تخزين الكهرباء في المنزل – حل لاستهلاك الكهرباء في ساعات الذروة وتنظيم الكهرباء المولدة من الطاقات البديلة

هذا ما توصل إليه البروفيسور ديفيد أندلمان والبروفيسور غي دويتشر من كلية الفيزياء وعلم الفلك في جامعة تل أبيب، ضمن مقال نشروه حول إمكانية تطبيق استخدام الطاقات المتجددة بدلاً من الوقود

وفي أيام الذروة بداية الشهر، أعلنت شركة الكهرباء مرتين عن تحطيم الرقم القياسي في استهلاك الكهرباء. في 2 أغسطس، بلغ رقم ​​استهلاك الكهرباء لسكان دولة إسرائيل 12,420 ميغاوات، وفي اليوم التالي 12,800. وتبلغ الطاقة الإنتاجية لشركة الكهرباء مع العديد من منتجي الطاقة من القطاع الخاص حوالي 13,600 ميجاوات، لكن تكلفة إنتاج الكهرباء خلال ساعات الذروة مرتفعة للغاية، وتتطلب الحفاظ على احتياطيات الإنتاج على مدار العام، ولكنها لا تدخل حيز التشغيل إلا لمدة عام واحد. فترة زمنية محدودة للغاية.

يمكن حل جزء من هذه المشكلة إذا أمكن تخزين الكهرباء غير الضرورية المولدة خارج ساعات الذروة واستخدامها خلال ساعات الذروة. هكذا يفكر البروفيسوران ديفيد أندلمان وغاي دويتشر في المقال الذي يحمل عنوان: "الطاقات المتجددة كحل لإدمان الوقود: حقيقة أم حلم؟"، ويتبين أن حل مشكلة التخزين يمكن أن يسمح بزيادة هائلة في استخدام الطاقة المتجددة. الطاقات. تم نشر المقال في مجلة السياسة العالمية في يونيو 2015.

"المشكلة الصعبة هي مشكلة تخزين الطاقة الكهربائية." يكتب الاثنان في مقالتهما. "بما أنه لا توجد حلول للتخزين على نطاق واسع، فإن الكهرباء التي يتم إنتاجها بشكل تدريجي وليس بشكل مستمر بواسطة الطاقات المتجددة يجب أن يتم توفيرها للمستهلك فور إنتاجها. ومن ناحية أخرى، فإن التزام شركة الكهرباء هو التزويد المنتظم للكهرباء عند الطلب. المشكلة التي نشأت هي عدم التوافق بين القدرة على تخطيط إنتاج الكهرباء من مصدر متجدد (يعتمد على الطقس و/أو كمية ضوء الشمس) والاستهلاك الذي يتغير على مدار ساعات النهار (الصباح) والعشاء) وبحسب فترات السنة (الشتاء والصيف)."

"الحل المحتمل لتخزين الكهرباء هو تحويلها إلى طاقة أخرى يمكن استخدامها عند الطلب في وقت لاحق. على سبيل المثال، في سويسرا، يتم استخدام الكهرباء الزائدة لضخ المياه وتخزينها في الخزانات السطحية الموجودة أعلى الجبل. يتم بعد ذلك ضخ المياه إلى أسفل الجبل وتشغيل توربينات الطاقة الكهرومائية التي تولد الكهرباء في أوقات الاستهلاك المفرط. "

"في المستقبل، هناك حل آخر لتخزين الطاقة وهو إنتاج الهيدروجين بكميات تجارية من خلال عملية التحليل الكهربائي، حيث يؤدي مرور تيار كهربائي إلى فصل جزيئات الماء إلى مكوناتها، الهيدروجين والأكسجين. الهيدروجين هو مصدر طاقة نظيف تمامًا ولا ينبعث منه ثاني أكسيد الكربون أو الغازات الدفيئة الأخرى، ويمكن تخزينه واستخدامه حسب الحاجة في خلايا الوقود التي تنتج الكهرباء. واليوم توجد بالفعل سيارات نموذجية يتم فيها تشغيل محرك كهربائي بواسطة خلايا الوقود بدلاً من البطاريات."

سيكون لكل منزل بطارية للكهرباء تكفي لمدة يوم واحد

ولكن من قال إن حل تخزين الكهرباء يجب أن يتم تنفيذه على المستوى الوطني فقط؟

يشرح البروفيسور أنديلمان والبروفيسور دويتشر: "في الوقت الحالي، لا توجد حتى الآن حلول فعالة من حيث التكلفة لتخزين الكهرباء على نطاق واسع. وعلى المدى القصير والمتوسط ​​(عدة عقود)، يبدو أن التخزين الموزع في وحدات تخزين صغيرة ومتوسطة يمثل حلاً مؤقتًا ممتازًا. نظرًا للتسويق التجاري المتسارع للسيارات الكهربائية، فقد تم إحراز تقدم سريع في تطوير وخفض تكاليف البطاريات الكهربائية بسعة عدة عشرات من الكيلووات في الساعة. تمتلك السيارة الكهربائية الصغيرة مثل شيفروليه فولت بطارية تبلغ حوالي 20 كيلووات في الساعة، أما السيارات الكهربائية طويلة المدى مثل Tesla Motors Model S، فتمتلك بطارية تبلغ سعتها 70-85 كيلووات في الساعة تسمح بالقيادة المستمرة لمسافة 450 كيلومترًا بين رسوم."

مبادرة تسلا

"مؤخرًا، بدأت شركة Tesla أيضًا في تسويق وحدات تخزين (بطاريات) تسمى مماثلة للمنزل الخاص (بسعة حوالي 10 كيلووات في الساعة) وأكبر للصناعة تحت العلامة التجارية Powerwall. يمكن لهذه الوحدات، عند اختيارها مع مصدر طاقة متجدد، أن توفر معظم الاستهلاك اليومي من الكهرباء للمستهلك الخاص، وهي حل ممتاز لقطاع كبير من المستهلكين من القطاع الخاص والشركات. يمكن لشركة الكهرباء توفير الكهرباء خلال ساعات الاستهلاك المنخفض (ليلا)، والتي سيتم تخزينها من قبل المستهلك لاستخدامها لاحقا خلال ذروة الاستهلاك. إن استخدام كمية كبيرة من هذه الوحدات يمكن أن يقلل بشكل كبير من تكاليف شركة الكهرباء و"تصويب الخط" في إنتاج الكهرباء. كما أنه سيمكن من تحقيق وفورات كبيرة للمستهلكين، إذا تم تعديل سعر الكهرباء الذي يتم تحميله على المستهلك مع التغيرات اليومية والموسمية في العرض والطلب على الكهرباء. لكي يكون الحل مجديا اقتصاديا للمستهلك. ويجب أن نتأكد من أن الاستثمار الأولي في شراء وحدة التخزين وربطها بالشبكة وصيانتها سيتم إرجاعه إلى المستهلك خلال فترة زمنية معقولة من خلال توفير سعر الكهرباء.

وفي حديث مع موقع هيدان يقول البروفيسور أندلمان: "خرج إيلون ماسك (رجل الأعمال والرئيس التنفيذي لشركة تيسلا) بإعلانه في فبراير من هذا العام - توزيع تخزين الكهرباء للمستهلكين بواسطة بطاريات ذات طاقة مناسبة إلى حد ما استهلاك الكهرباء المنزلي يوميا بسعر 3,500 دولار للوحدة. وفي غضون أسبوع، باع الأنظمة مقابل 900 مليون دولار، أي أكثر بكثير من مبيعات iPhone من Apple خلال أسبوع الإعلان، وهذه هي الطاقة الإنتاجية لشركة Tesla للعام ونصف العام المقبلين.

وكما ذكرنا فإن هذه البطاريات ستساعد في تنظيم استهلاك الكهرباء من الشبكة وبالتالي توفير أموال كثيرة على شركة الكهرباء. جزء كبير من تكلفة الكهرباء يأتي من التقلبات الكبيرة حسب المواسم وبحسب الوقت من اليوم، حيث يتعين على شركة الكهرباء توفير الكهرباء خلال ساعات الذروة واحتياطي احتياطيات الإنتاج.

"الحل الآخر المحتمل هو دمج وحدة التخزين مع الألواح الشمسية لإنتاج الكهرباء. على سبيل المثال، في فصل الشتاء، سيتم تخزين الكهرباء في وحدة التخزين خلال النهار وبيعها مرة أخرى لشركة الكهرباء بسعر مرتفع خلال ساعات ذروة الطلب: بين الساعة 4 مساءً و10 مساءً. من الواضح أن تخزين الكهرباء وحتى إنتاجها بطريقة لا مركزية يمكن أن يوفر حلاً لعدد من المشاكل الحالية في قطاع الكهرباء، ولكن أبعد من الحلول التكنولوجية، يتطلب الأمر تغييرات كبيرة في سياسة وتسعير الكهرباء على المستوى الوطني. "، يختتم البروفيسور دويتشر.