ذخیره انرژی شبکه

از ویکی‌پدیا، دانشنامهٔ آزاد
شبکه برق ساده شده همراه با ذخیره انرژی
جریان انرژی شبکه ساده شده با و بدون ذخیره‌سازی ایده‌آل انرژی برای مدت یک شبانه روز

ذخیره‌سازی انرژی شبکه (که به آن ذخیره انرژی در مقیاس بزرگ نیز گفته می‌شود)، مجموعه ای از روش‌هایی است که برای ذخیره انرژی در مقیاس بزرگ در یک شبکه برق الکتریکی، استفاده می‌شود. انرژی الکتریکی در مواقعی که تولید برق فراوان و ارزان است (به ویژه از منابع انرژی متناوب مانند برق تجدیدپذیر از نیروی باد، نیروی جزر و مد و انرژی خورشیدی)، یا زمانی که تقاضای مصرف برق کم است، ذخیره می‌شود و بعداً زمانی که تقاضا افزایش یابد، به شبکه برق بازگردانده می‌شود.

از سال ۲۰۲۰، بزرگ‌ترین شکل ذخیره‌سازی انرژی شبکه، شامل احداث سد و نیروگاه‌های برق آبی و همین‌طور نیروگاه‌های برق آبی با ذخیره پمپ بوده‌است.[۱][۲]

پیشرفت‌ها در ذخیره‌سازی انرژی با باتری، پروژه‌های تجاری را قادر می‌سازد تا انرژی را در زمان اوج تولید، ذخیره کرده و در زمان اوج تقاضا یا زمانی که تولید به‌طور غیرمنتظره کاهش می‌یابد، آزاد کنند تا به این ترتیب زمان لازم را برای پاسخ منابع انرژی کندتر فراهم کند.

هیدروژن سبز، که از الکترولیز آب با کمک الکتریسیته حاصل از منابع تجدیدپذیر یا منابع انرژی منتشر کننده کم کربن، تولید می‌شود، از دید هزینه‌های سرمایه‌گذاری، ابزاری مقرون‌به‌صرفه‌تر برای ذخیره‌سازی انرژی تجدیدپذیر به صورت طولانی مدت تر نسبت به منابع برق آبی یا باتری یا تلمبه ذخیره ای است.[۳][۴]

دو جایگزین برای ذخیره‌سازی شبکه، استفاده از نیروگاه‌های اوج مصرف (نیروگاه قله ای)، برای پر کردن شکاف‌های عرضه و تقاضا و انتقال بار مصرفی به زمان‌های دیگر شبانه روز است.

مزایا[ویرایش]

بایستی هر شبکه برق میزان تولید برق را با مصرف آن مطابقت دهد که هر دو آن‌ها در طول زمان به شدت با یکدیگر متفاوت هستند.

هر ترکیبی از ذخیره انرژی و پاسخ به تقاضای مصرف، دارای مزایای زیر است:

  • نیروگاه‌های مبتنی بر سوخت (مثل زغال سنگ، نفت، گاز، هسته ای) می‌توانند کارآمدتر و آسان‌تر در سطوح تولید ثابت برق کار کنند.
  • الکتریسیته تولید شده توسط منابع انرژی مقطعی (مثل خورشیدی و بادی) را می‌توان ذخیره و سپس در مواقع افزایش تقاضا استفاده کرد، در غیر این صورت باید انرژی تولیدی را برای فروش به جای دیگری منتقل یا آن منبع را خاموش کرد.
  • اوج تولید یا ظرفیت انتقال برق را می‌توان با پتانسیل کل ذخیره‌سازی به اضافه بارهای مصرفی قابل تعویق، کاهش داد تا تقاضا مدیریت شده و در هزینه‌ها صرفه جویی می‌شود.
  • قیمت گذاری با ثبات تر شده و هزینه ذخیره‌سازی یا مدیریت تقاضا در قیمت گذاری گنجانده می‌شود؛ بنابراین تغییرات کمتری در نرخ برق مصرفی از مشتریان دریافت می‌شود. هم چنین اگر نرخ‌ها طبق قانون ثابت نگه داشته می‌شوند، در این صورت ضرر کمتری هم برای شرکت‌های تولید برق، ناشی از عمده فروشی گران در اوقات اوج مصرف وجود خواهد داشت.
  • آمادگی اضطراری شبکه بیشتر خواهد شد و نیازهای ضروری را می‌توان به‌طور قابل اعتماد، حتی بدون انتقال یا تولید، در حالی که نیازهای غیر ضروری به تعویق افتاده‌است، برآورده کرد.

انرژی حاصل از منابع خورشیدی، جزر و مدی و باد، به‌طور ذاتی در مقیاس‌های زمانی دقیقه تا چندهفته متغیر است. مقدار برق تولیدی با توجه به زمان روز، دوره ماه، فصل و عوامل تصادفی مانند آب و هوا، متفاوت است؛ بنابراین، انرژی‌های تجدیدپذیر در غیاب ذخیره‌سازی، چالش‌های ویژه‌ای را برای شرکت‌های برق ایجاد می‌کنند. با وجود این که اتصال بسیاری منابع انرژی بادی مجزا به یکدیگر می‌تواند تغییرات کلی انرژی تولیدی را کاهش دهد، اما در مورد خورشیدی چنین نیست و به‌طور قطعی در اوقات شب در دسترس نیست. هم چنین نیروی جزر و مدی با موقعیت ماه جابجا می‌شود و بنابراین جزر و مد، چهار بار در شبانه روز رخ می‌دهد.

میزان تأثیر این امر برای هر یک از تأسیسات تولید برق به‌طور قابل توجهی متفاوت است. در تأسیسات اوج مصرف تابستانی، انرژی خورشیدی بیشتری جذب شده که با تقاضا مطابقت دارد. در تأسیسات اوج مصرف زمستانی (البته به میزان کمتری)، انرژی تولیدی از باد با تقاضای مصرفی گرمایش مرتبط است و می‌توان از آن برای تأمین این تقاضا استفاده کرد. بسته به این عوامل، فراتر از حدود ۲۰ تا ۴۰ درصد از کل تولید، منابع انرژی تجدید پذیر متصل به شبکه مانند انرژی خورشیدی و نیروی باد، به سرمایه‌گذاری در ارتباطات با شبکه، ذخیره انرژی شبکه یا مدیریت تقاضا نیاز دارند.

در یک شبکه برق فاقد ذخیره‌سازی انرژی، تولیدی که به انرژی سوخت (زغال‌سنگ، زیست توده، گاز طبیعی، هسته‌ای) متکی است، باید برای تطابق با افزایش و کاهش تولید برق از منابع انرژی متغیر، افزایش یا کاهش یابد. در حالی که نیروگاه‌های برق آبی و گاز طبیعی را می‌توان به سرعت برای پیروی از بار مصرفی افزایش و کاهش داد اما در نیروگاه‌های زغال سنگ و هسته ای، زمان قابل توجهی برای پاسخ به بار نیاز دارند؛ بنابراین در شبکه ای که تأسیسات تولید برق با گاز طبیعی یا نیروگاه برق آبی کمتری دارند، بیشتر به مدیریت تقاضا، ارتباطات با شبکه یا تلمبه ذخیره ای وابسته هستند.

شرکت مشاوره فرانسوی توسعه یول (Yole Développement) تخمین زده بود که بازار «ذخیره‌سازی ثابت» تا سال ۲۰۲۳، به یک فرصت ۱۳٫۵ میلیارد دلاری تبدیل شود، در حالی که در سال ۲۰۱۵ کمتر از یک میلیارد دلار بود.[۵]

مدیریت تقاضای مصرف و ذخیره‌سازی شبکه[ویرایش]

درکی از واحدهای تولیدی برق و مقیاس اثرگذاری در تولید و مصرف انرژی الکتریکی

در سمت تقاضا (مصرف‌کننده) نیز می‌توان برق را از شبکه ذخیره کرد. به عنوان مثال باتری وسیله نقلیه برقی در زمان شارژ، انرژی را برای آن وسیله نقلیه ذخیره می‌کند یا انرژی در ذخیره‌سازهای حرارتی برای گرمایش و سرمایش ساختمان‌ها ذخیره می‌شود.[۶] در حال حاضر این ذخیره‌سازی فقط برای انتقال مصرف به زمان کم پیک روز کار می‌کند و در عمل هیچ انرژی الکتریکی به شبکه برق بازگردانده نمی‌شود.

نیاز به ذخیره‌سازی شبکه به منظور تأمین توان در اوقات اوج مصرف با قیمت گذاری پویا در سمت تقاضا، کاهش می‌یابد که یکی از مزایای کنتورهای هوشمند است. در سطح خانگی، مصرف‌کنندگان ممکن است زمان‌های کم‌هزینه‌تری را برای شستن و خشک کردن لباس‌ها، استفاده از ماشین ظرفشویی، دوش گرفتن و آشپزی انتخاب کنند. همچنین، کاربران تجاری و صنعتی، با به تعویق انداختن برخی فرایندها به زمان‌های غیر اوج مصرف، از صرفه‌جویی در هزینه‌ها استفاده خواهند کرد.

اثرات منطقه‌ای ناشی از عملکرد غیرقابل پیش‌بینی نیروی بادی، نیاز جدیدی را برای پاسخگویی تعاملی بار ایجاد کرده‌است که در آن تولیدکننده با مصرف‌کننده ارتباط برقرار می‌کند. از نظر تاریخی این موضوع تنها با همکاری مصرف‌کنندگان صنعتی بزرگ انجام می‌شد، اما اکنون می‌تواند به کل شبکه‌ها گسترش یابد.[۷] به عنوان مثال، چند پروژه در اروپا در مقیاس بزرگ، تغییرات در نیروی باد را به تغییر بار فریزرهای صنعتی مواد غذایی مرتبط می‌کند که تأثیر جزئی در تغییرات دمای آن‌ها دارد. اگر شبکه ارتباطی در مقیاس گسترده برقرار شود، تغییرات جزئی در دمای سیستم‌های گرمایش/سرمایش، به شکل فوری مصرف را در سراسر شبکه تغییر می‌دهد.

گزارشی که در دسامبر ۲۰۱۳ توسط وزارت انرژی ایالات متحده منتشر شد، مزایای بالقوه ذخیره‌سازی انرژی و فن‌آوری‌های جانبی تقاضا در شبکه برق را بیشتر توضیح می‌دهد: «مدرن سازی سیستم الکتریکی به کشور کمک می‌کند تا با چالش‌های برآوردن نیازهای انرژی پیش‌بینی‌شده، از جمله با کاهش تغییرات آب و هوایی و با ادغام بیشتر انرژی از منابع تجدیدپذیر و افزایش کارایی از فرآیندهای انرژی تجدید ناپذیر، مقابله کند. پیشرفت در شبکه برق باید از یک سیستم کارآمد و انعطاف‌پذیر در تحویل برق حمایت کند و ذخیره انرژی می‌تواند با بهبود عملکرد آن، نقش مهمی در رفع این چالش‌ها با افزایش قابلیت‌های شبکه، کاهش هزینه و بالا بردن قابلیت اطمینان و همچنین به تعویق انداختن و کاهش سرمایه‌گذاری‌های زیرساختی، ایفا کند. در نهایت، ذخیره‌سازی انرژی به دلیل توانایی آن در ارائه توان پشتیبان و همچنین خدمات تثبیت کننده شبکه، می‌تواند برای آمادگی اضطراری مفید باشد.[۸] این گزارش توسط یک گروه اصلی از توسعه دهندگان به نمایندگی از دفتر تحویل برق و قابلیت اطمینان انرژی، ARPA-E، دفتر بهره‌وری انرژی و انرژی‌های تجدیدپذیر، آزمایشگاه‌های ملی ساندیا و آزمایشگاه ملی شمال غرب اقیانوس آرام نوشته شده‌است که همگی درگیر توسعه ذخیره انرژی شبکه هستند.[۸]

ذخیره انرژی برای کاربردهای شبکه[ویرایش]

دارایی‌های مرتبط با ذخیره انرژی یک دارایی با ارزش برای شبکه برق است.[۹] آن‌ها می‌توانند مزایا و خدماتی مانند مدیریت بار، کیفیت برق و تغذیه بدون وقفه را برای افزایش کارایی و امنیت در عرضه برق، ارائه دهند. این امر با توجه به گذار انرژی و نیاز به یک سیستم انرژی کارآمدتر و پایدار بیشتر اهمیت می‌یابد.

فن‌آوری‌های ذخیره‌سازی انرژی متعددی (نیروگاه تلمبه ذخیره ای، باتری الکتریکی، باتری جریان، ذخیره‌سازی انرژی چرخ طیار، ابرخازن و غیره) برای کاربردهای مقیاس شبکه مناسب هستند، با این حال ویژگی‌های آن‌ها متفاوت است. به عنوان مثال، یک نیروگاه تلمبه ذخیره ای به دلیل ظرفیت و توان زیاد، برای کاربردهای مدیریت بار مصرفی عمده مناسب است. با این حال، مکان مناسب برای احداث آن‌ها محدود است و در حفظ کیفیت توان تولیدی ضعیف هستند. از سوی دیگر، چرخ‌های طیار (فلایویل‌ها) و خازن‌ها در حفظ کیفیت توان بسیار مؤثر هستند اما فاقد ظرفیت ذخیره‌سازی برای استفاده در کاربردهای بزرگتر هستند. این محدودیت‌ها یک محدودیت طبیعی برای کاربردهای ذخیره‌سازی هستند.

مطالعات متعددی مورد توجه قرار گرفته‌اند و مناسب بودن یا انتخاب بهینه‌ترین سیستم ذخیره انرژی برای کاربردهای خاص را بررسی کرده‌اند. تحقیقات منتشر شده شامل اطلاعات زیادی از آخرین پیشرفت‌ها و کاربردهای ذخیره‌سازی بر اساس پروژه‌های موجود و مقایسه آن‌ها است.[۱۰][۱۱] مطالعات دیگری در ارزیابی ذخیره انرژی قدمی فراتر برداشته و آنها را بر اساس تحلیل تصمیم‌گیری چند معیاره نسبت به هم رتبه‌بندی می‌کنند.[۱۲] مقاله دیگری یک طرح ارزیابی را از طریق بررسی و مدل‌سازی ذخیره‌سازی به عنوان مدارهای معادل پیشنهاد کرد.[۱۳][۱۴] یک رویکرد شاخص نیز در چند مطالعه پیشنهاد شده که هنوز در مراحل اولیه است.[۱۵] به منظور افزایش پتانسیل اقتصادی سیستم‌های ذخیره‌سازی انرژی متصل به شبکه، بایستی سبدی با چندین سرویس مختلف برای یک یا چند کاربرد سیستم ذخیره‌سازی انرژی مورد توجه باشد. با انجام این کار، می‌توان چندین جریان درآمدی را با یک سیستم ذخیره‌سازی واحد به دست آورد و در نتیجه میزان به‌کارگیری را نیز افزایش داد.[۱۶] دو مثال در این خصوص، ترکیبی از پاسخ فرکانسی و خدمات ذخیره‌سازی[۱۷] مورد بررسی قرار گرفته‌است، در حالی که هموار سازی توان با پیک بار مصرفی همزمان در نظر گرفته شده‌است.[۱۸]

روش‌ها[ویرایش]

هوا[ویرایش]

هوای فشرده[ویرایش]

یکی از روش‌های ذخیره‌سازی انرژی شبکه، استفاده از برق در شرایط غیر پیک یا از منابع تجدیدپذیر برای فشرده‌سازی هوا است که معمولاً در یک معدن قدیمی یا برخی عوارض زمین‌شناسی دیگر ذخیره می‌شود. هنگامی که تقاضای برق زیاد است، هوای فشرده با استفاده از مقدار کمی سوخت گاز طبیعی گرم شده و سپس از طریق توربو اکسپندرها برای تولید برق به کار گرفته می‌شود.[۱۹]

بازدهی سیستم ذخیره‌سازی هوای فشرده، معمولاً حدود ۶۰ تا ۹۰ درصد است.[۲۰]

هوای مایع[ویرایش]

یکی دیگر از روش‌های ذخیره‌سازی برق، فشرده کردن و خنک کردن هوا برای تبدیل آن به هوای مایع است،[۲۱] که می‌توان آن را ذخیره کرد و در صورت نیاز برای چرخاندن توربین، تولید برق، با راندمان ذخیره‌سازی تا ۷۰٪ استفاده کرد.[۲۲]

در شمال انگلستان یک نیروگاه تجاری با ذخیره‌سازی انرژی هوای مایع در حال ساخت است،[۲۳][۲۴][۲۵][۲۶] که بهره‌برداری از آن در سال ۲۰۲۲ برنامه‌ریزی شده بود.[۲۷] ظرفیت ذخیره انرژی ۲۵۰ مگاوات ساعتی این نیروگاه تقریباً دو برابر ظرفیت بزرگ‌ترین باتری لیتیوم یونی موجود در جهان به نام هورنزدیل (Hornsdale Power Reserve) در استرالیای جنوبی خواهد بود.[۲۸]

دی‌اکسید کربن فشرده[ویرایش]

دی‌اکسید کربن را می‌توان برای ذخیره انرژی در مقیاس شبکه، فشرده کرد. این گاز به خوبی برای این نقش مناسب است، زیرا برخلاف هوا، در دمای محیط تبدیل به مایع می‌شود. دی اکسیر کربن مایع را می‌توان به‌طور نامحدود در سیلندرهای فشار بالا، ذخیره کرد تا در مواقع نیاز استفاده شود.[۲۹][۳۰]

حامی اصلی این فناوری، شرکت نوپای گنبد انرژی (Energy Dome) است که در سال ۲۰۲۲ یک نیروگاه آزمایشی ۲٫۵ مگاوات/۴ مگاوات-ساعتی در ساردینیا ساخت. این شرکت ادعا می‌کند که راندمان رفت و برگشت، ۷۵ درصد و هزینه پیش‌بینی شده ۲۲۰ یورو در هر کیلووات-ساعت ظرفیت ذخیره‌سازی است که نصف باتری‌های لیتیوم یونی است.[۳۱][۳۲][۳۳]

باتری‌ها[ویرایش]

یک نیروگاه ۹۰۰ واتی برای روشنایی با جریان مستقیم و با استفاده از ۱۶ سلول باتری سربی ۳۲ ولت در سال ۱۹۱۷.
قیمت باتری‌های لیتیوم در سه دهه ۹۷ درصد کاهش یافت.[۳۴][۳۵]

از همان روزهای اول استفاده از برق جریان مستقیم، ذخیره‌سازی با باتری استفاده می‌شد. در جاهایی که برق شبکه جریان متناوب (AC) به راحتی در دسترس نبود، نیروگاه‌های منفرد به منظور روشنایی که توسط توربین‌های بادی یا موتورهای احتراق داخلی کار می‌کردند، مصارف روشنایی و انرژی لازم را برای موتورهای کوچک فراهم می‌کردند. از سیستم باتری می‌شد برای باردهی، بدون روشن کردن موتور یا در زمان سکون هوا استفاده کرد. مجموعه ای از باتری‌های سرب اسیدی، در ظروف شیشه ای برای ذخیره انرژِی استفاده می‌شد. بازدهی فن‌آوری ذخیره‌سازی باتری معمولاً بین ۸۰ تا بیش از ۹۰ درصد برای دستگاه‌های لیتیوم یونی جدید است.[۳۶][۳۷]

سیستم‌های باتری متصل به مبدل‌های بزرگ حالت جامد، برای تثبیت شبکه‌های توزیع برق استفاده شده‌است. برخی از باتری‌های شبکه برای هموارسازی برق تامین‌شده در خروجی منابع بادی یا خورشیدی یا برای جابجایی زمان تولید به ساعات دیگری از روز که نیروگاه تجدیدپذیر نمی‌تواند برق تولید کند، در نیروگاه‌های انرژی تجدیدپذیر قرار می‌گیرند. این سیستم‌های هیبریدی (تولید و ذخیره‌سازی) می‌توانند فشار وارد بر شبکه را هنگام اتصال منابع تجدیدپذیر کاهش دهند یا برای رسیدن به خودکفایی و کار به صورت «خارج از شبکه» استفاده شوند.

برخلاف کاربری خودروهای الکتریکی، باتری‌های ذخیره‌سازی ثابت از دید وزن و فضا محدودیت ندارند. با این حال، با توجه به مقادیر زیاد انرژی و توان، هزینه ذخیره‌سازی به ازای واحد توان یا انرژی اهمیت پیدا می‌کند. معیارهای مربوطه برای ارزیابی به یک فناوری برای ذخیره‌سازی در مقیاس شبکه، به جای وات-ساعت بر کیلوگرم (Wh/kg) (یا وات بر کیلوگرم W/kg) بر حسب هزینه و به صورت وات-ساعت بر دلار (یا وات بر دلار $/W) مورد توجه قرار می‌گیرد. ذخیره‌سازی الکتروشیمیایی در قالب شبکه، به لطف توسعه وسایل نقلیه الکتریکی امکان‌پذیر شده‌است که باعث کاهش سریع هزینه‌های تولید باتری‌های زیر ۳۰۰ دلار در کیلووات-ساعت شد.

صنایع بزرگ قصد داشتند تا پایان سال ۲۰۲۰، با بهینه‌سازی زنجیره تولید به ۱۵۰ دلار در هر کیلووات ساعت برسند، اما در عمل به ۱۴۰ دلار در هر کیلووات ساعت رسیدند. نرخ کاهش قیمت باتری به‌طور مداوم از بیشتر از اکثر تخمین‌ها بوده‌است و در سال ۲۰۲۱ به ۱۳۲ دلار در هر کیلووات ساعت رسید.[۳۸] این باتری‌ها متکی به فناوری لیتیوم یون هستند که هزینه و چگالی انرژی بالایی داشته و برای کاربری‌های نیازمند قابلیت جابجایی مناسب است. فن‌آوری‌های بهینه‌سازی شده برای شبکه باید بر هزینه کم در هر کیلووات ساعت تمرکز کنند. باتری‌های لیتیوم فسفات آهن، به دلیل هزینه کم، مقیاس و چگالی انرژی قابل قبول برای بسیاری از کاربردها، به‌طور فزاینده ای در وسایل نقلیه و ذخیره‌سازی شبکه استفاده می‌شوند.[۳۹]

فن آوری‌های باتری مبتنی بر شبکه[ویرایش]

باتری‌های سدیم جایگزین ارزان و پایداری برای لیتیوم هستند، زیرا سدیم بسیار فراوان‌تر و ارزان‌تر از لیتیوم است، اما در عین حال چگالی توان کمتری دارد. با این حال، آن‌ها هنوز در مراحل اولیه توسعه خود هستند.

فن‌آوری‌های خودرو محور بر الکترودهای جامد تکیه دارند که دارای چگالی انرژی بالایی هستند اما نیاز به فرایند تولید گران‌قیمت تری دارند. الکترودهای مایع جایگزین ارزان‌تر ولی کم‌تراکم‌تر هستند زیرا نیازی به پردازش ندارند.

باتری‌های نمک مذاب/فلز مایع[ویرایش]

این باتری‌ها از دو آلیاژ فلز مذاب تشکیل شده‌اند که توسط یک الکترولیت از هم جدا شده‌اند. ساخت آنها ساده است اما برای نگهداری آلیاژها در حالت مایع به دمای چند صد درجه سانتیگراد نیاز دارند. این فناوری شامل باتری نمک مذاب (ZEBRA)، باتری‌های سدیم گوگرد و فلز مایع است.[۴۰] باتری‌های سدیم گوگرد برای ذخیره‌سازی شبکه ای در ژاپن و ایالات متحده استفاده می‌شود.[۴۱] الکترولیت از آلومینا بتا جامد تشکیل شده‌است. باتری فلزی مایع که توسط گروه پروفسور دونالد سادووی توسعه داده شد، از آلیاژهای مذاب منیزیم و آنتیموان در آن استفاده می‌شود که توسط یک نمک مذاب عایق الکتریکی جدا شده‌اند. این فن آوری توسط شرکت امبری (MIT Ambri) به بازار آورده شده‌است، که در حال حاضر قرارداد نصب اولین سیستم ۲۵۰ مگاوات ساعتی برای شرکت مرکز داده ترا اسکیل (TerraScale) در نزدیکی رنو، نوادا بسته شده‌است.[۴۲][۴۳]

باتری‌های جریانی[ویرایش]

در باتری‌های جریان قابل شارژ، محلولی از یون‌های فلزات واسط در آب در دمای اتاق وجود دارد که انرژی را در آن ذخیره می‌کنند. باتری‌های جریان دارای مزایای هزینه سرمایه‌گذاری پایین برای زمان شارژ-دشارژ بیش از ۲–۴ ساعته و دوام چندین ساله هستند. باتری‌های جریانی از نظر بازده تبدیل انرژی نسبت به باتری‌های لیتیوم یونی پایین‌تر هستند.[۴۴] باتری‌های جریان در حال حاضر برای ذخیره انرژی از منابع تجدیدپذیر مانند باد و خورشید استفاده می‌شوند.[۴۵]

باتری‌های کاهش اکسایش وانادیوم از پیشرفته‌ترین نوع باتری‌های جریان از نظر فنی و تجاری هستند.[۴۶][۴۷] در حال حاضر ده‌ها باتری وانادیومی در سایت‌های مختلف نصب شده‌اند، از جمله: مزرعه بادی هاکسلی هیل (استرالیا)، تپه‌های بادی توماری در هوکایدو (ژاپن) و همچنین در کاربردهای مزرعه‌های غیر بادی. ضمن این که قرار بود یک باتری جریان ۱۲ مگاوات ساعتی در مزرعه بادی Sorne Hill (ایرلند) نصب شود.[۴۸] این سیستم‌های ذخیره‌سازی برای هموارسازی نوسانات گذرای باد طراحی شده‌اند.

مثال‌ها[ویرایش]

یک سیستم در پورتوریکو با ظرفیت ۲۰ مگاوات به مدت ۱۵ دقیق فرکانس برق تولیدی در یک جزیره را تثبیت کرد.

در یک مورد دیگر در سال ۲۰۰۳، یک بانک باتری نیکل کادمیوم با ظرفیت ۲۷ مگاوات در مدت ۱۵ دقیقه در فیربنکس آلاسکا، در انتهای یک خط انتقال برای تثبیت ولتاژ استفاده شد.[۴۹]

در سال ۲۰۱۴، پروژه ذخیره انرژی تهاچاپی (Tehachapi) توسط شرکت ادیسون کالیفرنیای جنوبی راه اندازی شد.[۵۰]

در سال ۲۰۱۶، یک باتری یون روی برای استفاده در ذخیره‌سازی شبکه پیشنهاد شد.[۵۱]

در سال ۲۰۱۷، کمیسیون خدمات عمومی کالیفرنیا، تعداد ۳۹۶ پشته باتری تسلا به اندازه یخچال را در پست میرا لوما در انتاریو، کالیفرنیا نصب کرد. هر پشته در دو ماژول هر کدام ۱۰ مگاوت (در مجموع ۲۰ مگاوات) مستقر شده بودند که هر کدام قادر به کار به مدت ۴ ساعت هستند، بنابراین ظرفیت آن به ۸۰ مگاوات ساعت می‌رسید. ظرفیت ذخیره‌سازی این آرایه قادر است برق ۱۵۰۰۰ خانه را برای بیش از چهار ساعت تأمین کند.[۵۲]

بزرگ‌ترین باتری‌های ذخیره‌سازی شبکه ای در ایالات متحده شامل سیستم باتری ۳۱٫۵ مگاواتی در نیروگاه گرند ریج در ایلینوی و ۳۱٫۵ مگاواتی در بیچ ریج، ویرجینیای غربی است.[۵۳] در سال ۲۰۱۵، دو سیستم ذخیره‌سازی باتری در حال ساخت وجود داشت که شامل ۴۰۰ مگاوات ساعت (۱۰۰ مگاوات به مدت ۴ ساعت) می‌شد. پروژه ادیسون کالیفرنیای جنوبی و پروژه ۵۲ مگاوات ساعتی در کائوآی، هاوایی، خروجی یک مزرعه خورشیدی ۱۳ مگاواتی را به‌طور کامل به ساعات عصر جابجا می‌کند.[۵۴] دو باتری در فیربنکس، آلاسکا (۴۰ مگاوات به مدت ۷ دقیقه با استفاده از سلول‌های Ni-Cd)[۵۵] و در نوتریس، تگزاس (۳۶ مگاوات به مدت ۴۰ دقیقه با استفاده از باتری‌های سرب اسید) قرار دارند.[۵۶][۵۷] یک باتری ۱۳ مگاوات ساعتی ساخته شده از باتری‌های مستعمل خودروهای الکتریکی هوشمند دایملر در لونن آلمان ساخته شدکه عمر دوم آن ۱۰ سال خواهد بود.[۵۸]

در سال ۲۰۱۵، یک سیستم ذخیره‌سازی باتری با ظرفیت ۲۲۱ مگاوات در ایالات متحده نصب شد که انتظار می‌رفت تا سال ۲۰۲۰، ظرفیت کل آن به ۱٫۷ گیگاوات برسد.[۵۹]

در سال ۲۰۱۸، بریتانیا ۵۰ مگاوات باتری شبکه لیتیوم یون در هرتفوردشایر نصب کرد.[۶۰] در فوریه ۲۰۲۱، ساخت و ساز توسعه ذخیره‌سازی باتری ۵۰ مگاواتی در بورول، کمبریج شایر و یک سایت ۴۰ مگاواتی در بارنزلی، یورکشایر جنوبی آغاز شد.[۶۱]

در نوامبر ۲۰۱۷، تسلا یک سیستم ۱۰۰ مگاواتی (۱۲۹ مگاوات ساعتی) در استرالیای جنوبی نصب کرد.[۶۲] اپراتور بازار انرژی استرالیا اظهار داشت که این سیستم در مقایسه با خدماتی که معمولاً توسط یک واحد تولید سنکرون معمولی ارائه می‌شود، هم سریع و هم دقیق است.[۶۳][۶۴]

مقایسه فن آوری های باتری ها

وسایل نقلیه الکتریکی[ویرایش]

نیسان لیف، پرفروش‌ترین خودروی برقی بزرگراهی جهان تا سال ۲۰۱۵

شرکت‌هایی در حال تحقیق در مورد استفاده احتمالی از وسایل نقلیه برقی برای پاسخگویی به تقاضای مصرف در ساعات اوج هستند. یک وسیله نقلیه الکتریکی که پارک شده و متصل به سیستم تغذیه است، می‌تواند برق باتری خودرو را در زمان اوج بار بفروشد و در طول شب (در خانه) یا در زمان کم بار شارژ شود.[۶۵]

خودروهای پلاگین هیبریدی یا الکتریکی می‌توانند برای قابلیت‌های ذخیره‌سازی انرژی استفاده شوند.[۶۶][۶۷][۶۸] می‌توان از فناوری خودرو به شبکه استفاده کرد و هر وسیله نقلیه را به یک باتری با ظرفیت ۲۰ تا ۵۰ کیلووات ساعت به عنوان دستگاه متعادل کننده بار توزیع شده یا منبع برق اضطراری تبدیل کرد. این ظرفیت بیانگر نیازهای متوسط خانوار برای هر وسیله نقلیه در دو تا پنج روز بوده که معادل ۱۰ کیلووات ساعت در روز است. با فرض مصرف سالانه ۳۶۵۰ کیلووات ساعت، این مقدار انرژی معادل بین ۶۰ و ۴۸۰ کیلومتر (۴۰ و ۳۰۰ مایل) برای خودروهایی با مصرف ۰٫۱ تا ۰٫۳ کیلووات-ساعت بر کیلومتر (۰٫۱۶ تا ۰٫۵ کیلووات-ساعت بر مایل) است. برخی از شرکت‌های تولید برق قصد دارند از باتری‌های قدیمی خودرو برای ذخیره برق استفاده کنند.[۶۹][۷۰] با این حال، یک عیب بزرگ استفاده از ذخیره‌سازی انرژی خودرو در شبکه، اعمال تنش به باتری خودرو در هر چرخه شارژ و دشارژ خواهد بود.[۶۶] با این حال، یک مطالعه همه‌جانبه نشان داده‌است که استفاده هوشمندانه در ذخیره‌سازی وسایل نقلیه، می‌تواند باعث بهبود طول عمر باتری‌ها شود.[۷۱] باتری‌های لیتیوم یون معمولی (بر پایه کبالت) بر اساس تعداد چرخه‌های ذخیره‌سازی خراب می‌شوند اما باتری‌های لیتیوم یونی جدیدتر، افت قابل توجهی ندارند و بنابراین عمر طولانی‌تری دارند.

یک رویکرد دیگر، استفاده مجدد از باتری‌های غیرقابل اعتماد خودرو در ذخیره‌سازی است،[۷۲] زیرا انتظار می‌رود بتوانند تا ده سال عملکرد قابل قبول داشته باشند.[۷۳] اگر چنین ذخیره‌سازی در مقیاس بزرگ انجام شود، تضمین تعویض باتری خودرو که در مواردی مانند تلفن همراه ضعیف است، بسیار آسان‌تر می‌شود چون باتری‌های قدیمی دارای ارزش و امکان استفاده فوری دارند.

چرخ طیار (فلایویل)[ویرایش]

ساختار یک چرخ طیار (Flywheel)

اینرسی مکانیکی اساس این روش ذخیره‌سازی است. هنگامی که نیروی الکتریکی به چنین دستگاهی جریان یابد، یک موتور الکتریکی یک دیسک چرخان سنگین را شتاب می‌دهد. هنگامی که جهت توان معکوس می‌شود، موتور به عنوان یک ژنراتور عمل کرده و باعث کاهش سرعت دیسک و در نتیجه تولید برق می‌شود؛ بنابراین برق به صورت انرژی جنبشی در دیسک ذخیره می‌شود. در این دستگاه مقدار اصطکاک باید به حداقل برسد تا زمان ذخیره‌سازی طولانی‌تر شود. این اغلب موضوع با قرار دادن فلایویل در خلاء و استفاده از یاتاقان‌های مغناطیسی قابل حصول است که البته این روش را گران می‌کند. سرعت بیشتر چرخ فلایویل، ظرفیت ذخیره‌سازی بیشتری را فراهم می‌کند اما به مواد مستحکمی مانند فولاد یا مواد کامپوزیت برای مقاومت در برابر نیروهای گریز از مرکز نیاز دارد. با این حال، فناوری ذخیره‌سازی نیرو و انرژی که این روش را اقتصادی می‌کند، باعث می‌شود چرخ‌های فلایویل برای کاربرد عمومی تر در سیستم‌های قدرت نامناسب باشند. احتمال دارد این فن آوری برای کاربردهای تراز کردن بار در سیستم‌های برق راه‌آهن و برای بهبود کیفیت توان در سیستم‌های انرژی تجدیدپذیر مشابه سیستم ۲۰ مگاواتی در ایرلند، مناسب باشد.[۷۴][۷۵]

فلایویل G2 ناسا

کاربردهایی که از ذخیره‌سازی چرخ طیار استفاده می‌کنند، آن‌هایی هستند که به توان بسیار بالا برای مدت‌های بسیار کوتاه نیاز دارند که نمونه آن توکامک[۷۶] و آزمایش‌های لیزری است که در آن یک موتور ژنراتور تا سرعت نامی می‌چرخد و تا حدودی در طول تخلیه کند می‌شود.

ذخیره‌سازی فلایویل نیز در حال حاضر به شکل منبع تغذیه دوار دیزلی برای ارائه سیستم‌های منبع تغذیه بدون وقفه (مانند آنهایی که در مراکز داده بزرگ هستند) برای انتقال نیروی لازم در حین انتقال استفاده می‌شود.[۷۷] یعنی مدت زمان نسبتاً کوتاهی که بین قطع برق شبکه و گرم شدن یک منبع جایگزین مانند دیزل ژنراتور وجود دارد.

این راه حل بالقوه توسط EDA[۷۸] در آزور، در جزایر گراتسیوسا و فلورس پیاده‌سازی شده‌است. این سیستم از یک فلایویل ۱۸ مگاوات ثانیه ای برای بهبود کیفیت توان و در نتیجه امکان افزایش مصرف انرژی تجدیدپذیر استفاده می‌کند. در توضیحات آن آمده‌است که این سیستم‌ها برای هموار کردن نوسانات گذرا طراحی شده‌اند و هرگز نمی‌توانند برای مقابله با خاموشی بیش از چند روز استفاده شوند.

در استرالیا شرکت پاورکورپ در حال توسعه برنامه‌هایی با استفاده از توربین‌های بادی، فلایویل‌ها و دیزل‌های کم بار برای به حداکثر رساندن انرژی ورودی بادی به شبکه‌های کوچک است. سیستمی که در خلیج کورال، استرالیای غربی نصب شده‌است، از توربین‌های بادی همراه با سیستم کنترل مبتنی بر چرخ طیار و دیزل‌های کم بار استفاده می‌کند. فناوری چرخ طیار به توربین‌های بادی این امکان را می‌دهد تا ۹۵ درصد انرژی خلیج مرجانی را در برخی مواقع با نفوذ سالانه باد ۴۵ درصد تأمین کنند.[۷۹]

هیدروژن[ویرایش]

نموداری از اقتصاد هیدروژن (IRENA)

هیدروژن به عنوان یک ماده واسطه برای ذخیره انرژی الکتریکی در حال توسعه است.[۶۶][۸۰] ابتدا هیدروژن تولید می‌شود، سپس فشرده یا مایع می‌شود و به صورت برودتی در دمای ۲۵۲٫۸۸۲- درجه سانتی گراد ذخیره می‌شود و در نهایت به انرژی الکتریکی یا گرما تبدیل می‌گردد. هیدروژن می‌تواند به عنوان سوخت برای تولید انرژی قابل حمل (مثلا در وسایل نقلیه) یا ثابت استفاده شود. در مقایسه با سیستم تلمبه ذخیره ای و باتری، هیدروژن این مزیت را دارد که یک سوخت با چگالی انرژی بالا است.[۸۰] هیدروژن سبز، حاصل از الکترولیز آب، از نظر هزینه‌های سرمایه‌ای برای ذخیره‌سازی انرژی تجدیدپذیر نسبت به تلمبه ذخیره ای یا باتری‌ها، در بلندمدت مقرون‌به‌صرفه‌تر است.[۳][۴]

هیدروژن را می‌توان با اصلاح گاز طبیعی با بخار یا با الکترولیز آب به هیدروژن و اکسیژن تولید کرد (به تولید هیدروژن مراجعه کنید). اصلاح گاز طبیعی دی‌اکسید کربن را به عنوان یک محصول جانبی تولید می‌کند. الکترولیز در دمای بالا و الکترولیز فشار بالا دو تکنیکی هستند که با استفاده از آنها می‌توان راندمان تولید هیدروژن را افزایش داد. سپس هیدروژن در یک موتور احتراق داخلی یا یک پیل سوختی به الکتریسیته تبدیل می‌شود.

راندمان AC-to-AC ذخیره‌سازی هیدروژن در حدود ۲۰ تا ۴۵ درصد است که به مهمین دلیل محدودیت‌های اقتصادی تحمیل می‌کند.[۸۰][۸۱] نسبت قیمت بین خرید و فروش برق باید حداقل متناسب با راندمان آن باشد تا سیستم اقتصادی باشد. پیل‌های سوختی هیدروژنی می‌توانند به اندازه کافی سریع، پاسخگوی نوسانات سریع تقاضا یا عرضه برق باشند و فرکانس را تنظیم کنند. این که آیا هیدروژن می‌تواند از زیرساخت گاز طبیعی استفاده کند یا نه، به چگونگی زیرساخت شبکه، استانداردهای اتصالات و فشار ذخیره بستگی دارد.[۸۲]

تجهیزات لازم برای ذخیره انرژی هیدروژن شامل یک کارخانه الکترولیز، کمپرسورها یا مایع سازهای هیدروژن و همچنین مخازن ذخیره‌سازی آن است.

بیوهیدروژن فرآیندی برای تولید هیدروژن با استفاده از زیست توده می‌باشد که هنوز در حال بررسی است.

گرما و توان ترکیبی میکرو (microCHP) می‌تواند از هیدروژن به عنوان سوخت استفاده کند.

برخی از نیروگاه‌های هسته ای ممکن است بتوانند با تولید هیدروژن به یک فرایند همزیستی تبدیل شوند. دمای بالا (۹۵۰ تا ۱۰۰۰ درجه سانتیگراد) راکتورهای نسل چهارم هسته‌ای که دارای سیستم خنک کاری با گاز هستند، پتانسیل الکترولیز هیدروژن از آب را با استفاده از گرمای انرژی هسته‌ای مانند چرخه گوگرد-ید دارند. پیش‌بینی می‌شود که اولین راکتورهای تجاری در سال ۲۰۳۰ به کار گرفته شوند.

در سال ۲۰۰۷ یک برنامه آزمایشی با استفاده از توربین‌های بادی و ژنراتورهای هیدروژنی در مناطق دورافتاده رامیا، نیوفاندلند و لابرادور آغاز شد.[۸۳] هم چنین پروژه مشابهی از سال ۲۰۰۴ در شهر اوتسیرا، یک جزیره کوچک نروژی در جریان بوده‌است.

ذخیره‌سازی زیرزمینی هیدروژن[ویرایش]

ذخیره‌سازی زیرزمینی هیدروژن به ذخیره آن در حفره‌های زیرزمینی، گنبدهای نمکی و میادین نفت و گازی که تخلیه شده‌اند، مربوط است.[۶۶][۸۴] تا کنون مقادیر زیادی هیدروژن به صورت گازی توسط صنایع شیمیایی امپریال (ICI) برای چندین سال بدون هیچ مشکلی در غارهای بزرگ ذخیره شده‌است.[۸۵] پروژه اروپایی هیوندر (Hyunder)[۸۶] در سال ۲۰۱۳ نشان داد که برای ذخیره انرژی باد و خورشید، به ۸۵ حفره نیاز است زیرا نمی‌توان آن را با سیستم‌های ذخیره‌سازی هوای فشرده و تلمبه ذخیره ای پوشش داد.[۸۷]

برق به گاز[ویرایش]

برق به گاز فناوری است که طی آن توان الکتریکی را به سوخت گاز تبدیل می‌کند. برای این منظور دو روش وجود دارد، روش اول استفاده از برق برای شکافت آب و تزریق هیدروژن حاصل از آن به شبکه گاز طبیعی است. دومین روش که کمتر کارآمد است، برای تبدیل دی‌اکسید کربن و آب به متان با استفاده از الکترولیز و واکنش ساباتیراستفاده می‌شود.

انرژی الکتریکی اضافی یا توان خارج از ساعات اوج مصرف توسط ژنراتورهای بادی یا آرایه‌های خورشیدی برای متعادل کردن بار در شبکه انرژی استفاده می‌شود. سازنده پیل سوختی هیدروژنیک (Hydrogenics) و شرکت توزیع کننده گاز طبیعی انبریج (Enbridge) با یکدیگر همکاری کرده‌اند با استفاده از شبکه گاز طبیعی موجود برای هیدروژن، چنین سیستمی برای تبدیل برق به گاز را در کانادا توسعه دهند.[۸۱]

شبکه‌های گاز آلمان قبل از روی آوردن به سوخت گاز طبیعی، به منظور استفاده از گاز شهری که بیشتر از هیدروژن تشکیل شده بود، کاربرد داشت. ظرفیت ذخیره‌سازی شبکه گاز طبیعی آلمان بیش از ۲۰۰۰۰۰ گیگا وات ساعت است که برای چندین ماه انرژی مورد نیاز، کافی است. در مقایسه، ظرفیت تمام نیروگاه‌های تلمبه ذخیره ای آلمان تنها حدود ۴۰ گیگا وات ساعت است. انتقال انرژی از طریق شبکه گاز با تلفات بسیار کمتر (کمتر از ۰٫۱٪) نسبت به شبکه برق (۸٪ یا بیشتر) انجام می‌شود. استفاده از خطوط لوله گاز طبیعی موجود برای هیدروژن از سوی NaturalHy مورد مطالعه قرار گرفت[۸۸]

تبدیل به آمونیاک[ویرایش]

تبدیل انرژی برق به آمونیاک، یک مفهوم ذخیره انرژی بدون کربن را با یک پالت کاربردی متنوع ارائه می‌دهد. در مواقعی که انرژی کم کربن مازاد وجود دارد، می‌توان از آن برای تولید سوخت آمونیاک استفاده کرد. آمونیاک ممکن است با تقسیم آب به هیدروژن و اکسیژن با استفاده از الکتریسیته تولید شود، سپس از دما و فشار بالا برای ترکیب نیتروژن هوا با هیدروژن استفاده شده و آمونیاک ایجاد می‌شود. بر خلاف هیدروژن که ذخیره آن به عنوان گاز تحت فشار یا مایع شدن و ذخیره برودتی در دمای ۲۵۳- دجه سانتی گرادمشکل است، آمونیاک به عنوان یک مایع شبیه پروپان است.

درست مانند گاز طبیعی، آمونیاک ذخیره شده می‌تواند به عنوان سوخت حرارتی برای حمل و نقل و تولید برق یا در پیل سوختی استفاده شود.[۸۹] یک مخزن استاندارد ۶۰۰۰۰ مترمکعبی آمونیاک مایع، حاوی حدود ۲۱۱ گیگاوات ساعت انرژی، معادل تولید سالانه حدود ۳۰ توربین بادی است. آمونیاک را می‌توان به‌طور تمیز سوزاند چون آب و نیتروژن آزاد می‌شود، اما دی‌اکسید کربن و اکسیدهای نیتروژن ندارد یا بسیار ناچیز است. آمونیاک علاوه بر اینکه حامل انرژی است، پایه ای برای تولید بسیاری از مواد شیمیایی است که رایج‌ترین کاربرد آن برای کود شیمیایی می‌باشد.[۹۰] با توجه به انعطاف در استفاده، زیرساخت‌های حمل و نقل، توزیع و استفاده ایمن از آمونیاک در حال حاضر وجود دارد، این ماده به کاندیدای مناسبی برای تبدیل شدن به یک حامل انرژی در مقیاس بزرگ و بدون کربن در آینده تبدیل می‌شود.

برق آبی[ویرایش]

سد نیروگاه تلمبه ذخیره ای مینگتان در نانتو، تایوان

در سال ۲۰۰۸، ظرفیت ذخیره‌سازی و تولید نیروگاه‌های تلمبه ذخیره ای در سطح جهان، ۱۰۴ گیگاوات بود،[۹۱] در حالی که منابع دیگر ادعا می‌کنند که ۱۲۷ گیگاوات است. در این صورت اکثریت قریب به اتفاق انواع ذخیره‌سازی برق شبکه از نوع تلمبه ذخیره ای است و همه انواع دیگر روی هم چند صد مگاوات ظرفیت دارند.[۹۲]

در بسیاری از مکان‌ها، برق آبی تلمبه ذخیره ای برای یکنواخت کردن بار تولید روزانه، با پمپاژ آب به یک مخزن ذخیره‌سازی در ارتفاع بالاتر در ساعات کم بار و آخر هفته‌ها، با استفاده از ظرفیت بار پایه اضافی از نیروگاه‌های زغال‌سنگی یا هسته‌ای استفاده می‌شود. در ساعات اوج بار، این آب را می‌توان برای تولید برق آبی، به عنوان یک ذخیره واکنش سریع برای پوشش پیک گذرای تقاضا استفاده کرد.

ذخیره‌سازی پمپی حدود ۷۰ تا ۸۵ درصد از انرژی مصرف شده را بازیابی می‌کند و در حال حاضر مقرون به صرفه‌ترین شکل ذخیره‌سازی انبوه انرژی است.[۹۳] مشکل اصلی ذخیره‌سازی پمپاژ این است که به دو مخزن نزدیک در ارتفاع متفاوت نیاز دارد و اغلب به هزینه سرمایه قابل توجهی نیاز دارد.[۹۴]

نموداری از تاسیسات یک نیروگاه تلمبه ذخیره ای - کوه های راکون، تنسی، ایالات متحده

سیستم‌های آب پمپ‌شده قابلیت انتقال بالایی دارند، به این معنی که می‌توانند خیلی سریع، معمولاً در عرض ۱۵ ثانیه،[۹۵] که این سیستم‌ها را در جذب تنوع تقاضای الکتریکی از مصرف‌کنندگان بسیار کارآمد می‌کند. بالای ۹۰ هست گیگاوات ذخیره‌سازی پمپ شده در سراسر جهان که حدود ۳ درصد از ظرفیت تولید لحظه ای جهانی را تشکیل می‌دهد. سیستم‌های ذخیره‌سازی آب پمپ شده، مانند سیستم ذخیره‌سازی دینورویگ در بریتانیا، پنج یا شش ساعت ظرفیت تولید را نگه می‌دارند،[۹۵] و برای هموار کردن تغییرات تقاضا استفاده می‌شوند.

نمونه دیگری از نیروگاه تلمبه ذخیره ای نیروگاه ۱۸۳۶ مگاواتی تیان‌هوانگ‌پینگ در چین است که دارای ظرفیت مخزن هشت میلیون متر مکعب (حجم آب بر فراز آبشار نیاگارا در ۲۵ دقیقه) با فاصله عمودی ۶۰۰ متری است. این مخزن می‌تواند حدود ۱۳ گیگاوات ساعت انرژی پتانسیل گرانشی ذخیره شده (با بازدهی حدود ۸۰ درصد)، یا حدود ۲ درصد از مصرف برق روزانه چین را در خود ذخیره کند.[۹۶]

یک مفهوم جدید در ذخیره‌سازی تلمبه ذخیره ای، استفاده از انرژی باد یا انرژی خورشیدی برای پمپاژ آب است. توربین‌های بادی یا سلول‌های خورشیدی که پمپ‌های آب را برای ذخیره‌سازی انرژی بادی یا خورشیدی، به یک سد هدایت می‌کنند که قادرند این فرایند را کارآمدتر کنند ولی اما هنوز محدود هستند. چنین سیستم‌هایی فقط می‌توانند میزان انرژی آب را در دوره‌های وزش باد و نور روز افزایش دهند. مطالعه‌ای که در سال ۲۰۱۳ منتشر شد، نشان داد که انرژی خورشیدی روی پشت بام‌ها، همراه با سیستم تملبه ذخیره ای موجود، می‌تواند راکتورهای از دست رفته در فوکوشیما را با یک ضریب ظرفیت معادل جایگزین کند.[۹۷]

سدهای برق آبی[ویرایش]

سد برق آبی Fetsui در نیو تایپه، تایوان

سدهای هیدروالکتریک با مخازن بزرگ نیز می‌توانند برای تأمین مصرف پیک در زمان اوج تقاضا مورد بهره‌برداری قرار گیرند. آب در ساعات و دوره‌های کم‌تقاضا، در مخزن ذخیره می‌شود و زمانی که تقاضا افزایش یابد، از طریق نیروگاه برق آبی آزاد می‌شود. اثر خالص این سیستم مانند تلمبه ذخیره ای است، اما بدون تلفات سیستم پمپاژ. بسته به ظرفیت مخزن، نیروگاه می‌تواند بار روزانه، هفتگی یا فصلی را تأمین کند.

بسیاری از سدهای برق آبی موجود نسبتاً قدیمی هستند (به عنوان مثال، سد هوور در دهه ۱۹۳۰ ساخته شد) و طراحی اولیه آن‌ها به چندین دهه قبل از منابع انرژی جدیدتر مانند باد و خورشیدی بود. در یک سد برق آبی که در اصل برای تأمین نیروی بار پایه ساخته شده‌است، اندازه ژنراتورهای آن را بر اساس میانگین جریان آب به مخزن خواهد داشت. به روز رسانی چنین سدی با ژنراتورهای اضافی، حداکثر ظرفیت خروجی توان آن را افزایش می‌دهد و در نتیجه ظرفیت آن را برای کار به عنوان یک واحد ذخیره انرژی شبکه مجازی افزایش می‌دهد.[۹۸][۹۹] اداره احیای ایالات متحده هزینه سرمایه‌گذاری ۶۹ دلاری را به ازای هر کیلووات ارتقاء ظرفیت یک سد موجود را گزارش می‌دهد[۹۸] که در مقایسه با بیش از ۴۰۰ دلار در هر کیلووات برای ژنراتورهای دیزلی در ساعات اوج مصرف بسیار مطلوب است. در حالی که یک سد برق آبی ارتقا یافته انرژی اضافی را به‌طور مستقیم از سایر واحدهای تولیدی ذخیره نمی‌کند، اما با انباشتن آب ورودی از رودخانه در مدت زمان اضافه تولید سایر مولدها، رفتاری متعادل کننده در شبکه برق دارد. سد ارتقا یافته که به عنوان یک واحد ذخیره‌سازی شبکه روش عمل می‌کند، یکی از کارآمدترین اشکال ذخیره‌سازی انرژی است، زیرا تلفات مربوط به پمپاژ برای پر کردن مخزن خود ندارد و تنها تلفات آن ناشی از تبخیر و نشت است.

سدی که مخزن بزرگی را نگه می‌دارد، می‌تواند با کنترل خروجی رودخانه و افزایش یا کاهش چند متری سطح مخزن، مقدار زیادی انرژی را ذخیره و آزاد کند. برای بهره‌برداری از سدها، قوانین محدود کننده وجود دارد و رهاسازی آنها مشمول حقابه تعیین شده توسط دولت‌ها برای محدود کردن اثر هٔ ت بر پایین دست رودخانه‌ها است. در شبکه مواقعی هست که که نیروگاه‌های حرارتی بار پایه، توربین‌های هسته‌ای یا بادی، در حال تولید برق اضافه بر نیاز، مثلاً در شب تولید می‌کنند؛ اما خواه برق تولید شود یا نه، سدها همچنان باید آب کافی برای حفظ سطح مناسب رودخانه‌ها را آزاد کنند. برعکس این وضعیت، محدودیتی برای حداکثر ظرفیت وجود دارد، که اگر بیش از حد باشد می‌تواند باعث طغیان رودخانه در پایین دست شود.[۱۰۰]

انرژی مغناطیسی ابررسانا[ویرایش]

سیستم‌های ذخیره‌سازی انرژی مغناطیسی ابررسانا (SMES)، انرژی را در میدان مغناطیسی ایجاد شده توسط جریان مستقیم در یک سیم‌پیچ ابررسانا ذخیره می‌کنند که به صورت برودتی تا دمای زیر دمای بحرانی ابررسانا سرد شده‌است.

یک سیستم معمولی SMES شامل سه بخش است: سیم پیچ ابررسانا، سیستم تنظیم برق و یخچال برودتی. هنگامی که سیم پیچ ابررسانا شارژ می‌شود، جریان از بین نمی‌رود و انرژی مغناطیسی می‌تواند به‌طور نامحدود ذخیره شود. انرژی ذخیره شده را می‌توان با تخلیه سیم پیچ به شبکه بازگرداند. سیستم تنظیم برق از یک اینورتر / یکسو کننده برای تبدیل توان جریان متناوب (AC) به جریان مستقیم یا برای تبدیل مجدد DC به برق AC استفاده می‌کند. اینورتر/یکسو کننده حدود ۲ تا ۳ درصد اتلاف انرژی در هر جهت را شامل می‌شود. سیستم ذخیره‌سازی انرژی مغناطیسی ابررسانا، کمترین مقدار الکتریسیته را در فرایند ذخیره‌سازی انرژی، نسبت به سایر روش‌های ذخیره انرژی از دست می‌دهد. سیستم‌های SMES بسیار کارآمد هستند. راندمان رفت و برگشت بیشتر از ۹۵٪ است. هزینه بالای ابررساناها اصلی‌ترین محدودیت برای استفاده تجاری از این روش ذخیره انرژی است.

به دلیل نیاز سیستم برودتی به انرژی و سقف انرژی قابل ذخیره، سیستم SMES فقط برای ذخیره کوتاه مدن انرژی استفاده می‌شود؛ بنابراین این سیستم بیشتر برای بهبود کیفیت تأمین برق مورد استفاده قرار می‌گیرد.

برای عملی شدن ذخیره انرژی مغناطیسی ابررسانا، هنوز چالش‌های فنی قابل توجهی وجود دارد که باید حل شوند.

حرارتی[ویرایش]

مخزن ذخیره سازی برای گرمایش یک منطقه شهری با ظرفیت گرمایی 2 گیگاوات ساعت - اتریش

در دانمارک ذخیره‌سازی مستقیم الکتریسیته برای استفاده در مقیاس بزرگ، بسیار گران‌قیمت تلقی می‌شود، اگرچه استفاده قابل توجهی از برق آبی موجود در کشور نروژ می‌شود. در عوض، استفاده از مخازن ذخیره آب گرم متصل به طرح‌های گرمایش منطقه‌ای که توسط دیگ‌های برقی یا پمپ‌های حرارتی گرم می‌شوند، به عنوان یک رویکرد دارای اولویت دیده می‌شود. سپس گرمای ذخیره شده با استفاده از لوله‌های گرمایش منطقه ای به خانه‌ها منتقل می‌شود.

هم چنین از نمک مذاب برای ذخیره گرمای کسب شده از برج انرژی خورشیدی استفاده می‌شود تا بتوان از آن برای تولید برق، در هوای بد یا در شب استفاده کرد.[۱۰۱]

سیستم‌های گرمایش و سرمایش ساختمان‌ها را می‌توان برای ذخیره انرژی حرارتی در مخازن حرارتی مشترک یا اختصاصی کنترل کرد. این ذخیره‌سازی حرارتی می‌تواند با افزایش مصرف برق (شارژ ذخیره‌سازی) در زمان‌های غیر اوج بار و کاهش مصرف برق (دشارژ ذخیره‌سازی) در زمان‌های اوج مصرف، خدمات جانبی برای جابجایی بار را ارائه دهد.[۱۰۲] برای مثال می‌توان از برق خارج از زمان‌های پیک برای تهیه یخ از آب استفاده و یخ را ذخیره کرد. یخ ذخیره شده را می‌توان برای خنک کردن هوا در یک ساختمان بزرگ که معمولاً برق متناوب (AC) مصرف می‌کند، استفاده کرد و در نتیجه بار الکتریکی را به ساعات غیر اوج مصرف منتقل کرد. در سیستم‌هایی از یخ ذخیره‌شده برای خنک کردن هوای ورودی به توربین گازی استفاده می‌شود، بنابراین ظرفیت تولید و راندمان در ساعات پیک افزایش می‌یابد.

یک سیستم ذخیره انرژی حرارتی از یک موتور حرارتی/پمپ حرارتی برگشت‌پذیر، برای پمپاژ گرما بین دو مخزن ذخیره‌سازی استفاده می‌کند که یکی را گرم و دیگری را خنک می‌کند. شرکت مهندسی بریتانیانیی آیزنتروپیک (Isentropic) که در حال توسعه این سیستم است، ادعا می‌کند که بازدهی بالقوه برق ورودی به خروجی در یک رفت و برگشت، بین ۷۲ تا ۸۰ درصد است.[۱۰۳]

باتری کارنو نیز نوعی سیستم ذخیره‌سازی انرژی است که الکتریسیته را در یک سیستم ذخیره‌سازی گرما ذخیره می‌کند و گرمای ذخیره‌شده را از طریق چرخه‌های ترمودینامیک به برق تبدیل می‌کند. این مفهوم اخیراً توسط بسیاری از پروژه‌های تحقیقاتی مورد بررسی و توسعه قرار گرفته‌است.[۱۰۴] اصلی‌ترین مزیت این نوع سیستم این است که هزینه ذخیره‌سازی انرژِ حرارتی در مقیاس بزرگ و طولانی مدت بسیار کمتر از سایر فناوری‌های ذخیره‌سازی است.

باتری فیزیکی؛ ذخیره انرژی پتانسیل گرانشی با جرم‌های جامد[ویرایش]

جایگزین دیگر ذخیره‌سازی، شامل ذخیره انرژی با حرکت توده‌های جامد بزرگ به ارتفاع بالا در برابر گرانش است. این امکان را می‌توان در داخل چاه‌های معدن قدیمی[۱۰۵] یا در برج‌های ویژه این منظور که در آن‌ها وزنه‌های سنگین برای ذخیره انرژی با ابزاری مانند جزثقیل با بالا کشیده شده می‌شوند تا بعداً تا یک فرود کنترل‌شده، این انرژی بازیابی شود.[۱۰۶][۱۰۷]

در ذخیره انرژی ریلی، واگن‌های ریلی که وزنه‌های بزرگی را حمل می‌کنند، در یک بخش از مسیر شیبدار ریلی به سمت بالا یا پایین حرکت می‌کنند و در نتیجه انرژی را ذخیره یا آزاد می‌کنند.

به همین شکل برای ذخیره‌سازی انرژی پتانسیل گرانشی در چاه‌های بلااستفاده نفت، وزنه‌ها در یک چاه نفت عمیق و از کار افتاده بالا یا پایین می‌روند.

اقتصاد[ویرایش]

هزینه ذخیره‌سازی برق به شدت به نوع و هدف ذخیره‌سازی بستگی دارد. از جمله این موارد می‌توان به تنظیم فرکانس ثانویه، نیروگاه‌های پیک مصرف در مقیاس دقیقه/ساعت، یا ذخیره‌سازی فصلی در مقیاس روز/هفته اشاره کرد.[۱۰۸][۱۰۹][۱۱۰]

گفته می‌شود که استفاده از ذخیره‌سازی باتری هزینه ای معادل ۱۲۰ دلار[۱۱۱] تا ۱۷۰ دلار[۱۱۲] در هر مگاوات ساعت دارد. این هزینه قابل مقایسه با توربین‌های گازی چرخه باز است که از سال ۲۰۲۰ قیمتی در حدود ۱۵۱ تا ۱۹۸ دلار در هر مگاوات ساعت دارند.[۱۱۳]

به‌طور کلی، ذخیره‌سازی انرژی زمانی مقرون به صرفه است که هزینه نهایی برق بیشتر از هزینه‌های ذخیره و بازیابی انرژی به اضافه قیمت انرژی از دست رفته در فرایند باشد. به عنوان مثال، فرض کنید یک مخزن تلمبه ذخیره ای می‌تواند پس از محاسبه تمام تلفات (تبخیر و نشت، تلفات بازده و غیره) حجمی از آب را به مخزن بالایی خود پمپ کند که قادر به تولید ۱۲۰۰ مگاوات ساعت است. اگر هزینه نهایی برق در زمان‌های غیر اوج مصرف برابر ۱۵ دلار در هر مگاوات ساعت باشد و مخزن با راندمان ۷۵ درصد کار کند، در این صورت بایستی ۱۵۰۰ مگاوات ساعت انرژی مصرف شود تا ۱۲۰۰ مگاوات ساعت، انرژی بازیابی شود؛ بنابراین هزینه کل برای پر کردن مخزن ۲۲۵۰۰ دلار خواهد بود. اگر تمام انرژی ذخیره شده روز بعد در ساعات اوج مصرف به‌طور متوسط ۴۰ دلار به ازای هر مگاوات ساعت فروخته شود، در این صورت مخزن درآمدی معادل ۴۸۰۰۰ دلار در روز خواهد داشت و سود ناخالص آن ۲۵۵۰۰ دلار است.

با این حال، هزینه نهایی برق به دلیل هزینه‌های متغیر عملیاتی و سوخت در کلاس‌های مختلف مولد، متفاوت است.[۱۱۴] از یک سو، نیروگاه‌های بار پایه مانند نیروگاه‌های زغال‌سنگ و نیروگاه‌های هسته‌ای، مولدهای کم هزینه ای هستند، زیرا هزینه‌های سرمایه و نگهداری بالایی دارند اما هزینه سوخت پایینی دارند. از سوی دیگر، نیروگاه‌های قله ای مانند نیروگاه‌های توربین گازی، سوخت گران‌قیمتی می‌سوزانند اما ساخت، بهره‌برداری و نگهداری ارزان‌تری دارند. برای به حداقل رساندن کل هزینه عملیاتی، توان تولیدی برق ژنراتورهای بار پایه در بیشتر مواقع به شبکه گسیل می‌شود، در حالی که تولید ژنراتورهای توان ساعات پیک، فقط در مواقع ضروری که تقاضای انرژی به اوج می‌رسد، گسیل می‌گردد. به این مفهوم «گسیل اقتصادی» می‌گویند.

در شبکه‌های برق مختلف جهان، میزان تقاضا برای برق در طول شبانه روز و از فصلی به فصل دیگر متفاوت است. در بیشتر موارد، تغییر در تقاضای برق با تغییر مقدار انرژی الکتریکی تأمین شده از منابع اولیه تولید برق برآورده می‌شود. با این حال، اپراتورها به‌طور فزاینده‌ای انرژی کم‌هزینه تولید شده در شب را ذخیره می‌کنند، سپس آن را در دوره‌های اوج روز که ارزش بیشتری دارد، به شبکه گسیل می‌کنند.[۱۱۵] در مناطقی که سدهای برق آبی وجود دارد، رهاسازی می‌تواند تا زمان افزایش تقاضا به تعویق بیفتد. این شکل از ذخیره‌سازی رایج است و بر اساس آن می‌توان از مخازن موجود استفاده کرد. این شکل از ذخیره‌سازی، به معنای ذخیره انرژی «اضافی» تولید شده در جاهای دیگر نیست، اما تأثیر خالص، البته بدون تلفات بازده یکسان است. منابع تجدیدپذیر با تولید متغیر (مانند انرژی باد و خورشیدی)، عامل افزایش تغییرات خالص بار هستند و به این ترتیب فرصت ذخیره انرژی شبکه را افزایش می‌دهند.

ممکن است یافتن یک بازار جایگزین برای برق تولیدی که در شبکه زمینه مصرف ندارد، به جای تلاش برای ذخیره آن مقرون به صرفه تر باشد. توان تولیدی جریان مستقیم ولتاژ بالا امکان انتقال کم تلفات الکتریسیته را تنها با ۳ درصد در هر ۱۰۰۰ کیلومتر فراهم می‌کند.

پایگاه بین‌المللی ذخیره‌سازی انرژی وزارت انرژی ایالات متحده، فهرستی رایگان از پروژه‌های ذخیره‌سازی انرژی در شبکه ارائه می‌کند که بسیاری از آنها منابع مالی و مقادیر آن‌ها را نشان می‌دهند.[۱۱۶]

تسطیح بار[ویرایش]

تقاضا برای برق از سوی مصرف‌کنندگان و صنعت به‌طور گسترده در دسته‌های زیر در حال تغییر است:

  • فصلی (در طول زمستان به روشنایی و گرمایش الکتریکی بیشتری نیاز است در حالی که در فصول گرم نیاز به تهویه مطبوع افزایش می‌یابد)
  • هفتگی (اکثر صنایع در آخر هفته‌ها تعطیل هستند و تقاضا را کاهش می‌دهند)
  • روزانه (مانند ساعات اوج مصرف صبح هنگام برای باز کردن دفاتر و روشن شدن سیستم‌های تهویه و روشنایی)
  • ساعتی (یک روش برای تخمین بینندگان تلویزیون در بریتانیا، اندازه‌گیری نوسانات برق در طول وقفه‌های تبلیغاتی یا بعد از اتمام برنامه‌ها است؛ وقتی بینندگان برای روشن کردن کتری می‌روند)[۱۱۷]
  • گذرا (نوسانات ناشی از رفتارهای فردی، تفاوت در راندمان انتقال نیرو و سایر عوامل کوچک که باید در نظر گرفته شوند)

در حال حاضر سه روش اصلی برای پاسخ به تغییر تقاضا وجود دارد:

  • دستگاه‌های الکتریکی معمولاً دارای محدوده ولتاژ کاری هستند که ۱۱۰–۱۲۰ ولت یا ۲۲۰–۲۴۰ ولت است. تغییرات جزئی در بار مصرفی، به‌طور خودکار با تغییرات جزئی در ولتاژ سراسر سیستم صاف می‌شود.
  • نیروگاه‌ها را می‌توان زیر حد خروجی نامی خود راه‌اندازی کرد و این امکان را داشت که مقدار تولید را به صورت تقریباً آنی افزایش داد. این امکان «ذخایر چرخشی» نامیده می‌شود.
  • تولید اضافی را می‌توان در مدار آورد. به‌طور معمول، اینها توربین‌های برق آبی یا گازی هستند که می‌توانند در عرض چند دقیقه راه اندازی شوند.

مشکل توربین‌های گازی آماده به کار، هزینه‌های بالاتر آن‌ها است. تجهیزات تولید گران‌قیمت در بیشتر مواقع استفاده نمی‌شوند. ذخایر چرخشی نیز همراه با هزینه هستند چون نیروگاه‌هایی که کمتر از حداکثر خروجی خود کار می‌کنند، معمولاً کارایی کمتری دارند. ذخیره انرژی شبکه برای تغییر تولید از زمان اوج بار به ساعات خارج از پیک استفاده می‌شود. به این ترتیب نیروگاه‌ها می‌توانند در شب‌ها و آخر هفته‌ها با حداکثر راندمان خود کار کنند.

استراتژی‌های تسطیح بار عرضه-تقاضا ممکن است برای کاهش هزینه تأمین انرژی پیک یا جبران تولید متغیر انرژی بادی و خورشیدی در نظر گرفته شود.

قابلیت حمل[ویرایش]

این حوزه بیشترین موفقیت برای فناوری‌های ذخیره انرژی فعلی است. باتری‌های یکبار مصرف و قابل شارژ در همه جا وجود دارند و برای دستگاه‌هایی با تقاضاهای متفاوتی مانند ساعت‌های دیجیتال و ماشین‌ها، انرژی مورد نیاز را تأمین می‌کنند. پیشرفت‌ها در فناوری باتری معمولاً کند بوده‌است، با این حال، بسیاری از پیشرفت‌ها در عمر باتری بوده‌است که مصرف‌کنندگان آن را به مدیریت کارآمد انرژی و نه افزایش ظرفیت ذخیره‌سازی نسبت می‌دهند. لوازم الکترونیکی مصرفی قابل حمل از کاهش اندازه و قدرت مرتبط با قانون مور بهره زیادی برده‌اند. متأسفانه، قانون مور در مورد حمل و نقل افراد و بار اعمال نمی‌شود و انرژی مورد نیاز برای حمل و نقل بسیار بیشتر از کاربردهای اطلاعاتی و سرگرمی است. ظرفیت باتری با افزایش فشار برای جایگزینی با موتورهای احتراق داخلی در خودروها، کامیون‌ها، اتوبوس‌ها، قطارها، کشتی‌ها و هواپیماها به یک مسئله تبدیل شده‌است. این کاربردها به چگالی انرژی بسیار بیشتری (مقدار انرژی ذخیره شده در یک حجم یا وزن معین) نسبت به فناوری فعلی باتری نیاز دارند. سوخت هیدروکربنی مایع (مانند بنزین و گازوئیل) و همچنین الکل‌ها (متانول، اتانول و بوتانول) و لیپیدها (سوخت روغن گیاهی و بیودیزل) چگالی انرژی بسیار بالاتری دارند.

منابع[ویرایش]

  1. ↑ "Grid Energy Storage Technology Cost and Performance Assessment" (PDF). US Department of Energy. Retrieved 23 December 2021.
  2. ↑ "Energy Storage Cost and Performance Database". US Department of Energy. Retrieved 23 December 2021.
  3. ↑ ۳٫۰ ۳٫۱ Schrotenboer, Albert H.; Veenstra, Arjen A.T.; uit het Broek, Michiel A.J.; Ursavas, Evrim (October 2022). "A Green Hydrogen Energy System: Optimal control strategies for integrated hydrogen storage and power generation with wind energy" (PDF). Renewable and Sustainable Energy Reviews (به انگلیسی). 168: 112744. doi:10.1016/j.rser.2022.112744.
  4. ↑ ۴٫۰ ۴٫۱ Lipták, Béla (January 24, 2022). "Hydrogen is key to sustainable green energy". Control. Retrieved February 12, 2023.
  5. ↑ Smit, Debra (24 August 2015). "Jay Whitacre and the edible battery". Ozy. Archived from the original on 8 June 2016. Retrieved 2016-06-15.
  6. ↑ "Grid Energy Storage" (PDF). U.S. Department of Energy. December 2013. p. 28. Archived from the original (PDF) on 28 February 2017. Retrieved 2017-02-13.
  7. ↑ Doug Hurley; Paul Peterson; Melissa Whited (May 2013). "Demand Response as a Power System Resource" (PDF). RAP Energy Solutions, Synapse Energy Economics. p. 13. Archived from the original (PDF) on 30 April 2017. Retrieved 2017-02-13.
  8. ↑ ۸٫۰ ۸٫۱ "Energy Department Releases Grid Energy Storage Report". 12 December 2013. Archived from the original on 13 May 2017.
  9. ↑ Lai, Chun Sing; Locatelli, Giorgio; Pimm, Andrew; Wu, Xiaomei; Lai, Loi Lei (September 2020). "A review on long-term electrical power system modeling with energy storage". Journal of Cleaner Production. 280: 124298. doi:10.1016/j.jclepro.2020.124298.
  10. ↑ Palizban, Omid; Kauhaniemi, Kimmo (May 2016). "Energy storage systems in modern grids—Matrix of technologies and applications". Journal of Energy Storage. 6: 248–259. doi:10.1016/j.est.2016.02.001.
  11. ↑ Luo, Xing; Wang, Jihong; Dooner, Mark; Clarke, Jonathan (1 January 2015). "Overview of current development in electrical energy storage technologies and the application potential in power system operation". Applied Energy. 137: 511–536. doi:10.1016/j.apenergy.2014.09.081.
  12. ↑ Daim, Tugrul U.; Li, Xin; Kim, Jisun; Simms, Scott (June 2012). "Evaluation of energy storage technologies for integration with renewable electricity: Quantifying expert opinions". Environmental Innovation and Societal Transitions. 3: 29–49. doi:10.1016/j.eist.2012.04.003.
  13. ↑ Pham, Cong-Toan; Månsson, Daniel (October 2017). "On the physical system modelling of energy storages as equivalent circuits with parameter description for variable load demand (Part I)". Journal of Energy Storage. 13: 73–84. doi:10.1016/j.est.2017.05.015.
  14. ↑ Pham, Cong-Toan; Månsson, Daniel (August 2018). "Optimal energy storage sizing using equivalent circuit modelling for prosumer applications (Part II)". Journal of Energy Storage. 18: 1–15. doi:10.1016/j.est.2018.04.015.
  15. ↑ Raza, Syed Shabbar; Janajreh, Isam; Ghenai, Chaouki (December 2014). "Sustainability index approach as a selection criteria for energy storage system of an intermittent renewable energy source". Applied Energy. 136: 909–920. doi:10.1016/j.est.2018.04.015.
  16. ↑ Moreno, Rodrigo; Moreira, Roberto; Strbac, Goran (January 2015). "A MILP model for optimising multi-service portfolios of distributed energy storage" (PDF). Applied Energy. 137: 554–566. doi:10.1016/j.apenergy.2014.08.080.
  17. ↑ Lee, Rachel; Homan, Samuel; Mac Dowell, Niall; Brown, Solomon (15 February 2019). "A closed-loop analysis of grid scale battery systems providing frequency response and reserve services in a variable inertia grid" (PDF). Applied Energy. 236: 961–972. doi:10.1016/j.apenergy.2018.12.044.
  18. ↑ Reihani, Ehsan; Motalleb, Mahdi; Ghorbani, Reza; Saad Saoud, Lyes (February 2016). "Load peak shaving and power smoothing of a distribution grid with high renewable energy penetration". Renewable Energy. 86: 1372–1379. doi:10.1016/j.renene.2015.09.050.
  19. ↑ Pendick, Daniel (2007), "Storing energy from the wind in compressed-air reservoirs", New Scientist, 195 (2623): 44–47, doi:10.1016/S0262-4079(07)62476-2
  20. ↑ "LightSail Gets $5.5M From Total, Thiel, Khosla, Gates for Compressed Air Energy Storage". CleanTechnica. 21 February 2013.
  21. ↑ Kevin Bullis (20 May 2013). "The Resurgence of Liquid Air for Energy Storage". MIT Technology Review. Archived from the original on 24 June 2013. Retrieved 2013-06-07.
  22. ↑ "British company offers efficient energy storage using 'liquid air'". ExtremeTech. Archived from the original on 14 December 2012.
  23. ↑ "How liquid air could help keep the lights on". BBC News. 22 October 2019. Retrieved 23 October 2019.
  24. ↑ "Highview Power to Develop Multiple Cryogenic Energy Storage Facilities in the UK and to Build Europe's Largest Storage System". Highview power. Retrieved 23 October 2019.
  25. ↑ Roger, Harrabin (6 November 2020). "UK energy plant to use liquid air". BBC News. Retrieved 7 November 2020.
  26. ↑ "Highview Power Breaks Ground on 250MWh CRYOBattery Long Duration Energy Storage Facility". Company News and Announcements. Highview Power. Retrieved 7 November 2020.
  27. ↑ Junior Isles (September 2020). "Really cool storage" (PDF). The Energy Industry Times. 13 (5): 15. ISSN 1757-7365. Retrieved 7 November 2020.
  28. ↑ "Powering the future: Electrical energy can be captured as liquid air". The Economist. Nov 30, 2019. Retrieved 8 November 2020.
  29. ↑ Justine Calma (12 Oct 2022). "Meet the CO2 battery cozying up with a wind energy giant". The Verge. Retrieved 16 April 2023. t faces stiff competition, but the CO2 battery has some unique strengths that could accelerate the transition to clean energy
  30. ↑ Mr. Simone Maccarini (2021). "The Carbon Dioxide for energy storage applications" (PDF). DoE. THERMOCHEMICAL POWER GROUP, UNIVERSITY OF GENOA (ITALY). Retrieved 16 April 2023.
  31. ↑ Andy Colthorpe (12 April 2023). "Energy Dome: Turning a greenhouse gas into a cheaper form of energy storage than lithium-ion batteries". Editors blog. Energy Storage News. Retrieved 16 April 2023.
  32. ↑ "Energy Dome: This new battery uses CO₂ to store wind and solar power". YouTube.
  33. ↑ "CO2 battery licensed by Energy Dome". Power generation: news and insights. Ansaldo Energia. Retrieved 16 April 2023.
  34. ↑ Ziegler, Micah S.; Trancik, Jessika E. (2021). "Re-examining rates of lithium-ion battery technology improvement and cost decline". Energy & Environmental Science (به انگلیسی). 14 (4): 1635–1651. arXiv:2007.13920. doi:10.1039/D0EE02681F. ISSN 1754-5692.
  35. ↑ "The price of batteries has declined by 97% in the last three decades". Our World in Data. Retrieved 2022-04-26.
  36. ↑ Eric Wesoff (2 April 2013). "Aquion Energy's Disruptive Battery Tech Picks Up $35M in VC". greentechmedia.com. Archived from the original on 6 August 2013.
  37. ↑ Zachary Shahan (9 May 2015). "Tesla Powerwall & Powerpacks Per-kWh Lifetime Prices vs Aquion Energy, Eos Energy, & Imergy". CleanTechnica. Retrieved 2018-03-19.
  38. ↑ "Report: EV battery costs hit another low in 2021, but they might rise in 2022". Green Car Reports (به انگلیسی). Retrieved 2022-09-08.
  39. ↑ Alamalhodaei, Aria (2021-07-28). "What Tesla's bet on iron-based batteries means for manufacturers". TechCrunch (به انگلیسی). Retrieved 2022-09-08.
  40. ↑ David L. Chandler, MIT News Office (19 November 2009). "Liquid battery big enough for the electric grid?". MIT News. Archived from the original on 13 February 2010.
  41. ↑ "Appalachian Power Dedicates Mega Battery; New Technology Provides Extra Power, Reliability" (Press release). Appalachian Power. 20 July 2006. Archived from the original on 22 October 2006.
  42. ↑ Andy Colthorpe (26 November 2020). "Ambri's liquid metal battery to be used at desert data centre in Nevada". Energy Storage News.
  43. ↑ Eric Wesoff (24 May 2012). "Sadoway's MIT Liquid Metal Battery Startup Adds $15M and Khosla Ventures as Investor". greentechmedia.com. Archived from the original on 25 September 2012.
  44. ↑ Flow batteries from 1879 to 2022 and beyond. 2023. Journal of The Electrochemical Society. 170/030505. Y.V. Tolmachev. doi: 10.1149/1945-7111/acb8de.
  45. ↑ ""Renewable. Rechargeable. Remarkable.", Feature Article, September 2005". Archived from the original on 15 January 2009.
  46. ↑ "Grid-Scale storage with vanadium redox flow batteries". REDT Energy Storage. Archived from the original on 15 May 2014.
  47. ↑ 1. An Overview of the Design and Optimized Operation of Vanadium Redox Flow Batteries for Durations in the Range of 4–24 Hours. 2023. Batteries. 9/4. V.V. Viswanathan, A.J. Crawford, E.C. Thomsen, N. Shamim, G. Li, Q. Huang, et al. doi: 10.3390/batteries9040221.
  48. ↑ "Wind farm with battery storage in Ireland". Leonardo Energy. Archived from the original on 2 November 2007.
  49. ↑ Gyuk, I.; Kulkarni, P.; Sayer, J.H.; Boyes, J.D.; Corey, G.P.; Peek, G.H. "The United States of storage [electric energy storage". IEEE Power and Energy Magazine. 3 (2): 31–39. doi:10.1109/MPAE.2005.1405868. ISSN 1540-7977.
  50. ↑ International, Edison. "SCE Unveils Largest Battery Energy Storage Project in North America". Edison International (به انگلیسی). Retrieved 2020-05-10.
  51. ↑ "A cheap, long-lasting, sustainable battery for grid energy storage | KurzweilAI". www.kurzweilai.net (به انگلیسی). 2016-09-16. Archived from the original on 28 December 2016. Retrieved 2017-02-02.
  52. ↑ MICU, ALEXANDRU (30 January 2017). "Rows of Tesla batteries will keep Southern California's lights on during the night". ZME Science. Archived from the original on 1 February 2017. Retrieved 2 February 2017.
  53. ↑ Invenergy's Grand Ridge energy storage facility wins 2015 Best Renewable Project Award بایگانی‌شده در ۱۰ ژانویه ۲۰۱۶ توسط Wayback Machine, Solar Server, 12 December 2015
  54. ↑ 5 battery energy storage projects to watch in 2016 بایگانی‌شده در ۲۹ ژانویه ۲۰۱۷ توسط Wayback Machine, Utility Dive, Krysti Shallenberger, 30 November 2015
  55. ↑ Conway, E. (2 September 2008) "World's biggest battery switched on in Alaska" Telegraph.co.uk
  56. ↑ "Duke Energy Notrees Wind Storage Demonstration Project". DOE Global Energy Storage Database. Archived from the original on 26 October 2014. Retrieved 13 October 2014.
  57. ↑ Lie, Øyvind (12 October 2014). "Her er verdens kraftigste batterier". Tu.no (به دانمارکی). Teknisk Ukeblad. Archived from the original on 14 October 2014. Retrieved 13 October 2014.
  58. ↑ Media, BioAge. "Green Car Congress: Daimler and partners deploying world's largest 2nd-life EV battery storage unit for grid support". Archived from the original on 7 November 2015.
  59. ↑ "US energy storage market grew 243% in 2015, largest year on record". 4 March 2016. Archived from the original on 5 March 2016.
  60. ↑ Madelyn Newton (10 July 2018). "UK's 'largest' grid battery storage facility completed in Hertfordshire".
  61. ↑ Weetch, Bella (21 February 2021). "SMS begins construction of British battery storage projects". Energy Global. Retrieved 1 July 2021.
  62. ↑ Megan Geuss (1 December 2017). "Tesla beats deadline, switches on gigantic Australian battery array". Retrieved 29 September 2018.
  63. ↑ Megan Geuss (11 April 2018). "Australian Energy Market Operator likes its new Tesla battery quite a bit". Retrieved 29 September 2018.
  64. ↑ "Initial operation of the Hornsdale Power Reserve Battery Energy Storage Syetem" (PDF). Australian Energy Market Operator. April 2018. Archived from the original (PDF) on 29 September 2018. Retrieved 29 September 2018.
  65. ↑ "BBC News – New electric car scheme for California". BBC. 19 February 2010. Archived from the original on 20 February 2010.
  66. ↑ ۶۶٫۰ ۶۶٫۱ ۶۶٫۲ ۶۶٫۳ Eberle, Ulrich; von Helmolt, Rittmar (14 May 2010). "Sustainable transportation based on electric vehicle concepts: a brief overview". Royal Society of Chemistry. Archived from the original on 21 October 2013. Retrieved 2010-06-08.
  67. ↑ "Charge a battery in just six minutes". Archived from the original on 15 October 2008.
  68. ↑ "Toshiba: Press Releases 29 March 2005". toshiba.co.jp. Archived from the original on 30 December 2016.
  69. ↑ Woody, Todd. "PG&E's Battery Power Plans Could Jump Start Electric Car Market." بایگانی‌شده در ۸ فوریه ۲۰۰۸ توسط Wayback Machine (Blog). Green Wombat, 2007-06-12. Retrieved on 2007-08-19
  70. ↑ Planet Ark Environmental Foundation. "E.on UK Plans Giant Battery to Store Wind Power". Positive Environment News. Archived from the original on 18 September 2007.
  71. ↑ "V2G found to improve the lifetime of electric vehicle batteries". Clean Energy News. Archived from the original on 28 March 2018. Retrieved 5 May 2018.
  72. ↑ Kelly-Detwiler, Peter (2014-03-18). "The Afterlife For Electric Vehicle Batteries: A Future Source of Energy Storage?". Forbes.
  73. ↑ Garthwaite, Josie (2012-11-12). "Second Life for Old Electric-Car Batteries: Guardians of the Electric Grid". National Geographic. Archived from the original on 18 November 2012.
  74. ↑ "Energy Storage Plant in Europe announced in Midlands". Department of Business, Enterprise and Innovation. 26 March 2015. Archived from the original on 28 November 2016. Retrieved 28 January 2020.
  75. ↑ "New energy storage plant could 'revolutionise' renewable sector". The Guardian. Archived from the original on 4 December 2016.
  76. ↑ "Joint European Torus facility – Flywheel details". Archived from the original on 1 February 2014. Retrieved 18 January 2014.
  77. ↑ David Hamilton (8 January 2010). "Terremark Installs Space-Saving Flywheel UPS in New Data Center". Web Host Industry Review. Archived from the original on 28 April 2010. Retrieved 2010-11-16.
  78. ↑ "EDA – Electricidade dos Açores". Archived from the original on 28 November 2007.
  79. ↑ "Coral Bay PowerStore Flywheel Project". DOE Global Energy Storage Database. Archived from the original on 26 August 2017. Retrieved 2017-08-26.,
  80. ↑ ۸۰٫۰ ۸۰٫۱ ۸۰٫۲ Eberle, Ulrich; Mueller, Bernd; von Helmolt, Rittmar (15 July 2012). "Fuel cell electric vehicles and hydrogen infrastructure: status 2012". Royal Society of Chemistry. Archived from the original on 9 February 2014. Retrieved 2013-01-08.
  81. ↑ ۸۱٫۰ ۸۱٫۱ Anscombe, Nadya (4 June 2012). "Energy storage: Could hydrogen be the answer?". Solar Novus Today. Archived from the original on 19 August 2013. Retrieved 3 November 2012.
  82. ↑ "Conversion of the UK gas system to transport hydrogen". Archived from the original on 16 May 2016.
  83. ↑ Oprisan, Morel (April 2007). "Introduction of Hydrogen Technologies to Ramea Island" (PDF). IEA Wind – KWEA Joint Workshop. Archived from the original (PDF) on 30 July 2016. Retrieved 2 February 2017.
  84. ↑ Olaf Kruck; Fritz Crotogino (14 August 2013). "Benchmarking of selected storage options" (PDF). HyUnder.
  85. ↑ Reinhold Wurster; Werner Zittel. "Hydrogen Energy". HyWeb – The LBST Information Portal on Hydrogen and Fuel Cells. Archived from the original on 2 January 2004.
  86. ↑ "Why storing large scale intermittent renewable energies with hydrogen?". HyUnder. Archived from the original on 11 November 2013.
  87. ↑ "Storing renewable energy: Is hydrogen a viable solution?" (PDF).[پیوند مرده]
  88. ↑ "Preparing for the Hydrogen Economy by Using the Existing Natural Gas System as a Catalyst" (PDF). Naturalhy. October 2009. Archived from the original (PDF) on 18 January 2012.
  89. ↑ Lan, Rong; Tao, Shanwen (5 May 2018). "Ammonia as a Suitable Fuel for Fuel Cells". Frontiers in Energy Research. 2. doi:10.3389/fenrg.2014.00035.
  90. ↑ Service, Robert F. (2018-07-12). "Ammonia—a renewable fuel made from sun, air, and water—could power the globe without carbon". Science | AAAS (به انگلیسی). Retrieved 2021-04-15.
  91. ↑ "International Energy Statistics". Archived from the original on 3 October 2011.
  92. ↑ Rastler; et al. (2010). "Electric Energy Storage Technology Options: A White Paper Primer on Applications, Costs, and Benefits". EPRI. Archived from the original ((Free download)) on 17 August 2011. Retrieved 30 September 2011.
  93. ↑ "Pumped Hydro (PH)". Electricity Storage Association. Archived from the original on 15 March 2013. Retrieved 2013-03-26.
  94. ↑ "Pumped Hydroelectric Energy Storage". Imperial College London. Archived from the original on 29 October 2007.
  95. ↑ ۹۵٫۰ ۹۵٫۱ "First Hydro Dinorwig Power Station". Archived from the original on 12 May 2016.
  96. ↑ "CIA – The World Factbook – China". Archived from the original on 13 August 2008.
  97. ↑ Stoll, B L; Smith, T A; Deinert, M R (2013-03-01). "Potential for rooftop photovoltaics in Tokyo to replace nuclear capacity". Environmental Research Letters. 8 (1): 014042. Bibcode:2013ERL.....8a4042S. doi:10.1088/1748-9326/8/1/014042. ISSN 1748-9326.
  98. ↑ ۹۸٫۰ ۹۸٫۱ "Hydroelectric Power" (PDF). United States Bureau of Reclamation. Archived from the original (PDF) on 21 October 2008. Retrieved 2008-10-13.
  99. ↑ "SCPPA Hoover Project Page". Southern California Public Power Authority. Archived from the original on 27 September 2008. Retrieved 2008-10-13.
  100. ↑ "Rethinking our Water Ways - 5.3 Water Use Plans". www.rethinkingwater.ca. Archived from the original on 5 October 2017. Retrieved 5 May 2018.
  101. ↑ Advantages of Using Molten Salt بایگانی‌شده در ۵ ژوئن ۲۰۱۱ توسط Wayback Machine Tom Mancini, Sandia National Laboratories, Albuquerque, NM Accessed December 2007
  102. ↑ Lee, Zachary E.; Sun, Qingxuan; Ma, Zhao; Wang, Jiangfeng; MacDonald, Jason S.; Zhang, K. Max (Feb 2020). "Providing Grid Services With Heat Pumps: A Review". Journal of Engineering for Sustainable Buildings and Cities. 1 (1). doi:10.1115/1.4045819.
  103. ↑ "Isentropic's PHES Technology". Archived from the original on 10 October 2014.
  104. ↑ Dumont, Olivier; Frate, Guido Francesco; Pillai, Aditya; Lecompte, Steven; De paepe, Michel; Lemort, Vincent (2020). "Carnot battery technology: A state-of-the-art review". Journal of Energy Storage. 32: 101756. doi:10.1016/j.est.2020.101756. ISSN 2352-152X.
  105. ↑ "How UK's disused mine shafts could be used to store renewable energy". The Guardian. 21 October 2019.
  106. ↑ Gourley, Perry (31 August 2020). "Edinburgh firm behind incredible gravity energy storage project hails milestone". www.edinburghnews.scotsman.com (به انگلیسی). Retrieved 2020-09-01.
  107. ↑ Akshat Rathi (August 18, 2018). "Stacking concrete blocks is a surprisingly efficient way to store energy". Quartz.
  108. ↑ "Some energy storage already cost competitive, new valuation study shows". Utility Dive. 24 November 2015. Archived from the original on 18 October 2016. Retrieved 15 October 2016.
  109. ↑ "Lazard's Levelized Cost of Storage Analysis" (PDF). Archived from the original (PDF) on 2 February 2017. Retrieved 2 February 2017.
  110. ↑ Lai, Chun Sing; McCulloch, Malcolm D. (March 2017). "Levelized cost of electricity for solar photovoltaic and electrical energy storage". Applied Energy. 190: 191–203. doi:10.1016/j.apenergy.2016.12.153.
  111. ↑ Chip Register (13 January 2015). "The Battery Revolution: A Technology Disruption, Economics and Grid Level Application Discussion with Eos Energy Storage". Forbes. Archived from the original on 11 November 2016.
  112. ↑ "Eos Energy Storage – Technology and Products". eosenergystorage.com. Archived from the original on 2014-02-06.
  113. ↑ "Levelized Cost of Energy and of Storage". Archived from the original on 20 February 2021. Retrieved 19 January 2024.
  114. ↑ Lai, Chun Sing; Jia, Youwei; Xu, Zhao; Lai, Loi Lei; Li, Xuecong; Cao, Jun; McCulloch, Malcolm D. (December 2017). "Levelized cost of electricity for photovoltaic/biogas power plant hybrid system with electrical energy storage degradation costs". Energy Conversion and Management. 153: 34–47. doi:10.1016/j.enconman.2017.09.076.
  115. ↑ Energy Information Administration / Annual Energy Review 2006 بایگانی‌شده در ۲۵ ژوئن ۲۰۰۸ توسط Wayback Machine, Table 8.2a
  116. ↑ "Projects". DOE Global Energy Storage Database. Archived from the original on 15 November 2014. Retrieved 13 November 2013.
  117. ↑ "BBC News – Christmas Television – The great TV ratings war". BBC. Archived from the original on 12 January 2009.

برای مطالعهٔ بیشتر[ویرایش]

پیوند به بیرون[ویرایش]

برگرفته از «https://fa.wikipedia.org/w/index.php?title=ذخیره_انرژی_شبکه&oldid=39008469»