الجمع بين الطاقة الكهروضوئية العائمة وتخزين طاقة الهواء المضغوط

طور باحثون من مصر والمملكة المتحدة عوامة جديدةالنظام الكهروضوئيمفهوم يستخدم الهواء المضغوط لتخزين الطاقة. يتمتع النظام بكفاءة ذهابًا وإيابًا تبلغ 34.1% وكفاءة في استخدام الطاقة تبلغ 41%.

اقترح علماء من جامعة بورسعيد في مصر وجامعة ستراثكلايد في المملكة المتحدة الجمع بين تخزين طاقة الهواء المضغوط (CAES) والخلايا الكهروضوئية العائمة من خلال استراتيجية جديدة لإدارة الطاقة.

"للتغلب على مشكلات التقطع وتوافر الطاقة الشمسية، تم تجهيز النظام الكهروضوئي العائم المقترح بنظام تخزين طاقة الهواء المضغوط الهجين الصديق للبيئة والذي يتم التحكم فيه من خلال استراتيجية جديدة لإدارة الطاقة لإدارة تدفق الطاقة بكفاءة بين مكونات النظام دون تجاوز الحد المسموح به. وقال المؤلف الرئيسي للبحث، إركان أوتيركوس، لمجلة pv: "الحدود التشغيلية للتشغيل الآمن". "تم تصميم إستراتيجية التحكم هذه لضمان تلبية متطلبات الأحمال والاستفادة حتى من إنتاج الطاقة الكهروضوئية منخفضة الجودة، مما يقلل من أي هدر للطاقة ويحسن كفاءة النظام."

في المفهوم المقترح، تتبع استراتيجية إدارة الطاقة النهج الحتمي القائم على القواعد، والذي يحدد القواعد بمساعدة الاقتصاد في استهلاك الوقود أو خريطة الانبعاثات للنظام المعني. وشددت المجموعة على أن "هذا النهج يستخدم الخبرة البشرية والحدس والاستدلال والنماذج الرياضية لتوليد مجموعة من القواعد المحددة مسبقًا التي تتحكم في عمل مكونات النظام". "هذه القواعد قابلة للتفسير ويمكن ضبطها للحصول على أداء أفضل لسيناريوهات تشغيلية مختلفة مع أعباء حسابية منخفضة."

يستخدم النموذج الأولي بقدرة 5 كيلوواط الألواح الكهروضوئية العائمة جزئيًا والتي تكون على اتصال مباشر ومستمر مع المياه المحيطة، مما يوفر تبريدًا فعالاً ومجانيًا ويحسن كفاءة الألواح الكهروضوئية نتيجة التوازن الحراري مع المياه المحيطة. المنصة العائمة المستخدمة لدعمالنظام الكهروضوئيقادر على تتبع ضوء الشمس تلقائيًا لمزيد من إنتاج الطاقة الشمسية وتغيير نسبة الغمر عن طريق ضبط مسودة المنصة وزاوية ميل الألواح الكهروضوئية للتحكم في تبريدها أو تنظيفها من أي غبار متراكم أو غمر الألواح الكهروضوئية بالكامل لتجنب أي ضرر خلال الظروف الجوية القاسية.

يوصف نظام التخزين بأنه نظام CAES ثابت الحرارة ومتكامل مع تخزين الطاقة الحرارية (TES). وتتكون من أربعة خزانات هوائية فولاذية غير معوضة يتم وضعها في زوايا المنصة العائمة. وأوضح الباحثون: "قبل تخزين الهواء، يتم تبريد الهواء المضغوط الساخن في المبادل الحراري". "كلما كانت الكهرباء الكهروضوئية المولدة أقل أو أعلى من الطاقة المطلوبة بواسطة ضواغط الهواء، يقترح تخزين هذه الكهرباء على شكل حرارة في TES."

يتم أيضًا دمج خزان الماء الساخن مع مبادل حراري لرفع درجة حرارة الهواء المضغوط قبل تمدده. يتم إطلاق الهواء المضغوط وتسخينه من خلال خزان الماء الساخن قبل توسيعه في الموسع لتجديد الكهرباء باستخدام المولد.

ومن خلال سلسلة من عمليات المحاكاة، وجد فريق البحث أن النظام يتمتع بكفاءة ذهابًا وإيابًا بنسبة 34.1% وكفاءة في استخدام الطاقة بنسبة 41%، مع ملاحظة أقوى أداء للنظام بين ديسمبر ويناير. وشدد الأكاديميون على أنه "بالمقارنة مع أنظمة CAES التقليدية، فإن نظام CAES الهجين المقترح يوفر توفيرًا سنويًا للوقود يبلغ 126.4 من الغاز الطبيعي". "سيؤدي توفير الوقود هذا أيضًا إلى فائدة اقتصادية من خلال تقليل تكلفة تشغيل النظام بمقدار 27,690 دولارًا سنويًا من تكلفة الوقود."

ووجدوا أيضًا أن كفاءة الطاقة والطاقة في النظام يمكن أن تتأثر بشكل كبير بكفاءة المكونات الفردية، والتي قالوا إنها يمكن أن تنخفض في ظل ظروف التشغيل خارج التصميم والحمل الجزئي.

تم وصف النظام في "نظام تخزين طاقة الهواء المضغوط الهجين واستراتيجية التحكم لمحطة كهروضوئية عائمة جزئيًا"، المنشور في مجلة الطاقة.

في Egret Solar، نحن متحمسون بشأن إمكانية الجمع بين أنظمة الطاقة الكهروضوئية العائمة (PV) وتخزين طاقة الهواء المضغوط (CAES). يحمل هذا النهج المبتكر وعدًا هائلاً لمعالجة بعض التحديات الرئيسية التي تواجه صناعة الطاقة المتجددة اليوم، مثل تخزين الطاقة، واستقرار الشبكة، والاستخدام الفعال للفضاء. إن Egret Solar متحمسة بشأن الإمكانات طويلة المدى للجمع بين الطاقة الكهروضوئية العائمة وتخزين طاقة الهواء المضغوط. يمثل هذا الاقتران حلاً متطورًا يعالج بعض التحديات الأكثر إلحاحًا في صناعة الطاقة المتجددة مع الترويج لمستقبل أكثر اخضرارًا واستدامة.