تخزين الطاقة : الوسائل المبتكرة في هذا المجال
تخزين الطاقة : الوسائل المبتكرة في هذا المجال

تخزين الطاقة : الوسائل المبتكرة في هذا المجال

هناك حاجة ماسة لعملية تخزين الطاقة حيث أن الطاقة هي صورة مصغرة من صور الوجود، وتتخذ الطاقة العديد من الأشكال فهناك الطاقة الحرارية، كيميائية وكهربائية وإشعاعية ونووية وأيضا طاقة كهرومغناطيسية وطاقة حركية، ويتم تصنيف كل هذه الأنواع من الطاقة إلى طاقة حركية أو طاقة كاملة، وهناك أيضا نوع منهم يعد مزيج من النوعين ويتم تصنيفه تحت مسمى الديناميكا الحرارية.

جميع أنواع الطاقة يستطيع الإنسان أن يحولها من شكل إلى آخر في وجود معدات وأدوات تتيح له هذا الأمر، ولكن عند تحويل الطاقة الكيميائية إلى طاقة كهربائية فإن هذا يحتاج وقت كبير وتقنيات وفنين وذلك لما سوف ننقله من البطاريات، وتحويل الطاقة الحرارية إلى طاقة ميكانيكية أيضا أمر معقد كما نشاهد في محركات الاحتراق الداخلية للسيارات، ومن أصعب الأنواع أيضا تحويل الطاقة الشمسية إلى طاقة كهربائية، ولكن هل هناك طرق فعالة في تخزين الطاقة؟

استخدام الطاقة المخزنة

تعتبر عملية تخزين الطاقة من أقدم العمليات التي تحدث في الكون، ومنذ قديم الأزل تم اختزان الطاقة الموجودة في الكون في النجوم السماوية وأيضًا في الشمس التي تعتبر إحدى النجوم، وكانت تلك الطاقة تستخدم بشكل مباشر في التسخين عن طريق أشعة الشمس أو بشكل غير مباشر بواسطة زرع المحاصيل وتحويل الطاقة الشمسية إلى كهربية وذلك يتم عن طريق الخلايا الشمسية.

هناك مواد معروفة تقوم بتخزين الطاقة حتى يمكن استغلالها عند الحاجة إليها في وقت آخر.

والطاقة لها عدة صور فقد تكون في حالة وضع وذلك مثل الطاقة الكيميائية أو الكهربية أو الجاذبية، وقد تأخذ صورة حركية مثل الطاقة الحرارية.

أهمية تخزين الطاقة

تخزين الطاقة يسمح بالقدرة على استخدامها في أوقات لاحقة عند الحاجة إليها، وهناك نظم مختلفة لتخزين الطاقة لاستخدامها على نطاق واسع في مجالات المواصلات والصناعة.

قديما في العصور الوسطى تم استغلال الطاقة المخزنة في المياه لتشغيل دواليب مائية والتي بدورها تستعمل في تحريك الطواحين أو تدوير الآلات البسيطة.

وفي الوقت الذي يقوم فيه الباحثين على تطوير ألواح الطاقة الشمسية حتى يصبح تصنيعها أقل تكلفة، كان من الضروري أن يحدث طفرة في الطرق المستخدمة لتخزين الطاقة حتى يمكن الحصول على الطاقة حتى في فترات الليل التي تغيب فيها الشمس.

وفيما يلي نستعرض أحدث طرق تخزين الطاقة

بطارية السريان المعدني

والتي تستخدم منذ عام ألف وتسعمائة وثمانون ، وتقوم باستخدام أيونات الفناديوم وتخزن الطاقة لإعادة استخدامها مرة أخرى، ويوجد من هذه البطاريات أنواع لها قدرة مرتفعة جدًا على تخزين الطاقة، والشكل العام لها تكون مثل الخزانات التي تمتلئ بأيونات الفناديوم وحتى تستطيع زيادة قدرة التخزين ما عليك سوى زيادة الكمية المستخدمة من الفناديوم، لكن المشكلة هي ارتفاع سعر الفناديوم.

استخدام التفاعلات الكيميائية بين المركبات

ولذلك عرض الباحثون فكرة أخرى مستوحاة من خلايا الوقود والتي تستخدم الآن في الكبسولات الفضائية لإمدادها بالطاقة، وتعتمد على الاستفادة من التفاعلات الكيميائية التي تحدث بين المركبات مثل الميثانول، وتحويل الطاقة الكيميائية إلى كهربية، ومعروف أن خلايا الوقود رخيصة الثمن، وبتلك الطريقة يمكننا الحصول على قدرة تخزينية عالية وبسعر أقل.

وقد بدأت تلك الفكرة أن تتطور في عام ٢٠١٣ وحتى يومنا هذا ، وقد نجحت بشكل كبير حيث أن هذا النوع من البطاريات يمكن أن يقوم بـ ٥٠٠٠ دورة تفريغية للطاقة المخزنة، وفي عام ٢٠١٥ استخدمت مواد غير سامة.

استخدام الهيدروچين

في بداية ٢٠١٤ أعلن البروفسير توم ميلر عن طريقة مختلفة وذلك عن طريق تخزين الطاقة على شكل هيدروچين بدلًا من الطاقة الكهربية، وتعتمد هذه الفكرة على تفكيك جزيئات الماء للحصول على عنصر الهيدروچين ثم وضعه في خزانات والقيام بحرقه للحصول على طاقة.

ويرجو ميلر من تطبيق هذه الفكرة إلى تقليل الانبعاثات الكربونية عن طريق استخدام غاز ثاني أكسيد الكربون وتحويله إلى الميثانول ، ثم يتم حرق الميثانول للحصول على طاقة منه ، ثم يعاد استخدام ثاني أكسيد الكربون مرة أخرى لتخزين الطاقة عن طريق حرقه وتحويله إلى الميثانول ثانيةً وذلك في عمليات مغلقة.

استخدام الملح

تعتبر طريقة من طرق تخزين الطاقة ويحدث ذلك عندما تخزن الطاقة الحرارية في خزانات حرارية خاصة تستخدم الملح المنصهر الذي يستطيع تخزين كميات كبيرة من الطاقة وتظل على حالتها ولا تتغير، انتشرت هذه الطريقة بشكل كبير وتم العمل بها وتنفيذها في المحطات الخاصة بالطاقة الشمسية.

معظم أنظمة التسخين بالطاقة الشمسية تتميز بقدرتها على تخزين الطاقة لساعات طويلة ويتزايد عدد المنشآت التي تعتمد على تخزين الطاقة الحرارية في الصيف لاستخدامها بعد ذلك في أجهزة للتدفئة في الشتاء.

وهناك جمعية في كندا تدعى درايك استطاعت تخزين نسبة تقترب من ٩٧٪ من حجم الطاقة التي تستخدم في التدفئة، وهي تعد الجمعية الوحيدة في العالم التي تعمل بالنظام الموسمي في تخزين الطاقة الحرارية.

تخزين الماء في الكهوف الصخرية

في اسكندنافيا يتم استخدام مستودعات ضخمة تعمل على تخزين الحرارة لأيام كثيرة حتى تتضاعف كمية الحرارة والطاقة الناتجة.

استخدام الملح المنصهر

يمكن استخدام فكرة الملح المصهور لتخزين الطاقة والاحتفاظ بالطاقة المجمعة حتى يتم استخدامها لتوليد الكهرباء أثناء الليل.

تمت تجربة هذه الطريقة في المشروع solar two، ومن المتوقع أن ينجح هذا النظام ويعمل بشكل فعال بنسبة ٩٩٪ من الطاقة قبل تحويلها إلى طاقة كهربية.

تتباين وتتنوع خلطات الملح المنصهر والخلطات الأكثر انتشارًا هي التي تحتوي على نترات صوديوم ونترات بوتاسيوم ونترات كالسيوم وهو خليط غير سام ولا يشتعل ولا يساعد على الاشتعال، بالإضافة إلى أنه بالفعل يستخدم في الصناعات المعدنية والكيميائية كسائل وسيط يتم عن طريقه نقل الحرارة.

درجة حرارة انصهار الملح تصل إلى ١٣١ درجة مئوية، ويتم حفظه سائلًا في درجة ٢٨٨ درجة مئوية في خزانات باردة.

تتركز حرارة الشمس في مجمع شمسي، ويتم ضخ الملح المنصهر عن طريق ألواح إلى هذا المجمع الشمسي، ويسخن حتى درجة ٥٦٦ درجة مئوية ، ثم ينقل بعدها إلى خزانات ساخنة، ويجب أن يكون معزولًا عزلًا تامًا بحيث يسمح بالاستفادة من تلك الطاقة المخزنة لفترة قد تصل لأسبوع.

في حالات الاحتياج إلى الكهرباء يتم ضخ الملح المنصهر الساخن في مولد لانتاج بخار حار جدا تمامًا كما يتم في محطات الكهرباء التي تعمل بالزيت أو الفحم.

تخزين الطاقة المتجددة

من أهم تحديات إنتاج الطاقة المتجددة هو تطوير التكنولوچيا التي تتعلق بتخزين الكهرباء فأنت لا تحتاج إلا لدقائق معدودة حتى تمد السيارة بالوقود لاستخدمها لساعات، بينما في حالة شحن الهاتف المحمول أو أي أداة تحتوي على بطارية فإن عملية الشحن تستغرق وقتًا أطول، والمشكلة هنا ليست في مصدر الشحن ولكن في عملية الشحن نفسها التي تعتمد على تفاعلات كيميائية بطيئة.

البطاريات تقوم بتخزين الطاقة الكهربية على شكل طاقة كيميائية، وتقاس السعة التخزينية لهذه البطاريات بواسطة kwh.

ومما سبق نجد أن عملية تخزين الطاقة عملية ضرورية في الوقت الحالي نظرا لما نتعرض له من استنفاذ للطاقات المتوفرة الآن، وذلك ما جعل الكثير من الجهات تهتم بذلك الأم من خلال أنشاء محطات الطاقه المختلفة والعمل على إيجاد مصادر جديدة لتوفير الطاقة اللازمة لأستمرار الحياة البشرية، كما أن تخزين الطاقة من الأمور المنظر إليها خلال الفترة القادمة من جانب الكثير من الدول وذلك يظهر من خلال تفكير العلماء والباحثين والمهتمين بالأمر للوسائل التي يستطيعون الأعتماد عليها في تخزين الطاقة التي يتمكنون بعد ذلك في أستخدمها في أكثر من أمر، وذلك سوف ينقذ البشرية من مشاكل مؤكدة قد تتعرض إليها خلال الفترة القادمة ما لم يجدون لها حل مثل تخزين الطاقة اللازمة.