1.مقدمه
صنعت ذخیره‌سازی انرژی شیمیایی در سال‌های اخیر به دلیل افزایش تقاضا برای انرژی‌های تجدیدپذیر شاهد رشد قابل توجهی بوده است و انتظار میرود در آینده نیز با سرعت بیشتری ادامه پیدا کند[1] . طبق گزارش آژانس بین المللی انرژی(IEA) ، میزان ذخیره انرژی الکتریکی در سال 2023 به بیش از 90 گیگاوات ساعت رسید که حجم ذخیره انرژی را به بیش از 190 گیگاوات ساعت افزایش داده است. این افزایش ظرفیت توسط چین، اتحادیه اروپا و ایالات متحده آمریکا انجام شده که در مجموع نزدیک به 90 درصد از ظرفیت اضافه شده را به خود اختصاص داده اند. در این گزارش آمده است که 65 درصد از این رشد ظرفیت ناشی از سیستم‌های ذخیره انرژی در مقیاس شهری است[2]. استفاده روزافزون از منابع انرژی تجدیدپذیر نقش اساسی در رشد این بازار داشته است. این منابع عبارتند از توربین های بادی، پنل های خورشیدی، نیروگاه های جزر و مدی و سدهای برق آبی. از آنجایی که این منابع انرژی تجدیدپذیر به سوخت های فسیلی مانند هیدروکربنها وابسته نیستند، میتوان آنها را بدون تولید گازهای گلخانه ای تولید کرد. بنابراین، به گزینه ای مناسب برای بسیاری از کشورها تبدیل شده‌اند که می‌تواند اتکای آنها را به منابع تجدیدناپذیر کاهش دهد[3].
بر اساس پایگاه داده فناوری انرژی پاک، تحلیل‌گران پیش‌بینی میکنند که ظرفیت ذخیره انرژی الکتریکی توسط باتری در سال 2030 به بیش از 600 گیگاوات برسد. در ادامه این مقاله به بررسی ذخیره انرژی توسط باتری و مزایا و معایب آن پرداخته شده است.
2.فناوری ذخیره انرژی توسط باتری
انرژی الکتریکی را میتوان به صورت انرژی الکتریکی در باتری‌ها ذخیره کرد و در زمانی که لازم است از آن استفاده کرد. با توجه به اینکه تولید انرژی الکتریکی از روش های مختلف ممکن است تحت تاثیر عوامل مختلفی هم چون تحولات سیاسی و ژئوپلیتیکی، نقص فنی در نیروگاه‌ها، دلایل آب و هوایی و … نوساناتی را تجربه کند، سیستم‌های ذخیره انرژی (باتری) برای بخش خانگی، صنعتی، بیمارستان‌ها، مراکز نظامی و … جهت دستیابی به جریان برق مداوم حیاتی هستند[4].
سیستم‌های ذخیره انرژی امروزه به عنوان یک رکن مهم در پایداری انرژی به شمار میرود. این سیستم به ویژه در کشورهایی که سهم قابل توجهی از انرژی خود را بر پایه انرژی های تجدید پذیر (به ویژه خورشیدی و بادی) تعریف کرده‌اند بسیار مهم و حیاتی است. از انجایی که روش های تامین انرژی خورشیدی و بادی، متناوب بوده و به شدت وابسته به شرایط آب و هوایی (تابش خورشید و میزان وزش باد) است، استفاده از ذخیره‌سازهای انرژی الکتریکی (باتری) می‌تواند ماهیت متناوب این منابع تجدیدپذیر را با ذخیره انرژی در زمان تابش آفتاب یا در زمان وزش باد کاهش دهد، و منبع تغذیه ثابت را در همه زمان‌ها تضمین کند. اصل عملکرد یک سیستم ذخیره انرژی الکتریکی ساده‌است. باتری‌ها برق را از شبکه برق، مستقیماً از نیروگاه، یا از یک منبع انرژی تجدیدپذیر مانند پنل‌های خورشیدی یا سایر منابع انرژی دریافت کرده و فرایند شارژ کردن باتری رخ می‌دهد، انرژی ذخیره شده در باتری باقی می‌ماند و در زمان لازم با فرایند دشارژ باتری قابل دسترسی میباشد. نرم‌افزارهای باتری هوشمند از الگوریتم‌هایی برای هماهنگ کردن تولید انرژی استفاده میکند و از سیستم‌های کنترل رایانه‌ای برای تصمیم‌گیری زمان ذخیره انرژی یا انتشار آن در شبکه استفاده میکند. انرژی ذخیره شده در زمان‌های اوج تقاضا آزاد میشود و باعث کاهش هزینه‌ها و پایداری دسترسی به برق میشود.
3.مزایای ذخیره انرژی الکتریکی درباتری
فناوری ذخیره سازی انرژی باتری دارای مزایای متعددی نسبت به سایر اشکال ذخیره انرژی است. باتری‌ها را میتوان در مکان‌های مسکونی و تجاری و همچنین برای ذخیره انرژی در مقیاس شبکه استفاده کرد. برخی از مزایای ذخیره انرژی باتری به شرح زیر است [5]:
باتری‌ها را میتوان از یک مکان به مکان دیگر جابجا کرد و این قابلیت حمل آسان یکی از مهم‌ترین نقاط قوت استفاده از باتری‌ها در ذخیره‌سازی انرژی به شمار می‌آید و به آنها توانایی استفاده در موقعیت‌ها و مکان‌های مختلف را می‌دهد. همچنین باتری‌های قابلیت اتصال به صورت سری و موازی را دارند، بنابریان با توجه به فضای و محدودیت‌های وزنی موجود میتوان هر ظرفیت دلخواهی از ذخیره‌سازی را برای استفاده در بخش خانگی، صنعتی، بیمارستانی و … طراحی و اجرا کرد.
منابع تجدیدپذیر مانند انرژی خورشیدی، بادی و برق آبی این پتانسیل را دارند که مقدار زیادی از نیاز انرژی را در طول زمان برآورده کنند، اما باتوجه به ماهیت متناوب آنها، مسئله ناترازی انرژی در این روش ها به وفور قابل مشاهده است. باتری ها با ذخیره مازاد عرضه در زمان هایی که در دسترس هستند، این امکان را فراهم میکنند که در زمانی که بیشتر به آن نیاز وجود دارد (یعنی در ساعات اوج مصرف) انرژی لازم تامین شود، این امر نوسانات عرضه و تقاضا را کاهش داده و باعث برطرف شدن ناترازی انرژی خواهد شد.
باتری‌ها بسته به کیفیت و دفعات شارژ و دشارژ آنها در حین استفاده از دو سال تا 20 سال عمر میکنند که طولانی‌تر از هر شکل دیگر ذخیره‌سازی انرژی است و آنها را برای استفاده‌های طولانی‌مدت مانند ذخیره‌سازی الکتریسیته اضافی تولید شده توسط پنل‌های خورشیدی در خانه یا شارژ کردن وسایل نقلیه در طول شب ایده‌آل میکند.
ذخیره انرژی با استفاده از باتری می‌تواند به پایداری شبکه توزیع کمک کند، به شرطی که ذخیره‌ساز مورد نظر کمترین تلفات را داشته باشد و خروجی های جریان و ولتاژ آن به صورت استاندارد و مطابق نیاز شبکه طراحی شده باشد.
4.معایب ذخیره انرژی توسط باتری
ذخیره انرژی الکتریکی در باتری ها علاوه بر مزایای ذکر شده، معایبی را نیز به دنبال دارد که در ادامه به اختصار به آنها اشاره شده است.
به مرور زمان و استفاده از باتری، خطراتی مانند افزایش احتمال نشتی، خرابی‌های داخلی و حتی انفجار یا آتش‌سوزی در باتری افزایش می‌یابد که می‌توانند ایمنی کاربر و تجهیزات را به خطر بیندازند [6].
باتری‌ها ظرفیت محدودی برای ذخیره انرژی دارند و نمی‌توانند انرژی زیادی را ذخیره کنند. این موضوع می‌تواند به خصوص در کاربردهایی که نیاز به انرژی زیادی دارند، محدودیت ایجاد کند. ظرفیت باتری‌ها با گذر زمان و استفاده مکرر کاهش می‌یابد. این کاهش ظرفیت به دلیل فرآیندهای شیمیایی و فیزیکی داخلی باتری رخ می‌دهد که منجر به کاهش کارایی و نیاز به تعویض باتری در مدت زمان کوتاه‌تری میشود و منجر به افزایش هزینه‌های نگهداری میشود [7].
باتری‌ها حاوی مواد شیمیایی سمی مانند سرب، کادمیوم، نیکل و لیتیوم هستند. این مواد در صورت نشت یا تخریب باتری می‌توانند به محیط زیست آسیب برسانند و مشکلات زیست‌محیطی جدی ایجاد کنند.از سویی هم، دفع نادرست باتری‌ها می‌تواند به آلودگی خاک و منابع آب منجر شود. بازیافت باتری‌ها نیز فرآیندی پیچیده و پرهزینه است که نیاز به زیرساخت‌های خاص دارد. بسیاری از باتری‌ها به درستی بازیافت نمی‌شوند و در محل‌های دفن زباله انباشته می‌شوند [8].
عملکرد باتری‌ها تحت تأثیر دما قرار می‌گیرد. در دماهای بسیار بالا یا پایین، کارایی باتری‌ها کاهش می‌یابد و ممکن است دچار خرابی شوند. این موضوع نیاز به سیستم‌های مدیریت حرارتی پیچیده و پرهزینه را افزایش می‌دهد. به عنوان مثال، الکترولیت‌های مایع ممکن است در دماهای بالا ناپایدار شوند و خطر آتش‌سوزی یا انفجار ایجاد کنند [7].
نویسنده:محمد دارابی
منابع
