در سالهای اخیر تولید برق خورشیدی با سرعت زیادی رشد کرده است، اما همراه با این رشد، یک مشکل طبیعی هم وجود دارد: انرژی خورشیدی همیشه یکنواخت تولید نمیشود و معمولاً زمان تولید آن با زمان بیشترین مصرف برق هماهنگ نیست. به همین دلیل، فناوریهای ذخیرهسازی انرژی بهعنوان مهمترین راهحل برای رفع این ناهماهنگی و حفظ پایداری شبکههای برق مطرح شدهاند.
ذخیرهسازی انرژی یعنی نگه داشتن برق تولیدشده در زمانهایی که تولید بیشتر از نیاز است و استفاده از آن در زمانهایی که مصرف بالا میرود. این کار میتواند هم با سیستمهای کوچک مانند باتریهای خانگی انجام شود و هم در مقیاس بزرگ در تأسیسات نیروگاهی. روشهای ذخیرهسازی انرژی متنوعاند و شامل باتریهای شیمیایی، سیستمهای مکانیکی، حرارتی و الکتروشیمیایی میشوند، که هر کدام کاربرد و مزایای خاص خود را دارند.
فناوریهای ذخیرهسازی انرژی دیگر یک ابزار اضافی نیستند؛ بلکه بخش مهمی از عملکرد نیروگاههای خورشیدی محسوب میشوند. چون تولید برق خورشیدی همیشه ثابت نیست و به زمان تابش و شرایط آبوهوا وابسته است.
• هموارسازی تولید: ذخیرهسازی انرژی میتواند نوسانات تولید برق خورشیدی را کاهش دهد. وقتی ابرها به سرعت از مقابل خورشید عبور میکنند و تولید نیروگاه ناگهان کاهش مییابد، سیستم ذخیرهسازی وارد عمل شده و این افت را جبران میکند. نتیجه این کار، خروجی ثابتتر نیروگاه به شبکه و افزایش پایداری سیستم برق است.
• افزایش ضریب ظرفیت نیروگاه: در ساعات میانی روز، تابش خورشید شدت بیشتری دارد و تولید نیروگاه بالاتر از نیاز لحظهای شبکه است. انرژی اضافی در باتری ذخیره میشود تا در زمانهای دیگر قابل استفاده باشد. این کار باعث میشود کل ظرفیت و بهرهوری نیروگاه بهتر استفاده شود و میزان انرژی مفید تولیدی افزایش یابد.
• جابجایی زمان تولید انرژی: یکی از مهمترین مزیتهای ذخیرهسازی، انتقال انرژی از زمان تولید به زمان مصرف اوج است. نیروگاههای خورشیدی معمولاً در ساعات عصرگاهی که مصرف برق بالا است، تولید زیادی ندارند. با استفاده از انرژی ذخیرهشده، میتوان برق را در این ساعات حیاتی وارد شبکه کرد، که هم به پایداری شبکه کمک میکند و هم درآمد نیروگاه را افزایش میدهد، زیرا برق در این زمان بیشترین ارزش اقتصادی را دارد. در مقالهی «تأثیر ساعات پیک و غیرپیک بر درآمد نیروگاه خورشیدی» در وبسایت دکتر سولار، نحوه محاسبه درآمد نیروگاههای خورشیدی بر اساس ساعات پیک و غیرپیک مصرف برق بررسی شده و تأثیر آن بر اقتصاد پروژهها، بازدهی سرمایه و برنامهریزی تولید انرژی تحلیل شده است.
ذخیرهسازی انرژی یکی از کلیدیترین راهکارها برای استفاده بهینه از برق خورشیدی است. چون تولید انرژی خورشیدی بسیار وابسته به تابش خورشید و شرایط آبوهوایی است. فناوریهای مختلفی برای ذخیرهسازی انرژی وجود دارند که هر کدام مزایا و کاربردهای خاص خود را دارند و بسته به نیاز، مقیاس و مدت زمان ذخیرهسازی انتخاب میشوند.
متداولترین نوع ذخیرهسازی شیمیایی است و خود شامل چند نوع اصلی میشود:
• Li-ion (لیتیوم یون): به دلیل چگالی انرژی بالا، پاسخ سریع و طول عمر مناسب، انتخاب اصلی برای ذخیرهسازی کوتاهمدت و میانمدت در نیروگاهها و سیستمهای خانگی است.
• Na-ion (سدیم یون): هزینه کمتر و منابع اولیه فراوان آن باعث شده گزینهای امیدوارکننده برای کاربردهای با زمان تخلیه طولانیتر باشد و در حال توسعه است.
در مقالهی «باتری دیپ سایکل چیست و چرا برای سیستم خورشیدی ایدهآل است؟» در وبسایت دکتر سولار، ویژگیها و عملکرد باتریهای دیپ سایکل بررسی شده و توضیح داده شده است چرا این باتریها برای سیستمهای خورشیدی خانگی و نیروگاهی، ذخیره انرژی و افزایش طول عمر تجهیزات مناسب هستند.
این روش در نیروگاههای خورشیدی حرارتی متمرکز (CSP) استفاده میشود. گرمای خورشید در مواد خاص مثل نمک مذاب یا سیالات دیگر ذخیره میشود و سپس برای تولید بخار و چرخاندن توربینها به کار میرود. مزیت اصلی TES این است که امکان تولید برق در تمام طول شبانهروز فراهم میشود، حتی وقتی خورشید وجود ندارد.
انرژی خورشیدی مازاد میتواند برای شکستن مولکول آب و تولید هیدروژن سبز استفاده شود. هیدروژن تولیدشده بعداً میتواند برای تولید برق یا در حملونقل مصرف شود. این روش برای ذخیرهسازی طولانیمدت و حتی فصلی بسیار مناسب است، زیرا انرژی خورشید در طول سال ذخیره و در زمان نیاز آزاد میشود.
سرمایهگذاری در پروژههای ذخیرهسازی انرژی، بهویژه در مقیاس بزرگ، همچنان با چالشهای اقتصادی زیادی همراه است. باوجود اینکه قیمت باتریهای لیتیوم-یون کاهش پیدا کرده است، هزینههای سرمایهگذاری اولیه (CAPEX) هنوز سنگین است. این هزینهها تنها شامل قیمت خود باتریها نمیشود، بلکه شامل سیستمهای پیچیدهای مانند مدیریت حرارتی (TMS) و اینورترهای دوعملکردی هم میشود که فشار مالی زیادی به سرمایهگذاران وارد میآورد.
• هزینههای سرمایهگذاری اولیه (CAPEX): با وجود کاهش قیمت باتریهای لیتیوم-یون، هزینههای راهاندازی تأسیسات ذخیرهسازی انرژی همچنان بالاست. علاوه بر قیمت باتریها، سیستمهای پیچیدهای همچون مدیریت حرارتی و اینورترها نیز هزینهبر هستند و بار مالی سنگینی به سرمایهگذاران تحمیل میکنند.
• هزینه چرخه عمر و کاهش بازده (LCOE & ROI): باتریها عمر محدودی دارند و به تدریج ظرفیت آنها کاهش مییابد. در طول ۲۰ سال عمر یک نیروگاه خورشیدی، باتریها نیاز به تعویض یا تقویت دارند که این امر باعث افزایش هزینه چرخه عمر انرژی (LCOE) و کاهش بازگشت سرمایه (ROI) میشود.
• عدم قطعیت در مدلهای درآمدی: ذخیرهسازی انرژی خدمات مختلفی مثل انتقال زمان تولید و تنظیم فرکانس ارائه میدهد. با این حال، در بسیاری از بازارها، مدلهای درآمدی واضح و پایدار برای این خدمات وجود ندارد. این عدم شفافیت در پیشبینی درآمد، محاسبه نرخ بازگشت داخلی (IRR) و ROI را دشوار میکند و ریسک سرمایهگذاری را بالا میبرد.
ادغام سیستمهای ذخیرهسازی انرژی باتری (BESS) با نیروگاههای خورشیدی (PV) استانداردهای جدیدی در صنعت انرژی ایجاد کرده است. این ترکیب باعث شده نیروگاههای خورشیدی که بهطور طبیعی تولید متغیری دارند، به منابع قابلاطمینان و کنترلشونده در شبکه تبدیل شوند و بتوانند خدمات حیاتی شبکه را ارائه کنند.
• چین: که بزرگترین تولیدکننده و بهرهبردار نیروگاههای خورشیدی و سیستمهای ذخیرهسازی در جهان است، نمونه مهمی از ترکیب هوشمند قوانین و توسعه فناوری به حساب میآید. در بسیاری از استانهای این کشور، دولت نیروگاههای خورشیدی بزرگ را موظف کرده است که همراه با ظرفیت تولید، بخشی از توان خود را به سیستم ذخیرهسازی انرژی اختصاص دهند (معمولاً حدود ۱۰ تا ۲۰ درصد). پروژههای عظیم خورشیدی چین، مانند تأسیسات بزرگ در گانسو و سینکیانگ نیز همین قانون را اجرا کردهاند. در مقالهی «UBS upgrades China BESS installation forecast, industry to ride policy tailwinds» که در وبسایت Energy‑Storage.news منتشر شده است، پیشبینی نصب سیستمهای ذخیرهسازی انرژی باتری (BESS) در چین بهروزرسانی شده و نقش سیاستهای حمایتی و محرکهای دولتی در تسریع رشد بازار ذخیرهسازی انرژی در کنار توسعه نیروگاههای خورشیدی تشریح گردیده است.
• استرالیا (Hornsdale Power Reserve): این پروژه با ظرفیت ۱۰۰ مگاوات/۱۲۹ مگاواتساعت، نمونهای شاخص از کاربرد BESS است. سیستم ذخیرهسازی هورنسدیل نه تنها نوسانات خروجی نیروگاه بادی را هموار میکند، بلکه خدمات جانبی مانند تنظیم فرکانس را با سرعت بسیار بیشتری نسبت به ژنراتورهای سنتی ارائه میدهد.
• ایالات متحده (کالیفرنیا): کالیفرنیا به دلیل چالش "منحنی اردک" (Duck Curve – افزاش تولید خورشیدی در ظهر و کاهش شدید پس از غروب) به بزرگترین بازار BESS در جهان تبدیل شده است. پروژههای ترکیبی عظیم در این ایالت، مانند پروژههای Moss Landing، امکان انتقال انرژی خورشیدی در مقیاس گیگاواتساعت را فراهم میکنند و عرضه برق را دقیقاً در زمان اوج تقاضای شبکه تضمین میکنند.
در کشورمان، کارهای مهمی در زمینه ذخیرهسازی انرژی کنار نیروگاههای خورشیدی انجام شده، اما بیشتر این پروژهها در مقیاس آزمایشی یا اندازههای کوچکتر بودهاند. همچنین برای پروژههای بزرگ، بیشتر مطالعات امکانسنجی انجام شده تا مشخص شود اجرای آنها از نظر اقتصادی و فنی چقدر قابل انجام است.
• مطالعات امکانسنجی پروژههای بزرگ: مطالعات متعددی توسط شرکتهای برق منطقهای و پژوهشگاهها برای احداث پروژههای ذخیرهسازی بزرگ مقیاس (مثلاً در مقیاس مگاوات ساعت) در نقاط استراتژیک شبکه، بهویژه در استانهای کویری با ظرفیت بالای PV، انجام شده است.
• سامانههای ذخیرهسازی کوچکمقیاس: در دانشگاهها، مراکز تحقیقاتی و حتی برخی شرکتهای خصوصی، چندین پروژه کوچکتر اجرا شده است. در این پروژهها، از باتریهای لیتیومیون (BESS) در مقیاس چند کیلووات تا چند صد کیلووات ساعت استفاده میشود. هدف این سیستمها مدیریت بهتر مصرف برق، بهبود کیفیت توان و پشتیبانی از شبکههای کوچک در کنار نیروگاههای خورشیدی است.
• پروژههای ذخیرهسازی حرارتی: در بخش نیروگاههای خورشیدی حرارتی متمرکز (CSP) نیز کارهایی انجام شده است. در این حوزه، مطالعات و پروژههایی برای استفاده از سیستمهای ذخیرهسازی حرارتی مثل نمک مذاب صورت گرفته که میتوانند گرمای خورشید را ذخیره کنند و بعد از غروب خورشید از آن برای تولید برق استفاده شود.
• چالشهای پیشرو:
• هزینه بالا: مهمترین چالش در مسیر توسعه ذخیرهسازی انرژی، هزینه سرمایهگذاری اولیه بالای BESS (سیستمهای ذخیرهسازی انرژی باتری) است. این هزینه بالا باعث میشود که بازگشت سرمایه در شرایط اقتصادی فعلی با مشکلات زیادی روبهرو شود.
• بومیسازی: یکی دیگر از مشکلات اصلی، عدم بومیسازی کامل تکنولوژی باتری است. وابستگی به واردات این فناوریها باعث میشود که ریسکهای ارزی و مشکلات تأمین بیشتر شود، که میتواند روند توسعه پروژهها را کند کند.
در سالهای اخیر، فناوریهای ذخیرهسازی انرژی بهویژه باتریهای لیتیومیون، به عنوان راهحل اصلی برای رفع نوسانات تولید خورشیدی و هماهنگسازی آن با ساعات اوج مصرف مطرح شدهاند. این سیستمها با امکان ذخیره برق در زمان تولید بالا و استفاده از آن در ساعات پرمصرف، نیروگاههای خورشیدی را از یک منبع ناپایدار به یک منبع قابلکنترل و پایدار تبدیل میکنند و همزمان به بهبود پایداری شبکه و کاهش نوسانات کمک میکنند.
با وجود این مزایا، توسعه ذخیرهسازی انرژی همچنان با چالشهای اقتصادی و مقرراتی روبهروست؛ از جمله سرمایهگذاری اولیه بالا، کاهش تدریجی ظرفیت باتریها و نبود مدلهای درآمدی شفاف. در سطح جهانی، کشورهایی مانند چین، آمریکا و استرالیا با پروژههای بزرگ BESS مسیر را پیش میبرند و نشان دادهاند که ذخیرهسازی بخش جداییناپذیر آینده انرژی پاک است. در ایران نیز هرچند پروژهها بیشتر در قالب پایلوت و مطالعات امکانسنجی بوده، اما زیرساختها بهتدریج در حال شکلگیری است و ظرفیت بالایی برای توسعه این حوزه وجود دارد.
ارسال نظر
آموزش خورشیدی