« تحولات آینده در فناوری‌های ذخیره ‌سازی انرژی »

• فهرست عناوین :

1. مقدمه
2. اهمیت ذخیره ‌سازی انرژی در شبکه‌های برق مدرن
3. فناوری‌های نوین ذخیره ‌سازی انرژی
4. کاربردهای ذخیره ‌سازی انرژی در شبکه‌های برق
5. نقش ذخیره ‌سازی انرژی در مدیریت مصرف انرژی
6. دستورالعمل‌ها و بخشنامه‌های شرکت‌های توزیع برق و شرکت توانیر
7. تولیدکنندگان معتبر داخلی و خارجی
8. تاثیر استفاده از تجهیزات مرتبط با شبکه‌های برق
9. اهمیت حفاظت و ایمنی در سیستم‌های ذخیره ‌سازی انرژی
10. آینده ذخیره ‌سازی انرژی
11. نتیجه‌گیری
12. منابع معتبر در خصوص تحولات آینده در فناوری‌های ذخیره ‌سازی انرژی
13. پرسش و پاسخ در مورد تحولات آینده در فناوری‌های ذخیره ‌سازی انرژی

1. مقدمه :

ذخیره ‌سازی انرژی به عنوان یک عنصر حیاتی در زیرساخت‌های انرژی مدرن، نقش بسیار مهمی در انتقال به سمت یک سیستم انرژی پایدارتر و انعطاف‌پذیرتر ایفا می‌کند. با افزایش روزافزون تولید انرژی از منابع تجدیدپذیر مانند انرژی خورشیدی و بادی، نیاز به فناوری‌های ذخیره ‌سازی انرژی کارآمد و مقرون‌به‌صرفه بیش از پیش احساس می‌شود. این مقاله به بررسی جامع تحولات آینده در فناوری‌های ذخیره ‌سازی انرژی ، کاربردهای گسترده آن در شبکه‌های برق، دستورالعمل‌ها و بخشنامه‌های مرتبط با شرکت‌های توزیع برق و شرکت توانیر، معرفی تولیدکنندگان معتبر داخلی و خارجی، ارائه منابع معتبر، و پاسخ به سوالات متداول در این زمینه می‌پردازد. هدف این مقاله ارائه یک دیدگاه کامل و جامع از وضعیت فعلی و آینده ذخیره ‌سازی انرژی است.

2. اهمیت ذخیره ‌سازی انرژی در شبکه‌های برق مدرن :

ذخیره ‌سازی انرژی نقش کلیدی در ایجاد شبکه‌های برق پایدار، قابل اعتماد و کارآمد ایفا می‌کند. در اینجا به برخی از جنبه‌های مهم این نقش اشاره می‌کنیم :

افزایش قابلیت اطمینان شبکه : ذخیره ‌سازی انرژی به عنوان یک بافر عمل می‌کند و می‌تواند نوسانات ناشی از منابع تجدیدپذیر متناوب مانند انرژی خورشیدی و بادی را جذب کند. این امر باعث کاهش وابستگی به منابع انرژی سنتی و افزایش قابلیت اطمینان کلی شبکه می‌شود.

بهبود کیفیت توان : سیستم‌های ذخیره ‌سازی انرژی می‌توانند با تنظیم ولتاژ و فرکانس شبکه، کیفیت توان را بهبود بخشند. این امر به ویژه در مناطقی که با مشکلات کیفیت توان مواجه هستند ، اهمیت دارد.

کاهش هزینه‌ها : با ذخیره انرژی در زمان‌های کم‌باری ( زمانی که قیمت برق پایین است ) و استفاده از آن در زمان‌های اوج بار ( زمانی که قیمت برق بالاست )، می‌توان هزینه‌های انرژی را به طور قابل توجهی کاهش داد. این امر به مصرف‌کنندگان و شرکت‌های توزیع برق کمک می‌کند تا در هزینه‌های خود صرفه‌جویی کنند.

پشتیبانی از انرژی‌های تجدیدپذیر : ذخیره ‌سازی انرژی امکان ادغام بیشتر انرژی‌های تجدیدپذیر در شبکه را فراهم می‌کند. با ذخیره انرژی تولید شده توسط منابع تجدیدپذیر در زمان‌های اوج تولید ، می‌توان از این انرژی در زمان‌های کمبود تولید استفاده کرد و وابستگی به سوخت‌های فسیلی را کاهش داد.

بهبود پایداری شبکه : سیستم‌های ذخیره ‌سازی انرژی می‌توانند خدمات جانبی مانند تنظیم فرکانس و ولتاژ را به شبکه ارائه دهند. این خدمات به بهبود پایداری و عملکرد کلی شبکه کمک می‌کنند.

کاهش تلفات شبکه : با قرار دادن سیستم‌های ذخیره ‌سازی انرژی در نقاط استراتژیک شبکه، می‌توان تلفات انتقال و توزیع انرژی را کاهش داد.

3. فناوری‌های نوین ذخیره ‌سازی انرژی :

فناوری‌های مختلفی برای ذخیره ‌سازی انرژی وجود دارند که هر کدام مزایا و معایب خاص خود را دارند. در اینجا به برخی از مهم‌ترین و نوین‌ترین این فناوری‌ها اشاره می‌کنیم :

باتری‌های لیتیوم-یون : این نوع باتری‌ها به دلیل چگالی انرژی بالا، عمر طولانی، سرعت شارژ بالا و هزینه نسبتاً پایین، به طور گسترده در سیستم‌های ذخیره ‌سازی انرژی مورد استفاده قرار می‌گیرند. باتری‌های لیتیوم-یون در کاربردهای مختلفی از جمله خودروهای الکتریکی ، دستگاه‌های الکترونیکی قابل حمل و سیستم‌های ذخیره ‌سازی انرژی در مقیاس بزرگ استفاده می‌شوند.

باتری‌های جریان : این نوع باتری‌ها قابلیت ذخیره ‌سازی انرژی در مقیاس بزرگ را دارند و برای کاربردهای طولانی‌مدت مناسب هستند. باتری‌های جریان از دو الکترولیت مایع استفاده می‌کنند که در مخازن جداگانه نگهداری می‌شوند و از طریق یک غشاء تبادل یونی جریان می‌یابند. این امر امکان افزایش ظرفیت ذخیره ‌سازی انرژی را بدون افزایش اندازه باتری فراهم می‌کند.

ذخیره ‌سازی انرژی حرارتی : این فناوری با ذخیره انرژی به صورت حرارت ( به عنوان مثال، در آب گرم، نمک مذاب یا مواد تغییر فاز )، امکان استفاده از آن در زمان‌های مورد نیاز را فراهم می‌کند. ذخیره ‌سازی انرژی حرارتی می‌تواند برای گرمایش و سرمایش ساختمان‌ها، تولید برق و کاربردهای صنعتی مورد استفاده قرار گیرد.

ذخیره ‌سازی انرژی پمپ‌شدهPumped Hydro Storage : در این روش، آب به ارتفاعات بالاتر پمپ شده و در زمان نیاز، برای تولید برق مورد استفاده قرار می‌گیرد. ذخیره ‌سازی انرژی پمپ‌شده یکی از قدیمی‌ترین و پرکاربردترین روش‌های ذخیره ‌سازی انرژی در مقیاس بزرگ است.

هیدروژن : هیدروژن به عنوان یک حامل انرژی ، می‌تواند برای ذخیره ‌سازی انرژی در مقیاس بزرگ و طولانی‌مدت مورد استفاده قرار گیرد. هیدروژن را می‌توان از طریق الکترولیز آب تولید کرد و سپس در مخازن تحت فشار، مخازن زیرزمینی یا به صورت مواد شیمیایی مانند آمونیاک ذخیره کرد.

باتری‌های حالت جامد : این نوع باتری‌ها از الکترولیت جامد به جای الکترولیت مایع استفاده می‌کنند. باتری‌های حالت جامد دارای مزایایی مانند چگالی انرژی بالاتر، ایمنی بیشتر و عمر طولانی‌تر هستند.

ابرخازن‌ها Supercapacitors : ابرخازن‌ها می‌توانند انرژی را به سرعت ذخیره و آزاد کنند و برای کاربردهایی که نیاز به توان بالا و زمان پاسخ سریع دارند، مناسب هستند.

4. کاربردهای ذخیره ‌سازی انرژی در شبکه‌های برق :

ذخیره ‌سازی انرژی کاربردهای متنوعی در شبکه‌های برق دارد که در اینجا به برخی از مهم‌ترین آنها اشاره می‌کنیم :

تنظیم فرکانس : سیستم‌های ذخیره ‌سازی انرژی می‌توانند به سرعت به تغییرات فرکانس شبکه پاسخ داده و پایداری شبکه را حفظ کنند. این امر به ویژه در شبکه‌هایی که دارای منابع تجدیدپذیر متناوب هستند، اهمیت دارد.

تنظیم ولتاژ : ذخیره ‌سازی انرژی می‌تواند ولتاژ شبکه را تنظیم کرده و از افت ولتاژ جلوگیری کند. این امر به بهبود کیفیت توان و عملکرد تجهیزات الکتریکی کمک می‌کند.

پشتیبانی از شبکه در زمان‌های اوج بار : با تخلیه انرژی ذخیره شده در زمان‌های اوج بار، می‌توان از فشار بر شبکه کاست و از خاموشی‌ها جلوگیری کرد.

تامین برق اضطراری : سیستم‌های ذخیره ‌سازی انرژی می‌توانند در زمان قطعی برق، برق اضطراری را تامین کنند و از اختلال در فعالیت‌های ضروری جلوگیری کنند.

بهبود کیفیت توان : ذخیره ‌سازی انرژی می‌تواند هارمونیک‌های شبکه را کاهش داده و کیفیت توان را بهبود بخشد.

بهبود قابلیت اطمینان ریزشبکه‌ها Microgrids : ذخیره ‌سازی انرژی می‌تواند به بهبود قابلیت اطمینان ریزشبکه‌ها کمک کند و امکان تامین برق پایدار و مستقل از شبکه اصلی را فراهم کند.

ارائه خدمات جانبی به شبکه : سیستم‌های ذخیره ‌سازی انرژی می‌توانند خدمات جانبی مختلفی را به شبکه ارائه دهند، از جمله تنظیم فرکانس، تنظیم ولتاژ، رزرو چرخان ( spinning reserve ) و رزرو غیرچرخان ( non-spinning reserve ).

5. نقش ذخیره ‌سازی انرژی در مدیریت مصرف انرژی :

ذخیره ‌سازی انرژی نقش مهمی در مدیریت مصرف انرژی و بهینه‌سازی استفاده از منابع انرژی دارد. در اینجا به برخی از جنبه‌های مهم این نقش اشاره می‌کنیم :

کاهش پیک بار : ذخیره ‌سازی انرژی می‌تواند با کاهش پیک بار، نیاز به سرمایه‌گذاری در زیرساخت‌های جدید ( مانند نیروگاه‌ها و خطوط انتقال ) را کاهش دهد.

بهینه‌سازی مصرف انرژی : با ذخیره انرژی در زمان‌های کم‌باری و استفاده از آن در زمان‌های اوج بار، می‌توان مصرف انرژی را بهینه‌سازی کرد و از هدر رفتن انرژی جلوگیری کرد.

افزایش خودمصرفی انرژی‌های تجدیدپذیر : ذخیره ‌سازی انرژی امکان افزایش خودمصرفی انرژی‌های تجدیدپذیر را فراهم می‌کند. با ذخیره انرژی تولید شده توسط پنل‌های خورشیدی یا توربین‌های بادی در زمان‌های اوج تولید، می‌توان از این انرژی در زمان‌های کمبود تولید استفاده کرد و وابستگی به شبکه اصلی را کاهش داد.

کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای : با جایگزینی انرژی‌های فسیلی با انرژی‌های تجدیدپذیر ذخیره شده، می‌توان انتشار گازهای گلخانه‌ای را کاهش داد و به کاهش تغییرات آب و هوایی کمک کرد.

مدیریت هوشمند انرژی : سیستم‌های ذخیره ‌سازی انرژی می‌توانند به عنوان بخشی از سیستم‌های مدیریت هوشمند انرژی ( Smart Energy Management Systems )، به بهبود کارایی و پایداری شبکه‌های برق کمک کنند. این سیستم‌ها می‌توانند به طور خودکار مصرف انرژی را مدیریت کرده و از ذخیره ‌سازی انرژی برای کاهش هزینه‌ها و بهبود عملکرد شبکه استفاده کنند.

6. دستورالعمل‌ها و بخشنامه‌های شرکت‌های توزیع برق و شرکت توانیر :

شرکت‌های توزیع برق و شرکت توانیر در راستای توسعه استفاده از سیستم‌های ذخیره ‌سازی انرژی، دستورالعمل‌ها و بخشنامه‌هایی را تدوین و ابلاغ کرده‌اند. این دستورالعمل‌ها شامل موارد زیر است :

استانداردهای فنی و ایمنی : رعایت استانداردهای فنی و ایمنی در طراحی، نصب و بهره‌برداری از سیستم‌های ذخیره ‌سازی انرژی. این استانداردها به منظور اطمینان از عملکرد ایمن و قابل اعتماد سیستم‌های ذخیره ‌سازی انرژی تدوین شده‌اند.

نحوه اتصال به شبکه : شرایط و ضوابط اتصال سیستم‌های ذخیره ‌سازی انرژی به شبکه برق. این شرایط و ضوابط به منظور اطمینان از سازگاری سیستم‌های ذخیره ‌سازی انرژی با شبکه و جلوگیری از اختلال در عملکرد شبکه تدوین شده‌اند.

نرخ خرید تضمینی : نرخ خرید تضمینی برق تولیدی توسط سیستم‌های ذخیره ‌سازی انرژی. این نرخ به منظور تشویق سرمایه‌گذاری در سیستم‌های ذخیره ‌سازی انرژی تعیین شده است.

مشوق‌های مالی : ارائه مشوق‌های مالی برای سرمایه‌گذاری در سیستم‌های ذخیره ‌سازی انرژی. این مشوق‌ها می‌تواند شامل تخفیف‌های مالیاتی ، یارانه‌ها و تسهیلات اعتباری باشد.

پروژه‌های پایلوت : اجرای پروژه‌های پایلوت برای ارزیابی عملکرد سیستم‌های ذخیره ‌سازی انرژی در شرایط واقعی. این پروژه‌ها به منظور جمع‌آوری داده‌ها و اطلاعات در مورد عملکرد سیستم‌های ذخیره ‌سازی انرژی و شناسایی چالش‌ها و فرصت‌های موجود انجام می‌شوند.

7. تولیدکنندگان معتبر داخلی و خارجی :

شرکت مپنا : تولیدکننده سیستم‌های ذخیره ‌سازی انرژی مبتنی بر باتری‌های لیتیوم-یون. این شرکت یکی از بزرگترین شرکت‌های مهندسی و ساخت در ایران است و در زمینه تولید تجهیزات و سیستم‌های نیروگاهی نیز فعالیت دارد.

https://mapnagroup.com

شرکت تسلا : تولیدکننده سیستم‌های ذخیره ‌سازی انرژی Powerwall و Powerpack این شرکت یکی از پیشروترین شرکت‌های جهان در زمینه تولید خودروهای الکتریکی و سیستم‌های ذخیره ‌سازی انرژی است.

https://www.tesla.com

شرکت ال‌جی : تولیدکننده سیستم‌های ذخیره ‌سازی انرژی این شرکت یکی از بزرگترین شرکت‌های الکترونیکی جهان است و در زمینه تولید طیف گسترده‌ای از محصولات الکترونیکی فعالیت دارد.

https://www.lg.com

شرکت سان‌گرو : تولیدکننده اینورترهای خورشیدی و سیستم‌های ذخیره ‌سازی انرژی. این شرکت یکی از بزرگترین تولیدکنندگان اینورترهای خورشیدی در جهان است و در زمینه تولید سیستم‌های ذخیره ‌سازی انرژی نیز فعالیت دارد.

https://www.sungrowpower.com

شرکت SMA : تولیدکننده اینورترهای خورشیدی و سیستم‌های ذخیره ‌سازی انرژی. این شرکت یکی از پیشروترین شرکت‌های جهان در زمینه تولید اینورترهای خورشیدی و سیستم‌های ذخیره ‌سازی انرژی است.

https://www.sma-america.com

8. تاثیر استفاده از تجهیزات مرتبط با شبکه‌های برق :

کابل خودنگهدار : استفاده از کابل خودنگهدار در شبکه‌های توزیع برق باعث کاهش تلفات انرژی، افزایش ایمنی و کاهش هزینه‌های نگهداری می‌شود. کابل‌های خودنگهدار دارای عایق مقاوم در برابر شرایط جوی هستند و از تماس با درختان و سایر موانع جلوگیری می‌کنند.

شبکه برق فشار ضعیف و متوسط : بهینه‌سازی شبکه‌های برق فشار ضعیف و متوسط با استفاده از تجهیزات مدرن و سیستم‌های هوشمند ، باعث افزایش کارایی و قابلیت اطمینان شبکه می‌شود. این تجهیزات شامل ترانسفورماتورهای با راندمان بالا ، کلیدهای اتوماتیک ، سیستم‌های کنترل و مانیتورینگ از راه دور و کابل‌های با کیفیت بالا است.

شبکه روشنائی معابر : استفاده از چراغ‌های LED با راندمان بالا و سیستم‌های کنترل هوشمند در شبکه‌های روشنائی معابر ، باعث کاهش مصرف انرژی و بهبود کیفیت روشنائی می‌شود. چراغ‌های LED دارای عمر طولانی‌تر ، مصرف انرژی کمتر و کیفیت نور بهتری نسبت به چراغ‌های سنتی هستند. سیستم‌های کنترل هوشمند می‌توانند روشنائی را بر اساس نیاز تنظیم کرده و از هدر رفتن انرژی جلوگیری کنند.

سیستم‌های هوشمند و کنتورهای هوشمند : استفاده از سیستم‌های هوشمند و کنتورهای هوشمند در شبکه‌های برق، امکان مدیریت مصرف انرژی، کاهش تلفات و بهبود کیفیت خدمات را فراهم می‌کند. سیستم‌های هوشمند می‌توانند به طور خودکار مصرف انرژی را مدیریت کرده و از ذخیره ‌سازی انرژی برای کاهش هزینه‌ها و بهبود عملکرد شبکه استفاده کنند. کنتورهای هوشمند امکان قرائت از راه دور ، مدیریت مصرف انرژی و ارائه اطلاعات دقیق به مصرف‌کنندگان را فراهم می‌کنند.

یراق‌آلات و تجهیزات و متعلقات : استفاده از یراق‌آلات و تجهیزات با کیفیت و استاندارد در شبکه‌های برق، باعث افزایش ایمنی و عمر مفید شبکه می‌شود. یراق‌آلات و تجهیزات با کیفیت بالا دارای مقاومت بیشتر در برابر خوردگی ، زنگ زدگی و شرایط جوی نامساعد هستند.

9. اهمیت حفاظت و ایمنی در سیستم‌های ذخیره ‌سازی انرژی :

حفاظت در برابر اضافه ولتاژ : استفاده از تجهیزات حفاظتی مناسب برای جلوگیری از آسیب دیدن سیستم‌های ذخیره ‌سازی انرژی در برابر اضافه ولتاژ ناشی از صاعقه، سوئیچینگ و سایر عوامل.

حفاظت در برابر جریان اتصال کوتاه : استفاده از فیوزها و قطع‌کننده‌های مدار برای حفاظت از سیستم‌های ذخیره ‌سازی انرژی در برابر جریان اتصال کوتاه ناشی از خرابی تجهیزات، اتصال سیم‌ها و سایر عوامل.

ایمنی در برابر آتش‌سوزی : استفاده از سیستم‌های اطفاء حریق مناسب برای جلوگیری از گسترش آتش‌سوزی در صورت بروز حادثه ناشی از اتصال کوتاه ، گرم شدن بیش از حد باتری‌ها و سایر عوامل.

تهویه مناسب : اطمینان از تهویه مناسب برای جلوگیری از افزایش دمای باتری‌ها و کاهش عمر مفید آنها. افزایش دمای باتری‌ها می‌تواند باعث کاهش عملکرد، کاهش عمر مفید و حتی آتش‌سوزی شود.

آموزش و آگاهی : آموزش و آگاهی‌رسانی به کارکنان و عموم مردم در مورد خطرات احتمالی و نحوه ایمن‌سازی سیستم‌های ذخیره ‌سازی انرژی.

10. آینده ذخیره ‌سازی انرژی :

توسعه فناوری‌های جدید : سرمایه‌گذاری در تحقیق و توسعه فناوری‌های جدید ذخیره ‌سازی انرژی، مانند باتری‌های حالت جامد، باتری‌های فلز هوا، سیستم‌های ذخیره ‌سازی انرژی حرارتی پیشرفته و سیستم‌های ذخیره ‌سازی انرژی الکتروشیمیایی جدید.

کاهش هزینه‌ها : کاهش هزینه‌های تولید و نصب سیستم‌های ذخیره ‌سازی انرژی ، برای افزایش رقابت‌پذیری آنها با سایر منابع انرژی.

افزایش ظرفیت : افزایش ظرفیت سیستم‌های ذخیره ‌سازی انرژی، برای پاسخگویی به نیازهای روزافزون شبکه‌های برق و امکان ذخیره ‌سازی انرژی در مقیاس بزرگ.

ادغام با شبکه‌های هوشمند : ادغام سیستم‌های ذخیره ‌سازی انرژی با شبکه‌های هوشمند، برای بهبود کارایی، پایداری و انعطاف‌پذیری شبکه‌های برق.

توسعه بازارهای انرژی : توسعه بازارهای انرژی برای خدمات ارائه شده توسط سیستم‌های ذخیره ‌سازی انرژی، مانند تنظیم فرکانس، تنظیم ولتاژ، رزرو چرخان و سایر خدمات جانبی.

توسعه استانداردهای بین‌المللی : توسعه استانداردهای بین‌المللی برای سیستم‌های ذخیره ‌سازی انرژی، به منظور اطمینان از عملکرد ایمن و قابل اعتماد این سیستم‌ها و تسهیل تجارت بین‌المللی.

توسعه سیاست‌های حمایتی : توسعه سیاست‌های حمایتی از سوی دولت‌ها و سازمان‌های بین‌المللی، به منظور تشویق سرمایه‌گذاری در سیستم‌های ذخیره ‌سازی انرژی و تسریع انتقال به سمت یک سیستم انرژی پایدارتر.

11. نتیجه‌گیری :

ذخیره ‌سازی انرژی نقش حیاتی در آینده شبکه‌های برق مدرن ایفا می‌کند. با توسعه فناوری‌های جدید، کاهش هزینه‌ها، افزایش ظرفیت، ادغام با شبکه‌های هوشمند و توسعه بازارهای انرژی، می‌توان از مزایای این فناوری در راستای افزایش قابلیت اطمینان، بهبود کیفیت توان، کاهش هزینه‌ها و پشتیبانی از انرژی‌های تجدیدپذیر بهره‌مند شد. با توجه به اهمیت روزافزون ذخیره ‌سازی انرژی، سرمایه‌گذاری در تحقیق و توسعه این فناوری و توسعه سیاست‌های حمایتی از آن، ضروری به نظر می‌رسد.

12. منابع معتبر در خصوص تحولات آینده در فناوری‌های ذخیره ‌سازی انرژی :

• S. Department of Energy
•  https://www.energy.gov
•  
• International Renewable Energy Agency ( IRENA ) :
• https://www.irena.org
•  
• National Renewable Energy Laboratory ( NREL ) :
• https://www.nrel.gov
•  
• IEEE Transactions on Energy Conversion :
• https://ieeexplore.ieee.org
•  
• Energy Storage Association ( ESA ) :
• https://energystorage.org
•  
• Battery Council International ( BCI ) :
• https://batterycouncil.org/
•  
• European Association for Storage of Energy ( EASE ) :
  https://ease-storage.eu