يوفر ضخ الطاقة المائية الغالبية العظمى من تخزين الطاقة طويل الأجل الضروري للطاقة المتجددة

الطاقة الكهرومائيةطاقة متجددة

المشاركة تعنى الاهتمام

25 يناير، 2022

وجد فريق من الباحثين 35,000 زوج من الخزانات الموجودة والبحيرات والمناجم القديمة في الولايات المتحدة والتي يمكن تحويلها إلى مخزون طويل الأجل للطاقة - ولا يحتاجون إلى سدود على الأنهار.

 

By أندرو بليكرز

أستاذ الهندسة ، الجامعة الوطنية الأسترالية

و بن لو

زميل باحث ، الجامعة الوطنية الأسترالية

و ماثيو ستوكس

زميل باحث ، ANU College of Engineering and Computer Science ، الجامعة الوطنية الأسترالية


 

لخفض انبعاثات غازات الاحتباس الحراري في الولايات المتحدة نصف في غضون عقد، هدف إدارة بايدن ، ستحتاج الولايات المتحدة إلى الكثير من توليد الطاقة الشمسية وطاقة الرياح ، والكثير من تخزين الطاقة الرخيصة.

 

تختلف طاقة الرياح والطاقة الشمسية على مدار اليوم ، لذا فإن تخزين الطاقة ضروري لتوفير تدفق مستمر للكهرباء. لكن بطاريات اليوم عادة ما تكون صغيرة جدًا وتخزن طاقة كافية لبضع ساعات فقط من الكهرباء. للاعتماد بشكل أكبر على طاقة الرياح والطاقة الشمسية ، ستحتاج الولايات المتحدة إلى المزيد من التخزين طوال الليل وعلى المدى الطويل أيضًا.

 

بينما ابتكارات البطارية تحصل على الكثير من الاهتمام، هناك تقنية تخزين طويلة الأمد بسيطة ومثبتة تُستخدم في الولايات المتحدة منذ عشرينيات القرن الماضي.

 

ويطلق عليه ضخ تخزين الطاقة المائية. وهي تنطوي على ضخ المياه صعودًا من خزان إلى آخر على ارتفاع أعلى للتخزين ، ثم عند الحاجة إلى الطاقة ، يتم إطلاق المياه للتدفق إلى أسفل من خلال التوربينات ، وتوليد الكهرباء في طريقها إلى الخزان السفلي.

 

الرقم 1: نوعان من الطاقة الكهرومائية بالضخ والتخزين ؛ لا يحتاج المرء إلى نهر.

نوعان من الطاقة الكهرومائية بالضخ والتخزين ؛ لا يحتاج المرء إلى نهر.

 

غالبًا ما يتم التغاضي عن التخزين المائي الذي يتم ضخه في الولايات المتحدة بسبب القلق بشأن تأثير الطاقة الكهرومائية على الأنهار. ولكن ما لا يدركه الكثير من الناس هو أن معظم أفضل مواقع التخزين المائية ليست على الأنهار على الإطلاق.

 

ولقد خلقنا أطلس العالم من المواقع المحتملة للمضخات المائية ذات الحلقات المغلقة - الأنظمة التي لا تتضمن نهرًا - ووجدت 35,000 موقعًا مزدوجًا في الولايات المتحدة تتمتع بإمكانيات جيدة. في حين أن العديد من هذه المواقع ، التي حددناها عن طريق الأقمار الصناعية ، تقع في تضاريس وعرة وقد تكون غير مناسبة لأسباب جيولوجية أو هيدرولوجية أو اقتصادية أو بيئية أو اجتماعية ، فإننا نقدر أن بضع مئات من المواقع فقط مطلوبة دعم نظام الكهرباء الأمريكية المتجددة بنسبة 100٪.

 

لماذا تحتاج طاقة الرياح والطاقة الشمسية إلى تخزين طويل الأمد

 

لتعمل بشكل صحيح ، يجب أن تكون شبكات الطاقة قادرة على مواءمة إمدادات الكهرباء الواردة مع الطلب على الكهرباء في الوقت الفعلي وإلا فإنها تخاطر بحدوث نقص أو أحمال زائدة.

 

هناك عدة تقنيات يمكن لمديري الشبكة استخدامها للحفاظ على هذا التوازن مع مصادر متغيرة مثل طاقة الرياح والطاقة الشمسية. وتشمل هذه مشاركة الطاقة عبر مناطق كبيرة عبر خطوط النقل عالية الجهد بين الولايات ، وإدارة الطلب - واستخدام تخزين الطاقة.

 

الرقم 2: يستخدم مشروع كيدستون لتوليد الطاقة المائية في أستراليا منجم ذهب قديمًا للخزانات.

يستخدم مشروع كيدستون لتوليد الطاقة المائية في أستراليا منجم ذهب قديمًا للخزانات.

 

تُفضل البطاريات المنتشرة في المنازل ومحطات الطاقة والمركبات الكهربائية لتخزين الطاقة حتى ساعات قليلة. إنهم بارعون في إدارة صعود الطاقة الشمسية في منتصف النهار عندما تكون الشمس فوقها وإطلاقها عندما يبلغ الطلب على الطاقة ذروته في المساء.

 

من ناحية أخرى ، يسمح ضخ المياه بالطاقة بتخزين أكبر وأطول من البطاريات ، وهذا ضروري في نظام الكهرباء الذي تهيمن عليه الرياح والطاقة الشمسية. كما أنها أرخص للتخزين طوال الليل وعلى المدى الطويل.

 

تخزين الطاقة المائية التي يتم ضخها خارج النهر

 

في عام 2021 ، كان لدى الولايات المتحدة 43 تشغيل محطات مائية تعمل بالضخ بإجمالي قدرة توليد تبلغ حوالي 22 جيجاوات وسعة تخزين طاقة 553 جيجاوات / ساعة. إنهم يشكلون 93٪ من مساحة التخزين على مستوى المرافق في الدولة. عالميا، ضخ نصيب المياه لتخزين الطاقة هو أعلى من ذلك - حول 99٪ من حجم تخزين الطاقة.

 

مشاريع ضخ المياه يمكن أن يكون مثيرا للجدلخاصة عندما تنطوي على سدود على الأنهار التي تغمر الأرض لإنشاء خزانات جديدة ويمكن أن تؤثر على النظم البيئية.

 

إن إنشاء أنظمة الحلقة المغلقة التي تستخدم أزواج من البحيرات أو الخزانات الحالية بدلاً من الأنهار من شأنه تجنب الحاجة إلى سدود جديدة. مشروع مخطط في مقاطعة بيل ، كنتاكي ، على سبيل المثال ، يستخدم منجم قطاع الفحم القديم. القليل من الأرض الإضافية مطلوب باستثناء خطوط النقل.

 

الرقم 3: أمثلة من أطلس الخزانات خارج النهر مع إمكانية إقرانها لضخ المياه بالقرب من كاسل روك ، كولورادو.

أمثلة من أطلس الخزانات خارج النهر مع إمكانية إقرانها لضخ المياه بالقرب من كاسل روك ، كولورادو.

 

يتكون النظام المائي الذي يتم ضخه خارج النهر من زوج من الخزانات متباعدة عدة أميال مع فرق ارتفاع يتراوح بين 200-800 متر (حوالي 650-2,600 قدم) ومتصل بأنابيب أو أنفاق. يمكن أن تكون الخزانات جديدة أو مستعملة مواقع التعدين القديمة or البحيرات أو الخزانات الموجودة.

 

في الأيام المشمسة أو العاصفة ، يتم ضخ المياه إلى الخزان العلوي. في الليل ، يتدفق الماء عائدًا عبر التوربينات لاستعادة الطاقة المخزنة.

 

يمكن لزوج من الخزانات التي تبلغ مساحتها 250 فدانًا بفارق ارتفاع 600 متر (1,969 قدمًا) وعمق 20 مترًا (65 قدمًا) تخزين 24 جيجاوات / ساعة من الطاقة ، مما يعني أن النظام يمكنه توفير 1 جيجاوات من الطاقة لمدة 24 ساعة ، يكفي لمدينة من مليون نسمة.

 

 

يمكن للمياه أن تدور بين الخزانات العلوية والسفلية لمائة عام أو أكثر. مثبطات التبخر - الأجسام الصغيرة التي تطفو على الماء لحبس الهواء الرطب - يمكن أن تساعد في تقليل تبخر الماء. إجمالاً ، كمية المياه اللازمة لدعم نظام الكهرباء المتجددة بنسبة 100٪ في حدود 3 لترات للفرد يوميا، أي ما يعادل 20 ثانية من الاستحمام في الصباح. هذا هو واحد على عشرة من الماء المتبخر للفرد يوميًا في أنظمة التبريد لمحطات الطاقة بالوقود الأحفوري الأمريكية.

 

تخزين لدعم مصادر الطاقة المتجددة بنسبة 100٪

 

تم بناء القليل من وحدات التخزين التي يتم ضخها في الولايات المتحدة في السنوات الأخيرة لأنه لم تكن هناك حاجة كبيرة ، ولكن هذا يتغير.

 

في عام 2020 حوالي ثلاثة أرباع من بين جميع قدرات الطاقة الجديدة التي تم بناؤها كانت الخلايا الكهروضوئية الشمسية أو طاقة الرياح. كانت تكاليفها تنخفض ، مما يجعلها أرخص في البناء في العديد من المجالات من الوقود الأحفوري.

 

أستراليا تركيب الطاقة الشمسية وطاقة الرياح أسرع بثلاث مرات من نصيب الفرد من الولايات المتحدة وهو يواجه بالفعل الحاجة إليه مخزن الذاكرة. لديها نظامين تحت الإنشاء التي تم تصميمها لتخزين طاقة أكبر من جميع بطاريات المرافق في العالم مجتمعة ؛ عشرات أخرى قيد النظر الجاد. لا توجد سدود جديدة على الأنهار. تكلفة التشغيل السنوية منخفضة ، وسوائل العمل عبارة عن ماء وليس مواد كيميائية للبطاريات.

 

يمكن أن يؤدي تحويل الكهرباء إلى طاقة متجددة ثم كهربة المركبات والتدفئة إلى القضاء على معظم انبعاثات غازات الاحتباس الحراري التي يسببها الإنسان. تمتلك الولايات المتحدة إمكانات هائلة لتخزين الطاقة المائية التي يتم ضخها خارج النهر للمساعدة في حدوث ذلك ، وستحتاج إليها مع توسع طاقة الرياح والطاقة الشمسية.

 

تم نشر هذه المقالة في الأصل بواسطة The Conversation ، في 19 يناير 2022 ، وتم إعادة نشرها وفقًا لـ Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International Public License. يمكنك قراءة المقال الأصلي هنا. الآراء المعبر عنها في هذا المقال هي آراء المؤلف وحده وليست من WorldRef.


 

استكشف خدمات WorldRef لتتعلم كيف نجعل عمليات عملك العالمية أسهل وأكثر اقتصادا!

محطة طاقة الرياح | حلول الطاقة المائيةمراجعة الطاقة | الطاقة الحرارية والتوليد المشترك | أنظمة الكهربائية | خدمات للبائعين  |  المصادر الصناعية المجانية   |  حلول الصناعية  |  التعدين ومعالجة المعادن  |  أنظمة مناولة المواد