همزة وصل -
مع ظهور مصادر الطاقة الخضراء مثل الطاقة الشمسية وطاقة الرياح، أصبحت الحاجة إلى تخزين الطاقة على نطاق صناعي أكثر حيوية من أي وقت مضى لضمان وجود الطاقة حتى بعد غروب الشمس.
ففي الولايات المتحدة الأمريكية تتمكن آلاف المباني في الحفاظ على برودتها بمساعدة بطاريات متطورة مصنوعة من إحدى أبسط المواد في العالم.
تقنية بسيطة
عن طريق عملية التجميد تقوم بطاريات الماء بتحويل الماء إلى ثلج حيث يستخدم المبنى النموذجي حوالي خمس كهربائه للتبريد، وفقًا لوكالة الطاقة الدولية حيث يوفر مئات الآلاف من الدولارات سنويًا على فواتير الكهرباء الخاصة بها.
في الأماكن التي يكون فيها الطقس حارًا وتتأرجح أسعار الطاقة على نطاق واسع طوال اليوم - على سبيل المثال، تكساس وجنوب كاليفورنيا ومعظم جنوب غرب أمريكا - يمكن للمباني خفض فواتير الكهرباء وانبعاثات الكربون بما يصل إلى الثلث، كما يقول الخبراء وفقاً لواشنطن بوست.
عندما يقوم كل مبنى بتشغيل مكيف الهواء في نفس اللحظة في يوم حار، غالبًا ما تقوم شركات الطاقة بتشغيل مولدات احتياطية، والمعروفة باسم محطات الذروة، والتي تكون باهظة الثمن ومسببة للتلوث بشكل عام . إذا تجنبت المرافق استخدام محطات الذروة، فإنها ستلوث أقل وتوفر المال.
في العام الماضي، أبرمت وزارة الطاقة الأمريكية صفقة قرض مبدئي بقيمة 306 مليون دولار مع شركة نوسترومو إنيرجي لصناعة بطاريات الثلج لتثبيت أنظمتها في 193 مبنى في كاليفورنيا بهدف جعل الطاقة أرخص وأنظف مع خفض خطر انقطاع التيار الكهربائي في الولاية.
بطاريات عملاقة
تعتبر بطاريات الثلج كبيرة الحجم ففي مدينة نيويورك توجد بطارية تستخدم 100 خزان بحجم موقف السيارات "، لكن هذا بدأ يتغير والتصميمات الجديدة الأصغر حجماً يمكن أن تجلب البطاريات إلى المباني الصغيرة وحتى المنازل .
يقول الخبراء إنه أينما أمكنهم دخول السوق، فإن البطاريات الجليدية قد تكون خيارًا أرخص وأطول عمرًا من بطاريات الليثيوم أيون التي تعمل على تشغيل الهواتف والسيارات وبعض المباني لأن المكون الرئيسي لها هو الماء. قد تتحلل المواد الكيميائية باهظة الثمن في خلية الليثيوم أيون بعد 10 سنوات، لكن الماء لا يتآكل أبدًا.
و قامت إحدى الشركات بالفعل بتركيب بطاريات الجليد في أكثر من 4000 مبنى في أمريكا.
طريقة العمل
تقوم ثلاجة كبيرة بتبريد الماء المخلوط بالجليكول (أحد مكونات مانع التجمد) إلى ما دون نقطة التجمد. ثم يقوم النظام بضخ الخليط في أنابيب ملفوفة داخل كل خزان ممتلئ بالماء، وعند درجة حرارة تقترب من الصفر، يقوم محلول الجليكول بتجميد الماء، وتخزين الطاقة في هيئة ثلج.
عند الحاجة للطاقة يتدفق خليط الجليكول من الملفات إلى نظام تكييف الهواء ذي الحلقة المغلقة، وبدمجه مع الماء والهواء، يساعد في تبريد المبنى لساعات.
التخزين الحراري للثلج
أثبتت هذه التقنية فعاليتها منذ سنوات عديدة، وهي تخزن بكفاءة الطاقة الحرارية المجمدة لاستخدامها لاحقًا. ومن خلال الاستفادة من الطاقة الكهربائية خلال ساعات الذروة عندما تكون الطاقة وفيرة وأقل تكلفة، تعمل أنظمة التخزين الحراري على إنتاج الجليد، ثم يذوب هذا الجليد المخزن خلال ساعات الذروة خلال النهار عندما يكون الطلب على الطاقة الكهربائية مرتفعًا ومكلفًا - مما يكمل أنظمة التبريد في المباني.
توفر أنظمة تخزين الثلج حل تبريد موفر للطاقة يتماشى مع المسؤولية المالية والالتزامات البيئية. من خلال تقليل الطلب على البنية التحتية الكهربائية، يخفف تخزين الثلج الضغط على المرافق ويقلل من تكلفة مكونات النظام الكهربائي وأنظمة التدفئة والتهوية وتكييف الهواء في المباني، وبالتالي، يساعد هذا المرافق في تجنب بناء محطات طاقة جديدة، مما يؤدي إلى تقليل انبعاثات الكربون.
وعلى غرار أحمال التبريد في المباني، فإن الطلب على الكهرباء من جانب شركات المرافق العامة يشهد نقاطاً منخفضة في الليل وذروة في فترة ما بعد الظهر عندما يكون الناس حاضرين ويكون استهلاك الطاقة مرتفعاً. ومن الممكن أن يساعد تنفيذ التخزين بالثلج في تسوية ملف الطلب على الكهرباء من جانب شركات المرافق العامة، وتعزيز كفاءتها باستخدام المعدات الموجودة. فمن كل أربعة مبان مجهزة بالتخزين بالثلج، تستطيع شركات المرافق العامة خدمة خمسة مبانٍ بفعالية.
توفير كبير في التكاليف
فضلاً عن الفوائد البيئية، فإن أنظمة تخزين الثلج تولد وفورات كبيرة في التكاليف. فمن خلال تقليل حجم مكونات المعدات في أنظمة تكييف الهواء، يتم تقليل التكاليف الأولية للمعدات والتركيب. كما تؤدي أحجام المكونات الأصغر إلى انخفاض متطلبات كيلووات الكهرباء، مما يوفر "التكلفة الأولية" لتوزيع الكهرباء والأسلاك والمشغلات والمحولات. وعند الجمع بين هذه المدخرات الميكانيكية والكهربائية، تمكنك من تنفيذ نظام تبريد المياه بأقل تكلفة عند بدء تشييد المبنى.
كما أن كفاءة المبردات المبردة بالهواء الجليدي أعلى بكثير لأن درجة الحرارة المحيطة أثناء الليل تبلغ 10-15 درجة مئوية على الأقل، وتعمل المبردات بشكل أفضل أثناء الليل حيث تنتج المرافق العامة الطاقة بكفاءة أكبر في منتصف الليل، وهو ما يعني في الوقت نفسه انخفاض الانبعاثات الجوية (غازات الاحتباس الحراري).
معترف به
إن تخزين الجليد الحراري معترف به لاستدامة مؤسسات مرموقة مثل مجلس المباني الخضراء الأمريكي، والجمعية الأمريكية لمهندسي التدفئة والتبريد وتكييف الهواء، والرابطة الدولية لطاقة المناطق. يمنح نظام تصنيف الريادة في تصميم الطاقة والبيئة (LEED) التابع لمجلس المباني الخضراء الأمريكي اعتمادات لتخزين الجليد الحراري في فئات الطاقة والغلاف الجوي. يوصي الدليل الأخضر للجمعية الأمريكية لمهندسي التدفئة والتبريد وتكييف الهواء بتخزين الطاقة الحرارية ومحطات الطاقة المحلية للحد من استهلاك الطاقة، وخفض انبعاثات الغازات المسببة للانحباس الحراري، وتعزيز كفاءة النظام.
