تغییر در نحوه استفاده ما از انرژی های تجدیدپذیر با استفاده از صدها آجر ۲۴ تنی

صدها مورد از این آجرهای 24 تنی می‌توانند نحوه استفاده ما از انرژی های تجدیدپذیر را تغییر دهند. اما چگونه؟

در واقع، ساختمان پر از آجر باتری غول پیکری است که به جای علم شیمی، انرژی را با گرانش ذخیره می‌کند و باعث می‌شود تا از انرژی های تجدیدپذیر بهره بیشتری ببریم.

یک آجر حجیم از خاک بسیار فشرده را تصور کنید که به اندازه یک وانت بار است اما با وزن 24 تن، تقریباً پنج برابر سنگین‌تر! آسانسوری که با پنل‌های خورشیدی یا توربین‌های بادی کار می‌کند، آن را بیش از 300 فوت از کنار یک ساختمان بزرگ بلوکی بالا می‌برد و آن را در داخل آن قرار می‌دهد. اما این تنها نیست. با تابش خورشید و وزش باد، یک سیستم خودکار صدها آجر غول پیکر دیگر را بلند و ذخیره می‌کند.

باتری های گرانشی راه حل بالقوه مهمی برای یک مشکل حیاتی در انقلاب انرژی سبز هستند: اطمینان از اینکه برق زمانی که به آن نیاز داریم در دسترس است، نه فقط در مواقعی که خورشید و باد آن را تامین می‌کنند.

و این فقط یک ایده نیست. با دو موقعیت در حال ساخت – یکی در رودونگ، چین، درست در شمال شانگهای، و دیگری در اسنایدر، تگزاس، در حدود 250 مایلی غرب دالاس – استارتاپ Energy Vault آزمایش جدی قابلیت استفاده از فناوری ذخیره‌سازی گرانشی را آغاز خواهد کرد. در یک آزمایش قبلی 5 مگاوات نیرو تولید می‌کرد، اما این دو تاسیسات و جانشین های مورد انتظار نشان خواهند داد که آیا ذخیره سازی گرانشی به اندازه کافی مقرون به صرفه و کارآمد است که در مقیاس بزرگ کار کند یا خیر.

تولید برق هنگام غروب خورشید

ممکن است فکر کنید قرار دادن پنل های خورشیدی بر روی پشت بام به مبارزه با تغییرات آب و هوایی کمک می‌کند، اما بدون نوعی ذخیره انرژی در خانه یا در شبکه، احتمالاً برای روشن کردن چراغ های خانه خود، تلویزیون و ماشین ظرفشویی با غروب خورشید به نیروگاه های گازی و زغال سنگ که تولیدکننده دی اکسید کربن است، تکیه می‌کنید.

Energy Vault فناوری خود را در مقیاس کوچکتر در سوئیس آزمایش کرد، جایی که دفتر مرکزی این شرکت 170 نفر کارمند دارد. دو سیستم EVx آن در دست ساخت در مقیاس بسیار بزرگتری قرار دارند. سیستم چینی که برای شرکت مدیریت زباله و بازیافت China Tianying ساخته شده است، در ساختمانی به ارتفاع 400 فوت است و ظرفیت ذخیره انرژی 100 مگاوات ساعت خواهد داشت. این برای تامین برق 3400 خانه برای یک روز کامل کافی است و این سیستم باید تا ژوئن تکمیل شود. سیستم تگزاس، در ساختمانی با ارتفاع 460 فوت (اما باریکتر)، ظرفیت 36 مگاوات ساعت را برای شرکت برق Enel فراهم می‌کند.

پنل های خورشیدی و توربین های بادی در حال حاضر انرژی ارزان تری نسبت به نیروگاه های زغال سنگ و گاز طبیعی تولید می‌کنند که آنها را به گزینه ای واضح برای جایگزینی سوخت های فسیلی تبدیل می‌کند. بر اساس ردیابی شرکت مشاوره سرمایه گذاری و مدیریت دارایی Lazard، هزینه های انرژی خورشیدی از سال 2009 تا 2023، 83 درصد و هزینه های باد در مدت مشابه 63 درصد کاهش یافته است. اما در بسیاری از نقاط کشور، پنل‌های خورشیدی جدید اغلب در اواسط روز بدون کمک در عصرها، انرژی زیادی را تامین می‌کنند.

عدم تطابق بین تولید برق و مصرف برق عامل بدنام “منحنی اردک” است، نموداری با شکل پرنده ای که نشان می‌دهد نابرابری هر سال افزایش می‌یابد. این نابرابری، سازگاری شرکت‌های برق با تغییرات سریع تقاضا را دشوار می‌کند و به این معناست که منابع انرژی فسیلی مانند «نیروگاه‌های اوج‌پذیر» گاز طبیعی، برق را در عصرها تامین می‌کنند.

رابرت پیکنی، مدیر اجرایی Energy Vault می‌گوید: «اگر روزی بخواهیم بیشتر و بیشتر خود را از سوخت‌های فسیلی کنار بگذاریم و آن را با یک نسل تجدیدپذیر که متناوب است جایگزین کنیم، تنها راه حل این مشکل ذخیره‌سازی است.»

تنها Energy Vault نیست؛ بلکه استارت آپ دیگری به نام Gravitricity یک سیستم نمایشی 250 کیلوواتی ساخته است و در حال برنامه ریزی یک سیستم بزرگتر 4 تا 8 مگاواتی در یک شیفت معدن بلااستفاده است.

هزینه ذخیره سازی انرژی کلیدی است

ذخیره گرانشی تنها یک راه برای هموار کردن جهش های باد و خورشید است. باتری‌های بزرگی مانند Tesla Megapacks – نسخه‌هایی در مقیاس صنعتی از همان باتری‌هایی که انرژی تلفن یا وسیله نقلیه الکتریکی شما را تامین می‌کنند – به طور فزاینده‌ای در شبکه برق رایج هستند. «هیدرو پمپ‌شده»، شکل قدیمی‌تری از باتری گرانشی که آب را به مخزن سربالایی پمپ می‌کند و پس از بازگشت به سرازیری، نیرو تولید می‌کند، برای دهه‌ها مورد استفاده قرار گرفته است، اما توجه جدیدی را به خود جلب کرده است. روش‌های دیگر عبارتند از پر کردن محفظه‌های زیرزمینی با هوای فشرده، ذخیره هیدروژن که بعداً سلول‌های سوختی را تامین می‌کند، و ساخت انواع مختلف باتری‌ها مانند باتری‌های روی و باتری‌های جریانی.

هزینه عامل اصلی در تعیین اینکه چه فناوری ذخیره سازی غالب است، از جمله تولید اولیه و بهره‌برداری مداوم خواهد بود.

سلن لاو گفت که در پایان روز، همه چیز به قیمت یک تحلیلگر انرژی در شرکت مشاوره Cleantech Group خواهد رسید و برای ذخیره گرانشی، سؤالات در مورد هزینه کل همچنان وجود دارد.

در واقع، یک مطالعه وزارت انرژی ایالات متحده در سال 2022 به این نتیجه رسید که ذخیره انرژی گرانشی در تاسیسات کوچکتر نسبتاً گران است. جایی که مقرون به صرفه تر است، سیستم های با ظرفیت بالا است که برای مدت زمان نسبتاً طولانی – 10 ساعت یا بیشتر، نیرو تولید می کنند.

پیشنهاد خواندن: دانشمندان می گویند می توانند زمان را در یک سیستم کوانتومی به عقب بازگردانند

Energy Vault هزینه دو سیستم در دست ساخت را فاش نکرده است، اما موافق است که این فناوری مزایایی را برای نیازهای انرژی طولانی مدت ارائه می دهد.

اگرچه Energy Vault تنها گام‌های اولیه خود را در اثبات ارزش این فناوری برداشته است، دو مشتری به این نتیجه رسیده‌اند که امروز ارزش پرداخت برای آن را دارد. این شرکت گفت که سیستم 100 مگاوات ساعت در چین تنها اولین سیستم در آنجا است. این کشور انتظار دارد بعداً 4 گیگاوات ساعت تا 6 گیگاوات ساعت ظرفیت دیگر را تأمین کند – که 40 تا 60 برابر نیروگاه اولیه افزایش می‌یابد.

EVx انرژی Vault چگونه کار می‌کند؟

سیستم ذخیره سازی EVx گرانشی Energy Vault یک ساختمان مستطیل شکل غول پیکر است که تا حد زیادی به صورت خودکار کار می‌کند. در اینجا نحوه عملکرد آن آمده است.

آجرهای موجود در قلب سیستم هرکدام به ابعاد 3.5 در 2.7 در 1.3 متر (حدود 11 در 9 در 4 فوت) و وزن 24 متریک تن هستند. آنها از 99٪ خاک فشرده شده با مقداری آب و مخلوط پلیمر برای تثبیت آن با استفاده از دستورالعمل شرکت مواد ساختمانی مکزیکی Cemex ساخته شده‌اند. چگالی آنها 2.4 برابر آب و تقریباً به اندازه بتن است.

آجرها در کنار هم در داخل ساختمان ذخیره می‌شوند، مانند دومینوهایی که به هم چسبیده اند. قبل از اینکه آنها بالا یا پایین بیایند، یک سیستم واگن برقی هر آجر را سنگین می‌کند و آن را به سمت آسانسور می‌برد.

آجرها در هشت تراز بالای ساختمان قرار می‌گیرند تا انرژی را ذخیره کنند و به هشت سطح پایینی مربوطه برای تولید نیرو وارد می‌کنند. تروزین گفت که هر آجر که با سرعت 1.9 متر در ثانیه (6.23 فوت) پایین می‌آید، حدود یک مگاوات است. این مقدار برای تامین برق 2000 یخچال کافی است.

هنگامی که هر آجر به پایین می‌رسد، به صورت رباتیک به سیستم چرخ دستی منتقل می‌شود و به سمت مرکز ساختمان حرکت می‌کند.

طولانی‌تر کردن ساختمان، با مسیرهای واگن طولانی‌تر، به این معنی است که می‌توان آجرهای بیشتری را برای ساعت‌های بیشتری از تولید برق ذخیره کرد. عریض‌تر کردن ساختمان با آسانسورهای بیشتر به این معنی است که سیستم می‌تواند نرخ اوج توان بالاتری تولید کند.

در مورد کارایی، Energy Vault تضمین می‌کند که سیستم‌های EVx حداقل 80 درصد انرژی مورد نیاز برای بلند کردن آجرها و جابجایی آن‌ها از جمله عواملی مانند اصطکاک را تولید خواهند کرد. این راندمان کلی با آب پمپاژ شده قابل مقایسه است.

راهنمای کسب‌وکار Energy Vault سیستم کنترلی است که زمان و مکان آجرها را برای ذخیره‌سازی بهینه و حتی خروجی انرژی تعیین می‌کند.

بیل گراس، مدیر اجرایی Idealabs و یکی از بنیانگذاران Energy Vault که در کنفرانس Techonomy Climate در ماه مارس صحبت می‌کرد، گفت: «در حالی که ما در حال کاهش سرعت یکی در پایین هستیم، دیگری در حال بارگیری است و شروع به حرکت می‌کند.

حداکثر خروجی در سیستم چین 25 مگاوات و در سیستم تگزاس 18 مگاوات خواهد بود.

غلبه بر چالش های ذخیره سازی جاذبه

Energy Vault پس از ارزیابی چندین گزینه دیگر – شن در چرخ دستی‌ها، آب در مخازن، و بلوک‌های بتنی آویزان شده از جرثقیل‌ها، بر روی طرح فعلی‌اش استقرار یافت.

Energy Vault تمام جعبه های ذخیره انرژی خود را در سبد جاذبه قرار نمی‌دهد. قراردادی با شرکت گاز و الکتریک اقیانوس آرام کالیفرنیا می‌تواند منجر به ایجاد سیستمی برای تامین انرژی شهر کالیستوگا با ترکیبی از سلول‌های سوختی هیدروژنی و باتری‌ها تا 48 ساعت شود. تروزین گفت: سیستم های هیبریدی با جاذبه و ذخیره باتری نیز منطقی هستند، زیرا باتری ها می‌توانند به سرعت به افزایش یا کاهش واکنش نشان دهند.

با شروع تولید نیروگاه های Energy Vault، امسال باید ایده بهتری در مورد اینکه ذخیره سازی گرانشی واقعاً چگونه کار می‌کند، شروع کنیم. قانون گروه Cleantech گفت: «این سالی حیاتی برای Energy Vault خواهد بود.

این شرکت سودآور نیست و زیان خالص 78 میلیون دلاری را برای سال 2022 با درآمد 146 میلیون دلاری گزارش کرده است. و سهام آن طی سال گذشته 89 درصد سقوط کرده است، سرنوشتی که بسیاری از استارت آپ ها با مشکلات اقتصادی و سرمایه گذاران بدبین دچار شدند.

با این حال، Piconi از Energy Vault متقاعد شده است که این شرکت در مسیر درستی برای اقتصادی‌تر کردن ذخیره‌سازی انرژی است.

پیکنی گفت: “باد و خورشید اکنون بسیار ارزان تر از سوخت های فسیلی هستند… مشکل این است که ذخیره سازی معمولاً 10 تا 15 برابر آن است و ما باید به آنجا برسیم.

منبع: CNET