الاستفادة من تقنيات تخزين الطاقة الجديدة للتخزين الفائض للكهرباء المتجددة وتزويد محطات الهيدروجين الخضراء والأمونيا الخضراء ليلاً
نستعرض في هذه السلسلة الأبحاث و الأفكار العلمية التي شارك بها الباحثون من مختلف الجامعات والمؤسسات التعليمية في مسابقة قادة مستقبل الطاقة والتي تم تنظيمها خلال فعالية قمة عمان للهيدروجين الأخضر. كان هدف إقامة هذا البرنامج هو خلق روح التنافس على الابتكار و التفكير بأفكار بحثية جديدة تخدم قطاع البحث والتطوير في مجال الهيدروجين الأخضر والطاقة المتجددة في سلطنة عمان و كذلك تعزيز وبناء القدرات بين المتنافسين.
عنوان البحث: الاستفادة من تقنيات تخزين الطاقة الجديدة للتخزين الفائض للكهرباء المتجددة وتزويد محطات الهيدروجين الخضراء والأمونيا الخضراء ليلاً
خلاصة البحث:
نظرًا لتزايد المخاوف بشأن تغير المناخ، والنمو السريع لمصادر الطاقة المتجددة على مستوى العالم ، واقتصاد الهيدروجين الناشئ ، أصبح تطوير تقنيات تخزين الطاقة منخفضة التكلفة على نطاق المرافق أمرًا ملحًا للغاية. هذه التقنيات ضرورية لأنها تساهم في التغلب على أحد التحديات الرئيسية للطاقة المتجددة وهي التقطع المستمر. ومع ذلك ، فإن التقنيات التجارية المستخدمة حاليًا تحمل تحديات خاصة بها. على سبيل المثال ، على الرغم من أن بطاريات الليثيوم فعالة ، إلا أن تكلفتها العالية تحد من استخدامها في العمليات على نطاق واسع. وبالمقارنة ، فإن نظام تخزين الطاقة الحرارية (TES) ، والذي يتضمن تخزين الكهرباء كحرارة يتم إعادة تحويلها لاحقًا إلى كهرباء ، اقتصر فقط على تركيز أنظمة الطاقة الشمسية. تدرس هذه الورقة تأثير استخدام تقنيات تخزين الطاقة غير المستغلة منخفضة التكلفة المثالية لبيئة عمان الشبيهة بالصحراء. تمت دراسة ثلاث تقنيات لتخزين الطاقة وهي: نظام TES الرملي ونظام water-TES وبطاريات أيون الصوديوم. تم تقييم استخدامها في تخزين الطاقة الفائضة وإنتاج الهيدروجين الأخضر والأمونيا اقتصاديًا وبيئيًا مقارنة باستخدام بطاريات الليثيوم التقليدية.
نظرًا لندرة موارد الليثيوم في عمان والتي من شأنها أن تؤدي إلى ارتفاع تكاليف إنتاج بطاريات الليثيوم وبالتالي الحد من انتشارها على نطاق واسع ، تضمنت الدراسة في البداية تحديد موارد بديلة وفيرة ومنخفضة التكلفة وفعالة يمكن استخدامها لتخزين طاقة متجددة. تم تحليل الرمال، وخاصة رمال السيليكا فائقة النقاء في عمان ، لتوفير طريقة موثوقة ومستقرة حرارياً ومنخفضة التكلفة لـ TES. وبالمثل، تم العثور على الماء ، وهو مصدر TES وفير ورخيص على حد سواء ، لامتلاك قدرة حرارية أعلى من الرمال. نظرًا لقدرة الماء والرمل على تخزين درجات حرارة تصل إلى 100 درجة مئوية و 1200 درجة مئوية ، على التوالي ، تم حساب الكميات المطلوبة لتشغيل دورة توربينات غازية مركبة بسعة محددة. بالإضافة إلى ذلك ، بعد مقارنة الأيونات المحتملة لبناء البطاريات ، تم اختيار بطاريات أيونات الصوديوم لتكون الخيار الأنسب لتخزين الكهرباء ، نظرًا للتوافر الواسع لمركبات الملح في عمان وانخفاض تكلفتها مقارنة بالمركبات القائمة على الليثيوم . تم وصف تركيب معدات الرمل TES و water-TES والبطاريات الملحية جنبًا إلى جنب مع دمجها في مصنع أخضر للهيدروجين / الأمونيا في هذه الورقة. تم تطوير دراسة حالة مقارنة تتضمن محللًا كهربائيًا بقوة 500 ميجاوات يعمل بالطاقة الكهروضوئية ويقع في الدقم ، في هذا العمل لتقييم الفوائد الاقتصادية والبيئية لاستخدام الطرق المذكورة أعلاه لتخزين الطاقة مقارنة بالبطاريات القائمة على الليثيوم.
من الناحية الاقتصادية، وجد أن استخدام الماء والرمل لأنظمة TES أدى إلى انخفاض تكلفة إنتاج الوحدة من الهيدروجين الأخضر والأمونيا بنسبة 65٪ و 56٪ على التوالي مقارنة بتكلفة استخدام بطاريات أيونات الليثيوم. أدت بطاريات أيون الملح أيضًا إلى انخفاض تكاليف الهيدروجين والأمونيا الخضراء بنسبة 27٪ و23٪ على التوالي. من الناحية البيئية ، وجد أن المصنع الذي تبلغ طاقته الإنتاجية 500 ميجاوات يقلل انبعاثات غازات الدفيئة سنويًا بمقدار 321 مليون طن من مكافئ ثاني أكسيد الكربون سنويًا و 181 مليون طن من مكافئ ثاني أكسيد الكربون سنويًا عند استخدام أنظمة TES الرملية أو المائية وبطاريات أيون الصوديوم ، على التوالي. وبالتالي فإن تقنيات تخزين الطاقة التي تم تحليلها في هذه الورقة هي حلول واعدة لتخزين الطاقة المتجددة المتقطع وإنتاج الهيدروجين. ستسهم التكلفة المنخفضة والوفرة التي تقدمها في تكثيف مشاريع الطاقة المتجددة، مما يؤدي إلى خفض تكاليف الطاقة النظيفة وتسريع تنمية اقتصاد الهيدروجين في سلطنة عمان.
اسم الجامعة: جامعة مسقط
ايميل التواصل: mariamjedda1@gmail.com
