أفضل بطارية لتخزين الكهرباء.. دراسة تكشف أسباب تفوق الليثيوم على الرصاص

أجرى فريق بحث علمي بلجيكي إثيوبي دراسة حديثة للتعرف على أفضل بطارية لتخزين الكهرباء، من خلال المقارنة بين التكلفة المستوية للطاقة (إل سي أو إي) وصافي التكلفة الحالية (إن بي سي) لبطاريات أيونات الليثيوم وبطاريات الرصاص للتخزين الثابت للكهرباء، ووجد أن الأولى أكثر قابلية للاستخدام من الناحية التقنية والاقتصادية.

وتوصّل الفريق -من خلال التحليلات التي أجراها على افتراض استخدام البطاريات في نظام الكهروضوئية المربوط بالشبكة بقدرة 10 كيلوواط- إلى أن بطاريات أيونات الليثيوم تُعد أفضل بطارية لتخزين الكهراء والحل العملي الأكثر القابل للاستمرار.

وصُمّم تحليل تقنيتي التخزين من خلال برمجية التحسين المختلط لمصادر الطاقة المتعددة (إتش أو إم إي آر) ونموذج الدارة المكافئة (إي سي إم)، الذي يصف السلوك الكهربائي الخالص للبطارية من ناحية الجهد الكهربي (الفولتية) والتيارات والسعة، حسبما نشرته مجلة "بي في ماغازين إنديا".

وأوضح العلماء أن نموذج الدارة المكافئة مدمج باستخدام مكونات كهربائية تستجيب إلى البطارية كهربائيًا، في حين تُستخدم برمجية التحسين المختلط مصادر الطاقة المتعددة، لتحسين المكونات المستخدمة في نظام الطاقة الكهربائية المتصل بالشبكة.

معدل الشحن والتفريغ

أخذ التحليل في الاعتبار تأثير معدل الشحن والتفريغ على أداء كلا النوعين من البطاريات في ظل ظروف التطبيق النموذجية بافتراض استخدامها في نظام كهروضوئي متصل بالشبكة (بي في جي سي إي) بزاوية مَيْل 16 درجة، وزاوية سمت تبلغ 0 درجة.

وتُجدر الإشارة إلى أن النظام يتألّف من مصفوفة كهروضوئية 10 كيلوواط، ومحوِّل متصل بالشبكة بسعة 5 كيلوواط، وبطارية رصاص بقوة 83 أمبيرًا/ساعة، وبطارية ليثيوم أيون بقوة 167 أمبيرًا مع حمولة بمعدل 4-5 كيلوفولت أمبير.

تقدير تكلفة الكهرباء

أوضح الباحثون أنه جرى تقدير سعر كهرباء الشبكة بـ0.084 يورو (0.10 دولارًا)/كيلوواط ساعة، في أثناء المحاكاة.

وقالوا، نقلاً عن الدراسات السابقة، إنه بالنسبة إلى تخزين الكهرباء الثابتة يبلغ متوسط تكلفة الطاقة الرأسمالية لبطاريات الرصاص 300.88 دولارًا/كيلوواط في الساعة، وبطاريات أيونات الليثيوم 184.59 دولارًا/كيلوواط ساعة.

وأضافوا أن متوسط تكلفة الطاقة الإجمالية يبلغ 395.84 دولارًا/كيلوواط ساعة و2623.10 دولارًا/كيلوواط ساعة، على التوالي.

• سوق البطاريات الأوروبية.. لائحة مشددة لمعايير الاستدامة والتدوير
• عيوب تصنيع البطاريات.. "إل جي كيم" الكورية تخسر 6 مليارات دولار

وأكد الباحثون أن التأثير البيئي لبطاريات الرصاص صُنِّفَ على أنه كبير الأثر، في حين أن لبطاريات أيونات الليثيوم تأثيرًا بيئيًا متوسطًا/ منخفضًا.

ما هي أفضل بطارية لتخزين الكهرباء؟

من خلال المحاكاة، وجد الباحثون أن بطاريات أيونات الليثيوم وبطاريات الرصاص لها خصائص شحن وتفريغ متشابهة تقريبًا، لكنهم تأكدوا أيضًا من أن أجهزة أيونات الليثيوم لها خصائص التفريغ نفسها لدى بطاريات الرصاص حتى بوجود قدرة وعدد بطاريات أقل.

وتوصلوا إلى أن انخفاض عدد وحدات البطارية يوفّر خصائص مستدامة، وتبلغ التكلفة الحالية الصافية للشبكة الدقيقة التي شكلها النظام الكهروضوئي وبطاريات أيونات الليثيوم 17090.49 دولارًا.

بينما تبلغ تكلفة النظام الكهروضوئي الذي يحتوي على بطاريات الرصاص نحو 17929.64 دولارًا.

أما بالنسبة إلى التكلفة المستوية للطاقة، فقد وصلت القيمة في بطاريات الرصاص إلى 0.40 دولارًا/كيلوواط ساعة، ووصلت القيمة في بطاريات أيونات الليثيوم إلى 0.38 دولارًا/كيلوواط ساعة.