אחסון אנרגיה סולארית במים היה אחד מהנושאים המדוברים בחיפוש אחר אגירת אנרגיה סולארית. לכן, האם אגירת אנרגיה סולארית במים היא מתיחה או מציאות. בקריאה זו נשיב על כך.
אנרגיה סולארית מספקת חלק מצרכי החשמל שלנו, אבל היא לא חוסמת באופן בלתי נמנע את הצורך במקורות חשמל אחרים. ובמקרים מסוימים, זה עשוי להפוך את הרשת לפחות יעילה על ידי תרומה לחוסר ביטחון ושימוש בחנויות שיא שהן בדרך כלל מזהמות יותר.
חנויות שיא הן התוצאה הרצויה עבור מטען העוקב על הרשת. אלו הם מקורות חשמל נמוכים ויקרים יותר, הפועלים רק שעות רבות ביום כדי לפצות על ההבדל בין מטען הכוח הבסיסי לשיא הערב.
תוצאה מסקרנת נוספת של בעיה זו נקראת פעולת ביקוש, אשר משפיעה על הביקוש לחשמל כדי להפחית או להסיט את הפסגות ולהתאים יותר את יכולת הייצור.
אבל הגביע הקדוש באספקת חשמל בקנה מידה רשת הוא פשוט לתת לזויות הביקוש והייצור להיות מה שיהיו, אחסון אנרגיה כאשר הייצור עולה על הביקוש ושימוש באנרגיה המאוחסנת במהלך שיאי הביקוש.
יש מגוון רחב של רעיונות מרתקים לאחסון כמויות גדולות של אנרגיה, החל מספוגית מותכת ועד הפעלת לחץ האוויר במכרות ישנים, אבל המיטב של המחסן הנוכחי בקנה מידה רשת חישוב על אירוע כבידה, כלומר שימוש באנרגיה מיותרת להרמת סחורה, השתמש גם בדבר הזה כדי לגרום לחשמל כשהוא נופל בחזרה למטה, בעצם מתייחסים לחומרה של כדור הארץ כאל מעיין.
והבשלות העצומה של המחסן הנוכחי בקנה מידה רשת עושה זאת באמצעות מים, בתוכנית הנקראת Pumped Hydroelectric Storage System שיטה לאגירת אנרגיה סולארית במים.
טכנולוגיית אגירת כוח מים שאוב היא הדרך לאגירת אנרגיה סולארית במים. זוהי שיטה עתיקה ומבוססת אך לא בשימוש עיקרי. למרות שהם יכולים להיות סבירים ופתרון בר-קיימא טוב לאגירת אנרגיה ומים בקנה מידה גדול ושנתי.
אגירה של כוח מים שאוב היא טכנולוגיית אגירת אנרגיה מכנית המבוססת על הובלת מים. בתהליך זה, מים נשאבים במעלה הגבעה באמצעות אנרגיה חשמלית לתוך מאגר כאשר הדרישה לאנרגיה חשמלית נמוכה.
מאוחר יותר, כאשר הדרישה לאנרגיה חשמלית גבוהה, למים ניתנים לזרום חזרה במורד ומשמשים לסובב טורבינה לייצור חשמל. למרות שהצורך באחסון כוח הידרושא שאוב גדל בגלל השימוש בו באחסון אנרגיה מתחדשת כמו אנרגיית שמש ורוח, זוהי טכנולוגיה שקיימת מאז תחילת המאה ה-1900.
ניתן לאגור אנרגיה סולארית דרך מערכת המחסן ההידרואלקטרית השאובה כדרך לאגירת אנרגיית השמש במים כולל אנרגיה מתחדשת אחרת כמו אנרגיית רוח במים המפרה את הפער כאשר השמש לא זורחת או שהרוח לא נושבת.
אנרגיה סולארית היא מקור אנרגיה לסירוגין ומשתנה, ולכן יש צורך בחלופת אחסון כדי להבטיח את עמידה בדרישת האנרגיה בכל עת.
יש אחסון אנרגיה זמין לטווח קצר עבור אנרגיה סולארית כמו סוללות כדי לפתור בעיות לסירוגין, אך ניתן להשתמש באחסון אנרגיה לטווח ארוך כמו טכנולוגיית אגירת כוח מים שאוב עבור שינויים עונתיים בייצור חשמל כמו בתקופות הקיץ והחורף.
גז מימן יכול לשמש כאחסון אנרגיה לטווח ארוך, אך בהשוואה לטכנולוגיית אגירת כוח מים שאוב, גז המימן עדיין אינו תחרותי כלכלית.
מערכת מחסנים הידרואלקטרית שאובה לוכדת ואוגרת מים בשני מקומות עם ירידה תלולה ביניהם. ניתן לשאוב מים במעלה הגבעה כדי להתאמן לייצור חשמל שוב ושוב. כמובן שהשאיבה הזו צורכת חשמל בפני עצמה, שם נכנסת לתמונה אנרגיה סולארית.
כאשר השמש זורחת ואנשים לא משתמשים בחשמל חשוב, כוח סולארי מיותר זמין לשאוב מים בחזרה אל המחסן, ובפעמים אחרות כאשר השמש אינה מייצרת מספיק כוח כדי לעמוד בביקוש, מערכת המחסן ההידרואלקטרית הנשאבת נכנסת לתוך פעולה ומפצה על החלל.
המערכת כולה פועלת יחד כמו סוללה מתחדשת ענקית המספקת למחסן אמינות וחוסר גמישות שאנרגיה סולארית לא יכולה להציע בעצמה.
בטכנולוגיית אגירת כוח מים שאוב כאשר אנרגיה עודפת הנוצרת מאנרגיה סולארית משמשת לשאיבת מים במעלה הגבעה, נוצרת כמות עצומה של אנרגיה פוטנציאלית.
ברוב המקרים, הדרך שבה זה עובד היא שני תקציבים קשים אך מופרדים על ידי הבדל גדול בגובה. בלילה, כשמחירי החשמל נמוכים, אתה משתמש בכוח הזול והמשאבות כדי למלא את הכוח העליון.
אף על פי כן, לאחסון כוח הידרושא שאוב יש כמה דרישות טבעיות לביצועים מתאימים. הם כוללים; נופים ומאגרים מתאימים שיכולים להיות אגמים (טבעיים או מעשה ידי אדם על ידי בניית סכרים).
כמו כן, אגירת כוח הידרושא שאובה מצריכה היתרים רגולטוריים ארוכים וזמני יישום אשר יכולים להיות ארוכים מאוד ולא לשכוח הון ראשוני גדול.
מלבד לעזור לאדם להתמודד עם בוררות אנרגיה, טכנולוגיית אגירת כוח הידרו-שאובה אינה מסוגלת לשלב משאבי אנרגיה מתחדשים שונים בצורה מיטבית וזה גורם לתקופת ההחזר הכספית שייכת.
זו בין אחת הסיבות השונות שבגללן לא נעשה שימוש נרחב בטכנולוגיית אגירת אנרגיה הידרומית השאובה כיום. כמו כן, רק באזורים מסוימים אתה יכול למצוא טכנולוגיית אגירת כוח הידרושא שאוב, שכן היא כרוכה בעלויות גבוהות מראש עם כמה מכשולים מחמירים ומשמעותיים.
תוכן העניינים
האם זה הגיוני להשתמש בטכנולוגיית אחסון אנרגיה סולרית שאובה לאחסון אנרגיה סולארית במים?
ובכל זאת, הרעיון של אחסון אנרגיה סולארית במים נשמע מבלבל וכמעט בלתי פתיר, אם אתה כמו רוב האנשים. מי שמע אי פעם על אגירת כוח מים שאוב לשמש לפני כן?
עם זאת, "מחסן אנרגיה" הוא ביטוי הבאזז האחרון של התעשייה המתחדשת, והוא משתנה בקצב מהיר ממה שמישהו מלבד אלה שמעצבים אותו יכולים לעמוד בקצב.
"אבל למה לי לדאוג לאחסון?" אתה שואל. שאלה מצוינת! בסופו של יום, זה על כמה חשוב הכסף שאתה רוצה לשמור בארנק שלך. היכולת שלנו לאגור אנרגיה בצורה יעילה יותר תשפיע ישירות על המחיר שתשלם עבור החשמל שלך.
בעשור האחרון, ייצור אנרגיה מתחדשת - במיוחד אנרגיה סולארית ורוח - התרחב כל כך עד שהוא זול ובמחיר תחרותי עם אנרגיות קונבנציונליות כמו נפט, פחם וגז. ובכל זאת, אנרגיה מתחדשת אינה כיסוי מושלם לאנרגיות מאובנים, לפחות מנקודת מבט לוגיסטית.
למרות שטכנולוגיה סולארית משכללת את היכולת שלנו לעשות שימוש באנרגיה שאנו אוספים מהשמש, אחת הבעיות הגדולות ביותר שאנו ממשיכים להתמודד איתנו היא כיצד להמשיך להשתמש באנרגיה סולארית כשהשמש כבר לא זורחת.
רובנו חיים באזורים בעולם שדורשים מאתנו להאיר את ביתנו לפני ואחרי יום העבודה שלנו. אכן, אם יתמזל מזלכם לחיות כמעט עם 18 שעות שמש, יש להניח שעדיין תזדקק לאנרגיה כדי להפעיל את מדיח הכלים או המקרר שלך לאחר שקיעת השמש.
ובכל זאת, בממוצע, קרני השמש החזקות ביותר אחר הצהריים. אז בקיצור, יש חוסר התאמה בין לוחות הזמנים בין האמריקאי הממוצע לאנרגיה שהשמש פולטת אלינו, בני האדמה.
אנחנו מייצרים אנרגיה שאנחנו לא בסביבה כדי להשתמש בה. זה המקום שבו האחסון נכנס לתמונה. אנחנו צריכים לייצר סגנונות כדי להחזיק את האנרגיה הסולארית הזו כדי שנוכל להתחבר אליה גם אחרי שהשמש תפסיק לזרוח.
ישנן דרכים נוספות לאחסן אנרגיה סולארית מלבד השימוש בסוללות, אחת מהן עשויה להתאים לנו לעבור את שעות הערב המבוקשות הללו. אגירה של כוח מים שאוב היא טכנולוגיה בדוקה ובוגרת המסוגלת לשחרר כמויות גדולות ומתמשכות של אנרגיה באמצעות שאיבת מים.
התהליך דורש שני מאגרי מים, אחד בגובה נמוך, והשני בגובה מתקדם. לאחר החיבור נעשה שימוש בחשמל בעלות נמוכה (כמו סולארי) לשאיבת המים מלמטה למעלה.
כאשר נדרשת אנרגיה, המים המאוחסנים מעל משתחררים דרך טורבינות, ומייצרים חשמל. כאשר הביקוש לאנרגיה יורד, הכוח המתקדם מתמלא באיטיות לסבב הבא של שיגור האנרגיה.
ההיבט המסוגנן של הידרו שאוב כמערכת אחסון אנרגיה הוא שזה די סביר ועמיד לאורך זמן. יש לו אפקטיביות גבוהה מאוד הלוך ושוב, מה שאומר שמעט כוח מתבזבז בזמן שהוא מייצר חשמל.
רובם מתוכננים לאגור בין 6-20 שעות של אנרגיה, כאשר כמות האנרגיה תלויה בגודל המערכת.
אחסון אנרגיה סולארית במים על ידי שימוש באחסון אנרגיה סולרית שאובה לעומת אחסון אנרגיה סולארית בסוללות, מה עדיף?
אמנם ישנן גם אפשרויות אחרות לאחסון אנרגיה מתחדשת בדומה לגלגלי תנופה, אוויר דחוס, אגירת אנרגיה קריוגנית, סוללות זרימה ומימן, הבה נתמקד בהשוואה של אחסון סוללות ליתיום-יון בקנה מידה גדול (המשמש להפעלת עיר שלמה, לא שימוש ביתי יחיד) לעומת אחסון הידרו שאוב.
זהו תוכן חם בשוק האחסון בימינו, מכיוון ששני אלה מרגישים שהם מוציאים אותו כספקי אחסון מובילים עבור ארגונים ציבוריים ופרטיים כאחד.
הרבה היה בחדשות לאחרונה על מפעלי אחסון סוללות מאסיביים חדשים שהוקמו במקומות כמו דרום קליפורניה. מה מיוחד בהם?
ובכן, בניגוד ל-Tesla Powerwall, שהיא אפשרות למחסן סוללות לתפעול ביתי יחיד, Altagas LTD, Tesla ו-AES Corp יצרו שלושה מהתקנות מחסני הסוללות הגדולות בעולם.
העוצמה של התקנות מחסני סוללות בקנה מידה גדול אלה ביחד שווה ל-15 מכל אחסון הסוללות שהותקנו ברחבי העולם בשנת 2016. אלו חדשות גדולות, שכן סוללות הופיעו בעבר רק במספר קטן של מערכות בקנה מידה רשת.
התקנות מחסנים אלו הוכיחו כי אחסון סוללות בקנה מידה גדול יכול להיכנס באופן סביר לזירה עם מתקנים אחרים של מחסני אנרגיה כבדים. אבל זה לא בטוח אם הם עדיין יכולים לזרוק אגרוף בגודל הגון על המתמודדים.
השוואת עלויות של אחסון אנרגיה סולארית במים על ידי שימוש באחסון אנרגיה סולרית שאובה ואחסון אנרגיה סולארית בסוללות
במובנים רבים, השוואת אחסון מים הידרו בקנה מידה גדול לסוללות ליתיום-יון בקנה מידה גדול דומה להשוואה בין תפוח למלפפון, ולא בין תפוח לתפוז.
שניהם נמצאים בסעיף התפוקה, אך בקושי ניתן לסווג אותם כאותה קבוצת מזון. שניהם אוגרים אנרגיה ומחזירים אותה לרשת, אבל החוזקות שלהם שונות בתכלית.
בואו נסתכל על אחד הגורמים החשובים ביותר של עלות בנייה והפעלת מתקנים אלה. ואכן לפני עשר פעמים, לא הייתה תחרות בין השניים הללו בגלל המחיר ההיסטורי הגבוה של הסוללות.
ובכל זאת, ייצור בקנה מידה גדול של סוללות הוריד את המחיר לנמוך ממחצית ממה שהיה ב-2013, מה שהופך אותן לאופציה הרבה יותר ריאלית עבור פעולות בקנה מידה גדול.
בכנס סולארי בקנה מידה גדול באפריל 2017, אמר ראש ארנה אנרג'י כי התקנות סוללות בקנה מידה גדול ירדו כל כך במחיר שהעלות של 100MW של קיבולת אנרגיה עם 100MWh (שעה אחת של אחסון) תהיה בערך שווה בין אחסון סוללה בקנה מידה גדול לאחסון מים הידרו.
ובכל זאת, אם המספר הזה אכן יגדל מעט, ל-100MW עם אחסון אנרגיה של 200MWh, כוח ההידרוך עולה מיד על אחסון הסוללה.
כשאתה לוקח את המספר הזה ל-500MWh, המשחק נגמר לסוללות. כפי שציינתי קודם, החוזק העליון של מחסן הידרו שאוב הוא גידול האבנית שלו. ברגע שכל הציוד לכוח הידרו שאוב נמצא במקום, די זול להוציא ממנו חשמל נוסף (אתה רק צריך עוד מים).
עם זאת, עם סוללות, ככל שתרצו לאחסן יותר חשמל, כך תצטרכו יותר סוללות, כך שהמחירים עולים בעיקר ככל שהמערכת גדלה.
חשבו על אחסון כוח הידרושא שאוב כחנות גדולה לא מסחרית, שתמיד מתאימה להציע מחירים נמוכים בהרבה מהחנויות המקוריות.
הם קונים בהמוניהם ומוכרים בהמוניהם, מה שהופך את המחירים שלהם לקשים באמת לנצח. בדרך זו, אגירת כוח הידרו-שאובה זוכה כספק הכוח המובחר בזמנים של שיא הביקוש.
העתיד של אגירת אנרגיה סולארית במים על ידי שימוש במערכת אחסון הידרו-כוח שאובה
ככל שהבקשה לאנרגיה מתחדשת ממשיכה לצמוח ולהתפתח, סגנונות מחסנים חסכוניים ויעילים כמו אגירת כוח הידרושא שאובה יהפכו את השמש לא רק לכיסוי נקי יותר עבור אנרגיות מאובנות, אלא לכיסוי אמין יותר.
ככל שעלות הסוללות ממשיכה לרדת, העתיד מזהיר עבור צרכני ויוצרי אנרגיה מתחדשת. למי שמדבר על השקעה בפאנלים סולאריים, מערכת אחסון טובה יותר כמו זו תייצב את השוק ותשקיע במערכת בטוחה יותר.
היתרונות של אחסון אנרגיה סולארית במים על ידי שימוש במערכות אחסון הידרואלקטריות שאובות
במהלך היום, כאשר מחירי האנרגיה, המים בכוח העליון משמשים לסובב טורבינות ולהשראת כוח הידרו. זו סוללת מים ענקית, ולאגירת אנרגיה בצורה זו יש הרבה יתרונות, מלבד רק חיתוך פסגות הרוח התובעניות.
- אחסון אנרגיה סולארית במים על ידי שימוש במערכת מחסנים הידרו-אלקטריים שאובים הוא יקר ערך, ומספק גישה מהירה לחשמל כאשר מקורות אחרים עשויים להיות מחוץ לפעילות.
- אגירת אנרגיה סולארית במים על ידי שימוש במערכות מחסנים הידרואלקטריות שאובות היא בעלת תועלת רבה מכיוון שמערכות אלו יכולות לתת יתרונות רבים ברשתות חשמל קטנות ועדתיות (כמו באיונים) שבהן אין לך גיוון חשוב כל כך בתיק הייצור. .
אתגרים עיקריים הקשורים לאחסון אנרגיה סולארית במים על ידי שימוש במערכות אחסון הידרואלקטריות שאובות
1. צמיגות אנרגיה
מונח המשמש לתיאור עד כמה חשובה אנרגיה יכולה להשתלב בנפח יחידה, וזו אינה הנקודה הטובה ביותר של מתקן מחסן שאוב. ככל שהראש מעל הטורבינות קטן יותר, כושר הייצור של נפח מים נתון גדול יותר.
זה מספיק בקלות כדי לראות את ההבדל בצמיגות האנרגיה בין סוללה למים המאוחסנים. כדי להגיע לאותה צמיגות כמו סוללת ליתיום-יון טיפוסית, יהיה עליך לאחסן את המים בגובה של בערך, מה שלא יהיה נגיש לרכב חשמלי.
זהו אחד החסרונות העיקריים של מתקני מחסנים שאובים הוא שהם נושאים סוג מסוים של נקודה שבה ניתן לזהות שתי בריכות זו ליד זו תוך הפרדה ביניהן במרחק ניצב חשוב ככל האפשר.
ואכן גם, בגלל צמיגות האנרגיה הנמוכה, לרוב מדובר בתקציבים מסיביים שהם מערכות הנדסה אזרחיות מרכזיות בהשוואה לסחורות כמו סוללה שניתן לייצר במפעל.
2. יעילות
האפקטיביות היא השיעור של כמות האנרגיה החשובה שאתה מכניס לעומת כמה חשובה ממנה אתה יכול לקבל. אתה אף פעם לא מבין הכל. זה החוק החלופי של התרמודינמיקה. אבל אתה מקווה להפיק את המקסימום מזה, אחרת, יצרת סוללה גדולה ויקרה באמת שלא עובדת.
ואכן בהתחשב בכל אובדני האנרגיה המרומזים מאיידוי או דליפת מים ועד חוסר איחוד וערבולות בתוך המשרד, מתקנים רבים של מחסנים שאובים משיגים יתרון של 70 או מתקדם.
כמובן, זה אומר שהם צרכני אנרגיה נטו מכיוון שלא ניתן לשחזר את כל הכוח ששימש לשאיבת המים לפסגה, אבל אם עלות האנרגיה הנצרכת נמוכה מהמחיר שהם יכולים להוציא מהאנרגיה הזו ( disadvantage edge) במהלך שיא הביקוש, הם עדיין יכולים להרוויח.
שאלות נפוצות
- כמה אנרגיה אתה יכול לאגור במים?
בואו נדמיין 1 ס"מ3 מים. אנו יכולים להעלות את האנרגיה שלו על ידי הגדלת גובהה. אנו יכולים לחשב את הגידול באנרגיה באמצעות המשוואה לאנרגיה פוטנציאלית כבידה שהיא פשוט המסה של העצם כפול התאוצה עקב כוח הכבידה כפול גובהו.
כאן אנו מגדירים את הגובה כהפרש הגובה בין נקודת ההתחלה לנקודת הקצה שלנו. המסה של מטר מעוקב אחד של מים היא 1000 ק"ג ולכן, עם כל עלייה של 1 מטר, אנו מוסיפים 9810 ג'אול של אנרגיה. נמיר ל-Watt-hour כי היא היחידה הנפוצה יותר. אז, 9810 ג'אול = 2.7 עד 5 וואט-שעה.
זה יכול להפעיל נורת 100 וואט למשך 98.1 שניות בלבד, אבל אנחנו לא יכולים להמיר את האנרגיה הזו בצורה מושלמת. טכנולוגיית אחסון ה-Pumped Hydropower לאחסון אנרגיה סולארית במים היא בערך 80% ביעילות, כך שזה יהיה קרוב יותר ל-78.5 שניות ואם נעלה את ראש המאגר העליון ל-286 מ' כמו זה של Turlock Hill באירלנד, זה 1 ס"מ.3 מים יכולים להפעיל את אותה נורה למשך 22,452 שניות או כ-6.2 שעות.
- איזה סוג אנרגיה ניתן לאגור במים?
ניתן לאחסן את כל צורות האנרגיה החשמלית במים, החל מאנרגיה סולארית ועד אנרגיית דלק מאובנים.
המלצות
- 40 חברות האנרגיה הסולארית המובילות לפי מדינות
. - 7 השימושים המובילים באנרגיה סולארית | יתרונות וחסרונות
. - דברים שכדאי לזכור בעת תכנון מערכת תאורת רחוב סולארית
. - 9 שלבים בתהליך הערכת ההשפעה על הסביבה
. - דלדול משאבי טבע, סיבות, השפעות ופתרונות
. - 10 הבעיות והפתרונות הסביבתיים המובילים
איש סביבה מונע תשוקה בעל פה. כותב תוכן מוביל בחברת EnvironmentGo.
אני שואף לחנך את הציבור על הסביבה ובעיותיה.
זה תמיד היה על הטבע, אנחנו צריכים להגן ולא להרוס.