ذخیره ی انرژی

ذخیره انرژی، در واقع نگهداریِ انرژی تولید شده در یک زمان، برای استفاده در زمانی دیگر است. دستگاهی که انرژی را ذخیره می کند عموما باتری یا آکومولاتور(ذخیره کننده) نامیده می شود. انرژی در اشکالِ مختلف از جمله تابشی، شیمیایی، پتانسیل گرانشی، پتانسیل الکتریکی، الکتریکی، حرارتی، درون گرمایی و جنبشی موجود است. ذخیره انرژی در حقیقت تبدیل انرژی از شکلی به شکلِ دیگری است که در ذخیره سازی به مراتب راحت تر و یا اقتصادی تر باشد.

بعضی از فن آوری ها ذخیره انرژی را به صورتِ کوتاه مدت انجام می دهند، در حالی که برخی دیگر، می توانند برای مدتِ طولانی این کار را کنند. ذخیره سازی حجم انبوهِ انرژی، در حال حاضر به وسیله ی سدهای هیدروالکتریکی، هم به صورت مرسوم و هم به صورت پمپاژ انجام می شود.

تاریخچه و چشم انداز

در طی قرن بیستم، انرژی الکتریکی به طور عمده توسط سوختن سوخت فسیلی تولید شد. وقتی نیروی کمتری مورد نیاز بود، سوخت کمتری هم مصرف می شد. نگرانی های مربوط به آلودگی هوا، واردات انرژی و گرم شدن کره زمین موجب ظهورِ انرژی های تجدید پذیر مانند انرژی خورشیدی و باد شده شد. هرچند این نوع از انرژی ها، معایبی نیز دارند؛ به عنوانِ مثال قدرت باد کنترل نشده است و ممکن است در زمانی ایجاد شود که نیازی به آن نباشد، و یا قدرت خورشیدی با پوشش ابر متفاوت است و در بهترین حالت فقط در طول روزهای آفتابی در دسترس است، در حالی که تقاضا ها  بعد از غروب خورشید بیشتر می شود. با این حال، استفاده از این قبیل منابع، همچنان به صورتِ جزئی  و بیشتر در کشور های توسعه یافته، رواج دارد.

می توان گفت که استفاده ازمنابعِ انرژی های تجدید پذیر، مثلِ صفحه های خورشیدی، انرژی برق آبی، توربین های بادی و…  مسئله ای مرتبط با وضعیتِ اقتصادیِ کشور ها است.

انواعِ ذخیره سازیِ انرژی

سوخت های فسیلی (مثلِ نفت، گاز، ذغال سنگ)

مکانیکی (مثلِ انرژی گازفشرده یا CAES ، لوکوموتیوِ بدونِ آتش، پتانسیل گرانشی، باتری هیدرولیکی)

الکتریکی

بیولوژیکی (مثلِ گلیکوژن، نشاسته)

الکترو شیمیایی (مثلِ انواعِ باتری ها)

شیمیایی (مثلِ هیدروژن،سوخت های طبیعی،نمک های هیدرات شده)

ظرفیتِ ذخیره ی انرژی

ظرفیت ذخیره سازیِ انرژی، میزان انرژیِ استخراج شده از یک سیستم ذخیره کننده ی انرژی است که معمولا با واحدِ ژول یا کیلووات بر ساعت ساعت ویا ترکیبی از هردوی آنها اندازه گیری می شود.

بحث های مربوط به اقتصاد

بحث های مرتبط با اقتصاد در ذخیره ی انرژی، تاحدِ زیادی به منبعِ انرژی  استفاده شده و همچنین انرژیِ به دست آمده بستگی دارد. گفتنی‌ست که مسئله ی عدم اطمینان بر سودآوریِ این قبیل منابع، همیشه وجود دارد، بنابرین ذخیره ی هرنوع انرژی و در هر مقیاسی، به صرفه نیست.

ارزیابی اقتصادی برنامه های ذخیره ی انرژی در مقیاس وسیع (از جمله ذخیره سازی هیدرولیک پمپ و هوای فشرده) چنین مزایایی را  شامل می شود: اجتناب از محدودیت های مربوط به انرژیِ باد که قبلن ذکر شد، اجتناب از مسدود شدنِ شبکه، قیمتِ پایین تر و تحویلِ انرژی بدون کربن.

یک روش برای محاسبه ی میزانِ بهره وری  سیستم های ذخیره سازی انرژی (ESOI) است که در آن، انرژی مورد استفاده برای ساخت سیستم ذخیره سازی، میزانِ  ذخیره  انرژی تقسیم می شود. برای باتری های لیتیوم -یون این مقدار، چیزی در حدود ۱۰ است و برای باتری های اسید-سرب، حدود ۲ است. سایر اشکال ذخیره سازی مانند ذخیره سازی  به روشِ پمپِ هیدروالکتریکی  معمولا ESOI بالا، مانند ۲۱۰  دارند.

تحقیقاتِ مرتبط

آلمان

در سال ۲۰۱۳، دولت فدرال آلمان برای تحقیقات پیشرفته در این زمینه، ۲۰۰ میلیون یورو (حدود ۲۷۰ میلیون دلار)  و همچنین ۵۰ میلیون یورو را برای تامین یارانه ذخیره باتری های پانل های خورشیدی اختصاص داد.

ایالات‌ متحده‌

در سال ۲۰۱۴، مراکز تحقیقاتی و آزمایشی برای ارزیابی فن آوری های ذخیره سازی انرژی، شروع به فعالیت کردند. از جمله آزمایشگاه های پیشرفته آزمون سیستم در دانشگاه ویسکانسین در مدیسون در ایالت ویسکانسین که با تولید کننده های مختلفِ باتری Johnson Controls همکاری می کرد. این آزمایشگاه به عنوان بخشی از موسسه انرژی دانشگاه ویسکانسین تاسیس شد. اهداف آنها شامل ارزیابی نسل جدید باتری های پیشرفته خودرو و نسل بعدی از جمله استفاده از آنها به عنوان مکمل های شبکه است.

ایالت نیویورک  با هزینه ی ۲۳ میلیون دلار برای تجهیزِ آزمایشگاه ۱۷۰۰ متری اش در این زمینه هزینه کرد. این مرکز شامل سیستم های تولیدِ انرژی نسلِ آینده است، و با همکاری  دانشگاه کرنل ایتکا در نیویورک و موسسه پلی تکنیک Rensselaer در تروی فعالیت می کند.

در ۲۷ سپتامبر ۲۰۱۷، سناتورهای آل فرانکن از مینه سوتا و مارتین هاینریچ از نیومکزیکو، پیش نویس قانون ذخیره سازی شبکه یا AGSA را معرفی کردند که به موجبِ آن، بیش از یک میلیارد دلار در زمینه تحقیقات، کمک های فنی و کمک های مالی برای تأمین ذخیره انرژی در ایالات متحده اختصاص داده شد.

انگلستان

در انگلستان، حدود ۱۴ صنعت و سازمانِ دولتی در ماه مه ۲۰۱۴ با هفت دانشگاه بریتانیا متحد شدند تا مرکز ذخیره سازی انرژی SUPERGEN را برای کمک به هماهنگی تحقیق و توسعه فناوری ذخیره سازی انرژی را پایه گذاری و تجهیز کنند.