هذا الفيديو تقدمه لك Aura. كما تعلم ، فإن أنظمة تخزين الطاقة الفعالة
هي لغز تحقيق أقصى استفادة من توليد الطاقة المتجددة المتقطع.
ما لم تكن قد وضعت رأسك في الرمال ، فهذه مشكلة صارخة يتعين علينا حلها ، وهذا هو سبب
استكشاف العديد من تقنيات البطاريات المختلفة وتطويرها على مدار السنوات القليلة الماضية. لدرجة أن
بعضها يخرج الآن من الرمال ... هذا ما حدث مؤخرًا في
فنلندا حيث تم إطلاق أول بطارية رملية تجارية في العالم في يوليو الماضي. ولكن كيف يعمل
وهل هو طريق قابل للتطبيق لتخزين الطاقة؟ دعونا نرى ما إذا كان بإمكاننا التوصل إلى قرار بشأن هذا.
قبل الحفر في البطارية الرملية ، يجب علينا أولاً إحماء بعض المعلومات الأساسية عن
تخزين الطاقة الحرارية (TES) ، وهي التقنية الكامنة وراء هذا الاختراع الجديد. إذا كنت تشاهد مقاطع الفيديو
الخاصة بي بشكل منتظم ، فمن المحتمل أنك لاحظت أنني في حالة من السخونة مؤخرًا.
لقد تحدثت عن تخزين الحرارة باستخدام مواد وجزيئات متغيرة الطور ، بالإضافة إلى
محطات الطاقة الشمسية المركزة. التخزين الكيميائي ليس هو الخيار الوحيد لدينا لتخزين الطاقة المتجددة.
يمكنك تحويل مصادر الطاقة المتجددة إلى حرارة وتخزينها بدلاً من ذلك. بمعنى آخر ، سيكون لديك
بطارية حرارية أو حرارية. لكن لماذا يجب أن نهتم بتخزين حرارة خالية من الكربون؟ وفقًا
لإدارة معلومات الطاقة (EIA) ، شكلت التدفئة ، إلى جانب التبريد والتهوية ،
46٪ من الطلب على الطاقة في المباني الأمريكية في عام 2021. ومع ذلك ، تأتي هذه الطاقة من مصادر قذرة.
لا تزال أكثر من 50٪ من المنازل الأمريكية الجديدة تعتمد على الغاز الطبيعي في تسخين المساحات والمياه. أيضًا ،
استنادًا إلى دراسة حديثة ، فإن تسخين المياه في منازلنا ومكاتبنا وتغذية
العمليات الصناعية ذات درجات الحرارة المنخفضة مثل الطوب وتجفيف الطعام يطلق 10٪ من انبعاثات ثاني أكسيد الكربون المرتبطة بالطاقة في الولايات المتحدة.
قد ترى لماذا سيؤدي تطوير المزيد من وحدات التخزين الحراري إلى تقليل اعتمادنا على الوقود الأحفوري ،
والذي يمكن أن يساعد في تقليص تأثير المناخ على استهلاكنا للحرارة.
إذن ، كيف تعمل التكنولوجيا؟ يعد التخزين الحراري المعقول حاليًا أحد أكثر
حلول TES انتشارًا. في الأساس ، تقوم بتسخين مادة سائلة أو صلبة عن طريق حصاد طاقة الرياح أو
الطاقة الشمسية خلال النهار أو في الصيف ، عندما يكون هناك الكثير منها. الطريقة النموذجية للقيام بذلك هي
تمرير الكهرباء من خلال عنصر تسخين ملامس لمواد التخزين الخاصة بك. لتفريغ
الحرارة ، يمكنك ببساطة خفض درجة حرارة البطارية عن طريق إدخال الهواء البارد في الأنابيب. يمكن أن يكون وسيط نقل الحرارة الخاص بك
شيئًا بسيطًا مثل الماء أو مركبات أكثر تعقيدًا مثل الأملاح المنصهرة ، والتي
تتكامل عادةً مع محطات الطاقة الشمسية المركزة (CSP) ، كما ذكرت في مقطع فيديو سابق.
أحد الأسباب الرئيسية التي تجعلنا بحاجة إلى تطوير المزيد من مرافق تخزين الطاقة هو تقليل
تقليص مصادر الطاقة المتجددة مثل الطاقة الشمسية وطاقة الرياح. هذا عندما يكون لدينا إنتاج طاقة أكبر
من الطلب. وخير مثال على ذلك هو عندما ترى توربينات الرياح ثابتة في يوم عاصف.
لقد قاموا بإيقاف تشغيلهم لأنه لا يوجد طلب على الطاقة التي يتم توليدها. كما تنبأ
مشغل سوق الطاقة الأسترالي (AEMO) ، سيتم تقليص أكثر من 20٪ من مصادر الطاقة المتجددة بحلول عام 2050.
ولهذا السبب يمكن أن تلعب أنظمة TES دورًا في إخراجنا من الماء الساخن.
ستقوم شركة Vattenfall ومقرها السويد بملء برج يبلغ ارتفاعه 45 مترًا (حوالي 150 قدمًا) بالمياه في برلين.
حقيقة ممتعة: حجم الماء الموجود في الخزان سيملأ 350.000 حوض استحمام ... على الرغم من
أنني لا أعتقد أنني أريد الاستحمام في الخزان الخاص بهم. تقع بطاريتهم بجوار محطة
توليد الطاقة الحرارية (P2H) التي تحصد طاقة الرياح الاحتياطية من الشبكة لتسخين
المياه إلى أقل من 100 درجة مئوية (212 درجة فهرنهايت). من المتوقع أن يتم تشغيله في أبريل 2023 ،
وسيبقي الترمس العملاق الماء ساخنًا ويزوده لمدة تصل إلى 13 ساعة عند الحاجة.
يبدو هذا واعدًا ، ولكن ماذا لو تمكنا من تنظيف الحرارة المتسخة باستخدام الأوساخ؟
لكن قبل أن نصل إلى ذلك ، أود أن أشكر Aura على رعايتها لهذا الجزء من فيديو اليوم.
لقد سُرقت هويتي العام الماضي واضطررت إلى قضاء بعض الوقت في محاولة إصلاح ذلك.
كان أول مؤشر لي عن المشكلة عندما تلقيت رسالة من مصلحة الضرائب تفيد بأنني أدين
بضرائب مستحقة على إعانات البطالة التي تلقيتها. هذا هو الشيء ، لم ادع البطالة.
بعد هذا الفشل الذريع ، لجأت إلى Aura للمساعدة في حماية نفسي من سرقة الهوية
والاحتيال على بطاقات الائتمان. إنها توفر خدمة مراقبة استباقية شاملة عبر الإنترنت تراقب
الويب المظلم لرسائل البريد الإلكتروني وكلمات المرور وأرقام الضمان الاجتماعي وتنبهك بأي مشاكل تجدها.
يمكنك حتى ربط حساباتك المصرفية لمراقبة الإنفاق غير العادي. إنه سهل الاستخدام
والإعداد بشكل لا يصدق ولديه دعم 24/7 في الولايات المتحدة. إذا كنت ضحية لسرقة الهوية ، فسيساعدك فريق Aura على
التنقل في مكاتب الائتمان للمساعدة في حل المشكلة. الهالة أسرع بـ 4 مرات من
المنافسة في إشعارك بمشكلة ما. وجميع خطط الاشتراك مدعومة بمبلغ 1،000،000 دولار
للتأمين ضد سرقة الهوية. لفترة محدودة ، تقدم لك Aura نسخة تجريبية مجانية مدتها 14 يومًا ،
انتقل إلى aura.com/matt أو قم بزيارة الرابط في الوصف لبدء الإصدار التجريبي المجاني لمدة 14 يومًا.
إنهم يعتقدون أن الأمان عبر الإنترنت هو حق. قم بالتسجيل للحصول على نسخة تجريبية مجانية اليوم
وتحقق لمعرفة ما إذا كانت بياناتك بالفعل جزءًا من خرق البيانات. شكرًا مجددًا لـ Aura
ولكم جميعًا على دعم القناة. عد الآن إلى حل الأوساخ هذا ...
أضافت الشركة الفنلندية الناشئة Polar Night Energy مؤخرًا لعبة جديدة إلى صندوق الرمل المسخن ...
صومعة من الصلب يبلغ ارتفاعها 23 قدمًا (حوالي 7 أمتار) تحتوي على 100 طن من الرمل المنخفض الجودة حفنة من الأنابيب.
لكنهم لا يستخدمون وسيلة التخزين هذه لبناء قلعة رملية في سماء الليل القطبية الفنلندية.
بعد تشغيل مشروع تجريبي بقدرة 3 ميجاوات في تامبيري لتدفئة مبنيين ، قامت الشركة الناشئة بضبط تصميمهما
وتوسيع نطاقه. بالتعاون مع Vatajankoski ،
مشغل شبكة التدفئة في منطقة Kankaanpää ، تعمل بطارية أكبر بالفعل على تدفئة المنازل المحلية والمكاتب وحتى
مسبح البلدية ، والتي تخدم حوالي 10000 شخص بشكل عام. ويمكنهم تكرار هذا
في أي مكان في العالم حيث لديك بنية تحتية للتدفئة. تمامًا كما هو الحال في نيويورك
وبوسطن وفيلادلفيا وسان فرانسيسكو ودنفر ومينيابوليس ومدن أمريكية كبرى أخرى. كما تم الترويج
بواسطة Polar Night Energy ، يمكن أن يخزن أحدث طراز للبطارية ما يصل إلى 8 ميجاوات في الساعة من الطاقة على شكل حرارة.
بصرف النظر عن الفوائد البيئية ، يتيح حل التخزين هذا للمدينة توفير المال.
يبدو أن الشتاء هناك لا ينتهي أبدًا ويمكن أن تكون درجات الحرارة الفنلندية منخفضة تقريبًا مثل تلك الموجودة في
ألاسكا. كما يمكنك أن تتخيل ، فإن الطلب الهائل على الحرارة خلال موسم البرد الطويل يترجم إلى ارتفاع
التكاليف. من ناحية أخرى ، ستخزن البطارية الرملية طاقة نظيفة خلال الصيف عندما تكون
متاحة بسهولة أكبر ، ثم تعيد استخدامها خلال فصل الشتاء الطويل عندما يكون هناك القليل من أشعة الشمس.
هذا هو السبب في أن التنقيب فيها مفيد من الناحية المالية. في الوقت الحاضر سيكون لهذا تأثير أكبر من
أي وقت مضى. في الواقع ، بعد نزاع دفع مؤخرًا ، جمدت روسيا في مايو الماضي إمدادات الغاز إلى فنلندا ،
لذلك يمكنك أن ترى على الأرجح سبب احتياجهم إلى الكثير من الحرارة منخفضة التكلفة للتدفئة.
يتم ضخ الحكومات المحلية في الفكرة وتريد جعلها أكبر 1000 مرة.
ولكن كيف حولت Polar Night Energy خزانًا مملوءًا بالرمال إلى بطارية لتخزين الحرارة؟ عند توصيلها
بالشبكة ، تتلقى البطارية فائضًا من الطاقة الشمسية وطاقة الرياح كمدخلات. ثم
يتم تحويلها إلى حرارة ونقلها إلى الرمال. لكي نكون أكثر تحديدًا ، فإن مصادر
الطاقة المتجددة تشغل سخان مقاومة ، والذي يسخن الهواء ، والذي يتم بعد ذلك تدويره حول الرمال عبر
الأنابيب. على الرغم من أن الأمر قد يبدو معقدًا ، إلا أن توليد الحرارة لديهم يعتمد على التسخين المقاوم ،
وهو في الأساس كيفية عمل الأجهزة الشائعة مثل المحامص. كما تدعي الشركة الناشئة ،
فإن خزانها معزول جيدًا عن البيئة الخارجية ، مما يقلل من فقد
الحرارة بمرور الوقت. عند الوصول إلى درجات حرارة تصل إلى 600 درجة مئوية (1112 درجة فهرنهايت) ، يمكن للوحدة القائمة على الرمال
أن تحتفظ بالحرارة لأشهر. عندما يحين وقت توصيله ، ما عليك سوى نفخ الهواء البارد عبر
الأنابيب الموجودة داخل السرير الرملي الساخن. النتيجة النهائية التي خرجت من النظام هي الهواء الساخن
الذي يمكن أن ينتج بخارًا أكثر صداقة للبيئة للعمليات الصناعية أو لتسخين المياه العامة أو المنازل.
من الواضح أن الاستفادة من شيء بسيط وآمن مثل الرمال لتخزين الطاقة الخضراء
هو ... مادة ساخنة ، ولكن كيف يمكن مقارنتها بتقنيات التخزين الأخرى؟ البساطة هي إحدى
أهم فوائد البطاريات الحرارية القائمة على الرمال. كما ذكر الرئيس التنفيذي للشركة الناشئة ،
"إنها حقًا صومعة نموذجية" يمكن بناؤها في "أي ورشة للصلب".
يبدو الأمر مجنونًا ، فلن يحتاجوا إلى بناء أي مصانع أثناء توسعهم.
من الواضح أنهم يحتاجون إلى مكونات إضافية مثل الأنابيب والمضخات والمراوح وعناصر التسخين
وما إلى ذلك ، لكن هذه كلها معدات قياسية متاحة بسهولة في كل مكان. الأمر نفسه ينطبق
على المكون الرئيسي ، الرمل. هذه ميزة رئيسية على البطاريات الكيميائية التقليدية ،
التي تعتمد على المعادن التي يصعب استخراجها مثل الليثيوم والنيكل والكوبالت.
على الرغم من أن Polar Night Energy يمكنها استخدام أي نوع من الرمال من أي مكان ، فإن الشركة الناشئة
تعطي الأولوية لإعادة تدوير الرمال التي يتم التخلص منها في صناعة البناء ، مما يقلل من النفايات.
وهذه ليست المكافأة البيئية الوحيدة. وفقًا لتقدير طرف ثالث ، Mission Innovation ،
استنادًا إلى إطار الانبعاثات المتجنبة ، يمكن للبطارية الرملية لـ Polar Night Energy أن تتجنب أكثر من
100 مليون طن من مكافئ ثاني أكسيد الكربون سنويًا في عام 2030. وهذا ما يقرب من ضعف إنتاج مدينة نيويورك من ثاني أكسيد الكربون من عام 2020.
أيضًا ، على عكس تخزين المواد الكيميائية ، ليست هناك حاجة لمحلول إلكتروليت لنقل الأيونات
حولها. وهذه ميزة إضافية حيث يتحلل المنحل بالكهرباء بمرور الوقت ويبلغ
عمر بطاريات الليثيوم أيون حوالي 15 عامًا على الأكثر. في المقابل ، يمكن للخزان المعزول المملوء بالرمل
والمصمم من قبل Polar Night Energy أن يتحمل درجات حرارة عالية دون أن يفقد قدرته على
الاحتفاظ بالحرارة ، وكما تدعي الشركة ، يمكن أن يستمر لمدة 50 عامًا على الأقل.
يبدو هذا الادعاء معقولًا جدًا نظرًا للمواد والمكونات المستخدمة. بالإضافة إلى ذلك ، في
حين أن المكان المثالي الحالي لبطاريات الليثيوم أيون من حيث التكلفة وتخزين الطاقة يبلغ حوالي 6 ساعات ،
فإن الجهاز القائم على الرمال مناسب للتخزين الموسمي. ومع ذلك ، هناك بطاطس حارقة
تُطبخ تحت الرمال الشديدة الحرارة. لن تحصل على كهرباء خضراء من هذه الأجهزة. أعني
، من الناحية النظرية ، أنه يمكنك استخدام الحرارة المخزنة لتشغيل التوربينات البخارية ، ولكن هذا سيضيف
خطوة إضافية في كفاءة الرحلة ذهابًا وإيابًا (RTE) ، مما يقلل بشكل كبير من 99٪ إلى 25٪. هذا على
بعد أميال من بطاريات الليثيوم أيون ، حيث تواجه خسارة طاقة بنسبة 5٪ فقط أثناء عملياتها.
لذلك ، بدلاً من تحويلها إلى كهرباء ، سيكون من
المستدام بيئيًا واقتصاديًا استخدام الحرارة المتجددة كما هي. على سبيل المثال ، يمكننا الاستفادة منه لاستبدال
الغلايات التي تعمل بالغاز الطبيعي لتدفئة مبانينا. رغم ذلك ، سيكون هذا منطقيًا فقط في المدن التي
تمتلك فيها بنية تحتية على مستوى المنطقة. بالإضافة إلى ذلك ،
يمكن لمحلول P2H الأخضر هذا أيضًا إزالة الكربون من العمليات الصناعية كثيفة الاستخدام للحرارة مثل تصنيع الصلب والأسمنت.
أستطيع سماعك بالفعل. كيف تحقق البطاريات الحرارية مثل هذه ارتفاعًا في RTE؟
كما ذكرنا سابقًا ، يعتمد نظام Polar Light Energy على تسخين بالمقاومة الكهربائية ،
وهو موفر للطاقة بنسبة 100٪.
كونها قادرة على العمل في درجات حرارة تصل إلى 600 درجة مئوية (1112 درجة فهرنهايت) ، فإن الرمال تخزن طاقة أكبر
لكل وحدة حجم من الماء ، والتي لا يمكن أن تتجاوز 100 درجة مئوية (212 درجة فهرنهايت) لأسباب واضحة. قالت شركة Polar
Night Energy إن بطاريتها تحتوي على حوالي 3 أضعاف طاقة أكثر من TES المعتمد على الماء.
سيكون النظام أكثر فائدة لمناطق تدفئة المناطق ، مثل بعض المدن والجامعات
وبعض المواقع الصناعية وما إلى ذلك. في الأساس ،
يمكن لأي مكان به محطة بخار في الموقع الاستفادة من إحدى هذه البطاريات الرملية ،
حيث أن البنية التحتية موجودة بالفعل. بدلاً من مرور البخار
عبر خطوط الأنابيب ، فإن الهواء الساخن القسري من الرمال سوف ينتقل عبرها بدلاً من ذلك.
لكن ماذا عن التكلفة؟ في حين أن الرمل رخيص الثمن ، إلا أنهم سيحتاجون إلى
الكثير من الأنابيب الفولاذية المدفونة بداخله ، مما قد يؤدي إلى تضخيم نفقاتهم. ومع ذلك ، تعتقد Polar
Night Energy أن توسيع نطاق منشآتها 100 مرة لن يؤدي إلا إلى سعر أعلى بمقدار 20 ضعفًا.
لنكون أكثر تحديدًا ، توقعت الشركة الناشئة تكلفة 10 يورو (حوالي 10 دولارات) لكل كيلوواط ساعة بمجرد
أن يصل نظامها إلى سعة تخزين تبلغ 20 جيجاوات في الساعة. فقط لإعطائك بعض المنظور ،
حدد الباحثون تكلفة مستهدفة أقل من 15 دولارًا / كيلوواط ساعة عند تطوير أنظمة TES جديدة. على الرغم من أن تقديرات Polar Night
Energy تتماشى مع توقعات الاقتصاديين ، إلا أن هناك مشكلة. تبلغ سعتها التخزينية الحالية
8 ميجاوات فقط ، لذلك سوف يستغرق الأمر بعض الوقت حتى تصبح تقنيتها قادرة على المنافسة.
في حين أن البطاريات الرملية ليست حلاً سحريًا لعالم خالٍ من الكربون ، إلا أنها يمكن أن تلعب دورًا رئيسيًا
في إزالة الكربون من البنية التحتية للطاقة لدينا عند دمجها مع حلول التخزين
الكيميائية والحرارية الأخرى . بدلاً من توربينات الرياح المتوقفة عن العمل ، عندما يكون الطلب منخفضًا والعرض مرتفعًا ،
يمكنها توليد الطاقة للتخزين في إحدى هذه البطاريات الرملية.
لقد قلتها من قبل وسأقولها مرة أخرى ، الأمر كله يتعلق باختيار الأداة
المناسبة للوظيفة المناسبة. ليس هناك حل سحري هنا ، ولكن مجموعة كاملة من الحلول.
هل مازلت مترددا؟ هل تعتقد أن البطارية الرملية لديها فرصة لتلحق بها؟
انتقل إلى التعليقات وأخبرني وتأكد من إطلاعك على بودكاست المتابعة
الخاص بي لا يزال محددًا حيث سنناقش بعض ملاحظاتك. إذا أعجبك هذا الفيديو ،
فتأكد من الاطلاع على أحد مقاطع الفيديو هذه هنا. وشكرًا لجميع رعاتي
لدعمكم المستمر ومرحبًا بكم في المؤيد والعضو الجديد Silvio Clausen.
وشكرا لكم جميعا على المشاهدة. سأراك في المرحلة التالية.