تخزين الطاقة بالتبريد

مفهوم تخزين الطاقة بالتبريد (بالإنجليزية: Cryogenic energy storage)‏ يشير إلى استخدام السوائل ذات درجة الحرارة المنخفضة (المبردة) مثل الهواء السائل أو النيتروجين السائل لـ تخزين الطاقة.[1][2] وتستخدم سوائل التبريد سابقة الذكر في تشغيل السيارات. في بادئ الأمر، قام المخترع بيتر ديرمان بتطوير سيارة تعمل بالهواء السائل، وبعدها استخدم تقنية قام بوضعها بنفسه لـ شبكة تخزين الطاقة. وقد جرى استخدام هذه التقنية بصورة تجريبية في إحدى محطات توليد الطاقة بالمملكة المتحدة.[3]

معلومات تاريخيةعدل

لقد تم صناعة السيارات التي تعمل بالهواء السائل، والتي يطلق عليها ليكويد إير، في الفترة من عام 1899 وحتى عام 1902. وفي الآونة الأخيرة، تمت صناعة السيارة التي تعمل بالنيتروجين السائل. وتمكن المخترع الذي يعمل لحسابه الخاص، بيتر ديرمان في هيرتفوردشاير، بالمملكة المتحدة، والذي كان له سبق اختراع السيارة التي تعمل بالهواء السائل، من ابتكار تقنية يمكن استخدامها كـ شبكة لتخزين الطاقة.[4] ويختلف محرك ديرمان عن غيره من تصاميم المحركات التي تعمل بالنيتروجين من حيث إن النيتروجين يتم تسخينه عن طريق دمجه مع سائل المبادِل الحراري الموجود داخل أسطوانة المحرك.[5][6]

شبكة تخزين الطاقةعدل

العمليةعدل

عندما تكون الكهرباء أقل تكلفة (عادةً في الفترات الليلية)، يمكن استخدامها في تبريد الهواء من درجة حرارة الجو إلى درجة 195 درجة كلفن، وذلك عن طريق استخدام دورة كلود حتى يصل إلى النقطة التي يسيل فيها. ويمكن الاحتفاظ بـ الهواء السائل، والذي يشكل واحدًا على ألف من حجم الغاز، لفترة طويلة في قارورة خوائية كبيرة عند الضغط الجوي. وفي أوقات الطلب المتزايد على الكهرباء، يتم ضخ الهواء السائل عند ضغط عالٍ ليصل إلى المبادِل الحراري، والذي يعمل بمثابة غلاية (صناعة). ويستخدم هواء من الجو عند درجة حرارة الغرفة أو ماء ساخن من مصدر تسخين صناعي لتسخين السائل وتحويله مرة أخرى إلى غاز. ويتم استغلال الزيادة الهائلة في الحجم والضغط المتولد هذا في تشغيل التربين، ومن ثَم توليد الكهرباء.[7]

الكفاءةعدل

تبلغ نسبة كفاءة هذه العملية في حالة العزل 25% فقط، غير أن هذه النسبة تزيد بشكل كبير (لتصل إلى حوالي 50%) عند استخدامها مع مخزن تبريد ذي درجة منخفضة، كسرير كبير مفروش بالحصى، وذلك لالتقاط البرودة الناتجة عن تبخير سائل التبريد. وتستخدم هذه البرودة مجددًا أثناء دورة التبريد التالية.[7]

وتتم زيادة الكفاءة أكثر من ذلك عندما يتم استخدامها جنبًا إلى جنب مع محطة طاقة أو أي مصدر آخر من مصادر الحرارة ذات الدرجة المنخفضة، والتي بدونها ستتبدد الحرارة في الجو. وتعتقد شركة هاي فيو لتخزين الطاقة (Highview Power Storage) أن كفاءة التيار المتردد الذي يمر ذهابًا وإيابًا تصل نسبته إلى 70%، باستخدام مصدر حرارة عادِمة آخر عند درجة حرارة تبلغ 115 درجة مئوية.[8] ويقر معهد المهندسين الميكانيكيين (IMechE) بأن تلك التقديرات الخاصة بالمحطة المنشأة على نطاق تجاري واقعية.[4]

وحاليًا يتم استخراج فائض النيتروجين السائل باعتباره منتجًا ثانويًا في عملية إنتاج الأكسجين السائل.[5] كذلك، يمكن استخدام الأكسجين السائل في محطات توليد الطاقة من الفحم من خلال عملية احتراق في وجود الأكسجين، مما يتيح إمكانية التقاط ثاني أكسيد الكربون وعزله.[9] وتعد عملية تقطير الهواء المبرِد التقنية الوحيدة المجدية تجاريًا لإنتاج الأكسجين على نطاق واسع.[9]

وحدة صناعية تجريبيةعدل

قام باحثون من [10] جامعة ليدز وشركة هاي فيو لتخزين الطاقة (Highview Power Storage)،[11] بتطوير نظام تجريبي للطاقة المبردة. ويعمل هذا النظام بطاقة 300 كيلو وات وسعة تخزين تصل إلى 2.5 ميجا وات/ساعة، ويستخدم الهواء السائل (مع التخلص من ثاني أكسيد الكربون والماء نظرًا لأنهما يتحولان إلى مواد صلبة عند درجة حرارة التخزين)؛ حيث يتم تخزين الطاقة وتنبعث حرارة عادمة ذات درجة منخفضة لتعزيز إعادة التمدد الحراري للهواء. ويتم تشغيل هذا النظام عند محطة للطاقة تعمل بالوقود الحيوي قدرة 80 ميجا وات في سلاو، المملكة المتحدة، منذ عام 2010.[4][10] وبلغت درجة كفاءة هذا النظام حوالي 60 بالمائة.[12]

ويستند هذا النظام إلى تكنولوجيا مجربة، ويمكن استخدامه بأمان في العديد من العمليات الصناعية، ولا يتطلب وجود أية عناصر نادرة التواجد بشكل خاص أو أي مكونات مكلفة ليتم تشغيله. في هذا الإطار، يقول الدكتور تيم فوكس رئيس قسم الطاقة بمعهد المهندسين الميكانيكيين " يستخدم هذا النظام مكونات صناعية قياسية...، وسيستمر تواجده لعقود طويلة، ويمكن تثبيته باستخدام مفتاح ربط."[4]

المراجععدل

  1. ^ "The 2011 Energy & Environment Winner -CES". The Engineer. 2011-12-02. مؤرشف من الأصل في 03 أكتوبر 2015. اطلع عليه بتاريخ 25 أكتوبر 2012. الوسيط |CitationClass= تم تجاهله (مساعدة); تحقق من التاريخ في: |تاريخ أرشيف= (مساعدة)
  2. ^ Rebecca Boyle (08.11.2010). "Grid Could Meet Sudden Energy Demands By Storing Power As Liquid Oxygen". Popsci. مؤرشف من الأصل في 06 أكتوبر 2016. الوسيط |CitationClass= تم تجاهله (مساعدة); تحقق من التاريخ في: |تاريخ=, |تاريخ أرشيف= (مساعدة)
  3. ^ "Electricity Storage" (PDF). Institution of Mechanical Engineers. May 2012. مؤرشف من الأصل (PDF) في 10 يناير 2020. اطلع عليه بتاريخ 22 أكتوبر 2012. الوسيط |CitationClass= تم تجاهله (مساعدة)
  4. أ ب ت ث Roger Harrabin, BBC Environment analyst (2012-10-2). "Liquid air 'offers energy storage hope'". BBC News, Science and Environment. بي بي سي. مؤرشف من الأصل في 16 فبراير 2019. اطلع عليه بتاريخ 02 أكتوبر 2012. الوسيط |CitationClass= تم تجاهله (مساعدة); تحقق من التاريخ في: |تاريخ= (مساعدة)
  5. أ ب Raili Leino (22.10.2012). "Mullistava idea: Tulevaisuuden auto voi kulkea typpimoottorilla". Tekniikka&Talous (باللغة الفنلندية). مؤرشف من الأصل في 14 ديسمبر 2019. الوسيط |CitationClass= تم تجاهله (مساعدة); تحقق من التاريخ في: |تاريخ= (مساعدة)
  6. ^ "The Technology". Dearman Engine Company. 2012. مؤرشف من الأصل في 28 أغسطس 2013. اطلع عليه بتاريخ أغسطس 2020. الوسيط |CitationClass= تم تجاهله (مساعدة); تحقق من التاريخ في: |تاريخ الوصول= (مساعدة)
  7. أ ب "Process". company website. Highview Power Storage. مؤرشف من الأصل في 11 فبراير 2014. اطلع عليه بتاريخ 07 أكتوبر 2012. الوسيط |CitationClass= تم تجاهله (مساعدة)
  8. ^ "Cryo Energy System". company website. Highview Power Storage. مؤرشف من الأصل في 14 أكتوبر 2012. اطلع عليه بتاريخ 07 أكتوبر 2012. الوسيط |CitationClass= تم تجاهله (مساعدة)
  9. أ ب "Air separation units for coal power plants". Carbon Capture Journal. June 22, 2011. مؤرشف من الأصل في 10 يناير 2020. اطلع عليه بتاريخ أغسطس 2020. الوسيط |CitationClass= تم تجاهله (مساعدة); تحقق من التاريخ في: |تاريخ الوصول= (مساعدة)
  10. أ ب Darius Snieckus (2011-12-06). "Liquid air energy-storage set for the big time after German deal". www.rechargenews.com. مؤرشف من الأصل في 24 سبتمبر 2015. اطلع عليه بتاريخ 25 أكتوبر 2012. الوسيط |CitationClass= تم تجاهله (مساعدة)
  11. ^ "Energy storage project wins major award". University of Leeds. 2011-12-06. مؤرشف من الأصل في 04 مارس 2016. اطلع عليه بتاريخ 25 أكتوبر 2012. الوسيط |CitationClass= تم تجاهله (مساعدة); تحقق من التاريخ في: |تاريخ أرشيف= (مساعدة)
  12. ^ Liquid air energy storage: supporting the low carbon electrical network webcast نسخة محفوظة 02 2يناير7 على موقع واي باك مشين.