ذخیره انرژی با فشرده سازی هوا در زیر زمین
۲۶ دی ۱۳۹۷
پژوهشگران موفق شدند توسط برق تولید شده از انرژی‌های تجدیدپذیر و با فشرده‌سازی هوا در زیر زمین برق مازاد بر مصرف را ذخیره کنند. این روش کم هزینه بوده و نسبت به باتری های ذخیره کننده برق کارایی بیشتری دارد.
استفاده از پانل های خورشیدی و مزارع بادی به طور روز افزونی در حال افزایش است؛ اما ذخیره سازی انرژی به دست آمده با استفاده از انرژی های تجدیدپذیر و استفاده از آن در شبکه های برق رسانی، به یک چالش بزرگ برای دانشمندان تبدیل شده است. دانشمندان اروپایی به تازگی موفق شده اند به یک روش کم هزینه برای ذخیره سازی انرژی دست پیدا کنند. در این روش از هوا برای ذخیره سازی انرژی استفاده می شود.
با وجود اینکه دانشمندان توانسته اند با استفاده از باتری های جریان (باتری های قابل شارژی که در آن ها دو عنصر شیمیایی در دو مایع که توسط یک غشاء از یک جدا شده اند، حل می شوند) و شبکه های برق رسانی هوشمند، توانسته اند تا حدودی مشکل ذخیره سازی برق تولید شده با استفاده از انرژی های تجدیدپذیر را حل کنند، اما به تازگی محققان اروپایی توانسته اند با استفاده از روش فشرده سازی هوا، نیز فناوری جدیدی برای ذخیره سازی نیروی برق ایجاد است.
در این روش که چندین دهه سابقه دارد، از برق مازاد بر مصرف برای فشرده سازی هوا استفاده می شود و سپس هوای فشرده شده در مکانی غار مانند در زیر زمین ذخیره می گردد. برای استفاده از برق ذخیره شده توسط این روش که CAES نام دارد، کافی است هوای فشرده شده به سمت یک توربین گازی هدایت شود تا توربین به کمک آن برق تولید کند. این روش از نظر تئوری، روشی کارآمد و کاربردی است؛ زیرا با هزینه بسیار کمی می توان از آن استفاده کرد و در واقع ارزان ترین روش برای ذخیره سازی انرژی است. از سویی دیگر استفاده از این روش در مقایسه با روش های دیگر همانند ایجاد مخازنی برای تولید نیروی برق آبی که باید تجهیزات خاصی در کوه ها نصب شوند (ممکن است در برخی از کشور کوه های کمی وجود داشته باشند)، نیازمند هیچ گونه شرایط جغرافیایی خاصی نیست.
اما مشکل استفاده از این روش، تولید گرما در اثر فشرده سازی هوا است،درست همانند زمانی که تایر دوچرخه خود را به وسیله یک تلمبه باد می کنید و این کار باعث افزایش دمای تایر می شود. چگونگی استفاده از گرمای تولید شده در نیروگاه هایی که از این روش برای ذخیره سازی برق استفاده می کنند، به یک چالش بزرگ برای محققان تبدیل شده است.
در حال حاضر در جهان فقط دو نیروگاه CAES وجود دارد که یکی از این دو نیروگاه، نیروگاه Huntrof در آلمان و دیگری نیروگاه Mclntosh در آمریکا است که حداکثر ظرفیت ذخیره انرژی توسط آن ها به ترتیب ۲۹۰ مگاوات و ۲۲۶ مگاوات است، اما متاسفانه در هیچ یک از این دو نیروگاه هیچ مکانی برای ذخیره و استفاده از گرمای ایجاد شده وجود ندارد.
ذخیره نکردن این گرما و عدم استفاده از آن باعث می شود که یک منبع انرژی برای تولید انرژی به سادگی هدر برود. همچنین هنگام استفاده از هوای فشرده شده برای به حرکت درآوردن توربین ها و تولید برق، دمای هوا کاهش پیدا می کند و برای افزایش مجدد دمای آن، انرژی زیادی مصرف می شود که باعث کاهش بهره وری انرژی در نیروگاه می شود.
دانشمندان برای حل این مشکل، در پروژه ای تحت عنوان RICAS 2020 که بودجه آن توسط اتحادیه اروپا تأمین می شود. در حال کار کردن بر روی یک نیروگاه پیشرفته CAES بی در رو هستند (نیروگاهی که در آن گرمای ایجاد شده از فرایند فشرده سازی هوا ذخیره نمی شود)، تا گرمای ایجاد شده در آن را ذخیره کنند.
.jpg)
مهمترین کاری که باید در این پروژه انجام شود، ایجاد شرایطی است که باعث شود گرمای هوا در طول فرایند فشرده شدن آن، کاملا جذب شود.در این روش هوای گرمی که از کمپرسور خارج می شود، از خرده سنگ هایی که در یک مکان غار مانند هستند و منافذ زیادی هم در آن ها وجود دارد، عبور داده می شود و گرمای هوا توسط سنگ ها جذب می شوند. سپس هوای سرد شده دوباره به مکانی که قبلا در آن ذخیره شده است، باز می گردد. هنگامی که افراد نیازمند استفاده از هوای سرد می شوند، این جریان هوا دوباره از میان خرده سنگ ها عبور داده می شود تا دمای آن افزایش پیدا کند و در این صورت نیاز به استفاده از سوخت برای افزایش دمای هوا نیست.
جیواونی پریلو، یک دانشمند ماده در موسسه تحقیقاتی نروژی SINTEF به بیان این مطلب پرداخت که مزیت این روش نسبت به سایر روش های ذخیره سازی این است که هم برای مدت بسیار زیادی می توان از آن استفاده کرد و هم با استفاده از این روش، هزینه ذخیره سازی نیروی برق به ازای هر کیلووات برق به میزان قابل توجهی کاهش پیدا می کند. از سویی دیگر باید گفت که میزان کارایی مکان های ذخیره سازی انرژی، ۴۵ تا ۵۵ درصد است و فقط می توانند نیمی از انرژی برقی را که برای فشرده سازی هوا مورد استفاده قرار گرفته است، تولید کنند. این در حالی است که میزان کارایی سیستم جدید ایجاد شده، بیش از ۷۰ تا ۸۰ درصد است.
وی در ادامه گفته های خود اذعان کرد که هر چقدر گرمای ایجاد شده در فرایند فشرده سازی هوا بیشتر حفظ شود، کارایی هوای فشرده شده پس از آزاد شدن آن و به حرکت درآوردن توربین گاز بیشتر می شود. او معتقد است که عملکرد این روش برای ذخیره سازی گرما بیشتر از فناوری های مشابه است؛ بنابراین استفاده از آن باعث افزایش کارایی تجهیزات ذخیره سازی نیروی برق می شود.
یکی از مزایای ذخیره سازی برق با روش فشرده سازی هوا این است که برای بهره گیری از آن نیازی نیست که مکان مورد نظر دارای شکل جغرافیایی خاصی باشد. با وجود اینکه تجهیزات مورد نیاز برای استفاده از این روش، باید در یک فضای تو خالی بزرگ نصب شوند، اما به گفته محققان می توان به راحتی از فضاهای غار مانند بی استفاده و معادن متروکه، برای این کار استفاده کرد؛ به عنوان مثال پروژه RICAS 2020 در یک معدن متروکه در اتریش انجام شده است.
طبق گفته محققان، برای اینکه روش جدید ذخیره سازی گرمای ایجاد شده از فشرده سازی هوا، از مرحله طراحی به مرحله اجرای آزمایشی برسد، باید شرایطی فراهم شود که یکی از این شرایط، ایجاد یک غشای مهر و موم کننده با توانایی مقاومت در برابر فشار و دمای بالای فضاهای غار مانند زیر زمینی است. تصمیم برای اجرا کردن و یا اجرا نکردن این طرح به صورت آزمایشی، پس از بررسی نتایج و همچنین هزینه های لازم برای آن مشخص می شود.
.jpg)
با وجود اینکه چندین دهه است که از روش فشرده سازی هوا استفاده می شود، اما توانایی بالقوه آن برای ذخیره سازی انرژی های تجدیدپذیر، هنوز هم باید مورد بررسی قرار بگیرد. پروفسور ماتیاس فینکِنراس، استاد مهندسی انرژی از دانشگاه علوم کاربردی کمپتن آلمان دلیل این موضوع را پایین بودن قیمت انرژی و مبهم بودن برخی از موارد در بازار دانست و معتقد است که همین دو عامل باعث متوقف شدن چنین طرح هایی در مقیاس گسترده می شود؛ به عنوان مثلا عده ای از محققان تصمیم گرفتند که روش ذخیره سازی نیروی برق با فشرده سازی هوا را در پارک Lowa Store Energy که با هزینه ۴۰۰ میلیون دلار ایجاد شده بود، اجرا کنند؛ اما پس از مدتی متوجه شدند که سفره های آب زیرزمینی ماسه سنگ این پارک برای این کار مناسب نیست و پروژه متوقف شد.
اما با این حال این مشکلات و موانع باعث توقف جستجوی محققان برای یافتن روش هایی جهت ذخیره سازی نیروی برق مازاد بر مصرف نمی شوند. دانشمندان معتقدند که هزینه استفاده از هوا در مقابل هزینه استفاده از مواد شیمیایی لازم در مکان های ذخیره سازی انرژی که در آن ها از باتری استفاده می شود، بسیار ناچیز است و اگر در مناطقی همچون جزایر هاوایی برای ذخیره سازی انرژی باد از چنین ابتکاراتی استفاده شود، می توان بخش اعظمی از انرژی برق مورد نیاز این جزایر را با بهره گیری از انرژی های تجدیدپذیر تأمین کرد. در ضمن در صورتی که محققان به نحوه استفاده بهینه از این روش پی ببرند و بتوانند مشکلات مرتبط با شرایط جغرافیایی هر منطقه را برطرف کنند، می توان با بهره گیری از این روش، به انرژی برق حاصل از انرژی های تجدیدپذیر، به اندازه انرژی برقی که با استفاده از سوخت های فسیلی تولید می شود، متکی شد.
استفاده از پانل های خورشیدی و مزارع بادی به طور روز افزونی در حال افزایش است؛ اما ذخیره سازی انرژی به دست آمده با استفاده از انرژی های تجدیدپذیر و استفاده از آن در شبکه های برق رسانی، به یک چالش بزرگ برای دانشمندان تبدیل شده است. دانشمندان اروپایی به تازگی موفق شده اند به یک روش کم هزینه برای ذخیره سازی انرژی دست پیدا کنند. در این روش از هوا برای ذخیره سازی انرژی استفاده می شود.
با وجود اینکه دانشمندان توانسته اند با استفاده از باتری های جریان (باتری های قابل شارژی که در آن ها دو عنصر شیمیایی در دو مایع که توسط یک غشاء از یک جدا شده اند، حل می شوند) و شبکه های برق رسانی هوشمند، توانسته اند تا حدودی مشکل ذخیره سازی برق تولید شده با استفاده از انرژی های تجدیدپذیر را حل کنند، اما به تازگی محققان اروپایی توانسته اند با استفاده از روش فشرده سازی هوا، نیز فناوری جدیدی برای ذخیره سازی نیروی برق ایجاد است.
در این روش که چندین دهه سابقه دارد، از برق مازاد بر مصرف برای فشرده سازی هوا استفاده می شود و سپس هوای فشرده شده در مکانی غار مانند در زیر زمین ذخیره می گردد. برای استفاده از برق ذخیره شده توسط این روش که CAES نام دارد، کافی است هوای فشرده شده به سمت یک توربین گازی هدایت شود تا توربین به کمک آن برق تولید کند. این روش از نظر تئوری، روشی کارآمد و کاربردی است؛ زیرا با هزینه بسیار کمی می توان از آن استفاده کرد و در واقع ارزان ترین روش برای ذخیره سازی انرژی است. از سویی دیگر استفاده از این روش در مقایسه با روش های دیگر همانند ایجاد مخازنی برای تولید نیروی برق آبی که باید تجهیزات خاصی در کوه ها نصب شوند (ممکن است در برخی از کشور کوه های کمی وجود داشته باشند)، نیازمند هیچ گونه شرایط جغرافیایی خاصی نیست.
اما مشکل استفاده از این روش، تولید گرما در اثر فشرده سازی هوا است،درست همانند زمانی که تایر دوچرخه خود را به وسیله یک تلمبه باد می کنید و این کار باعث افزایش دمای تایر می شود. چگونگی استفاده از گرمای تولید شده در نیروگاه هایی که از این روش برای ذخیره سازی برق استفاده می کنند، به یک چالش بزرگ برای محققان تبدیل شده است.
در حال حاضر در جهان فقط دو نیروگاه CAES وجود دارد که یکی از این دو نیروگاه، نیروگاه Huntrof در آلمان و دیگری نیروگاه Mclntosh در آمریکا است که حداکثر ظرفیت ذخیره انرژی توسط آن ها به ترتیب ۲۹۰ مگاوات و ۲۲۶ مگاوات است، اما متاسفانه در هیچ یک از این دو نیروگاه هیچ مکانی برای ذخیره و استفاده از گرمای ایجاد شده وجود ندارد.
ذخیره نکردن این گرما و عدم استفاده از آن باعث می شود که یک منبع انرژی برای تولید انرژی به سادگی هدر برود. همچنین هنگام استفاده از هوای فشرده شده برای به حرکت درآوردن توربین ها و تولید برق، دمای هوا کاهش پیدا می کند و برای افزایش مجدد دمای آن، انرژی زیادی مصرف می شود که باعث کاهش بهره وری انرژی در نیروگاه می شود.
دانشمندان برای حل این مشکل، در پروژه ای تحت عنوان RICAS 2020 که بودجه آن توسط اتحادیه اروپا تأمین می شود. در حال کار کردن بر روی یک نیروگاه پیشرفته CAES بی در رو هستند (نیروگاهی که در آن گرمای ایجاد شده از فرایند فشرده سازی هوا ذخیره نمی شود)، تا گرمای ایجاد شده در آن را ذخیره کنند.
مهمترین کاری که باید در این پروژه انجام شود، ایجاد شرایطی است که باعث شود گرمای هوا در طول فرایند فشرده شدن آن، کاملا جذب شود.در این روش هوای گرمی که از کمپرسور خارج می شود، از خرده سنگ هایی که در یک مکان غار مانند هستند و منافذ زیادی هم در آن ها وجود دارد، عبور داده می شود و گرمای هوا توسط سنگ ها جذب می شوند. سپس هوای سرد شده دوباره به مکانی که قبلا در آن ذخیره شده است، باز می گردد. هنگامی که افراد نیازمند استفاده از هوای سرد می شوند، این جریان هوا دوباره از میان خرده سنگ ها عبور داده می شود تا دمای آن افزایش پیدا کند و در این صورت نیاز به استفاده از سوخت برای افزایش دمای هوا نیست.
جیواونی پریلو، یک دانشمند ماده در موسسه تحقیقاتی نروژی SINTEF به بیان این مطلب پرداخت که مزیت این روش نسبت به سایر روش های ذخیره سازی این است که هم برای مدت بسیار زیادی می توان از آن استفاده کرد و هم با استفاده از این روش، هزینه ذخیره سازی نیروی برق به ازای هر کیلووات برق به میزان قابل توجهی کاهش پیدا می کند. از سویی دیگر باید گفت که میزان کارایی مکان های ذخیره سازی انرژی، ۴۵ تا ۵۵ درصد است و فقط می توانند نیمی از انرژی برقی را که برای فشرده سازی هوا مورد استفاده قرار گرفته است، تولید کنند. این در حالی است که میزان کارایی سیستم جدید ایجاد شده، بیش از ۷۰ تا ۸۰ درصد است.
وی در ادامه گفته های خود اذعان کرد که هر چقدر گرمای ایجاد شده در فرایند فشرده سازی هوا بیشتر حفظ شود، کارایی هوای فشرده شده پس از آزاد شدن آن و به حرکت درآوردن توربین گاز بیشتر می شود. او معتقد است که عملکرد این روش برای ذخیره سازی گرما بیشتر از فناوری های مشابه است؛ بنابراین استفاده از آن باعث افزایش کارایی تجهیزات ذخیره سازی نیروی برق می شود.
یکی از مزایای ذخیره سازی برق با روش فشرده سازی هوا این است که برای بهره گیری از آن نیازی نیست که مکان مورد نظر دارای شکل جغرافیایی خاصی باشد. با وجود اینکه تجهیزات مورد نیاز برای استفاده از این روش، باید در یک فضای تو خالی بزرگ نصب شوند، اما به گفته محققان می توان به راحتی از فضاهای غار مانند بی استفاده و معادن متروکه، برای این کار استفاده کرد؛ به عنوان مثال پروژه RICAS 2020 در یک معدن متروکه در اتریش انجام شده است.
طبق گفته محققان، برای اینکه روش جدید ذخیره سازی گرمای ایجاد شده از فشرده سازی هوا، از مرحله طراحی به مرحله اجرای آزمایشی برسد، باید شرایطی فراهم شود که یکی از این شرایط، ایجاد یک غشای مهر و موم کننده با توانایی مقاومت در برابر فشار و دمای بالای فضاهای غار مانند زیر زمینی است. تصمیم برای اجرا کردن و یا اجرا نکردن این طرح به صورت آزمایشی، پس از بررسی نتایج و همچنین هزینه های لازم برای آن مشخص می شود.
با وجود اینکه چندین دهه است که از روش فشرده سازی هوا استفاده می شود، اما توانایی بالقوه آن برای ذخیره سازی انرژی های تجدیدپذیر، هنوز هم باید مورد بررسی قرار بگیرد. پروفسور ماتیاس فینکِنراس، استاد مهندسی انرژی از دانشگاه علوم کاربردی کمپتن آلمان دلیل این موضوع را پایین بودن قیمت انرژی و مبهم بودن برخی از موارد در بازار دانست و معتقد است که همین دو عامل باعث متوقف شدن چنین طرح هایی در مقیاس گسترده می شود؛ به عنوان مثلا عده ای از محققان تصمیم گرفتند که روش ذخیره سازی نیروی برق با فشرده سازی هوا را در پارک Lowa Store Energy که با هزینه ۴۰۰ میلیون دلار ایجاد شده بود، اجرا کنند؛ اما پس از مدتی متوجه شدند که سفره های آب زیرزمینی ماسه سنگ این پارک برای این کار مناسب نیست و پروژه متوقف شد.
اما با این حال این مشکلات و موانع باعث توقف جستجوی محققان برای یافتن روش هایی جهت ذخیره سازی نیروی برق مازاد بر مصرف نمی شوند. دانشمندان معتقدند که هزینه استفاده از هوا در مقابل هزینه استفاده از مواد شیمیایی لازم در مکان های ذخیره سازی انرژی که در آن ها از باتری استفاده می شود، بسیار ناچیز است و اگر در مناطقی همچون جزایر هاوایی برای ذخیره سازی انرژی باد از چنین ابتکاراتی استفاده شود، می توان بخش اعظمی از انرژی برق مورد نیاز این جزایر را با بهره گیری از انرژی های تجدیدپذیر تأمین کرد. در ضمن در صورتی که محققان به نحوه استفاده بهینه از این روش پی ببرند و بتوانند مشکلات مرتبط با شرایط جغرافیایی هر منطقه را برطرف کنند، می توان با بهره گیری از این روش، به انرژی برق حاصل از انرژی های تجدیدپذیر، به اندازه انرژی برقی که با استفاده از سوخت های فسیلی تولید می شود، متکی شد.
ثبت دیدگاه
لطفا برای درج دیدگاه خود فرم زیر را تکمیل نمایید.
