تخزين طاقة الشبكات: الفرق بين النسختين

تم إضافة 17٬694 بايت ، ‏ قبل سنة واحدة
This contribution was added by Bayt al-hikma 2.0 translation project
ط (بوت:إضافة وصلة معادلة (1.5))
(This contribution was added by Bayt al-hikma 2.0 translation project)
 
وبالتالي، يعد تخزين طاقة الشبكات طريقة يمكن أن يستخدمها مشغل شبكة طاقة كهربائية لتعديل إنتاج الطاقة حسب استهلاك الطاقة، وكلاهما يمكن أن يتغير مع مرور الوقت. ويتم القيام بذلك من أجل زيادة الكفاءة وتقليل تكلفة إنتاج الطاقة، أو من أجل تسهيل استخدام مصادر الطاقة المتقطعة.
 
== فوائده ==
يجب على أي شبكة طاقة كهربائية أن توافق بين [[توليد الكهرباء]] واستهلاكها، اللذين يتراوحان بشكل كبير مع الزمن. يكون لأي عملية دمج بين تخزين الطاقة والاستجابة للطلب المزايا التالية:
 
* يمكن أن تشغل محطات توليد الطاقة الكهربائية التي تعمل على الوقود (أي الفحم أو النفط أو الغاز أو الوقود النووي) بشكل أكثر كفاءة وسهولة عند مستويات إنتاج ثابتة.
* يمكن تخزين الطاقة المولدة من مصادر غير مستمرة (متقطعة) واستخدامها في وقت لاحق، في حين كان يجب نقلها للبيع في مكان آخر أو إيقاف توليدها لولا التخزين.
* يمكن خفض التوليد عند الذروة أو سعة النقل بمقدار القدرة الكلية لكل وسائل التخزين بالإضافة إلى الأحمال ممكنة التأجيل، ما يوفر كلفة هذه القدرة.
* تسعير أكثر استقرارًا – فكلفة إدارة التخزين أو الطلب مشمولة في التسعير لذا فهناك تغير أقل في أسعار الطاقة المأخوذة من العملاء، أو (إذا كانت الأسعار مثبتة حسب القانون) تصبح الخسائر الناتجة عن أسعار الجملة للطاقة الكهربائية في وقت الذروة أقل على المؤسسة الخدمية حين يجب تلبية الطلب عند الذروة بطاقة مستوردة بالجملة.
* الجاهزية الطاقية – يمكن تلبية الحاجات الحيوية بشكل موثوق حتى عند عدم حدوث نقل أو توليد، مع تأجيل الحاجات غير الأساسية.
 
تتراوح الطاقة المشتقة من المصادر الشمسية والبحرية ([[مد وجزر|المد والجزر]]) والريحية بطبيعتها – إذ تختلف كمية الكهرباء المنتجة من وقت لآخر خلال اليوم، أو حسب منازل القمر، أو الفصل أو وفق عوامل عشوائية كحالة الطقس. بالتالي تسبب الطاقات المتجددة في غياب التخزين تحديات خاصة لمؤسسات الكهرباء. في حين يمكن لربط عدة مصادر ريحية منفصلة أن يخفض التراوح الإجمالي، فإن الطاقة الشمسية غير متوافرة بالتأكيد في الليل، وطاقة المد والجزر تتراوح مع القمر بحيث تنعدم حركة المد والجزر أربع مرات في اليوم.
 
يختلف مدى تأثير ذلك على أي مؤسسة كهرباء بعينها بشكل كبير. في مؤسسات كهرباء الذروة الصيفية يمكن بشكل عام امتصاص طاقة شمسية أكبر وتوفيقها مع الطلب. في مؤسسات كهرباء الذروة الشتوية، ولكن إلى حد أقل، تترافق الرياح مع الطلب على التدفئة والتسخين ويمكن استخدامها لتلبية الطلب. اعتمادًا على هذه العوامل، تميل أكثر من نحو 20-40% من إجمالي مصادر توليد الطاقة المتقطعة الموصولة على الشبكة (كالطاقة الشمسية وعنفات الرياح) إلى اشتراط الاستثمار في الوصلات البينية مع الشبكة، أو تخزين طاقة الشبكات، أو إدارة جانب الطلب.
 
في شبكة كهربائية دون تخزين طاقة، يجب رفع وخفض التوليد الذي يعتمد على الطاقة المخزنة في الوقود (الفحم، الكتلة الحيوية، الغاز الطبيعي، الوقود النووي) لموافقة انخفاض وارتفاع إنتاج الكهرباء من المصادر المتقطعة. في حين يمكن بسرعة رفع أو خفض إنتاج محطات الغاز الطبيعي والمحطات الكهرومائية لتتبع الطلب، فإن محطات توليد الكهرباء من طاقة الرياح أو الفحم أو الطاقة النووية تحتاج وقتًا ملموسًا للاستجابة للحمل. بالتالي فإن المؤسسات التي تعتمد بشكل أقل على الغاز الطبيعي أو المحطات الكهرومائية أكثر اعتمادًا على إدارة الطلب، أو الوصلات التبادلية مع الشبكة، أو التخزين المكلف بضخ الماء.
 
تقدر شركة الاستشارة الفرنسية «يول ديفيلوبمان - Yole Développement» أن سوق «التخزين الثابت» يمكن أن يصبح فرصة بحجم 13.5 بليون دولار بحلول 2023، بالمقارنة مع أقل من 1 بليون دولار في عام 2015.<ref>{{cite web
| url = http://www.ozy.com/rising-stars/jay-whitacre-and-the-edible-battery/60826
| title = Jay Whitacre and the edible battery
| date = 24 August 2015
| website = Ozy
| archiveurl = https://web.archive.org/web/20160608062631/http://www.ozy.com/rising-stars/jay-whitacre-and-the-edible-battery/60826
| archivedate = 8 June 2016
| ref = Ozy
| first1 = Debra
| last1 = Smit
| access-date = 2016-06-15
| url-status = live
| df = dmy-all
}}</ref>
 
== إدارة جانب الطلب وتخزين الشبكة ==
يمكن أيضًا لجانب الطلب تخزين الكهرباء من الشبكة، على سبيل المثال: عن طريق شحن بطارية المركبات الكهربائية فإنها تخزن الطاقة للمركبة، وتوفر خزانات تدفئة المناطق أو مخازن الثلج تخزينًا حراريًّا للمباني.<ref>{{cite web
| url = https://www.energy.gov/sites/prod/files/2014/09/f18/Grid%20Energy%20Storage%20December%202013.pdf
| title = Grid Energy Storage
| date = December 2013
| publisher = [[U.S. Department of Energy]]
| page = 28
| archiveurl = https://web.archive.org/web/20170228214713/https://energy.gov/sites/prod/files/2014/09/f18/Grid%20Energy%20Storage%20December%202013.pdf
| archivedate = 28 February 2017
| accessdate = 2017-02-13
| url-status = live
| df = dmy-all
}}</ref> الدور الوحيد لهذا التخزين حاليًّا هو تحويل الاستهلاك إلى خارج وقت الذروة خلال اليوم، ولا يعاد أي جزء من الكهرباء إلى الشبكة.
 
تخفض الحاجة إلى التخزين في الشبكات لإتاحة طاقة الذروة عن طريق التسعير حسب وقت الاستخدام لجانب الطلب، وهذا أحد محاسن عدادات الكهرباء الذكية. على مستوى المنازل، يمكن للمستهلكين اختيار أوقات خارج الذروة الأقل تكلفة لغسل وتجفيف الثياب، واستخدام الجلايات، والاستحمام والطبخ. وكذلك سيستفيد المستخدمون التجاريون والصناعيون من توفير الكلفة عن طريق تأجيل بعض العمليات إلى الأوقات خارج وقت الذروة.
 
خلقت التأثيرات المناطقية الناتجة عن التشغيل غير المتوقع لطاقة الرياح حاجةً جديدةً لاستجابة تفاعلية على الطلب، حيث تتواصل مؤسسة الكهرباء مع الطلب. كان هذا سابقًا يجري فقط بالتعاون مع كبار المستهلكين الصناعيين، ولكنه يمكن أن يتوسع الآن ليشمل شبكات كهربائية بأكملها.<ref>{{cite web
| url = http://www.raponline.org/wp-content/uploads/2016/05/synapse-hurley-demandresponseasapowersystemresource-2013-may-31.pdf
| title = Demand Response as a Power System Resource
| date = May 2013
| publisher = RAP Energy Solutions, Synapse Energy Economics
| page = 13
| archiveurl = https://web.archive.org/web/20170430205055/http://www.raponline.org/wp-content/uploads/2016/05/synapse-hurley-demandresponseasapowersystemresource-2013-may-31.pdf
| archivedate = 30 April 2017
| accessdate = 2017-02-13
| author2 = Paul Peterson
| author3 = Melissa Whited
| author1 = Doug Hurley
| url-status = live
| df = dmy-all
}}</ref> على سبيل المثال، تربط بضع مشاريع واسعة النطاق في [[أوروبا]] بين عدة مصادر متراوحة لطاقة الرياح لتغيير أحمال الثلاجات الغذائية الصناعية، مسببةً تراوحات صغيرة في درجات الحرارة. إذا جرى التواصل على نطاق يشمل الشبكة بأكملها، فإن التغيرات الصغيرة في درجات حرارة التبريد/التسخين يمكن أن تغير لحظيًّا الاستهلاك على امتداد الشبكة.
 
يصف تقرير نشرته [[وزارة الطاقة الأمريكية|وزارة الطاقة في الولايات المتحدة]] في ديسمبر 2013 المنافع المحتملة لكل من تخزين الطاقة وتقنيات جانب الطلب على الشبكة الكهربائية: «تحديث النظام الكهربائي سيساعد الأمة في مواجهة تحدي التعامل مع الحاجات الطاقية المرتقبة – بما فيها مواجهة التغير المناخي بمكاملة طاقة أكبر من المصادر المتجددة وتحسين الكفاءة من العمليات الطاقية غير المتجددة. يجب أن تحافظ تطويرات الشبكة الكهربائية على نظام توصيل كهرباء متين ومرن، ويمكن أن يلعب تخزين الطاقة دورًا مهمًّا في الاستجابة لهذه التحديات عن طريق تحسين القدرات التشغيلية للشبكة، وتخفيض التكاليف، وضمان الوثوقية العالية، بالإضافة إلى تأجيل وتخفيض الاستثمارات في البنية التحتية. أخيرًا، يمكن أن يكون تخزين الطاقة مفيدًا في الجاهزية للحالات الطارئة بسبب قدرته على توفير طاقة احتياطية بالإضافة إلى خدمات استقرار الشبكة». كُتب التقرير من قبل مجموعة أساسية من المطورين الذين يمثلون مكتب توصيل الكهرباء والوثوقية الطاقية، ومكتب الكفاءة الطاقية والطاقات المتجددة، ومختبرات سانديا الوطنية، والمختبر الوطني لشمال غرب المحيط الهادي؛ وكلهم يعملون على تطوير تخزين طاقة الشبكات.<ref name="energy-department-releases-grid-energy-storage-report">{{cite news
| url = https://www.energy.gov/articles/energy-department-releases-grid-energy-storage-report
| date = 12 December 2013
| title = Energy Department Releases Grid Energy Storage Report
| url-status = live
| archiveurl = https://web.archive.org/web/20170513022854/https://energy.gov/articles/energy-department-releases-grid-energy-storage-report
| archivedate = 13 May 2017
| df = dmy-all
}}</ref>
 
=== تخزين الطاقة لتطبيقات الشبكة ===
منشآت تخزين الطاقة أصول قيمة للشبكة الكهربائية. يمكنها توفير منافع وخدمات كإدارة الحمل، وجودة الطاقة، والتغذية الطاقية غير المتقطعة لزيادة الكفاءة وأمان الموارد. يصبح هذا مهمًّا أكثر فأكثر فيما يخص الانتقال الطاقي والحاجة إلى نظام طاقة أكثر كفاءةً [[استدامة|واستدامةً]].
 
تناسب العديد من تقنيات تخزين الطاقة (تخزين [[طاقة كهرمائية|الطاقة الكهرومائية]] بضخ الماء، البطاريات الكهربائية، بطاريات التدفق، تخزين الطاقة بالحدافات، المكثفات الفائقة.. إلخ) التطبيقات على نطاق الشبكة، ولكن خصائصها تختلف. فمثلًا، تناسب محطة ضخ الماء تطبيقات إدارة الحمل الكبير بسبب سعاتها الكبيرة وقدراتها الطاقية. ولكن المواقع المناسبة محدودة وتتلاشى فوائدها عند التعامل مع مشاكل محلية خاصة بجودة الطاقة. في الجانب المقابل، المكثفات والحدافات أكثر كفاءة في الحفاظ على جودة الطاقة، ولكنهما يفتقدان إلى السعات التخزينية اللازمة للاستخدام في تطبيقات كبيرة. هذه القيود حدود طبيعية لقابلية وسائل التخزين للتطبيق.
 
اهتمت العديد من الدراسات بملاءمة أو اختيار وسيلة تخزين الطاقة المثالية لتطبيقات معينة. تشمل الدراسات الاستقصائية المكتوبة المعلومات المتوفرة عن أحدث التقنيات الموجودة وتقارن بين استعمالات التخزين حسب المشاريع الموجودة حاليًّا.<ref>{{Cite journal|last=Palizban|first=Omid|last2=Kauhaniemi|first2=Kimmo|date=May 2016|title=Energy storage systems in modern grids—Matrix of technologies and applications|journal=Journal of Energy Storage|volume=6|pages=248–259|doi=10.1016/j.est.2016.02.001}}</ref><ref>{{Cite journal|last=Luo|first=Xing|last2=Wang|first2=Jihong|last3=Dooner|first3=Mark|last4=Clarke|first4=Jonathan|date=January 1, 2015|title=Overview of current development in electrical energy storage technologies and the application potential in power system operation|journal=Applied Energy|volume=137|pages=511–536|doi=10.1016/j.apenergy.2014.09.081|doi-access=free}}</ref> تخطو بعض الدراسات الأخرى خطوةً إضافية لتقييم وسائل تخزين الطاقة في مقابل بعضها وتصنف ملاءمتها وفق تحليل قرار بعدة معايير.<ref>{{Cite journal|last=Daim|first=Tugrul U.|last2=Li|first2=Xin|last3=Kim|first3=Jisun|last4=Simms|first4=Scott|date=June 2012|title=Evaluation of energy storage technologies for integration with renewable electricity: Quantifying expert opinions|journal=Environmental Innovation and Societal Transitions|volume=3|pages=29–49|doi=10.1016/j.eist.2012.04.003}}</ref><ref>{{Cite book|last=Pham|first=Cong-Toan|last2=Månsson|first2=Daniel|date=November 2015|chapter=Suitability analysis of Fuzzy Logic as an evaluation method for the selection of energy storage technologies in Smart Grid applications|volume=2015 International Symposium on Smart Electric Distribution Systems and Technologies (EDST)|pages=452–457|doi=10.1109/SEDST.2015.7315251|title=2015 International Symposium on Smart Electric Distribution Systems and Technologies (EDST)|isbn=978-1-4799-7736-9|chapter-url=http://urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:kth:diva-173722}}</ref> اقترحت ورقة بحثية أخرى نموذج تقييم عن طريق فحص ونمذجة وسائل التخزين كدارات مكافئة.<ref>{{Cite journal|last=Pham|first=Cong-Toan|last2=Månsson|first2=Daniel|date=October 2017|title=On the physical system modelling of energy storages as equivalent circuits with parameter description for variable load demand (Part I)|journal=Journal of Energy Storage|volume=13|pages=73–84|doi=10.1016/j.est.2017.05.015|url=http://urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:kth:diva-212218}}</ref><ref>{{Cite journal|last=Pham|first=Cong-Toan|last2=Månsson|first2=Daniel|date=August 2018|title=Optimal energy storage sizing using equivalent circuit modelling for prosumer applications (Part II)|journal=Journal of Energy Storage|volume=18|pages=1–15|doi=10.1016/j.est.2018.04.015}}</ref> اقترحت بعض الدراسات أيضًا مقاربة تستخدم الفهرسة، ولكنها لا تزال في مراحلها المبكرة.<ref>{{Cite journal|last=Raza|first=Syed Shabbar|last2=Janajreh|first2=Isam|last3=Ghenai|first3=Chaouki|date=December 2014|title=Sustainability index approach as a selection criteria for energy storage system of an intermittent renewable energy source|journal=Applied Energy|volume=136|pages=909–920|doi=10.1016/j.est.2018.04.015}}</ref> للحصول على قدرات اقتصادية كامنة أكبر من أنظمة تخزين الطاقة المربوطة على الشبكة الكهربائية، من المفيد إنشاء ملف يحتوي العديد من الخدمات لتطبيق أو أكثر لنام تخزين طاقة. بفعل ذلك يمكن الحصول على عدة مسارات لتحقيق العوائد بوسيلة تخزين واحدة وبالتالي زيادة درجة الاستفادة.<ref>{{Cite journal|title=A MILP model for optimising multi-service portfolios of distributed energy storage|pages=554–566|journal=Applied Energy|volume=137|doi=10.1016/j.apenergy.2014.08.080|hdl=10044/1/39706|date=January 2015|last1=Moreno|first1=Rodrigo|last2=Moreira|first2=Roberto|last3=Strbac|first3=Goran|url=http://spiral.imperial.ac.uk/bitstream/10044/1/39706/2/AE_MainBody_v110614.pdf}}</ref>
 
== انظر أيضًا ==