سوق تخزين الطاقة الكهروكيميائية

نظرة عامة على السوق

من المتوقع أن ينمو سوق تخزين الطاقة الكهروكيميائية بمعدل نمو سنوي مركب قدره 14.6٪ من عام 2023 إلى عام 2031.

تخزين الطاقة الكهروكيميائية يحول الطاقة الكهربائية إلى طاقة كيميائية ويحفظها لاستخدامها لاحقًا. ويشمل ذلك استخدام التفاعلات الكهروكيميائية لتخزين وإطلاق الطاقة الكهربائية في جهاز أو نظام. هناك نوعان رئيسيان من الأنظمة يستخدمان الكيمياء الكهربائية لتخزين الطاقة.

البطاريات هي أجهزة تخزن الطاقة وتحول الطاقة الكهربائية إلى طاقة كيميائية ثم إلى كهرباء عند الحاجة إليها.

تتكون من خلية أو أكثر من الخلايا الكهروكيميائية ذات أقطاب موجبة وسالبة ووسط يسمح للأيونات بالتحرك بين الأقطاب الكهربائية عندما يتم شحن البطارية أو تفريغها. تخزن الأجهزة الكهروكيميائية التي تسمى المكثفات الفائقة الطاقة كشحنات كهربائية عند النقطة التي يلتقي فيها القطب الكهربائي بالسائل. تفصل البطاريات الشحنات الموجبة والسالبة فعليًا بدلاً من تخزين الطاقة من خلال العمليات الكيميائية. تتمتع المكثفات الفائقة بكثافة طاقة عالية للشحن والتفريغ بسرعة. هذا يجعلها جيدة للاستخدامات التي تحتاج إلى دفعات سريعة من الطاقة، مثل الكبح المتجدد في السيارات أو توفير الطاقة عندما يكون الطلب مرتفعًا. تتمتع البطاريات والمكثفات الفائقة بصفات فريدة تجعلها جيدة لاستخدامات مختلفة. عادةً ما تتمتع البطاريات بكثافة طاقة أعلى، مما يعني أنها يمكن أن تخزن المزيد من الطاقة لكل وحدة كتلة أو حجم. هذا يجعلها أفضل للمستخدمين الذين يحتاجون إلى تخزين الطاقة لفترة طويلة. من ناحية أخرى، تتمتع المكثفات الفائقة بكثافة طاقة أعلى، مما يعني أنها يمكن أن تعطي الطاقة بسرعة ولكنها لا تستطيع تخزين قدر كبير من الطاقة مثل البطاريات.

ديناميكيات السوق

محركات السوق

• تزايد الطلب على تخزين الطاقة

تؤدي اتجاهات العرض والطلب المتغيرة إلى تعقيد شبكات الطاقة. يعد تخزين الطاقة مكونًا مهمًا للحفاظ على استقرار الشبكة. يمكن لأنظمة تخزين الطاقة الكهروكيميائية أن تتفاعل بسرعة مع التغيرات في الطلب على الطاقة، مما يساعد في الحفاظ على توازن الشبكة. يمكنهم الاهتمام بقص الذروة وتسوية الحمل ودعم الشبكة، مما يجعل نظام الطاقة أكثر موثوقية وكفاءة كنظام كامل. يريد المزيد من الناس قيادة السيارات الكهربائية، لذلك يحتاجون إلى أنظمة بطاريات أفضل. تحتوي السيارات الكهربائية على بطاريات ليثيوم أيون وهي نوع من تخزين الطاقة الكهروكيميائية المستخدمة كتكنولوجيا رئيسية لها. يزداد الطلب على تخزين الطاقة الكهروكيميائية جنبًا إلى جنب مع الطلب على السيارات الكهربائية. هذه التطبيقات وزيادة تخزين الطاقة تدفع الطلب على سوق تخزين الطاقة الكهروكيميائية.

• التقدم التكنولوجي

إن أحد الأهداف الأساسية للتقدم التكنولوجي هو جعل أجهزة تخزين الطاقة تحتوي على المزيد من الطاقة. إن زيادة كثافة الطاقة تعني إمكانية تخزين المزيد من الطاقة في نفس المساحة. وهذا يجعل البطاريات والمكثفات الفائقة تدوم لفترة أطول وتكون أكثر قوة. وهذا التحسن مهم بشكل خاص عندما تكون تخزين الطاقة صغيرًا وخفيفًا، مثل السيارات الكهربائية والأدوات المحمولة. تحاول معظم التقنيات الجديدة تقليل كمية الطاقة المفقودة أثناء الشحن والتفريغ. عندما يتم تحسين الكفاءة، يتم إهدار طاقة أقل، مما يعني أن النظام بأكمله يعمل بشكل أكثر فعالية، وتكاليف أقل، ويكون له تأثير عالمي أصغر. يمكن للتقدم التكنولوجي أن يقلل من تكاليف تصنيع أنظمة تخزين الطاقة الكهروكيميائية من خلال تغيير المواد وطرق التصنيع والتصميم.

قيود السوق

• تكاليف عالية

يمكن أن تشجع التكاليف استثمار الأموال في البحث والتطوير لجعل أنظمة تخزين الطاقة الكهروكيميائية أكثر كفاءة وفعالية من حيث التكلفة. ومع تزايد الحاجة إلى تخزين الطاقة، أصبحت الشركات والحكومات أكثر استعدادًا للإنفاق على البحث والتطوير لإيجاد طرق جديدة لخفض التكاليف وجعل تخزين الطاقة أكثر بأسعار معقولة اقتصاديًا. يمكن لمصادر الطاقة التقليدية أن تخلق رغبة في سوق تخزين الطاقة الكهروكيميائية للتقنيات لأنها تصبح أكثر تنافسية وفعالية من حيث التكلفة بمرور الوقت. مع ارتفاع سعر الوقود الأحفوري والطرق الأخرى لتخزين الطاقة أو صرامة اللوائح، يمكن أن يكون تخزين الطاقة الكهروكيميائية خيارًا أنظف وأرخص.

نطاق السوق

التحليل القطاعي

تقسيم حسب النوع

• تدفق السائل

بطاريات التدفق السائل هي أجهزة تستخدم الكيمياء الكهربائية لتخزين الطاقة. وهي توفر طريقة فريدة لتخزين وإرسال الكهرباء عن طريق الاحتفاظ بالإلكتروليتات السائلة في خزانات خارج البطارية. في البطاريات العادية، تكون كمية الطاقة التي يمكن تخزينها محدودة للأقطاب الكهربائية. بطاريات التدفق السائل، تفصل بين الطاقة وسعة الطاقة، مما يجعل من السهل زيادة كمية الطاقة التي يمكن تخزينها. في بطارية التدفق السائل، يتم الاحتفاظ بالإلكتروليتات في خزانات مختلفة خارج البطارية نفسها، وليس داخلها. في معظم الأحيان، تكون هذه الإلكتروليتات عبارة عن محاليل سائلة ذات أنواع نشطة يمكنها المشاركة في عمليات الأكسدة والاختزال العكسية.

• الليثيوم

تحتوي تقنية تخزين الطاقة الكهروكيميائية القائمة على الليثيوم على بطاريات ليثيوم أيون لتخزين وإطلاق الطاقة الكهربائية من خلال الخضوع لعمليات كهروكيميائية عكسية. تعد البطاريات القائمة على الليثيوم واحدة من الطرق البارزة المستخدمة لتخزين الطاقة لأنها تتمتع بكثافة طاقة عالية وعمر دورة طويل ويمكن استخدامها في العديد من الصناعات. في معظم الأحيان، تُستخدم بطاريات الليثيوم أيون لتخزين الطاقة الكهربائية. يستخدم فوسفات الحديد كقطب كهربائي في بطاريات فوسفات الحديد الليثيوم وهو نوع من بطاريات الليثيوم أيون. تشتهر بطاريات LFP بأنها آمنة وتعمل بشكل فعال في الأماكن ذات درجات الحرارة المرتفعة.

• حمض الرصاص

بطاريات الرصاص الحمضية هي طريقة تخزين طاقة كهروكيميائية تم استخدامها لفترة طويلة. تتكون معظم بطاريات الرصاص الحمضية من أقطاب موجبة وسالبة مصنوعة من الرصاص وألواح ثاني أكسيد الرصاص، والتي يتم غمرها في محلول حمض الكبريتيك المخفف. في معظم الأحيان، يتم وضع الألواح في حاوية بلاستيكية أو حاوية أخرى مناسبة. هناك نوعان من بطاريات الرصاص الحمضية. بطاريات البدء (SLI) وبطاريات الدورة العميقة. تُستخدم بطاريات الرصاص الحمضية في العديد من الأماكن، مثل بطاريات البدء للسيارات، وأنظمة إمداد الطاقة غير المنقطعة (UPS)، وتخزين الطاقة الشمسية وطاقة الرياح، والطاقة الاحتياطية للاتصالات، والدراجات البخارية الكهربائية، والعديد من استخدامات الطاقة المحمولة والثابتة الأخرى.

تقسيم حسب التطبيق

• جانب المستخدم

يمكن استخدام أنظمة تخزين الطاقة الكهروكيميائية للعديد من الأشياء من جانب المستخدم. يمكن استخدامها لتخزين الطاقة وتوفير الطاقة التي يمكن نسخها احتياطيًا. يستخدم المستهلكون والشركات هذه التطبيقات، والتي تعد مهمة لتحسين اقتصاد الطاقة واستقرار الشبكة والقدرة على استخدام مصادر الطاقة المتجددة. استنادًا إلى بطاريات الليثيوم أيون، يمكن استخدام أجهزة تخزين الطاقة في المنازل لتخزين الكهرباء الإضافية التي تنتجها الألواح الشمسية أثناء النهار. يمكن استخدام هذه الطاقة الموفرة في الليل أو عندما لا يكون هناك الكثير من الطاقة من الشمس، مما يجعل من غير الضروري استخدام الشبكة. تخزن المركبات الكهربائية الطاقة في بطاريات الليثيوم أيون، مما يسمح لها بتخزين واستخدام الكهرباء لتشغيل المحرك الكهربائي. تمنح البطاريات السيارات الكهربائية مدى وأداءً، مما يجعل من الممكن التحول إلى طرق أنظف وأكثر استدامة للوصول إلى مكان آخر.

• جانب الشبكة

قد تستجيب أنظمة تخزين الطاقة الكهروكيميائية بسرعة للتغيرات في كمية الطاقة المطلوبة والمتاحة. يساعد هذا في تثبيت تردد الشبكة والحفاظ على استقرار الشبكة. من خلال إضافة أو إزالة الطاقة حسب الحاجة، يمكن لهذه الأنظمة الحفاظ على توازن الشبكة وضمان وجود كهرباء كافية دائمًا. يمكن للأنظمة التي تخزن الطاقة تخزين طاقة إضافية عندما يكون الطلب منخفضًا واستخدامها عندما يكون الطلب مرتفعًا. يساعد نقل الحمل هذا الشبكة على العمل بشكل أفضل ويقلل من الإجهاد. يوفر تخزين الطاقة الكهروكيميائية للمنظمات الأساسية مثل المستشفيات ومراكز البيانات ومصادر الطاقة الاحتياطية في حالة تعطل الشبكة. يمكن أن يساعد تخزين الطاقة في زيادة سعة الشبكة من خلال تأجيل الحاجة إلى تغييرات باهظة الثمن في البنية التحتية للشبكة.

• الطاقة المتجددة المتصلة بالشبكة

يعد تخزين الطاقة الكهروكيميائية عاملاً مهمًا للغاية في تسهيل استخدام مصادر الطاقة المتجددة ودمجها في الأنظمة المرتبطة بالشبكة. من خلال التعامل مع الطبيعة غير المنتظمة والمتغيرة للطاقة المتجددة، تساعد أجهزة تخزين الطاقة في الحفاظ على استقرار الشبكة وتمكين استخدام الطاقة المتجددة بشكل أكثر موثوقية وكفاءة. يمكن إنتاج الطاقة المتجددة في أوقات مختلفة من خلال الحفاظ على الطاقة بطريقة كهروكيميائية. عندما يكون هناك الكثير من إنتاج الطاقة، يمكن توفير الطاقة الزائدة واستخدامها عندما لا يكون هناك إنتاج. يمكن أن تساعد أنظمة تخزين الطاقة الشبكة من خلال تنظيم التردد.

• خدمة المساعدة الكهربائية

يمكن أن تتسبب مصادر الطاقة المتجددة مثل الشمس والرياح في حدوث تغييرات في الجهد الكهربي على الشبكة. تساعد الخدمات الكهربائية المساعدة، مثل تعويض الطاقة التفاعلية، في الحفاظ على مستويات الجهد ضمن النطاقات المقبولة من خلال تنظيمها. وهذا يضمن أن مصدر الطاقة ثابت وموثوق به دائمًا. يمكن أن يتغير تردد الشبكة عندما تتغير كمية الطاقة الخضراء. تساعد الخدمات الكهربائية الداعمة، مثل قدرة أنظمة تخزين الطاقة والموارد المرنة الأخرى على الاستجابة لتقلبات التردد، في الحفاظ على تردد الشبكة ضمن نطاق مقيد بحيث يكون مصدر الطاقة مستقرًا وموثوقًا به. في حالة انقطاع التيار الكهربي أو فشل النظام، تعمل الخدمات الكهربائية المساعدة مثل إمكانية بدء التشغيل الأسود من أنظمة تخزين الطاقة.

• سيارة الطاقة الجديدة

تحتوي السيارات الكهربائية القابلة للشحن على محرك احتراق داخلي ومحرك كهربائي وحزمة بطاريات وقابس لشحن البطاريات. يساعد نظام تخزين الطاقة الكهروكيميائية، وهو بطارية ليثيوم أيون، السيارة على العمل بالكهرباء وحدها لمسافات أقصر، مما يوفر الوقود ويقلل التلوث. يمكن لبعض المركبات الكهربائية الجديدة، وخاصة تلك ذات البطاريات الصغيرة، استخدام تخزين الطاقة الكهروكيميائية للحصول على أميال أكثر لكل شحنة. يمكن أن يؤدي إضافة حزمة بطارية صغيرة إلى السيارة إلى زيادة مدى التشغيل الكهربائي بالكامل، أو يمكن إضافة طاقة إضافية في المواقف ذات الطلب المرتفع. هذا يجعل محرك الاحتراق الداخلي أقل أهمية.

التحليل الإقليمي

أمريكا الشمالية

من المتوقع أن يتوسع سوق بطاريات الرصاص الحمضية في أمريكا الشمالية بمعدل نمو سنوي مركب يبلغ 5.2٪. يعد قسم بطاريات SLI جزءًا من سوق البطاريات في أمريكا الشمالية بأسرع نمو. نظرًا للعدد الكبير من السيارات في البلاد، يتم بيع العديد من بطاريات الرصاص الحمضية لـ SLI، أي التشغيل والإضاءة والإشعال. تعد الولايات المتحدة واحدة من أهم الأسواق في العالم للبطاريات الصناعية لأنها تتمتع ببنية تحتية صناعية قوية وعدد متزايد من مشاريع تخزين الطاقة القائمة على البطاريات وبنية تحتية متنامية للطاقة الخضراء. يشير ذلك إلى ارتفاع الطلب على سوق تخزين الطاقة الكهروكيميائية في منطقة أمريكا الشمالية.

أوروبا

مع النمو السريع لصناعة السيارات، من المتوقع أن يصبح قطاع بطاريات SLI هو سوق تخزين الطاقة الكهروكيميائية الرائد على مدى السنوات القليلة القادمة. ومن المتوقع أن يمنح المزيد من الأموال الموجهة إلى تركيبات الطاقة الشمسية خارج الشبكة شركات الرصاص الحمضية في أوروبا فرصة كبيرة. تعمل الطاقة الشمسية على إزالة الانبعاثات الكربونية وتشجع على استخدام مصادر الطاقة المتجددة. ونظرًا للعدد الكبير من الشركات في ألمانيا، فمن المتوقع أن تكون البلاد رائدة في سوق بطاريات الرصاص الحمضية في أوروبا. وهذا يشير إلى أن الطلب على بطاريات الرصاص الحمضية سيستمر في الارتفاع، مما قد يؤدي إلى نشوء سوق تخزين الطاقة الكهروكيميائية لتخزين الطاقة الكهروكيميائية في أوروبا.

آسيا والمحيط الهادئ

من المتوقع أن ينمو سوق بطاريات الليثيوم أيون في منطقة آسيا والمحيط الهادئ بمعدل نمو سنوي مركب يبلغ حوالي 15.8٪. في المستقبل، من المرجح أن تكون صناعة السيارات واحدة من أكبر الأسواق لبطاريات الليثيوم أيون. ومن المتوقع أن تنمو أعمال بطاريات الليثيوم أيون في المركبات الكهربائية مع تزايد شعبيتها. لا يحصل العديد من سكان منطقة آسيا والمحيط الهادئ على الطاقة ويعتمدون على الوقود التقليدي مثل الكيروسين والديزل لإضاءة منازلهم وشحن هواتفهم. ونظرًا للفوائد الفنية وانخفاض تكلفة بطاريات الليثيوم أيون، فمن المرجح أن يتم استخدام أنظمة تخزين الطاقة التي تستخدم بطاريات الليثيوم أيون بشكل متزايد. ومن المتوقع أن تكون الصين أكبر لاعب في سوق تخزين الطاقة الكهروكيميائية في منطقة آسيا والمحيط الهادئ. وذلك لأن المزيد من الناس ينتقلون إلى المدن وينفقون الأموال ويشترون المركبات الكهربائية.

أمريكا الجنوبية

سيستمر سوق البطاريات الاستهلاكية في أمريكا الجنوبية في النمو بسرعة. إن سوق تخزين الطاقة الكهروكيميائية الذي تم تناوله مدفوع في الغالب بتحسن اقتصاد المنطقة وانخفاض أسعار بطاريات الليثيوم أيون. لكن دول أمريكا الجنوبية لديها ضريبة عالية على الاتصالات ولا تستثمر كثيرًا في قطاع الاتصالات. ومن المتوقع أن يؤدي هذا إلى إبطاء سوق تخزين الطاقة الكهروكيميائية لأن الاتصالات هي أكبر مستخدم نهائي. من المرجح أن يتم العثور على مصادر أيونات الليثيوم في المستقبل في أماكن مثل تشيلي. لذلك، من المتوقع أن تقدم الدولة مساهمة كبيرة. انخفضت أسعار بطاريات الليثيوم أيون كثيرًا لأن التكنولوجيا تحسنت، وهي تُصنع الآن بكميات كبيرة، وهو ما يسمى باقتصاديات الحجم.

اللاعبون الرئيسيون

1. شركة تيسلا موتورز
2. جرينسميث للطاقة
3. شركة الكهرباء S&C
4. إل جي سي إن إس
5. حلول الطاقة NEC
6. شركة فلوينس للطاقة
7. حلول الشبكات الكهربائية الصغيرة المتقدمة
8. الطاقة المتقاربة والطاقة LP
9. شركة ديوك للطاقة
10. نيكستيرا للطاقة
11. مصدر الطاقة في تشجيانغ نارادا
12. شنتشن كلاو الكترونيكس
13. طاقة إيفي
14. طاقة سنجرو

التطورات الأخيرة

18 مايو 2021 أعلن باحثون من جامعة هارفارد عن تصميم بطارية ليثيوم صلبة طويلة الأمد يمكن شحنها وتفريغها 10 آلاف مرة على الأقل عند تيار كيميائي مرتفع. تستخدم البطارية بنية متعددة الطبقات تتحكم في نمو شجيرات الليثيوم وتحتوي عليها، وهي السبب الرئيسي لعدم الاستقرار والقصر في بطاريات الليثيوم المعدنية.