الجميع على دراية بالبطاريات، ويستخدمها معظمهم في كل يوم من حياتهم. وهي موجودة في جميع أنواع الأجهزة الإلكترونية الاستهلاكية من الساعات وأجهزة الكمبيوتر المحمولة والهواتف المحمولة. عندما يفكر معظم الناس في البطارية، يتبادر إلى ذهنهم بطارية كيميائية شائعة من نوع AA، من النوع الذي قد تضعه في شعلة أو جهاز التحكم عن بعد الخاص بالتلفزيون. لكن هذا النوع من التكنولوجيا أكثر انتشارا من ذلك بكثير. يمكن أن تأتي البطاريات بأشكال عديدة وتستخدم على نطاق واسع في صناعات توليد الطاقة وتخزينها لإدارة الطاقة الكهربائية داخل الشبكات. وفي الواقع، من المرجح أن تكون تكنولوجيا البطاريات العامل الرئيسي في تطوير تكنولوجيا الطاقة المتجددة في السنوات القادمة.
وهذا نتيجة للغرابة المرتبطة بالطاقة المتجددة. على عكس مصادر الطاقة الأخرى التي يمكن تشغيلها وإيقافها عند الحاجة إليها، يعتمد توليد الطاقة المتجددة على الطقس، فإذا كانت الظروف الجوية سيئة، لا يتم توليد الكهرباء. وينطبق هذا بشكل خاص على الطاقة الشمسية التي تولد الطاقة فقط أثناء النهار ولا تولد أي طاقة في الليل. يؤدي هذا إلى مشكلة في موازنة الطاقة، حيث يتم استخدام الكهرباء طوال النهار والليل لذا يجب توليدها بواسطة الشبكة لتلبية الطلب.
إن النظام المتجدد بالكامل لن يلبي هذا المطلب مع ظهور وذهاب توليد الطاقة. مطلوب نظام لتجميع الطاقة المولدة خلال النهار وتوزيعها عند الحاجة. هذا هو المكان الذي تأتي فيه البطاريات. يمكن لبنوك البطاريات الكبيرة تخزين الكهرباء وإطلاقها عند الحاجة. أنظمة من هذا النوع قيد الاستخدام بالفعل اليوم. تم إنشاء بنوك كبيرة لبطاريات الليثيوم أيون كجزء من الشبكة الأسترالية لتخزين الطاقة الزائدة. البنوك حاليا في فترة تجريبية لاختبار فعاليتها.
تعد بطاريات الليثيوم أيون حاليًا الشكل الأكثر شيوعًا للبطاريات في الصناعة، وهي البطاريات شائعة الاستخدام في الهواتف المحمولة والإلكترونيات الاستهلاكية وكذلك السيارات الكهربائية. هذا لأنهم، في الوقت الحالي، أفضل الحلول المتاحة لهذه التطبيقات. ومع ذلك، فإن لها بعض الجوانب السلبية، خاصة عندما تتطلع إلى تطبيقها على تخزين الكهرباء على نطاق واسع في الشبكة، كما ننظر اليوم. من الصعب الحصول على المواد اللازمة لإنتاج البطاريات، حيث يتم استخراجها في الغالب في البلدان الأفريقية ذات ممارسات العمل الأخلاقية السيئة، مما يؤدي إلى قدر كبير من الاستغلال في صناعة تعدين الليثيوم.
https://www.energy.gov/eere/articles/how-does-lithium-ion-battery-work
تؤدي هذه المخاوف بشأن مصادر المواد أيضًا إلى ارتفاع تكلفة إنتاج بطاريات الليثيوم أيون، وبالتالي فإن وحدة تخزين الكهرباء لكل رطل يتم إنفاقه، وبعبارة أخرى كفاءة التكلفة، تكون منخفضة. أخيرًا، يمكن أن يكون لهذه البطاريات بعض المخاوف بشأن الاستقرار، حيث تسبب العديد من البطاريات حرائق واسعة النطاق في مراكز اختبار البطاريات الأسترالية عندما ترتفع درجة حرارة البطاريات. لذلك، في حين أن هذه البطاريات رائعة لعدد من الأجهزة الإلكترونية الاستهلاكية، إلا أنها ليست جيدة لتخزين الكهرباء على نطاق واسع.
إذن ما نوع البدائل المتوفرة؟ هناك بالطبع الطريقة التقليدية لتخزين الكهرباء... الماء! السدود الكهرومائية موجودة في جميع أنحاء العالم وهي طريقة مجربة وحقيقية لتخزين وإطلاق الكهرباء. أثناء ذروة توليد الطاقة، يتم ضخ المياه إلى الخزان، ومع الحاجة إلى الكهرباء، يتم إطلاق المياه من الخزان وتمر عبر توربين، لتوليد الكهرباء. لقد تم استخدام هذا النظام لمئات السنين بشكل أو بآخر، لذا فهو وسيلة موثوقة للغاية لتخزين كميات كبيرة من الطاقة. ومع ذلك، فإن له جانبًا سلبيًا كبيرًا، وهو المساحة والاستثمار المطلوب لبناء مثل هذا المشروع الكبير. يقتصر هذا النوع من المشاريع أيضًا على منطقة جغرافية معينة تتطلب ارتفاعات كبيرة ومناظر طبيعية جبلية.
ما تحتاجه تكنولوجيا البطاريات هو الابتكار، ولحسن الحظ هناك عدد من الأفكار الجديدة لتكنولوجيا البطاريات قيد التطوير لمحاولة سد هذه الفجوة في السوق. تعمل شركة ناشئة جديدة مثيرة في إدنبرة على تطوير التكنولوجيا بطريقة مشابهة لمحطات الطاقة الكهرومائية التي تعمل بالجاذبية والتي ناقشناها للتو، حيث تقوم برفع وزن ثقيل بدلاً من الماء. قامت شركة Gravitricity ببناء سرير اختبار لهذه التقنية الجديدة في Prince Albert Dock، مما أدى إلى نتائج واعدة! الهدف النهائي للشركة هو تحديث مناجم الفحم المهجورة في المملكة المتحدة كأعمدة طويلة لرفع وخفض الأوزان الكبيرة لتخزين وإطلاق الكهرباء.
https://www.energylivenews.com/2021/03/10/gravity-energy-storage-project-lifts-off-in-edinburgh/
والآن إلى نوع آخر من الطاقة... الحرارية! يدرس الباحثون في العديد من المؤسسات حول العالم تطوير البطاريات الحرارية. تقوم هذه البطاريات بتسخين المواد عندما يكون هناك فائض من الكهرباء وتحول نفس الحرارة إلى طاقة كهربائية لاستخدامها عندما تكون الطاقة المتاحة أقل. تستخدم الإصدارات عالية المواصفات من هذه التقنية الأملاح المنصهرة، التي يتم تسخينها إلى أكثر من 1000 درجة مئوية كمواد تخزين حرارية. لقد شهدت أنظمة مثل هذه وعدًا كبيرًا كوسيلة لتخزين الطاقة ولكنها لا تزال تواجه مشكلات في نقل الأملاح المنصهرة من أجل توليد الكهرباء منها.
تم تركيب نسخة ذات مواصفات أقل من هذه التقنية في فنلندا. يقوم النظام، بالشراكة مع قرية محلية، بتسخين الرمال العادية إلى 500 درجة مئوية باستخدام مصادر الطاقة المتجددة. يمكن بعد ذلك استخدام هذه الطاقة المخزنة على مدار العام لتدفئة المنازل المحلية باستمرار (وهو عامل مهم بشكل خاص خلال فصول الشتاء الباردة في فنلندا). يعد إثبات فكرة المصنع التجريبي هذا أمرًا مثيرًا بشكل خاص لأنه وسيلة رخيصة للغاية لتخزين الكهرباء ويمكن دمجها بسهولة في المجتمعات المحلية، مما يوفر فرصة لتطوير شبكات محلية صغيرة.
https://www.bbc.co.uk/news/science-environment-61996520
نأمل أن تتمكن الآن من رؤية مدى أهمية تكنولوجيا البطاريات للمستقبل الأخضر للأرض وكيف أن التقنيات المختلفة قيد التطوير لضمان أن الطاقة المتجددة أكثر فعالية وأرخص من أي وقت مضى!