يستعرض كتاب “تخزين الطاقة”.. التكامل مع أنظمة الطاقة المتجددة وقصص عن نجاح تخزين الطاقة
شرح واسع لعملية تحويل الطاقة إلى غاز وأنواع التحليل الكهربائي المستخدمة لإنتاج الهيدروجين وطرق تخزين ونقل الهيدروجين
صدر حديثا كتاب “تخزين الطاقة” تأليف دكتور مهندس كاميليا يوسف محمد والتي تعد مرجعية وخبيرة متخصصة فيما يتصل بقضايا الطاقة ولها اسهاماتها الرائدة فى تفهم قضايا الطاقة الجديدة والمتجددة والتعاطى معها وما يثقل الكتاب ويزيده أهمية فضلا عن كاتبته المشهود لها بالكفاءة مراجعة دكتور مهندس محمد الخياط رئيس هيئة الطاقة الجديدة والمتجددة والدكتور مهندس علي محمد عبد الفتاح وكلاهما له من الوزن والخبرة في مجال الطاقة الكثير.
ويستعرض موقع باور نيوز كتاب تخزين الطاقة وابوابه العشرون وما يتضمنه الكتاب كما سيقوم الموقع بنشر سلسلة حول كتاب تخزين الطاقة تباعا خدمة لقراءه من المتخصصين فيما يتعلق بقضايا وابحاث الطاقة.
يتناول الكتاب في مقدمته التحول العالمي نحو الطاقة المتجددة، أصبحت أنظمة تخزين الطاقة مكونا أساسيا لإدارة استقرار إنتاج الطاقة، خصوصا مع الاعتماد المتزايد على مصادر متقطعة مثل الطاقة الشمسية وطاقة الرياح.
حيث تعد أنظمة تخزين الطاقة تكنولوجيا متطورة تمكن من تخزين الطاقة واستخدامها عند الحاجة، مما يساهم في استمرارية واستدامة إمدادات الطاقة.
وتتعدد خيارات تخزين الطاقة لتلبي احتياجات مختلفة، بدءًا من البطاريات بأنواعها المتنوعة وحتى الأنظمة الميكانيكية يهدف هذا الكتاب إلى تعريف القارئ بهذه الأنظمة، ومساعدته على فهم تطبيقاتها في القطاعات السكنية والتجارية وشبكات المرافق العامة، مما يمكنه من اتخاذ قرارات مدروسة تتعلق باحتياجاته من الطاقة.
كما يتناول الكتاب التطبيقات الواعدة لأنظمة التخزين هي الشبكات الصغيرة، التي تُعرف بأنها شبكات طاقة محلية قادرة على العمل بشكل مستقل عن شبكة الكهرباء العامة. تعد هذه الشبكات حلاً مبتكرا يوفر إمدادات طاقة موثوقة ومرنة للمناطق النائية أو تلك المعرضة للكوارث، مما يضمن استمرارية الخدمة في الظروف الصعبة.
كما يناقش الكتاب دور أنظمة تخزين الطاقة في مواجهة تحدي تذبذب إنتاج الطاقة من مصادر متجددة مثل الشمس والرياح، وكيفية تحقيق التوازن في توفير إمدادات ثابتة وموثوقة للطاقة. كذلك، يلقي الضوء على تخزين الطاقة على نطاق الشبكات العامة، والذي يسهم في تعزيز كفاءة الشبكات العامة، وتحسين موثوقية توزيع الطاقة، وخفض التكاليف التشغيلية.
يعد هذا الكتاب مرجعًا شاملا يهدف إلى توضيح المكونات والعمليات الأساسية لأنظمة تخزين الطاقة مما يجعله دليلا قيما للمهندسين والفنيين والمهتمين بمجال الطاقة المتجددة، ومرشدًا عمليا لمواكبة التطورات في هذا القطاع المتناميوتم ذلك من خلال 20 باب، تم تلخيصها فيما يلي:
الباب الأول: تخزين الطاقة
يتناول هذا الباب تعريف مفهوم تخزين الطاقة، وعناصر ومكونات أنظمة تخزين الطاقة، إلى جانب استعراض خدمات تخزين الطاقة لدعم بنية شبكات النقل والتوزيع، ودورها في إدارة الطاقة للعملاء. كما يناقش الفوائد المالية التي توفرها أنظمة تخزين الطاقة.
الباب الثاني: تاريخ تقنية التخزين
يستعرض هذا الباب التطور التاريخي لتقنيات تخزين الطاقة، بدءًا من الطاقة الكهرومائية، وتاريخ أنظمة تخزين الطاقة الكهروكيميائية، بما في ذلك البطاريات والمكثفات الفائقة. كما يقدم تسلسلاً زمنيا لتطور البطاريات من عام 1730 إلى عام 2020، بالإضافة إلى لمحة عن علماء ساهموا في تطوير أنظمة تخزين الطاقة.
الباب الثالث: مقدمة وأنواع تقنيات التخزين
يقدم هذا الباب نظرة شاملة على تصنيف وتعريف تقنيات تخزين الطاقة المختلفة، وهي الميكانيكية الكهروكيميائية (بطاريات هيدروجين)، الحرارية، والكهربائية. ويشمل التصنيف الرئيسي والفرعي لهذه التقنيات والمعاملات التقنية المستخدمة لوصف تقنيات وأنظمة تخزين الطاقة، بالإضافة إلى ملخص زمني لتطور أنظمة التخزين. كما يتناول تقنيات وتطبيقات تخزين الطاقة على مستوى الشبكة والتحديات المرتبطة بها، ويعرض قائمة بمحطات تخزين الطاقة العالمية بسعة تزيد عن 1000 ميجاوات.
الباب الرابع : فوائد تخزين الطاقة
يتناول هذا الباب الفوائد المتعددة لتخزين الطاقة، منها المرونة الفوائد المالية، دعم دمج مصادر الطاقة المتجددة، توفير قدرة كهربائية مستمرة، الفوائد البيئية، تحسين عامل القدرة، والمشاركة في الأسواق التجارية. كما يستعرض فوائد أنظمة تخزين الطاقة لكل من شركات نقل وتوزيع الطاقة الكهربائية ومستخدمي الكهرباء، ومصادر الطاقة المتجددة. ويعرض أيضا بعض السلبيات، مثل التكلفة الرأسمالية العالية، خطر فقدان الطاقة العمر القصير للخدمة المعايير غير الكافية، والصيانة المعقدة.
الباب الخامس: أنظمة تخزين طاقة البطارية
يستعرض هذا الباب الأنواع الرئيسية لأنظمة تخزين الطاقة الكهروكيميائية ومكوناتها، بما في ذلك بطاريات الرصاص الحمضية، وبطاريات النيكل كادميوم، وبطاريات ليثيوم أيون، وبطاريات الصوديوم – الكبريت، وبطاريات التدفق، وغيرها .. كما يتناول تكنولوجيا البطاريات الناشئة واستخدامات تخزين الطاقة على نطاق الشبكة.
الباب السادس : نظام تخزين الطاقة بالحدافات
يتناول هذا الباب أساسيات أنظمة تخزين الطاقة باستخدام الحداقات، ومكوناتها، والقضايا البيئية المتعلقة بها، بالإضافة إلى الإيجابيات والسلبيات لنظام تخزين الطاقة بالحدافات.
الباب السابع: تخزين الطاقة المغناطيسية فائقة التوصيل
يستعرض هذا الباب مفهوم المواد فائقة التوصيل وتصميمات الأنظمة باستخدام الهياكل اللولبية والحلقية ويقارن بين الموصلات فائقة التوصيل ذات درجات الحرارة المنخفضة والعالية. كما يستعرض خصائص وتطبيقات النظام SMES، إلى جانب المزايا والتحديات المرتبطة به.
الباب الثامن : ضخ وتخزين الطاقة الكهرومائية
يستعرض هذا الباب المكونات الرئيسية لأنظمة تخزين الطاقة الكهرومائية بالضخ، وكيفية تصميم وبناء منشآت هذا النظام، وعمليات التشغيل وكفاءتها. كما يتناول التأثيرات البيئية وتدابير التخفيف، بالإضافة إلى الإيجابيات والسلبيات، واستخدام تخزين الطاقة الكهرومائية بالضخ تحت الأرض.
الباب التاسع: تخزين طاقة الهواء المضغوط
يقدم هذا الباب الملامح الأساسية ومكونات وخصائص أنظمة تخزين الهواء المضغوط و ويستعره العمليات المتنوعة لهذا النظام، بما في ذلك أنظمة التخزين الدياباتي الأدياباني، الأدياباتي المتقدم والتخزين متساوي الحرارة. بالإضافة إلى ذلك، يناقش الميزات والقيود الرئيسية لتخزين طاقة الهواء المضغوط
الباب العاشر: تحويل الطاقة إلى غاز هيدروجين أو ميثان أو أمونيا
يستعرض هذا الباب عملية تحويل الطاقة إلى غاز، وأنواع التحليل الكهربائي المستخدمة لإنتاج الهيدروجين، وطرق تخزين ونقل الهيدروجين، إلى جانب المزايا والعيوب لاستخدامه كوسيلة لتخزين الطاقة. كما يتناول إنتاج وتخزين ونقل كل من الميثان والأمونيا، ويقيم كفاءة عملية تحويل الطاقة إلى غاز لتخزين فائض طاقة الرياح والطاقة الشمسية. ويشمل الباب أيضا مقارنة من حيث الكفاءة والتكلفة بين طرق تخزين هذه الغازات.
الباب الحادي عشر: تخزين الطاقة الحرارية
يستعرض هذا الباب أنواع تقنيات تخزين الطاقة الحرارية ومميزاتها، ويتناول التخزين الحراري في نظم الطاقة الشمسية المركزة، وتخزين الطاقة بالحرارة المحسوسة والحرارة الكامنة، وتخزين الطاقة الكيميائية، مع الإشارة إلى كيفية اختيار نظام التخزين المناسب لمحطات الطاقة الشمسية المركزة.
الباب الثاني عشر: تخزين الطاقة المائية الهيدروليكية
يعرض هذا الباب فكرة نظام تخزين الطاقة المائية الهيدروليكية، ويقارن بينها وبين نظم تخزين الطاقة المانية بالضخ، إلى جانب تناول الميزات والسلبيات الرئيسية لتخزين الطاقة المانية الهـ الهيدروليكية.
الباب الثالث عشر: تخزين طاقة المكثفات الفائقة
يستعرض هذا الباب أنواع وأساسيات وخصائص المكثفات الفائقة، بالإضافة إلى مزاياها وسلبياتها وآلية الشحن الأنواع المكثفات الفائقة. كما يتناول تطبيقاتها في نظم الطاقة المتجددة، مثل أنظمة الطاقة الشمسية وطاقة الرياح.
الباب الرابع عشر : التكامل مع أنظمة الطاقة المتجددة
يتضمن هذا الباب لمحة تاريخية عن التكامل المتجدد، ويستعرض أنواع مصادر الطاقة المتجددة التي يمكن دمجها في النظام، وأهمية تخزين الطاقة المستقبل يعتمد على الطاقة المتجددة، وكيفية دمج أنظمة الطاقة المتجددة في الشبكات الكهربائية القائمة.
الباب الخامس عشر : أنظمة تخزين الطاقة في شبكات التوزيع
يقدم هذا الباب طرق دمج أنظمة تخزين الطاقة مع مصادر الطاقة المتجددة لتحسين أدائها، ويستعرض التحديات الفنية والاقتصادية، ويقارن الخصائص التقنية للأنواع المختلفة من طرق التخزين، مع تسليط الضوء على مشاكل التأثير البيئي، والمزايا والسلبيات والتطبيقات النسبية لمختلف الأنظمة. كما يتناول مشاكل جودة التغذية الكهربائية ودور أنظمة التخزين في تحسينها، ويعرض تقييما لجودة التغذية الكهربائية.
الباب السادس عشر : تخزين طاقة البطاريات على نطاق الشبكة
يستعرض هذا الباب أنواع البطاريات الأكثر شيوعا في أنظمة التخزين على نطاق الشبكة، ويحلل مميزات وسلبيات أنظمة تخزين طاقة البطاريات على نطاق الشبكة، ومكونات طرق توصيل الشبكة. كما يقدم تصنيفا لتطبيقات أنظمة تخزين البطاريات المتصلة بالشبكة.
الباب السابع عشر: تحليل التكلفة والفوائد لأنظمة تخزين الطاقة
يعرض هذا الباب عوامل تكاليف أنظمة تخزين الطاقة، وكيفية حساب التكلفة المستوية، وتحديد العمر الافتراضي لهذه الأنظمة. كما يتناول تطبيقات وتقنيات تخزين الكهرباء، ويقدم وصفا نوعيا لتطبيقات تخزين الكهرباء ومدى ملاءمة التكنولوجيا لها. ويشمل الباب أيضا مقارنة للتكلفة المستوية لنظام تخزين طاقة البطارية، ونظام التخزين الحراري للطاقة الشمسية المركزة، والمشاريع الكهرومائية، إلى جانب كفاءة الترحيل والتكاليف المستوية للتخزين.
الباب الثامن عشر : كود الممارسة الأنظمة تخزين الطاقة الكهربائية
يتناول هذا الباب المعايير المرجعية الشائعة لأنظمة تخزين الطاقة، وأهم المعايير المستخدمي أنظمة البطاريات الثابتة الكبيرة، وأكواد ومعايير تخزين البطاريات، إلى جانب متطلبات ومعايير الربط البيني.
الباب التاسع عشر: البصمة والمؤشرات البينية لأنظمة البطاريات
يستعرض هذا الباب الاعتبارات البيئية المرتبطة بتخزين البطاريات على نطاق واسع، ويتناول تحليل
دورة حياة أنظمة تخزين الطاقة، والمؤشرات البيئية الرئيسية لتقييم أنظمة البطاريات، مثل البصمة الكربونية. كما يتناول الباب بصمة ثاني أكسيد الكربون السلسلة قيمة بطارية أيون الليثيوم، وسبل تعويض بصمة الكربون لأنظمة تخزين البطاريات واسعة النطاق، والمخاطر المرتبطة ببطاريات الليثيوم أيون وأنظمة إخماد الحرائق للأنظمة الكبيرة، والتحديات المتعلقة بإعادة تدوير البطاريات.
الباب العشرون : قصص نجاح تخزين الطاقة
يقدم هذا الباب أمثلة عن مشاريع ناجحة في تخزين الطاقة، مثل مشروع بطاريات تيسلا في جنوب استراليا، ونظام تخزين الطاقة التعاوني لمرافق جزيرة كاواي، ومشروع اليسو كانيون، ومحطة ورزازات للطاقة الشمسية، ومحطة أنداسول للطاقة الشمسية. كما يستعرض قائمة بمحطات توليد الطاقة باستخدام تقنيات التخزين الحراري، الملح المنصهر، وتخزين الهواء المضغوط، وبطاريات ليثيوم أيون وأنواع أخرى، بالإضافة إلى مشاريع تحت الإنشاء بسعة لا تقل عن 30 ميجاوات 30 ميجاوات ساعة ومحطات تخزين الطاقة الحرارية بقدرة لا تقل عن 1 ميجاوات 1 ميجاوات ساعة.
