انرژی خورشیدی یک منبع انرژی تجدیدپذیر پاک و فراوان است که می تواند به کاهش انتشار گازهای گلخانه ای و مبارزه با تغییرات آب و هوایی کمک کند. با این حال، انرژی خورشیدی نیز متغیر و نامشخص است، به این معنی که به آب و هوا و زمان روز بستگی دارد. این یک چالش برای مناطقی با کمبود برق است، جایی که برق قابل اعتماد و مقرون به صرفه برای توسعه و رفاه انسان ضروری است.
فناوری های ذخیره سازی انرژی: یک راه حل کلیدی
یکی از راه‌های غلبه بر تغییرپذیری و عدم قطعیت انرژی خورشیدی، ذخیره آن در زمان فراوانی و استفاده از آن در صورت نیاز است. ذخیره‌سازی انرژی می‌تواند به رفع پیک‌ها و کاهش تقاضا و عرضه برق کمک کند، و همچنین در صورت خرابی شبکه یا شرایط اضطراری، برق پشتیبان را تأمین کند.
انواع مختلفی از فناوری های ذخیره انرژی وجود دارد که می توان با انرژی خورشیدی از آنها استفاده کرد، مانند:
باتری ها: این دستگاه ها انرژی شیمیایی ذخیره شده را به انرژی الکتریکی تبدیل می کنند. آنها را می توان در مقیاس های مختلف، از خانگی گرفته تا سطح شبکه استفاده کرد و در سال های اخیر ارزان تر و کارآمدتر شده اند. به عنوان مثال، تاسیسات ذخیره انرژی خزه فرود آمدن در کالیفرنیا، ایالات متحده، با ظرفیت 300 مگاوات، بزرگترین سیستم ذخیره انرژی باتری ’ جهان است.
هیدرولیک پمپ شده: این روش شامل پمپاژ آب در سربالایی در زمان تقاضای کم انرژی و رهاسازی آن از طریق توربین ها برای تولید برق در زمان های تقاضای زیاد است. این پرکاربردترین شکل ذخیره انرژی است، به ویژه برای کاربردهای در مقیاس بزرگ. انتظار می‌رود که نیروگاه‌های آبی، از جمله ذخیره‌سازی پمپ شده، بزرگترین منبع تولید برق تجدیدپذیر در جهان در سال ۲۰۱۹ باقی بماند.
ذخیره انرژی حرارتی: این تکنیک شامل ذخیره گرما یا سرما در موادی مانند آب، نمک مذاب، یخ یا مواد تغییر فاز است. می توان از آن برای تامین گرمایش یا سرمایش ساختمان ها یا فرآیندهای صنعتی یا برای تولید برق با استفاده از توربین های بخار یا موتورهای حرارتی استفاده کرد. پیش بینی می شود حجم ذخیره انرژی حرارتی تا سال 2030 سه برابر شود.
ذخیره انرژی مکانیکی: این رویکرد حرکت یا گرانش را برای ذخیره الکتریسیته مهار می کند. به عنوان مثال می توان به چرخ طیار، هوای فشرده و سیستم های مبتنی بر گرانش اشاره کرد. این فناوری ها می توانند پاسخ سریع و انعطاف پذیری به نوسانات شبکه و مسائل مربوط به کیفیت برق ارائه دهند.
فناوری های ذخیره سازی انرژی: یک چالش کلیدی
در حالی که ذخیره انرژی می تواند مزایای بسیاری را برای ادغام انرژی خورشیدی در مناطقی با کمبود برق ارائه دهد، اما با چالش های زیادی نیز مواجه است. برخی از این موارد عبارتند از:
هزینهفن آوری های ذخیره سازی انرژی در مقایسه با نیروگاه های متداول مبتنی بر سوخت فسیلی هنوز گران هستند. هزینه ذخیره سازی انرژی به عوامل مختلفی مانند نوع، اندازه، مکان و کاربرد فناوری بستگی دارد. هزینه ذخیره سازی سطحی (LCOS)، که میانگین هزینه هر واحد برق تحویلی توسط یک سیستم ذخیره سازی در طول عمر آن را اندازه گیری می کند، به طور گسترده ای در فناوری ها و مناطق مختلف متفاوت است.
کارایی: فناوری های ذخیره سازی انرژی از نظر ظرفیت توان، ظرفیت انرژی، راندمان، طول عمر و اثرات زیست محیطی ویژگی های متفاوتی دارند. این موارد بر مناسب بودن آنها برای اهداف و سناریوهای مختلف تأثیر می گذارد. به عنوان مثال، باتری ها می توانند توان خروجی بالایی را برای مدت زمان کوتاه ارائه دهند، در حالی که هیدرولیک پمپ شده می تواند توان خروجی کم را برای مدت زمان طولانی ارائه دهد. علاوه بر این، برخی از فناوری‌های ذخیره‌سازی انرژی ممکن است در طول زمان کاهش یابند یا کارایی خود را به دلیل دوچرخه‌سواری یا تخلیه خود از دست بدهند.
قابلیت اطمینان: فن آوری های ذخیره سازی انرژی باید به اندازه کافی قابل اعتماد باشد تا بتواند تقاضای برق را در مناطقی با کمبود برق برآورده کند، جایی که قطع برق می تواند عواقب جدی برای سلامت، آموزش و فعالیت های اقتصادی داشته باشد. با این حال، قابلیت اطمینان ذخیره سازی انرژی به در دسترس بودن و کیفیت منبع خورشیدی و همچنین طراحی و عملکرد سیستم بستگی دارد. به عنوان مثال، مطالعه ای توسط تانگ و همکاران. دریافت که حتی با انتقال کامل و تولید سالانه برابر با تقاضای سالانه، اما بدون ذخیره‌سازی انرژی، سیستم‌های خورشیدی سنگین تنها می‌توانند تقاضای برق کشور‌ها’ را در 48–79% ساعت برآورده کنند (در مقایسه با 72–91% برای سیستم‌های بادی سنگین ). افزودن 12 ساعت ذخیره سازی می تواند این محدوده را به 65–88% برای سیستم های خورشیدی سنگین (و 83–94% برای سیستم های بادی سنگین) افزایش دهد، اما همچنان صدها ساعت تقاضای برآورده نشده در سال باقی می ماند.
نتیجه
انرژی خورشیدی و ذخیره انرژی می تواند نقش بسزایی در تامین انرژی پاک و پایدار برای مناطقی با کمبود برق داشته باشد. با این حال، آنها همچنین با چالش های فنی، اقتصادی و اجتماعی زیادی روبرو هستند که باید به آنها رسیدگی شود. بنابراین، یک رویکرد جامع و یکپارچه مورد نیاز است که نه تنها منابع خورشیدی و بادی، بلکه سایر منابع تجدیدپذیر مانند برق آبی، زمین گرمایی و زیست توده را نیز در نظر بگیرد. و همچنین راه حل های دیگری مانند مدیریت تقاضا، کاهش و تجمیع منطقه ای. علاوه بر این، توسعه ذخیره سازی انرژی باید با نیازها و ترجیحات جوامع محلی و همچنین اثرات زیست محیطی و اجتماعی فناوری ها هماهنگ باشد.