملية التخزين على عدد من الخزانات أو الحاويات المدفونة تحت الأرض، و بالطبع ستزيد إنتاجية الخلايا الشمسية خصوصا في المواقع التي تتميز بالمناخات الحارة، أي أن الإشعاع الشمسي الساقط سيكون أكبر من غيره في مواقع أخرى ذات مناخ مختلف».
بناء على دراسة بعنوان «التقييم التجريبي لتخزين طاقة الهواء المضغوط كبديل محتمل للبطاريات الكهروكيميائية»، والتي نُشرت مؤخرًا في مجلة تخزين الطاقة، قامت المجموعة الإماراتية بتجربتها التطبيقية لوحدة تعمل باستخدام نظام تخزين الطاقة بتقنية ضغط الهواء CAES التي يفترض أن تعمل كمولد تكييف متصل بأحمال مختلفة عبر لوحة كهربائية.. حيث تمت مقارنة أدائها ببطارية 12 فولت، 70 أمبير ، مقدمة من شركة Incoe ومقرها الولايات المتحدة، والتي تم توصيلها عبر عاكس 600 واط من خلال دائرة انعكاس لنفس الحمل.
نظام CAES الذي تمت تجربته لقياس وقت التفريغ وجودة طاقة الإخراج يتكون من: محرك هوائي متصل بمولد AC من 3 أطوار ( 380 فولت و 5 أمبير)، كما احتوى النظام على مبادل حراري بسيط، عبارة عن حلقة أنبوب في حمام مائي بغرض التحكم في درجة حرارة الهواء، مما يؤثر على كثافة الهواء و بالتالي يوفر كفاءة أفضل للنظام.
تم قياس أداء تقنيتي التخزين (تقنية ضغط الهواء و تقنية البطاريات الكهروكيميائية) من حيث:
- الطاقة المخزنة لكل متر مكعب
- و التكاليف
- وفترة استرداد رأس المال
وأوضح فريق البحث أنه «من أجل تقييم أداء النظام، قاموا بوصل و تشغيل ثلاث أحمال: مروحة 6 واط، ومصباح 100 واط، ومثقب 250 واط». «تم أيضًا تنفيذ شرط عدم التحميل لتحديد السعة الكاملة للنظام ومقارنته بالحسابات النظرية من حيث الجهد ووقت التفريغ». كما تم تركيب خزانات كهربائية لتلقي كابلات التحميل من المولد من أجل التحقق من مدى ملاءمة نظام CAES للتطبيقات الصناعية، مشيرين إلى أنها « تشمل مقابس قياسية بناء على طور واحد وثلاث أطوار بألوان مختلفة، و تم تركيب النظام بشكل روعي فيه توفير الحماية للنظام من الصدمات الكهربائية الغير مرغوب بها، إضافة للحماية من تسرب الشحنات للأرض، وأخيراً تقوم اللوحة المغلفة بحماية النظام من الظروف البيئية المحيطة حسب الموقع». و أوضحوا أن جودة الطاقة التي ينتجها المحرك الهوائي للمولد ـ الذي يتم تنشيطه بدوره بواسطة الطاقة الحركية القادمة من أسطوانات التخزين الهوائية للنظام – عن طريق الحفاظ على التشغيل بالسرعة الدورانية المقدرة للمولد من أجل تلبية الحد الأدنى لجهد النواتج (يقاس بوحدات الفولت) و التردد التشغيلي (يقاس بوحدات اهتزاز لكل ثانية).
قدرت كفاءة النظام النظرية للشحن و التفريغ بنسبة 86.6٪. وأوضحت النتائج التجريبية بأن كفاءة طاقة النظام التطبيقية حوالي 60٪ و يمكن تشغيله لمدة 50 دقيقة تقريبًا. إن أهم العوامل الرئيسية لتعزيز كفاءة الشحن و التفريغ هي تخزين أكبر كمية من الهواء لضمان إدخال كميات متساوية الضغط إلى المحركات الهوائية، إضافة إلى التحكم في درجة حرارة الهواء، و ربط أكثر من خزان بالنظام وتشغيلها على التوالي أو معا في نفس الوقت، بجانب إضافة (محرك/مولد) هواء كوحدة واحدة للتغلب على الخسائر الميكانيكية. المحاكاة والتحكم عنصران مهمان جدا في تشغيل النظام، مما يسمح للمهندسين أو المشغلين بتغيير ضغط الهواء الداخل للنظام ليستوفي طلب الأحمال للطاقة المخزنة.. و هو عامل مهم آخر في تعزيز التشغيل و توسع النظام مستقبلا .
أما بالنسبة إلى الناحية الاقتصادية، فقد وجدوا بأن تقنية ضغط الهواء أجدى اقتصاديا، إضافة أن المساحة المطلوبة لتأسيس نظام التخزين المعتمد على ضغط الهواء ضئيلة مقارنة مع حاوية البطاريات المتصلة بوحدة تقسيم تكييف الهواء، مما يوفر في التكلفة و المساحة، و ستكون فترة استرداد رأس المال في هذه الحالة بين السنة أو السنتين تقريبا.
ختاما، يدرس فريق البحث حاليًا تطوير هذه التقنية كحل تجاري: «النظام متوافق جوهريًا مع مزارع الطاقة الشمسية المستقلة عن الشبكة، حيث يشحن الخزانات بضواغط هواء 100 بار بسعة حوالي 30 كيلو وات». و مع وجود الخزانات المدفونة تحت الأرض، فإن التحديات الفنية للنظام واضحة ، إنما يمكن التحكم فيها لتكون قابلة للتطبيق لتزويد المنشآت الصغيرة المستقلة عن الشبكة بالطاقة، كما يمكن استخدامها في شحن السيارات الكهربائية المستقلة عن الشبكة.
سؤال المحرر:
“برأيك ما مدى جدوى هذه التقنية كحل لتخزين الطاقة المتجددة فنيا و اقتصاديا؟”.
اكتب رأيك في التعليق، و نراكم في مقالات قادمة!
