حالة تطبيق بطارية الطاقة الجديدة وتحليل تطويرها (I)

خلايا وقود الهيدروجين وتخزين طاقة الهيدروجين

مقدمة

مع الاهتمام المتزايد بقضايا الطاقة في جميع أنحاء العالم، جديد طاقة أصبحت تقنيات البطاريات تدريجياً الأولوية القصوى للبحث العلمي والتنمية الصناعية في مختلف البلدان في ظل خلفية تحول الطاقة والتنمية المستدامة. من بطاريات الليثيوم أيون التقليدية إلى خلايا وقود الهيدروجين الأكثر تطلعية، وبطاريات التدفق السائل، وما إلى ذلك، أظهرت أنواع مختلفة من البطاريات نطاقًا واسعًا من آفاق التطبيق في مجالات تخزين الطاقة والمركبات الكهربائية. لكن، هناك أيضًا الكثير التحديات والقيود، مثل كثافة الطاقة، ودورة الحياة، والتكلفة. لتعزيز تطوير مصادر الطاقة الجديدة بشكل أفضل، ستقوم هذه السلسلة بتقييم شامل للمزايا والعيوب وسيناريوهات التطبيق لكل نوع من تكنولوجيا البطاريات الجديدة السائدة، وتوفير مراجع وإرشادات قيمة للباحثين والممارسين الصناعيين، وتعزيز الابتكار المستمر في هذا المجال، والمساهمة في التنمية المستدامة للطاقة العالمية.

المقال الرئيسي

وفقاً للإلكتروليت، يتم تصنيف خلايا الوقود وتمييزها كما هو موضح في الجدول 2-1.

جدول 2-1 الأنواع الأساسية لخلايا الوقود

تعمل خلايا الوقود الهيدروجيني عن طريق تفاعل الهيدروجين والأكسجين دون احتراق لتحويل طاقة الهيدروجين إلى كهرباء. تظهر عملية التفاعل في الشكل 2.1 ^[1].

الشكل 2.2 محفظة سلسلة الطاقة لمركبة خلايا الوقود

من أجل تحقيق سفن خالية من الكربون والتلوث، ظهرت مجموعة متنوعة من طرق تكنولوجيا طاقة السفن الخالية من الكربون. ويعتبر الطيران الهيدروجيني أيضًا هو المفتاح لتحقيق الصفر من انبعاثات الملوثاتs والتنمية المستدامة في صناعة الطيران في المستقبل. نظرًا للمتطلبات العالية لطائرات الركاب الكبيرة من حيث كثافة طاقة خلايا وقود الهيدروجين وتخزين وقود الهيدروجين وإعادة التزود بالوقود وسلامة الهيدروجين، فمن الصعب تحقيق تطبيق طائرات خلايا وقود الهيدروجين الكبيرة في وقت قصير. Dأصبحت الرونية أكثر انتشارًا في سلسلة الصناعة نظرًا لخصائص التشغيل الاقتصادية والمريحة.

وعلى المدى الطويل، من المتوقع أن تصبح طاقة الهيدروجين شكلاً مهمًا لتخزين الكهرباء. من مخزون القدرة المركبة، لا يزال التخزين بالضخ هو الشكل الرئيسي لتخزين الطاقة، وفي السنوات الأخيرة، بدأ تخزين الطاقة الكهروكيميائية أيضًا في تسريع تطوير تخزين الطاقة الهيدروجينية ، لكنه لم تتحقق بعد تطبيق على نطاق واسع. ومع ذلك، كما ذكرنا سابقًا، سواء في البعد الزمني أو البعد المكاني، فإن التطبيق المستقبلي لتخزين الطاقة في نظام الطاقة سيكون أكثر وفرة، وسيكون شكل تخزين الطاقة أكثر تنوعًا، ولا يزال من الممكن استخدام طاقة الهيدروجين كمخزن للطاقة الكيميائية. تخزين الطاقة الفيزيائية، وهو مكمل واعد.

وفقًا لتوقعات وكالة الطاقة الدولية، ستصل القدرة المركبة لتخزين الطاقة الكهروكيميائية/الطاقة الهيدروجينية إلى 9%/6% على التوالي في عام 2050. ومن منظور التصنيع، يتمتع تخزين الطاقة الكهروكيميائية بأساس صناعي قوي وسيكون أول من يبشر بتوسع كبير- تطوير واسع النطاق، في حين أن تخزين الطاقة الهيدروجينية لا يزال في المرحلة المبكرة من التصنيع، وسيكون التقدم في التطوير واسع النطاق أبطأ من تخزين الطاقة الكهروكيميائية.

في الوقت الحاضر، تعتمد تكنولوجيا هيدروجين الماء الإلكتروليتي السائدة بشكل أساسي طريقة التحليل الكهربائي للمياه بغشاء تبادل البروتونات (PEM)، واستثمار الوحدة لنظام تخزين الطاقة الهيدروجيني الكامل الخاص بها هو حوالي￥9000/كيلوواط. وعلى سبيل المقارنة، فإن تكلفة النظام الحالي ل ان نظام تخزين الطاقة الكهروكيميائية (LiFePO4) على وشك￥4800/كيلوواط (￥1.2 /ساعة تكلفة النظام، ووقت النسخ الاحتياطي 4 ساعات)، ولا تزال هناك ميزة واضحة ال نظام تخزين الطاقة الهيدروجينية في نهاية التكلفة؛ حاليًا، يتمتع نظام التخزين الضخي الأكثر استخدامًا في الصين بأساس صناعي قوي، وسيكون أول من يبشر بالتطور على نطاق واسع، في حين أن التقدم في التطوير واسع النطاق سيكون أبطأ من تخزين الطاقة الكهروكيميائية. في الوقت الحاضر، تبلغ تكلفة نظام تخزين الضخ الأكثر استخدامًا على نطاق واسع في الصين حوالي 7000 يوان صيني/كيلوواط، وهو أيضًا أفضل من نظام تخزين الهيدروجين.s.

ومع ذلك، مع التطور السريع لطاقة الرياح والصناعة الكهروضوئية، سيتم زيادة درجة التكرار في القدرة المركبة بشكل كبير، ومن المؤكد أن الشبكة لضمان استقرار شبكة الطاقة لا يمكن أن تكون فترة قصيرة من الزمن لاستيعاب الطاقة الزائدة التأثير، وبالتالي فإن التخلي عن طاقة الرياح والطاقة الكهروضوئية منخفضة التكلفة سيصبح مصدرًا مهمًا لطاقة التحليل الكهربائي للهيدروجين، ولحل المعضلة الحالية لتصنيع تخزين طاقة الهيدروجين.

مراجع：

[1]卢国强.ماكينات غسيل الملابس في المنزل[ي].هذه هي الحقيقة,2023(15):106-108.DOI:10.19475/j.cnki.issn1674-957x.2023.15.007.

[2]侯明,衣宝廉.أفضل ما في الأمر[ي].شكرا جزيلا,2008(10):649-654.

[3]邵志刚,衣宝廉.أفضل الأسعار في العالم[ي].中国科学院院刊,2019,34(04):469-477.DOI:10.16418/j.issn.1000-3045.2019.04.012.