אגירת אנרגיה

אגירת אנרגיה היא תהליך של המרת אנרגיה באופן בו ניתן לשמר אותה, בצורות שונות, כך שניתן להשתמש בה (כמות שהיא או לאחר המרה) במועד מאוחר יותר, לפי הצורך.

אגירת אנרגיה מלווה את האדם שנים רבות, וכבר בעת העתיקה סכר מאגרי מים בנהרות על מנת להשתמש באנרגיה האצורה שנוצרה מהלחץ שמפעילים המים כשהם משתחררים כדי להניע טחנות קמח. גם אגירת עץ ופחם כדי להשתמש בהם לשריפה ולחימום בחורף היא סוג של אגירת אנרגיה.

אגירת אנרגיה באופן כימי היא תהליך של המרת אנרגיה חשמלית לצורה שניתן לאחסן כך שאפשר להמיר אותה בחזרה לאנרגיה חשמלית בעת הצורך.

סוללה/בטריה היא חפץ לייצור חשמל בזרם ישר. הסוללה מורכבת מ"תא חשמלי" אחד או יותר.

ה"תא החשמלי" הנפוץ כיום הוא תא אלקטרוכימי שבו החשמל מופק כתוצאה מתהליך כימי -  העברת אלקטרונים בין שתי אלקטרודות המחוברות לחומרים שלהם הבדל פוטנציאלי חמצון-חיזור. תא חשמלי העובד בצורה הפוכה הוא תא אלקטרוליטי. בתא זה מגיע חשמל ממקור חיצוני, וגורם לתהליך כימי. "סוללה נטענת" משלבת למעשה תא אלקטרוכימי להפקת חשמל, ותא אלקטרוליטי ל"השבת" אנרגיה לסוללה באמצעות שינויים כימיים, לצורך המשך הפקת החשמל.

אגירת אנרגיה באמצעות סוללות נמצאת כיום בלב המעבר של משקי החשמל מדלקים לאנרגיות מתחדשות, על מנת להתמודד עם משבר האקלים כיוון שסוללות אינן פולטות מזהמי אוויר ויכולות לספק שירותים רבים לרשת החשמל ואף לצרכן המתקין סוללה בבית.

אגירה מונעת "גילוח פסגה" (קיטום הייצור הסולארי).  ליחידות הפוסיליות ברשת החשמל (כמו תחנות פחם) בדרך כלל יש הספק מינימלי לייצור (כ-30%-50% מההספק ההמקסימלי). עליית התפוקה הסולארית בשעות הצהריים, עלולה לדחוק את היחידות הפוסיליות אל מתחת לערך המינימלי לפעילות. היות שלא ניתן להוריד את הספק היחידות הפוסיליות אל מתחת לערך המינימום, צריך 'להשליך' את עודף החשמל הסולארי באמצעות קטימה (הפחתת הייצור של השדה הסולארי). סוללות האגירה מסוגלות לקבל ולאגור את עודף הייצור ולהשתמש בו בהמשך כשיש חוסר בחשמל (לדוגמה בשעות הערב כשהייצור הסולארי יורד). כך בשעות היום בהן יש קרינה חזקה מהשמש נטענת מערכת האגירה באנרגיה סולארית עודפת ובשעות הערב "משחררת" אנרגיה זו לרשת החשמל במקום להשלים את האנרגיה החסרה באמצעות ייצור בדלקים מזהמים.

הפחתת עומסים באמצעות אספקת חשמל עד להאצת תחנות מחזור משולב (מחז"מ) במשך עליית העומס השיורי (עומסים על מערכת החשמל כתוצאה משינויי היצע וביקוש לחשמל) לקראת שיא הביקוש בערב. אחרי הצוהריים, כאשר התפוקה הסולארית יורדת ובד בבד הביקוש עולה לקראת שיא הערב, העומס השיורי עולה במהירות ויחידות הייצור מתקשות לעמוד בקצב הנדרש. סוללות יכולות לפרוק בשלב זה אנרגיה לרשת בבמהירות ולהשלים את הפער. שירות זה הוא תחליף לפעולת תחנות גז פיקריות הפועלות כהספק "גשר" עד להאצת יחידות המחז"מ.

ייצוב תדר ותרומה לעתודה סובבת – יכולת הסוללה להיכנס לפעולה בתוך שברירי שנייה מאפשרת לה להוסיף הספק לרשת אם התדר יורד מתחת לערכו המקובל (בישראל - 50 הרץ), או להגדיל את העומס במצב אגירה אם התדר עולה מעבר לערכו המקובל. יכולת זו מאפשרת לצמצם את הדרישות לגבי עתודה סובבת (רזרבת אנרגיה שניתן לחבר לרשת החשמל בהתראה של 10 דקות) מהיחידות הפוסיליות וכך לחסוך כסף רב ופליטת מזהמים מיותרת.

טיפול בתנודתיות של התפוקה הסולארית – סוללות יכולות לספוג עודפי ייצור והשלמת חוסרי ייצור הנוצרים על ידי תנאי מזג האוויר משתנים. סוללות יתרמו ליישור עקומת העומס השיורי בעקבות התנודות בתפוקה הסולארית, ובעקבות זאת יצמצמו דרישות לעתודה סובבת ועתודה מהירה מיתר היחידות במערכת ולמעשה יפחיתו את הצורך בהקמת עוד תחנות לייצור חשמל.

הפחתת עומס ברשת ההולכה – בשעות הצהריים מערכות סולאריות מייצרות חשמל רב ומעמיסות על קווי ההולכה והשנאים של רשת החשמל, שעלולים להגיע לגבול היכולת. במקרה כזה ניתן לאגור את עודפי החשמל הסולארי בסוללות לפני שאלה עוברים לשנאי או לקו ההולכה (העמוס) ולפרוק אותם מאוחר יותר, כאשר מערכת ההולכה מאפשרת זאת.

ההפחתה בעומס על קווי הרשת מאפשרת לייעל את השימוש בתשתיות הקיימות ויכולה אף לייתר הוספת תשתיות חדשות. מגבלות הרשת לעתים מונעות הקמת מערכות סולאריות חדשות, לדוגמה במצב שהקו או השנאי עמוסים מדי ולא ניתן להעמיס עליהם עוד ייצור אנרגיה בשעות מסוימות. אגירה יכולה לאפשר הקמת מערכות והזרמה של החשמל בשעות בהן רשת הולכת החשמל מסוגלת לקבל אותו

אנרגיה שאובה או אגירה שאובה היא אנרגיה הנשמרת באופן של אנרגיה פוטנציאלית באמצעות הזרמת מים ממאגר נמוך למאגר גבוה. בעת הצורך מוזרמים המים במהירות בצינור אנכי ומפעילים טורבינות המייצרות חשמל. כך הופכת האנרגיה הפוטנציאלית לאנרגיה קינטית.

בשעות הלילה יש עודף היצע של חשמל בגלל שמשרדים אינם פועלים והצריכה במפעלים קטנה. בעקבות זאת תעריף החשמל זול ומים נשאבים מהמאגר התחתון ומטפסים אל המאגר העליון. כשלמערכת החשמל יש צורך דחוף (בגלל עלייה בצריכה או תקלה בתחנת יצור אנרגיה), מוזרמים המים במהירות בצינור אנכי ומפעילים טורבינות.

בישראל, פועלת תחנת הכוח מעלה גלבוע ובה 2 טורבינות בהספק של 150 מגה-ואט כל אחת. מרגע הפעלת המערכת, היא התחנה מעבירה בתוך 90 שניות 300 מגה-ואט לרשת החשמל.

לכידת חום וקור כדי ליצור אנרגיה על פי דרישה או להפחית את צורכי האנרגיה

אחסון חשמלי לחום שאוב (Pumped Heat Electrical Storage - PHES) משתמש בחשמל להנעת מנוע אחסון המחובר לשתי יחידות אחסון תרמיות גדולות (אחת קרה ואחת חמה). כדי לאחסן חשמל, מופעלת משאבת חום, המעבירה חום מיחידת האחסון הקרה ליחידה החמה (בדומה הפעולה של מקרר). כדי לשחרר את האנרגיה, משאבת החום פועלת באופן הפוך – היא שואבת חום מהיחידה החמה, מעביר חום ליחידה הקרה ומפעילה גנרטור (טורבינה מכאנית).

דוד השמש המותקן בישראל משתמש באגירת אנרגיה בכך שהוא משתמש באנרגיה סולארית לחימום מים, ואוגר את המים החמים לשימוש מאוחר יותר. דוד השמש הנפוץ בישראל כיום הוא פיתוח ישראלי של דוקטור צבי תבור ז"ל, מנהל המעבדה הישראלית לפיזיקה במשרד ראש הממשלה דאז, שפיתח בשנת 1955 ציפוי שחור לקליטת קרני השמש ומניעת פליטתן פיתוח הידע כ"משטח הסלקטיבי", שהיה הבסיס הטכנולוגי להקמתן של תחנות הכח הסולאריות המעשיות הראשונות בעולם.

אחסון אנרגיית אוויר דחוס (Compressed-air energy storage - CAES) הן מגוון שיטות בהן משתמשים באוויר דחוס ע"מ לשחררו במהירות בעת הצורך כדי לסובב טורבינוה ולייצר חשמל במהירות. שימוש נוסף של מערכות CAES הוא לייצוב הלחץ עבור מדחסים במפעלים על מנת להוריד תקלות ולגביר יעילות אנרגטית. מערכות CAES מיועדות לפעול שנים רבות .

אחסון אנרגיית אוויר נוזלי (Liquid Air Energy Storage - LAES) הוא שימוש בחשמל לקירור אוויר עד שהוא הופך לנוזל. הנוזל נאגר במיכל, ובזמן שיש צורך בחשמל, מחזיר את האוויר הנוזלי למצב גזי (על ידי חשיפה לאוויר הסביבה או עם חום שנוצר מתהליך תעשייתי). הגז נפלט מהמיכל בלחץ גבוה ומשמש להפעלת טורבינה ולייצר חשמל. מערכות LAES הן מערכות שמיועדות לפעול שנים רבות (30+) וכתוצאה מכך יש סיכון טכנולוגי נמוך. השיטה מכונה לעתים 'אחסון אנרגיה קריוגנית' (CES). המילה "קריוגני" מתייחסת לייצור טמפרטורות נמוכות מאוד.

מערכות אחסון אנרגיות מכניות מנצלות את הכוחות הקינטיים (תנועה) או כוח הכבידה בכדי לאגור אנרגיה. הפעולה של מערכות מכניות היא לרוב די פשוטה אך יש צורך בעיצוב מתקדם וחדשנות מחשובית על מנת להפוך אותן לכדאיות וישימות.

סיבוב של גלגל תנופה – סוללה מכנית המורכבת ממסה המסתובבת סביב ציר. האצת רוטור למהירויות גבוהות מאוד ושמירה על האנרגיה במערכת כאנרגיה סיבובית.

הרמת משקלים – כאשר החשמל זול – עגורן מרים משקולת לגובה, וכאשר יש צורך באנרגיה – העגורן מוריד את המשקולת לרצפה והמשקל שלה מפעיל גנרטור. והטכנולוגיות המאפשרות שימוש יעיל בכוחות אלה מתקדמות במיוחד.

כמויות קטנות של מימן (עד כמה מגה-וואט) ניתנות לאחסון בכלים המיועדים ללחץ גבוה שמאחסנים מימן בצפיפות גבוהה. כמויות גדולות מאוד של מימן ניתנות לאחסון בתוך מערות מלח תת-קרקעיות, ובאלה ניתן לאחסן מימן רב בו ניתן להשתמש לאיזון תקופות ארוכות בהן יש חוסרים בחשמל מאנרגיה מתחדשת כמו אנרגיה סולארית (לדוגמה אובך של מספר ימים).

חשמול מחדש של מימן - ניתן לחשמל מחדש מימן בתאי דלק של רכבים המונעים במימן, או לחילופין להשתמש במימן להפעלתן תחנות כוח גז משולבות.