تم تقديم هذا الفيديو إليك بواسطة Policygenius. يعد تخزين الطاقة الشمسية بتكلفة رخيصة وفعالة
مكونًا رئيسيًا لمستقبل الطاقة المتجددة. على الرغم من أن بطاريات الليثيوم كبيرة ،
إلا أنها قد تكون باهظة الثمن ، واعتمادًا على الكيمياء ، يمكن أن تكون هناك مخاوف تتعلق بالسلامة. على الرغم من ذلك ، هناك
طرق يمكننا من خلالها تخزين الطاقة الشمسية بشكل مباشر ... وإحدى هذه الطرق هي الحرارة. على سبيل المثال ،
يمكن لمحطات الطاقة الشمسية المركزة استخدام هذه الحرارة لإنتاج الكهرباء أو الأسمنت أو الفولاذ أو
الهيدروجين الأخضر أو ​​أي شيء آخر يحتاج إلى درجات حرارة عالية. يمكن أن يسمح لنا الاختراق الأخير
بتخزين الطاقة الشمسية مباشرة في سائل لمدة تصل إلى 18 عامًا. كيف هو العمل؟ وهل يمكن أن يكون هذا
مسارًا قابلاً للتطبيق إلى الأمام لتخزين الطاقة الشمسية؟ دعونا نرى ما إذا كان بإمكاننا التوصل إلى قرار بشأن هذا.
الألواح الشمسية رائعة! لدي ألواح شمسية في منزلي ، تقوم بتحويل ضوء الشمس إلى
إلكترونات ينتهي بها الأمر إلى التعود عليها في منزلي أو مشاركتها على الشبكة. ومع ذلك ،
يعد تخزين الطاقة أمرًا أساسيًا للطاقة المتجددة نظرًا لتقطعها. لكي أوفر طاقتي الخاصة
في الليل ، أحتاج إلى تخزين فائض إنتاجي من الطاقة الشمسية في Tesla Powerwall.
يتم تحويل الفوتونات إلى إلكترونات ، والتي يتم نقلها إلى بطارية كيميائية
والعودة للخارج مرة أخرى ... ثم التحويل من التيار المستمر إلى كهرباء التيار المتردد لمنزلي
والشبكة ... هناك الكثير من التحويلات التي تحدث خلال هذه العملية ، كل منها يفقد المزيد من
الطاقة . هذا فقط لمنزلي. قم بتوسيع ذلك إلى نطاق المنفعة وسيصبح الأمر أكثر تعقيدًا.
لا تزال العديد من تقنيات البطاريات المتاحة اليوم باهظة الثمن وكبيرة الحجم ، وعندما
يتعلق الأمر بالليثيوم ، فهناك أيضًا مخاوف تتعلق بالسلامة. إن تسخير الطاقة الشمسية باستخدام
الألواح الشمسية وتخزينها في بطاريات الليثيوم التقليدية ليس هو السبيل الوحيد للذهاب.
بين بعض الطرق المجربة والحقيقية ، بالإضافة إلى مشاريع البحث والتطوير الحديثة ، هناك طرق مثيرة للاهتمام
لتخزين فوتونات الشمس بشكل مباشر كحرارة أو في صورة كيميائية ، مثل ذلك السائل الذي ذكرته
سابقًا والذي يمكنه تخزينه لمدة تصل إلى 18 عامًا. قبل الوصول إلى ذلك ، لنبدأ
ببعض الطرق المجربة والحقيقية لنرى كيف يقارنون وأين يمكن أن يذهب هذا.
النهج الأول هو الطاقة الشمسية المركزة (CSP). تستخدم المرايا لعكس
ضوء الشمس وتركيزه على نقطة معينة لإنتاج الحرارة ... والكثير منها! يمكن استخدام هذه
الكمية الهائلة من الحرارة لتشغيل التوربينات البخارية أو المحرك لإنتاج الكهرباء ،
ولكن يمكنهم أيضًا تخزين الطاقة الحرارية لتوفير الطاقة عندما يصل ضوء الشمس إلى مستويات منخفضة.
ومع ذلك ، لا يقتصر الأمر على ذلك فقط. يمكن استخدام الحرارة في تحلية المياه ،
والاستخلاص المعزز للنفط ، وإنتاج الأسمنت ، وإنتاج الفولاذ ، وحتى لإنتاج الهيدروجين الأخضر. يستخدم CSP
بشكل أساسي لتوليد الطاقة على نطاق الشبكة ويتم تصنيفها إلى ثلاثة أنواع عامة.
في أنظمة الحوض المكافئ ، تقوم العاكسات المكافئة بزاوية اتجاه أشعة الشمس بتركيز ضوء الشمس على
أنبوب استقبال مركزي - يُسمى عادةً أنبوب الامتصاص. يركز الشكل المنحني المكافئ
أشعة الضوء المتوازية على نقطة مركزية ، مما يعزز قدرة انعكاسها
30-60 مرة. هذا يجعل الأنبوب ، الذي يحتوي عادةً على زيت حراري ، يصل إلى 750 درجة فهرنهايت (حوالي
390 درجة مئوية) ويمكن استخدام هذه الحرارة لغلي الماء لتشغيل التوربينات البخارية التقليدية والمولدات.
تعد أنظمة الحوض المكافئ للطاقة الشمسية من أكثر تقنيات الطاقة الشمسية المركزة استخدامًا وتطورًا.
محطة جينيسيس لتوليد الطاقة الكهروضوئية ، التي تقع في مقاطعة ريفرسايد ، كاليفورنيا ،
هي واحدة من أكبر محطات الطاقة الشمسية المركزة في الولايات المتحدة بقدرة توليد تبلغ 250 ميجاوات
وتعمل منذ عام 2011. هذا النظام ، مثل العديد من محطات الطاقة ، يستفيد من دورة رانكين ،
حيث يتدفق السائل من مصدر حراري إلى المشتت الحراري ، ويقوم بعمل ميكانيكي على طول
الطريق. في حالة CSP ، هذا السائل عبارة عن بخار يتم إنشاؤه في المرجل ويتدفق
عبر التوربينات ، تمامًا مثل العديد من محطات الطاقة الأخرى. يمكن أيضًا استخدام CSP
ومحطات الطاقة الأخرى ذات الأحواض المكافئة لإنشاء أنظمة هجينة مع محطات طاقة تعمل بالحرارة التي تستخدم أنواعًا من الوقود
مثل الفحم والغاز الطبيعي والوقود الحيوي. ومع ذلك ، من بين جميع تقنيات الطاقة الشمسية المركزة ، تتمتع أنظمة الحوض
بأقل كفاءة (حوالي 15٪) نظرًا لأن السائل لا يحقق درجة حرارة عالية مثل
الأنظمة الأخرى. هذا صحيح ... 750 درجة فهرنهايت لا تعتبر ساخنة. أعتقد أنها حرارة جافة.
ثم هناك أنظمة أطباق ، والتي تشبه نوعًا ما طبق القمر الصناعي ... إلا أنك لن
تشاهد المباراة الكبيرة على هذا الطبق. إنها تتكون من مرايا قرص مكافئ تستخدم
تتبع الشمس لتركيز ضوء الشمس وتركيزه على وحدة تحويل الطاقة الموجودة على طول
ذراع ممتد من مركز القرص. يوجد داخل وحدة تحويل الطاقة مستقبلات حرارية ،
والتي يمكن أن تكون مجموعة من الأنابيب بسائل تبريد. هذا يمتص الحرارة المنعكسة من المرآة وينقلها
إلى المحرك الحراري ، والذي عادة ما يكون محرك ستيرلنغ. هذا موضوع مثير للاهتمام
من تلقاء نفسه ولدي بالفعل مقطع فيديو عن محركات "ستيرلنغ" إذا كنت ترغب في مشاهدته ،
لكن هذا المحرك هو الذي يدفع مولدًا كهربائيًا لإنتاج الطاقة.
يمكن أن تنتج أنظمة الأطباق عادة ما بين 10-25 كيلو وات لكل طبق ولها
كفاءة تحويل تبلغ حوالي 30٪. ومع ذلك ، فإن الجمع بين العاكس
ومحرك "ستيرلنغ" لا يجعل التكنولوجيا مناسبة بشكل كبير لتخزين الطاقة.
وأخيرًا ، فإن العمالقة الشاهقة في CSP هي أنظمة برج الطاقة ، التي تستخدم
مرايا مسطحة تتبع الشمس تُعرف باسم heliostats لتركيز ضوء الشمس وتركيزه على
جهاز استقبال أعلى برج ... نوع من الواضح مع "برج" في أسمائهم.
هناك يتحرك سائل لنقل الحرارة إلى غلاية لإنتاج البخار ،
والذي يستخدم بعد ذلك لتوليد الكهرباء في التوربينات. في حين أن بعض أنظمة أبراج الطاقة تستخدم
الماء كسائل لنقل الحرارة ، فإن التصميمات المتقدمة الأخرى تستخدم الأملاح المصهورة نظرًا
لقدراتها الفائقة في نقل الحرارة وتخزين الطاقة. نظرًا لأن الملح المصهور يمكن أن
يحتفظ بالحرارة بشكل فعال ، فيمكن الاحتفاظ به لعدة أيام قبل استخدامه لتوليد الطاقة. حتى في الأيام الملبدة بالغيوم ،
أو بعد عدة ساعات من غروب الشمس ، يمكن توليد الكهرباء في أوقات ارتفاع الطلب.
أكبر محطة حرارية شمسية مركزة في الولايات المتحدة هي
نظام توليد الطاقة الشمسية Ivanpah. يمكن للمشروع ، الذي يقع في صحراء موهافي بكاليفورنيا ،
توليد 392 ميجاوات من خلال 173500 مروحية
. بدأت عملياتها التجارية في عام 2013 وما زالت تعمل.
تعمل شركة Yara النرويجية على مزيج ثلاثي جديد من الأملاح المنصهرة على أساس
الكالسيوم والبوتاسيوم ونترات الصوديوم التي تقلل من مخاطر تجميد الملح المصهور وتصلبه.
يُقصد باستخدام الأملاح المنصهرة في درجات حرارة عالية كسائل - عادة من 270 درجة مئوية
إلى 565 درجة مئوية - لذلك إذا انخفضت درجة حرارتها عن الحد الأدنى ، فيمكن أن تتجمد وتتصلب.
يمكن أن يؤدي الملح المجمد إلى انسداد الأنابيب ، والتسبب في تلفها وإيقاف تشغيل محطة الطاقة ،
مما يزيد من المخاطر وتكاليف الصيانة في تقنيات الملح المصهور الحالية.
يحتوي الخليط على نقطة انصهار منخفضة تبلغ 131 درجة مئوية وتغير كبير في درجة الحرارة (438 درجة مئوية) ، مما
يزيد من إنتاجية / كفاءة الطاقة ، ويتطلب القليل من مزيج الملح المصهور ،
ويقلل تكوين الملح من التآكل. تعمل هذه الميزات على زيادة
دورة حياة المصنع وانخفاض التكاليف بسبب انخفاض كمية المواد المطلوبة
والسعر التنافسي لنترات الكالسيوم والبوتاسيوم وتقليل تكاليف صيانة التآكل.
لكن الملح المصهور ليس الطريقة الوحيدة لاستخدام تخزين الطاقة الشمسية في الطاقة الشمسية المركزة.
ولكن قبل الوصول إلى ذلك ، أود أن أشكر بوليسي جينيس على رعايتها لهذا الفيديو.
اعتدت دائمًا الحصول على تأمين على الحياة من خلال الوظائف السابقة ، لكنني الآن أدير عملي الخاص
ولم أعد أمتلك هذه السياسات بعد الآن. وأحيانًا لا تكون سياسات العمل جيدة جدًا على أي حال.
إنها لفكرة جيدة أن تتخذ خطوات لحماية عائلتك في حالة حدوث شيء غير مخطط له لمنحهم
دعمًا ماليًا. يجعل PolicyGenius من
السهل العثور على التغطية التأمينية المناسبة لك ومقارنتها. إنهم لا يبيعون معلوماتك الشخصية
لأطراف ثالثة ، وقد ساعدوا أكثر من 30 مليون شخص في التسوق من أجل التأمين منذ عام 2014.
لا يمكن أن يكون البدء أسهل. توجه إلى https://policygenius.com/unduablewithmatt
وأجب عن بعض الأسئلة عن نفسك. Policygenius هو سوق تأمين
يسهل مقارنة عروض الأسعار من كبرى الشركات مثل AIG و Prudential. يمكنك
توفير 50٪ أو أكثر على التأمين على الحياة من خلال مقارنة الأسعار معهم. تبدأ الخيارات بسعر
17 دولارًا أمريكيًا فقط شهريًا مقابل تغطية تبلغ 500000 دولار أمريكي. والوكلاء المرخصون في Policygenious يعملون لصالحك
وليس لصالح شركات التأمين. سيعملون معك طوال العملية بأكملها لمساعدتك على
فهم واتخاذ القرارات بثقة. ما عليك سوى النقر على الرابط في الوصف أو التوجه
إلى https://policygenius.com/und selectedwithmatt للحصول على عروض الأسعار المخصصة في دقائق
والعثور على السياسة المناسبة لك. شكراً لـ Policygenius ولكم جميعاً لدعمكم
القناة. عد الآن إلى البدائل المثيرة للاهتمام لتخزين الطاقة الشمسية.
تقوم شركة Heliogen ، ومقرها كاليفورنيا ، بتطوير حل للطاقة الشمسية المركزة
يخزن الطاقة في الصخور ويستخدم رؤية حاسوبية متقدمة / الذكاء الاصطناعي لمحاذاة مجموعة من المرايا بدقة.
يتم تقييم وضبط وضعية حواف المرآة وزوايا
الانعكاس 30 مرة في الثانية.
في حين أن معظم أنظمة أبراج الطاقة عادة ما تنتج حرارة في أي مكان من 400 إلى 500 درجة مئوية ، فإن
هذا النظام قادر على الوصول إلى 1500 درجة مئوية بسبب الذكاء الاصطناعي والتعلم الآلي. يتم توجيه الحرارة
عبر أنبوب فولاذي معزول إلى طبقة من الصخور ،
والتي يمكن أن تظل ساخنة لأيام أو حتى أسبوع في وحدة تخزين معزولة بشكل صحيح.
توفر تقنية Heliogen كفاءة أعلى واستخدامًا أقل للمياه مقارنةً
بالتوربينات البخارية التقليدية. بالإضافة إلى ذلك ، عندما يتعلق الأمر بالتكاليف ، ذكر مؤسس الشركة ،
بيل جروس ، أن تقنيتها تستهدف توصيل الحرارة عند 0.01 دولار / كيلو واط في الساعة.
في مارس 2022 ، وقعت الشركة اتفاقية مشروع مع Woodside
Energy لتطوير مشروع للطاقة الشمسية المركزة في موقع في Mojave ، كاليفورنيا ،
بسعة 5 ميجاوات. بعد شهرين ، أعلنت الشركة أن
المشروع قد انتقل من مرحلة التصميم إلى مرحلة الاختبار والتنفيذ.
الابتكارات في تخزين الطاقة الشمسية كحرارة لا تقتصر على الطاقة الشمسية المركزة.
هذا على نطاق مختلف تمامًا عما يوفره CSP لتوليد الطاقة على نطاق المرافق ،
ولكنه علامة على الاتجاه الذي يتجه إليه البحث لتخزين تلك الطاقة الشمسية في المزيد
من مجالات حياتنا. طور علماء من جامعة تشالمرز للتكنولوجيا في السويد
سائلًا يحتمل أن يكون قادرًا على تخزين الطاقة الشمسية لمدة تصل إلى 18
عامًا. يحتوي السائل على جزيء يتكون من الكربون والهيدروجين والنيتروجين.
قد يكون لديك ذكريات الماضي عن فصول العلوم بالمدرسة الثانوية هنا ، لكن فقط تحمل معي لثانية.
ذرتان أو أكثر تشكلان الجزيئات ، ومن خلال الروابط التي تجمعهما معًا ،
تشترك الذرات في الإلكترونات. أنواع مختلفة من الجزيئات لها أشكال فريدة ثلاثية الأبعاد.
الميثان ، على سبيل المثال ، يتشكل مثل رباعي الوجوه. عند
إضافة الطاقة إلى الجزيء ، يمكن أن يغير هيكله / شكله ،
ويمكن أن تتحد ذراته معًا في روابط جديدة يمكنها تخزين كميات متفاوتة من الطاقة.
في حالة جزيء جامعة تشالمر ، تم تعديله من قبل الباحثين لامتصاص المزيد
من الأطوال الموجية المختلفة لأشعة الشمس. يمكنه تسخير الطاقة من الأشعة فوق البنفسجية
وطيف الضوء الأزرق والأخضر . عندما يتعرض لأشعة الشمس ، يخضع الجزيء للتحول إلى أيزومر ذي
طاقة عالية ، وهو جزيء مكون من نفس الذرات ولكنه مرتبط معًا في شكل جديد.
من أجل إدارة تخزين وإطلاق الطاقة من الجزيء ،
أنشأ فريق البحث محفزًا ليعمل كمرشح للسائل ، مما يعيد الجزيء
إلى حالته الأصلية. هذا التغيير في الشكل يرفع درجة حرارة السائل بمقدار 63 درجة مئوية.
بمجرد عودته إلى حالته الأصلية ، يصبح جاهزًا لالتقاط المزيد من الطاقة الشمسية.
تسمى هذه التقنية الجديدة بنظام تخزين الطاقة الجزيئي الحراري (أو معظمها فقط).
هذا هو الاختصار الأكثر إثارة للاهتمام الذي رأيته منذ فترة.
أتيحت لي الفرصة للتحدث إلى Kasper Moth-Poulsen ، الذي يقود البحث ،
وقد قدم لي شرحًا كاملاً رفيع المستوى للدورة:
"لدينا نظام سائل يتدفق عبر لوحة. إنها أساسًا لوحان زجاجيان بهما
سائل بينهما ، وتتدفق الجزيئات عبرها وتتعرض للضوء
ثم تتحول. بعد ذلك ، يذهبون إلى خزان صغير ، وهذا الخزان الصغير هو
المكان الذي يتم فيه تخزين الجزيئات ذات الطاقة العالية. في وقت لاحق ، يمكن أن تتدفق فوق محفز
موجود في جهاز صغير يقوم بعد ذلك بإطلاق الحرارة وإرسال
الطاقة المخزنة. أخيرًا ، يمكن للجزيئات أن تعود إلى اللوحة وتذهب وتلتقط الطاقة مرة أخرى.
لذلك ، إنها دورة قريبة حيث المدخلات هي الطاقة الشمسية ، ونخزنها كطاقة كيميائية
ونطلقها لاحقًا كحرارة عند الطلب ونستعيد الجزيء الأصلي. لذا ، بهذه الطريقة ، إنها تشبه
الدورة التي يمكن أن تعمل عدة مرات ، مئات الآلاف من المرات ... "- كاسبر موث بولسن
أرسلوا الجزيئات بالطاقة الممتصة من ضوء الشمس السويدي إلى الصين ، حيث قام باحثون
من جامعة شنغهاي جياو تونغ أطلقوا الطاقة وحولوها إلى كهرباء
باستخدام مولد طوروا بواسطتهم. أود أن أقول إن هذا يبدو واعدًا إلى حد كبير. إن حقيقة
إرسال أشعة الشمس السويدية إلى الجانب الآخر من العالم وتحويلها إلى كهرباء هو نوع من الجنون.
Zhihang Wang ، قال باحث من جامعة تشالمرز للتكنولوجيا:
"... المولد عبارة عن شريحة رفيعة جدًا يمكن دمجها في الإلكترونيات مثل سماعات الرأس
والساعات الذكية والهواتف. حتى الآن ، لم نولد سوى كميات صغيرة من الكهرباء ،
ولكن الجديد تظهر النتائج أن المفهوم يعمل حقًا. يبدو واعدًا جدًا ... "- Zhihang Wang
قال Kasper عندما يتعلق الأمر بالكفاءة:
" ... تعمل أفضل الأنظمة بكفاءة تتراوح بين 30 إلى 50٪ من الطول الموجي
الذي تتلقاه. ولكن بعد ذلك لدينا الطيف الشمسي الكامل. إنها أطوال موجية كثيرة. لذا ،
في الواقع ، أفضل نظام لدينا يلتقط حوالي 3٪ من الطاقة الشمسية الواردة الآن ...
الحد الأقصى النظري هو ما بين 12 إلى 16٪ من الطاقة الواردة. لن يكون بنفس قدر
الطاقة الكهروضوئية ، وذلك لأنه يتعين عليك دفع شيء ما مقابل التخزين
في الجزيئات ، وبالتالي لا يمكن أن يكون بنفس الكفاءة ...
كان الجزء الأصعب في التحسين.
"... استعادة الحرارة تسير بشكل جيد إلى حد ما. نستخرج الحرارة التي
نخزنها. هناك بعض الخسائر في عملية التخزين ، ونود التوسع
إلى جزء أكبر من الطيف الشمسي وفي نفس الوقت الحفاظ على الكثافة الداخلية العالية
وما إلى ذلك. هناك مثل ثلاثة أو أربعة معلمات نحاول تحسينها في نفس الوقت
وهي تشير قليلاً في اتجاهات مختلفة. تكمن الصعوبة في
إنشاء أنظمة جيدة في جميع الجوانب. .. "-Kasper Moth-Poulsen
لا يزال هذا البحث مستمرًا وقد قاموا باختبار جزيئات جديدة وتحسينها على طول
الطريق. الخطوة التالية ، وفقًا لـ Kasper ، هي توسيع نطاق النظام من مجرد بضع
واط إلى ألف واط. على الرغم من أن الجزيء قد لا يحقق كفاءات مماثلة
للخلايا الكهروضوئية أو CSP ، إلا أنه يمكن وضعه في طبقات أخرى موجودة لجعلها أفضل.
تخيل وضع طبقات مع نظام كهروضوئي في منزلك.
لن تقوم فقط بتحويل الفوتونات إلى كهرباء لمنزلك ، ولكنك ستخزنها أيضًا
كحرارة لاستخدامها لاحقًا ... مثل المساعدة في إنتاج الماء الساخن في منتصف الليل.
في محادثتي مع Kasper ، ذكر بعض التطبيقات الممكنة لنظامهم ، بما في ذلك
تسخين الماء الساخن دون الحاجة إلى الكهرباء أو حرق الغاز ، وتدفئة مقصورة السيارة ، والمزيد.
بينما نتقدم نحو مستقبل أكثر اخضرارًا ، يعد تخزين الطاقة الشمسية لاستخدامها لاحقًا أمرًا ضروريًا.
إن تسخير ضوء الشمس وتحويله إلى كهرباء
ثم تحويله مرة أخرى لتخزينه في بطاريات ليس هو المسار الوحيد.
بينما كان تخزين الحرارة في محطات الطاقة الشمسية المركزة باستخدام الأملاح المنصهرة موجودًا منذ فترة ، فإن
الأساليب الأحدث مثل تخزين الطاقة الشمسية مباشرة في الترابط الجزيئي لا تزال في
المرحلة المبكرة. سيستغرق توسيع نطاقه وإيجاد أفضل التطبيقات له بعض الوقت ،
لكن الفوائد التي يمكن أن يقدمها ، مثل تخزين الطاقة الشمسية لمدة 18 عامًا ، تعد واعدة للغاية.
هل ما زلت مترددًا؟ هل تعتقد أن الترابط الجزيئي يبدو وكأنه اتجاه واعد؟
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 المتواصل ومرحبًا بكم الداعم والعضو الجديد روبرت رايتشنر.
وشكرا لكم جميعا على المشاهدة. سأراك في المرحلة التالية.