چه ایده هایی برای ذخیره سازی انرژی های پاک به نظرتان می رسد؟

طبق آمار صنعت برق مربوط به تیرماه سال ۹۴، تولید نیروگاه‌های دیزلی، برق بادی، و انرژی‌های نو ۳۲۴ میلیون کیلووات ساعت معادل ۰.۱ از کل انرژی تولیدی برق است. اگر به این مقدار تولید نیروگاه‌های برق‌آبی که معادل ۱۴۰۸۷ میلیون کیلووات ساعت، معادل ۵ درصد کل تولید برق، را اضافه کنیم؛ ۵.۱ درصد از نیاز برق کشور است. در حالت خوش‌بینانه در دو سال اخیر، ۶ درصد از برق مصرفی کشور، برق پاک بوده است.

بدون در نظر گرفتن هزینه­های مربوط به ذخیره­سازی انرژی، تولید انرژی به­وسیله پنل­های خورشیدی بسیار ارزان­تر از تولید برق با سوخت­ها فسیلی هست (شکل زیر).

هزینه‌ی تولید برق توسط انرژی پاک و نیروگاه حرارتی

انرژی­های فسیلی بر اساس نیاز مخاطب و کاربر، تولید می‌شوند ولی چون انرژی پاک از وقایع طبیعی تولید می­شود، بدون در نظر گرفتن نیاز لحظه­ای مخاطب است. در نتیجه در زمان­هایی مثل کریسمس امسال در آلمان، ممکن است طبیعت این انرژی را بیشتر از حد نیاز در دسترسمان قرار دهد، و انرژی اضافه تولید می­شود. در زمان‌هایی نیز که منابع طبیعی مانند باد و هوای آفتابی در دسترس نیستند، از وجود چنین انرژی‌هایی بی‌بهره‌ایم.

در حال حاضر، هر دو این زمان‌ها از چالش‌های تولید انرژی‌های پاک هستند، چه هنگامی که بیش از نیاز انرژی تولید شده و چه زمانی که انرژی کافی در دسترس نیست. چرا که ابزاری برای ذخیره‌سازی و نگهداری انرژی مازاد و دسترسی به آن در زمان نیاز نداریم!

اتحادیه اروپا نیز در سرمایه‌گذاری‌هایی تحت عنوان برنامه H2020 در جستجوی برای یافتن راهی جهت ذخیره سازی انرژی­های پاک و تجدید پذیر است.

در این مقاله می‌خواهیم بعضی‌ ایده‌ها در این زمینه‌ را باز کنیم. ایده‌ها برگرفته از مشارکتِ کاربران در وبسایت نوآوری باز پادپُرس هستند.

مروری بر منابع کنونی ذخیره انرژی

باتری‌های الکتریکی شاید اولین راه برای ذخیره الکتریسیته باشند. اما ساختن باتری‌ها کار ساده‌ای نیست، و طول عمر آن‌ها محدود است و در ضمن در زمینه بازیافت آن هنوز مشکل داریم. روش دیگری که از سالیان دور برای ذخیره سازی مورد استفاده بوده است و از نظر محیط ­زیستی هم مناسب می­باشد، انرژی پتانسیل گرانشی است.

یکی از مواردی که می­تواند برای تغییر نوع انرژی به انرژی پتانسیل استفاده شود هیدروژن است. اخیراً از مواد دو بعدی برای ذخیره سازی هیدروژن مورد توجه قرار گرفته­اند.

در میان روش­های مختلف برای ذخیره سازی انرژی، یکی از روش‌های ارزانی که توسعه پیدا کرده استفاده از برق برای فشرده­سازی هوا در تونل­های بزرگ زیرزمینی هست. در زمان مورد نیاز، چنین هوایی را از توربین‌های گازی عبور می­دهند و دوباره برق تولید می­کنند. مشکل فعلی این روش این است که هوا در فرایند فشرده سازی گرم می­شود و راهی برای استفاده از این گرما در دسترس نیست و عملا مقدار زیادی از انرژی همین جا هدر می­رود. این مسئله در قالب پروژه ریکاس۲۰۲۰ در حال پیگیری است.

ایده ۱: ذخیره انرژی در قالب انرژی پتانسیل گرانشی

با نصب سلول خورشیدی بر روی پشت بام، در طول روز انرژی خورشیدی را تولید می کنیم و در یک مخزن در ارتفاع ذخیره می کنیم. طی شب که خورشید برای تولید برق نیست از انرژی حاصل از پایین ریختن آب برق تولید می شود.

این ایده در ابعاد بزرگ با نام تلمبه ذخیره­ای یا Pumped storage plant شناخته می­شود و دقیقا کارش این هست که برق مازاد تولیدی از منابع تجدیدپذیر را به صورت انرژی گرانشی در آب ذخیره کند و در زمان­های اوج مصرف یا در ساعت­های نبود انرژی­های خورشید و باد، انرژی پتانسیل گرانشی را دوباره به برق تبدیل و وارد شبکه کند. در طالقان یک نیروگاه تلمبه ذخیره­ای موجود است.

محاسبه: بازدهی توربین‌های آبی معمولی در حدود ۸۰ درصد هست. اگر مخزن آب ۱۰ متر مکعب گنجایش داشته باشه و در ارتفاع ۳ متری نسبت به توربین نصب شده باشد، می‌تواند انرژی در حدود ۷۰ وات را به مدت یک ساعت تامین کند.

مزایا و معایب: سیستم طراحی شده چندان پیچیده نیست و امکان طراحی و ساخت بالایی دارد از طرفی ۷۰ وات به مدت یک ساعت مقدار زیادی نیست و فقط می‌تواند برای روشن نگه داشتن یک لپ‌تاپ و چند تا لامپ LED استفاده شود.

ایده ۲: ‌استفاده از پتانسیل گرانشی و جریان آب برای ذخیره سازی انرژی در کویر

در این روش در طول روز، در کویر با استفاده از انرژی خورشیدی برق تولید می­شود و آب شیرین را از رودخانه های شمالی به سمت رشته کوه ها پمپ می­گردد و طی شب از انرژی پتانسیل گرانشی این آب برق تولید می­شود و آب به داخل فلات ایران هدایت می­گردد که می­تواند در کشاورزی هم استفاده شود.

مزایا و معایب: به دلیل استفاده از منابع انرژی پاک و همینطور استفاده از آب های سطحی مفید است ولی تولید انرژی خورشیدی در دل کویر (دور از مناطق شهری) کار هزینه بر و مشکلی است و انتقال برق در فواصل زیاد نیاز به ولتاژهای بالا دارد تا حداقل اتلاف صورت بگیرد. چون برق تولیدی از خورشید دارای ولتاژ چند صد کیلوولت نیست، پس انتقال آن در فواصل زیاد اتلاف زیادی را همراه خواهد داشت.

ایده ۳: ذخیره هیدروژن

تولید هیدروژن در زمان موجود بودن منابع انرژی پاک و مصرف آن در هنگام نیاز. مازاد تولید برق را می­توان بوسیله منابع تجدیدپذیر صرف تجزیه آب کرد. از هیدروژن تولیدی به چهار روش استفاده می­شود:

1. هیدروژن را مستقیما به شبکه گاز شهری داد، البته تا درصد حجمی مشخصی. در آلمان به همین روش تا ۲% حجمی هیدروژن به شبکه گاز شهری تزریق میشود.
2. طی واکنشی به نام ساباتیه (Sabatier reaction) هیدروژن در ترکیب با دی اکسید کربن، طی یک واکنش گرمازا به متان تبدیل شود و متان به شبکه گاز شهری تزریق شود.
3. از هیدروژن برای افزایش کیفیت بیوگاز (حاصل از فرآیند هضم بی هوازی) و گاز سنتز (حاصل از فرآیند گازی سازی) استفاده شود (به فرآیند تبدیل الکتریسیته به گاز طبیعی power to gas یا P2G گفته میشود).
4. از هیدروژن در پیل سوختی استفاده کرد و از آن با راندمان بالایی (تا ۸۰%) برق تولید کرد. (پیل سوختی فناوری ای است که انرژی شیمیایی ذخیره شده در برخی سوخت ها مثل هیدروژن، متان و … را طی یک واکنش شیمیایی به برق تبدیل می کند. در مورد پیل سوختی هیدروژنی واکنش بین یون مثبت هیدروژن و یون منفی اکسیژن یا یک عامل اکسیدکننده دیگر اتفاق می افتد).

مزایا و معایب: انرژی تولید شده از سوختن هیدروژن بسیار زیاد است، ولی از طرفی هیدروژن به صورت انفجاری واکنش می دهد از همین جهت بسیار خطرناک است و از طرفی بسیار هزینه بر است.

ایده ۴: استفاده از پنل‌های خورشیدی به عنوان سایبان

گاهی ایده­های خیلی ساده می­تواند یک طرح به ظاهر بدون توجیه اقتصادی را توجیه پذیر کند. به نحوه‌ی استفاده از پنل‌های خورشیدی در جهت کاهش تبخیر آب توجه کنید:

نصب پنل­های خورشیدی جهت کاهش تبخیر آب.

ساخت اولین پنجره های شفاف تولیدکننده انرژی دنیا

این کشور تمام زباله خود را بازیافت و به انرژی تبدیل می کند!

بررسی برنامه رویائی امارت برای انتقال کوه یخی غول پیکر از قطب جنوب