फिनलैंड से लेकर चीन तक, भंडारण के लिए सरल सामग्रियों और टिकाऊ प्रणालियों की तलाश की जा रही है ताकि सौर और पवन ऊर्जा से संचालित ग्रिड का प्रबंधन किया जा सके।

तेरह मीटर ऊँचा एक साइलो लगभग दो हजार टन कुचले हुए पत्थर, लगभग एक हजार डिग्री सेल्सियस तक गर्म किए गए दुर्दम्य ब्लॉकों और भारी वस्तुओं से भरा हुआ है जिन्हें उठाया और फिर नीचे उतारा जाता है। ऊर्जा संक्रमण की सबसे जटिल समस्याओं में से एक को हल करने के लिए विकसित की जा रही कुछ प्रौद्योगिकियों में एक बात समान है: वे सदियों से ज्ञात भौतिक सिद्धांतों और आधुनिक विद्युत रासायनिक बैटरियों में पाए जाने वाले पदार्थों की तुलना में कहीं कम परिष्कृत पदार्थों का उपयोग करती हैं।

हल किया जाने वाला प्रश्न यह है कि नवीकरणीय उत्पादन की परिवर्तनशीलतासौर विकिरण उपलब्ध होने पर फोटोवोल्टिक प्रणाली बिजली उत्पन्न करती है, जबकि पवन टरबाइन पर्याप्त हवा चलने पर बिजली उत्पन्न करती है, वहीं खपत का पैटर्न अलग-अलग होता है। आकस्मिक ऊर्जा स्रोतों का हिस्सा जितना अधिक होगा, समय के साथ उत्पादित ऊर्जा के कुछ हिस्से को स्थानांतरित करने की आवश्यकता उतनी ही अधिक होगी, साथ ही ग्रिड को उन्नत करने और उनके प्रबंधन को अधिक लचीला बनाने की भी आवश्यकता होगी।

बैटरी लिथियम आयन आज वे अपनी तीव्र प्रतिक्रिया, लागत में लगातार कमी और लगभग कहीं भी स्थापित किए जाने की क्षमता के कारण प्रमुख विद्युत रासायनिक प्रौद्योगिकी का प्रतिनिधित्व करते हैं।अंतर्राष्ट्रीय ऊर्जा एजेंसी उन्होंने गणना की कि वैश्विक नवीकरणीय ऊर्जा क्षमता को तिगुना करने के लक्ष्य को पूरा करने के लिए, वैश्विक भंडारण को लगभग इतना होना आवश्यक होगा। 2030 तक 1.500 गीगावाटएजेंसी के नेट ज़ीरो परिदृश्य में, 1.200 गीगावाट ऊर्जा बैटरी से प्राप्त होगी। लेकिन सौर और पवन ऊर्जा की बढ़ती मात्रा वाले पावर ग्रिड को केवल एक प्रकार के भंडारण की आवश्यकता नहीं होती है: स्थायित्व, शक्ति, प्रतिक्रिया समय, लागत, कच्चे माल की उपलब्धता और ऊर्जा का अंतिम गंतव्य एक अनुप्रयोग से दूसरे अनुप्रयोग में काफी भिन्न होते हैं।

रेत बिजली को गर्मी में परिवर्तित करके ऊर्जा का संरक्षण करती है।

इसका एक ठोस उदाहरण मिलता है फ़िनलैंड, जहां ध्रुवीय रात्रि ऊर्जा ने एक उच्च तापमान तापीय भंडारण प्रणाली विकसित की है जिसे इस नाम से जाना जाता है रेत बैटरीनाम से किसी को पारंपरिक इलेक्ट्रिक बैटरी की कल्पना हो सकती है, लेकिन इसकी कार्यप्रणाली अलग है: बिजली को गर्मी में परिवर्तित किया जाता है और बाद में उस गर्मी को उपयुक्त रूप से इन्सुलेटेड ठोस द्रव्यमान के अंदर संग्रहित किया जाता है।

कंपनी द्वारा निर्मित अब तक की सबसे बड़ी परियोजना जून 2025 में चालू हुई। पोर्नैनेनलोविसान लैम्पो द्वारा संचालित जिला हीटिंग नेटवर्क के लिए। इकाई का माप लगभग है। 13 मीटर ऊँचा और 15 मीटर चौड़ायह एक मेगावाट की तापीय शक्ति उत्पन्न करता है और ऊर्जा को स्टोर कर सकता है। 100 मेगावाट घंटे तापीय ऊर्जा"रेत" शब्द से जो तात्पर्य निकलता है, उसके विपरीत, संयंत्र लगभग दो हजार टन रेत का उपयोग करता है। पिसी हुई स्टीटाइटऔद्योगिक उप-उत्पाद के रूप में प्राप्त सामग्री।

इसका मूल सिद्धांत दानेदार पदार्थ में भंडारण का ही है: बिजली उपलब्ध होने पर, सिस्टम एक बंद वायु परिपथ के माध्यम से भंडारण माध्यम को गर्म करता है; ऊष्मीय ऊर्जा इन्सुलेटेड टैंक में बनी रहती है और बाद में हीटिंग नेटवर्क में स्थानांतरित हो जाती है। इसलिए, इस मामले में, थर्मल मेगावाट-घंटे में व्यक्त क्षमता को ग्रिड को सीधे बिजली वापस करने के लिए डिज़ाइन की गई बैटरी की क्षमता से भ्रमित नहीं किया जाना चाहिए।

पोर्नैनेन संयंत्र के संचालन का पहला वर्ष ही परिचालन का एक उत्कृष्ट उदाहरण प्रस्तुत करता है। जून 2026 में, पोलर नाइट एनर्जी ने बताया कि सिस्टम ने अपने प्रदर्शन लक्ष्यों को पूरा कर लिया है और स्थानीय जिला तापन नेटवर्क से जुड़े ग्रीनहाउस गैस उत्सर्जन में कमी आई है। 70 प्रतिशतयह डेटा एक विशिष्ट अनुप्रयोग से संबंधित है और इसे स्वचालित रूप से अन्य ऊर्जा प्रणालियों में स्थानांतरित नहीं किया जा सकता है, लेकिन यह दर्शाता है कि जब अंतिम मांग सटीक रूप से ऊष्मा की हो तो थर्मल स्टोरेज औद्योगिक भूमिका कैसे निभा सकता है।

यह अंतर अनुप्रयोग के दायरे को निर्धारित करता है। बिजली को ऊष्मा में परिवर्तित करके उसका सीधे उपयोग करने से ऊष्मीय ऊर्जा को बार-बार बिजली में परिवर्तित करने की आवश्यकता समाप्त हो जाती है। इसलिए, जिला तापन और उच्च तापमान वाली औद्योगिक प्रक्रियाएं रेत, चट्टान या अन्य प्रचुर मात्रा में उपलब्ध ठोस पदार्थों पर आधारित प्रणालियों के लिए स्वाभाविक रूप से उपयुक्त हैं। भंडारण माध्यम की उपलब्धता भी निर्भरता को कम करती है। लिथियम, निकेल और कोबाल्टहालांकि, निर्माण, इन्सुलेशन, सहायक प्रणालियों और उपयोग की गई बिजली के स्रोत को ध्यान में रखते हुए समग्र प्रभाव का आकलन किया जाना चाहिए।

अपघटक ब्लॉक कारखानों के अंदर जमाव को बढ़ाते हैं।

यही भौतिक तर्क निम्नलिखित पर भी लागू किया जा सकता है दुर्दम्य ईंटेंरासायनिक अभिक्रियाओं के माध्यम से आवेश संग्रहित करने के बजाय, ये प्रणालियाँ विद्युत को ऊष्मा में परिवर्तित करती हैं और इसे उच्च तापमान सहन करने में सक्षम पदार्थों में संग्रहित करती हैं। यह अवधारणा इस्पात, सिरेमिक और कांच उद्योगों में लंबे समय से उपयोग की जाने वाली प्रौद्योगिकियों की याद दिलाती है, लेकिन इसे एक ऐसी ऊर्जा प्रणाली के लिए पुनर्परिभाषित किया गया है जिसमें नवीकरणीय विद्युत तात्कालिक मांग से अधिक मात्रा में उपलब्ध हो सकती है।

जब पवन ऊर्जा या फोटोवोल्टिक ऊर्जा उत्पादन प्रचुर मात्रा में होता है, तो प्रतिरोधक तत्व बिजली को गर्मी में परिवर्तित कर सकते हैं और सिरेमिक या दुर्दम्य ब्लॉकों को कई सौ डिग्री तक, लगभग उच्चतम तापमान तक गर्म कर सकते हैं। 1.000 डिग्री सेल्सियस कुछ व्यवस्थाओं में, संग्रहित ऊर्जा को बाद में गर्म हवा, भाप या अन्य ऊष्मा वाहकों के रूप में स्थानांतरित किया जा सकता है और उत्पादन प्रक्रियाओं में उपयोग किया जा सकता है।

इलेक्ट्रोकेमिकल बैटरियों की तुलना में अंतर काफी स्पष्ट है। ग्रिड की आवृत्ति और वोल्टेज को शीघ्रता से स्थिर करने या कुछ घंटों के लिए बिजली आपूर्ति करने के लिए, लिथियम बैटरियों में ऐसी विशेषताएं हैं जिन्हें प्रतिस्थापित करना मुश्किल है। थर्मल भंडारणहालांकि, यह तब दिलचस्प हो सकता है जब अंतिम उपयोगकर्ता द्वारा आवश्यक ऊर्जा औद्योगिक ऊष्मा हो, जिससे आगे के रूपांतरण से बचा जा सके और अपेक्षाकृत सस्ते और उपलब्ध सामग्रियों का उपयोग संभव हो सके।

ऊष्मा भंडारण माध्यम की जीवन अवधि भी एक महत्वपूर्ण कारक है। एक दुर्दम्य ब्लॉक में वे रासायनिक अभिक्रियाएँ नहीं होतीं जो विद्युत रासायनिक सेल में उम्र बढ़ने का कारण बनती हैं। इसका अर्थ यह नहीं है कि एक तापीय प्रणाली टूट-फूट से मुक्त है: प्रतिरोधक, पंखे, ऊष्मा विनिमयक, इन्सुलेशन और यांत्रिक घटकों को रखरखाव की आवश्यकता होती है। हालांकि, ऊष्मा को भौतिक रूप से संग्रहित करने वाले भाग को बहुत अधिक चक्रों के लिए डिज़ाइन किया जा सकता है, जिससे बुनियादी ढांचे के जीवनकाल में लागत संरचना में परिवर्तन आता है।

यह विशेषता उन औद्योगिक क्षेत्रों में विशेष रूप से महत्वपूर्ण है जिनका कार्बन उत्सर्जन कम करना कठिन है। सीमेंट, इस्पात, रसायन, कागज और खाद्य उद्योग बड़ी मात्रा में ऊष्मीय ऊर्जा का उपयोग करते हैं, और इस मांग का एक हिस्सा अभी भी प्राकृतिक गैस, कोयला या अन्य ईंधनों के दहन से पूरा होता है। विद्युतीकरण और ऊष्मीय भंडारण के संयोजन से कारखानों को नवीकरणीय बिजली उपलब्ध होने पर ऊष्मा उत्पन्न करने और बाद में उसका उपयोग करने की सुविधा मिल सकती है, जिससे बिजली उत्पादन को औद्योगिक प्रक्रियाओं से कम से कम आंशिक रूप से अलग किया जा सकता है।

बिजली ग्रिड में वापस भेजने के लिए किसी वस्तु को उठाना

प्रौद्योगिकियों का एक अन्य समूह भी ऊष्मा रूपांतरण को समाप्त कर देता है और सीधे यांत्रिकी की ओर लौट जाता है। गुरुत्वाकर्षण भंडारण यह विद्युत का उपयोग करके किसी वस्तु को उठाता है और उसे स्थितिज ऊर्जा में परिवर्तित करता है। जब ग्रिड को बिजली की आवश्यकता होती है, तो वस्तु को नियंत्रित तरीके से नीचे उतारा जाता है, और इस गति से जनरेटर सक्रिय हो जाते हैं जो विद्युत उत्पन्न करते हैं।

यह सिद्धांत इससे काफी मिलता-जुलता है।पंप स्टोरेज हाइड्रोइलेक्ट्रिकपरंपरागत विद्युत संयंत्रों में, ऊर्जा को निचले जलाशय से ऊपरी जलाशय में जल स्थानांतरित करके संग्रहित किया जाता है, जबकि नए गुरुत्वाकर्षण प्रणालियों में, जल के स्थान पर ब्लॉक, भार या अन्य ठोस पिंडों का उपयोग किया जा सकता है। यह अंतर महत्वपूर्ण है, क्योंकि सैद्धांतिक रूप से यह गुरुत्वाकर्षण प्रणालियों को उन स्थानों पर भी स्थापित करने की अनुमति देता है जहां भौगोलिक स्थिति दो बड़े जलाशयों के निर्माण की अनुमति नहीं देती है।

इस अवधारणा को औद्योगीकृत करने वाली कंपनियों में स्विस-अमेरिकी कंपनी भी शामिल है। ऊर्जा तिजोरी. एक रुडोंगचीन के जियांग्सू प्रांत में, संकेतित शक्ति वाला एक EVx सिस्टम। 25 मेगावाट और 100 मेगावाट घंटे की क्षमता वालायह संयंत्र सामान्य शक्ति स्तर पर चार घंटे के बिजली उत्पादन के बराबर है। यह एक पवन ऊर्जा संयंत्र और चीनी राष्ट्रीय ग्रिड के निकट स्थित है और ऊर्जा को संग्रहित और मुक्त करने के लिए ऊर्ध्वाधर रूप से स्थानांतरित ठोस द्रव्यमानों का उपयोग करता है।

यह परियोजना प्रौद्योगिकी की एक और विशेषता को भी उजागर करती है: ऊर्जा संग्रहित करने वाला माध्यम विद्युत-रासायनिक क्षरण से अप्रभावित रहता है, जो कि सेल में आम है। एनर्जी वॉल्ट के अनुसार, इस प्रणाली का अनुमानित परिचालन जीवन 1000 घंटे है। 35 साल और 80 प्रतिशत से अधिक की अपेक्षित राउंड-ट्रिप दक्षता। ये निर्माता द्वारा घोषित मान हैं, और इनकी औद्योगिक प्रासंगिकता लंबे समय तक संचालन के दौरान वास्तविक प्रदर्शन, आवश्यक रखरखाव और संग्रहित ऊर्जा की कुल लागत पर निर्भर करती है।

अन्य परियोजनाएं उन क्षेत्रों के लिए एक विशेष रूप से दिलचस्प विकल्प का अध्ययन कर रही हैं जहां खनन बंद हो चुका है: इसका उपयोग करना... परित्यक्त खानों के शाफ्ट भार उठाने और नीचे उतारने के लिए ऊर्ध्वाधर अवसंरचनाओं के रूप में। इसका संभावित लाभ मौजूदा भूमिगत संरचनाओं के पुन: उपयोग में निहित है, जिससे पूर्व औद्योगिक प्रणाली के एक तत्व को नई ऊर्जा अवसंरचना के घटक में परिवर्तित किया जा सकता है। हालांकि, भूविज्ञान, गहराई, संरचनात्मक स्थितियां और पुनर्विकास लागत प्रत्येक स्थल को अद्वितीय बनाती हैं।

नवीकरणीय ऊर्जा ग्रिड को विभिन्न भंडारण प्रणालियों की आवश्यकता होगी।

इसलिए रेत, ईंटें और गुरुत्वाकर्षण लिथियम बैटरी के तीन सार्वभौमिक विकल्प नहीं हैं। बल्कि, वे एक ही समस्या के भीतर अलग-अलग जरूरतों को पूरा करते हैं: ऊर्जा उत्पादन और खपत को अस्थायी रूप से अलग करनाऔर कार्यों का यही विविधीकरण यह स्पष्ट करता है कि केवल नाममात्र क्षमता के आधार पर की गई तुलना भ्रामक क्यों हो सकती है।

लिथियम-आयन बैटरी ग्रिड की मांगों पर बहुत तेजी से प्रतिक्रिया कर सकती है और विशेष रूप से कुछ घंटों के लिए विनियमन सेवाओं और भंडारण के लिए प्रभावी है। आईईए का कहना है कि इलेक्ट्रोकेमिकल सिस्टम लगभग 100 से 1000 ग्राम तक की अवधि के लिए लचीलापन प्रदान करने के लिए विशेष रूप से उपयुक्त हैं। एक और आठ घंटेदूसरी ओर, तापीय भंडारण ऊर्जा को लंबे समय तक बनाए रख सकता है जब आवश्यक अंतिम उत्पाद ऊष्मा हो, जबकि गुरुत्वाकर्षण प्रणालियाँ बुनियादी ढांचे की दीर्घायु और भंडारण माध्यम को रासायनिक रूप से खराब किए बिना कई चक्रों को दोहराने की क्षमता पर ध्यान केंद्रित करती हैं।

बाजार के अपेक्षित आकार को देखते हुए प्रौद्योगिकियों में अंतर करने की आवश्यकता भी उत्पन्न होती है। 2023 में, वैश्विक विद्युत क्षेत्र में 1,000 से अधिक प्रौद्योगिकियां पहले से ही प्रचलन में थीं। 85 गीगावाट की बैटरी और उसी वर्ष लगभग 42 गीगावाट क्षमता में वृद्धि हुई। अंतर्राष्ट्रीय ऊर्जा एजेंसी के अनुसार, सौर और पवन ऊर्जा की तीव्र वृद्धि के अनुरूप विकास दर बनाए रखने के लिए, इस दशक के अंत तक कुल वैश्विक भंडारण क्षमता में लगभग छह गुना वृद्धि की आवश्यकता होगी।

इसलिए लिथियम अपनी केंद्रीय स्थिति बनाए रखेगा। इसकी औसत लागत में लगभग कमी आई है। 2010 से 90 प्रतिशत लिथियम-आयरन-फॉस्फेट रसायन विज्ञान ने कई स्थिर अनुप्रयोगों में निकेल और कोबाल्ट की आवश्यकता को कम कर दिया है। हालांकि, उत्पादन श्रृंखला के कुछ चरणों का भौगोलिक संकेंद्रण, महत्वपूर्ण खनिजों की बढ़ती मांग और सेलों का पुनर्चक्रण और क्षरण अभी भी एक चुनौती बना हुआ है। 2023 में, आईईए के अनुसार, चीन के पास विश्व की लगभग 85 प्रतिशत सेल उत्पादन क्षमता थी।

इसलिए औद्योगिक प्रतिक्रिया किसी एक "भविष्य की बैटरी" की पहचान करने में नहीं, बल्कि पूरक प्रौद्योगिकियों का एक पोर्टफोलियो बनाने में निहित हो सकती है। टेरनाइटली में भंडारण के विकल्पों का विश्लेषण करते हुए, यह अध्ययन विद्युत रासायनिक, तापीय और गुरुत्वाकर्षण समाधानों को एक ऐसी प्रणाली के भीतर रखता है जिसमें नेटवर्क, नई नवीकरणीय क्षमता और भंडारण को एक साथ विकसित होना चाहिए।

शहर के पेड़ों से गिरे कड़वे संतरे बायोगैस बन जाते हैं।

फिर ऊर्जा एकीकरण के ऐसे रूप भी हैं जो भंडारण से परे हैं। सविलउदाहरण के लिए, शहर के पेड़ों से गिरे कड़वे संतरों को बायोगैस रूपांतरण के लिए कच्चे माल के रूप में परखा गया है, जिसका उपयोग अपशिष्ट जल उपचार संयंत्रों और ऊर्जा उत्पादन के लिए किया जाता है। औद्योगिक सिद्धांत बैटरी से भिन्न है, लेकिन यह शहरी प्रवाह, अपशिष्ट और ऊर्जा उत्पादन एवं उपभोग को आपस में जोड़ने के उसी प्रयास का हिस्सा है।

ग्रिड संचालकों के लिए, निर्णायक मानदंड अपेक्षित कार्यक्षमता ही रहती है। सिस्टम को कुछ ही सेकंडों में स्थिर करना, फोटोवोल्टाइक उत्पादन को दोपहर से शाम तक स्थानांतरित करना, किसी कारखाने को कई घंटों तक ऊष्मा की आपूर्ति करना, या ऊर्जा को लंबे समय तक संग्रहित करना तकनीकी रूप से भिन्न-भिन्न समस्याएं हैं। शक्ति, क्षमता, दक्षता, स्थायित्व, प्रतिक्रिया गति, भूमि उपयोग, सामग्री की उपलब्धता और प्रति चक्र लागत सबसे उपयुक्त समाधान निर्धारित करते हैं।

नवीकरणीय ऊर्जा स्रोतों के विकास से यह अंतर और भी स्पष्ट होता जा रहा है। ऊर्जा का भंडारण करने का अर्थ यह नहीं है कि उसे किसी कोशिका के अंदर इलेक्ट्रॉनों के रूप में संग्रहित किया जाए: इसका अर्थ यह हो सकता है दो हजार टन चट्टान को गर्म करना, दुर्दम्य ईंटों को उच्च तापमान पर लाना, पानी को ऊंचे बेसिन तक पंप करना या कई टन के द्रव्यमान को उठाना।इन समाधानों के पीछे की भौतिकी को काफी समय से समझा जा चुका है। औद्योगिक नवाचार इन्हें बड़े पैमाने पर लागू करने, नियंत्रित करने और बिजली ग्रिड में एकीकृत करने में निहित है, जहां उत्पादन तेजी से परिवर्तनशील स्रोतों पर निर्भर करेगा।

इसलिए वास्तविक तुलना परिचालन डेटा पर आधारित होगी: वास्तव में पुनर्प्राप्त ऊर्जा की लागत, हजारों चक्रों के बाद दक्षता, रखरखाव, सिस्टम का जीवनकाल, प्रतिक्रिया की गति और बड़े पैमाने पर दोहराए जाने की क्षमता। ऊर्जा संक्रमण लिथियम को हराने के लिए रेत, ईंटों या गुरुत्वाकर्षण की आवश्यकता नहीं होती है, बल्कि प्रत्येक तकनीक का उपयोग वहां किया जाना चाहिए जहां उसकी भौतिक और आर्थिक विशेषताएं उसे किसी विशिष्ट भंडारण समस्या का सर्वोत्तम समाधान करने की अनुमति देती हैं।

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