ذخیره ی انرژی خورشیدی در زیر زمین

فناوری ، فناوری صنعتی ،
367 بازدید
ذخیره ی انرژی خورشیدی در زیر زمین
ذخیره ی انرژی خورشیدی در زیر زمین و بهره بردن از آن در مواقعی که خورشید در آسمان نیست

به گفته‌ی پژوهشگران، شبکه‌های توزیع برق کنونی توانایی ذخیره‌ی کارامد انرژی الکتریکی را ندارند و در نتیجه این سیستم‌ها ثبات و کارایی لازم را نخواهند داشت. پژوهشگران روش جدیدی را برای ذخیره‌ی انرژی الکتریکی مازاد در زیر زمین و بهره‌گیری از آن به هنگام نیاز پیشنهاد داده‌اند.

تصویر بالا توربین‌های بادی و پنل‌های خورشیدی را نشان می‌دهد. پژوهشگران می‌گویند که گرمای انباشته شده در بالای کلکتورهای (collector) خورشیدی می‌تواند در زیر خاک یا صخره‌ها ذخیره شده و در زمستان برای گرمایش خانه‌ها به کار برده شود. کاربرد الکتریسیته‌ی اضافه‌ای که از باد به دست می‌آید می‌تواند همزمان با کلکتورها گرما تولید کند که این گرما را می‌توانیم ذخیره کنیم و در هنگام نیاز به کار ببریم.

یک بررسی تازه نشان می‌دهد که ژنراتورهای بادی، آبی و خورشیدی از نظر تئوری می‌توانند منجر به ساخت شبکه‌های برقی قابل اطمینان شوند که این شبکه‌ها با به کارگیری منابع ذخیره‌ی ارزان، بسیار کارامدتر خواهند بود.

در چند سال اخیر، مارک یاکوبسن (Mark Jacobson) پروفسور دانشگاه استنفورد در زمینه‌ی مهندسی عمران و محیط‌زیست و همکارش مارک دلوچی (Mark Delucchi) از دانشگاه برکلی کالیفرنیا برنامه‌هایی را ارائه داده‌اند که توانایی هر یک از ایالت‌های امریکا را برای تغییر سوخت نیروگاه‌هایشان از سوخت‌های فسیلی به انرژی‌های تجدیدپذیر نشان می‌دهد، این برنامه‌ها با بهره‌گیری از مدل‌های کامپیوتری به دست‌ آمده‌اند.

در یک بررسی که به تازگی در گزارش آکادمی ملی علوم امریکا هم منتشر شده است، آنها با به کارگیری محاسبات انجام شده درباره‌ی شمار ژنراتورهای بادی، آبی و خورشیدی مورد نیاز در هر ایالت برای جایگزینی سوخت‌های فسیلی با انرژی‌های تجدیدپذیر به نتایج خوبی رسیدند. این ژنراتورها با منابع ذخیره‌ی ارزان ترکیب می‌شوند و از سویی با برنامه‌ای به نام پاسخگویی بار هماهنگ خواهند شد که در این برنامه شرکت‌های خدماتی برقی باید مشتری‌ها را برای کنترل مصرف برق در ساعت‌های اوج مصرف تشویق کنند.

تلاش برای کاربرد در زیر زمین

سیستم پیشنهادی به علت نیاز به تامین برق در ساعات اوج مصرف به توانایی ذخیره‌سازی و بازیابی گرما، سرما و الکتریسیته  وابسته هستند. گرمای تابستانی انباشته شده در کلکتورهای خورشیدی می‌تواند زیر خاک یا صخره‌ها ذخیره شده و برای گرمایش خانه‌ها در زمستان به کار گرفته شود. همچنین الکتریسیته‌ی مازاد و ارزان می‌تواند برای ساختن یخ به کار رود که این یخ‌ها می‌توانند در زمان‌هایی که هزینه‌ی برق گران‌تر است برای کارهای سرمایشی کاربرد داشته باشد.

الکتریسیته‌ی مازاد همچنین می‌تواند برای تولید برق بیشتر به کار برده شود. با ساختن نیروگاه‌های متمرکزکننده‌ی توان خورشید و نیروگاه تلمبه ذخیره‌ای می‌توان از الکتریسیته‌ی مازاد گفته‌ شده برای تولید برق بیشتر بهره برد. این تسهیلات می‌توانند زمینه‌های انگیزشی ایجاد کنند تا مردم در ساعات اوج مصرف، در مصرف برق صرفه‌جویی کنند.

در برنامه‌ی یاکوبسن، هیدروژن می‌تواند به عنوان ماده‌ی واسطه برای ذخیره‌سازی استفاده شود. در ساعاتی که مصرف کم است، از الکتریسیته‌ی مازاد می‌توان برای ساخت هیدروژن استفاده کرد و این هیدروژن در ادامه‌ی فرآیند می‌تواند در سلول‌های سوختی ذخیره شده و برای راه‌اندازی برخی وسایل نقلیه به کار رود.

مدل تازه‌ی یاکوبسن یک کشور تمام الکتریکی را پیش‌بینی می‌کند که این کشور به طور کامل به برق وابسته بوده و همه‌ی ساختارهای این کشور با برق کار می‌کنند. خودروها، قطارها، اتوبوس‌ها، صنعت، گرمایش و سرمایش همگی با برق کار می‌کنند و برق مورد نیاز برای همه‌ی آنها از باد، آب و نور خورشید به دست می‌آید.

نیازی به زغال‌سنگ، گاز طبیعی، سوخت‌های زیستی (biofuel)، سوخت هسته‌ای یا میدان‌های بزرگ باتری برای ذخیره‌ی انرژی نخواهد بود. چنین دنیایی اگر از روی برنامه‌ی پیشنهادی وی ساخته شود احتمالا در سال ۲۰۵۰ می‌تواند عملی شده و یک کشور کاملا الکتریکی با هوا و سوخت پاک وجود خواهد داشت.

بررسی‌های اخیر یاکوبسن توجهات زیادی را به خود جلب کرده است اما منتقدان عقیده دارند که ساختن یک شبکه‌ی برق‌رسانی ملی بدون کاربرد زغال‌سنگ یا گاز طبیعی برای توان زمینه‌ای کمی دشوار به نظر می‌رسد و این نیروگاه برای تامین کمبودهای محتمل در مواقع اوج مصرف خیلی قابل اطمینان به نظر نمی‌رسد. چون وزش باد همیشه در دسترس نیست، درخشش خورشید همیشه به یک اندازه نیست و باتری‌هایی که بتوانند برق‌های تولیدی این شبکه‌ها را ذخیره کنند هنوز در دسترس نیستند و فناوری آن‌ها برای ذخیره و مدیریت برق یک کشور راه بسیاری در پیش دارد. یاکوبسن در این مورد می‌گوید:

شرکت‌های برق و دیگر نهاد‌هایی که در برابر سوخت‌های تجدیدپذیر واکنش منفی نشان داده‌اند همواره درباره‌ی این که چراغ‌ها خاموش خواهند شد و شبکه به خوبی کار نخواهد کرد و همچنین درباره‌ی هزینه‌های فراوان نگه‌داری یک شبکه‌ی پاک و تجدیدپذیر ابراز نگرانی کرده‌اند. کسانی که در این مورد شک دارند هرگز درباره‌ی یک سیستم ۱۰۰ درصد پاک و تجدید پذیر بررسی‌های لازم را انجام نداده‌اند. سیستمی که ما از آن صحبت می‌کنیم برای همه‌ی اهداف ما کاربرد خواهد داشت، به ویژه اهدافی که در راستای ترکیب منابع ذخیره ارزان با برنامه‌های پاسخ‌گویی بار و همچنین برنامه‌های مرتبط با کاربرد هیدروژن در این الگو گنجانده شده‌اند.

یاکوبسن همچنین عضو ارشد انستیتوی چوب استنفورد در زمینه‌ی محیط‌زیست و عضو انستیتوی پریکورت در زمینه‌ی مرتبط با انرژی است و در نوزده نوامبر ۲۰۱۵ هم طرحی از پژوهش‌های خود را برای کنگره گردآوری کرده است.

بازسازی شبکه

یاکوبسن و همکارانش بتانی فرو (Bethany Frew)، عضو آزمایشگاه ملی انرژی‌های تجدیدپذیر و مری کامرون (Mary Cameron) دانشجوی دکترا، در بررسی جدیدشان پیشنهاد دادند که کاربرد روش‌های ارزان پیشنهادشده برای ذخیره‌ی انرژی سبز (تجدید پذیر) و استفاده از این انرژی‌های ذخیره شده‌ی در ساعات اوج مصرف، می‌تواند برای برقراری تعادل در مدیریت مصرف الکتریسیته طی ساعات و زمان‌های مختلف سودمند باشد. در طی یک دقیقه، روز، هفته یا سال معین می‌توان بین مقادیر متغیر نیاز به انرژی الکتریکی در جوامع و همچنین مقدار تغییرات گرما و سرما تعادل ایجاد کرده و به یک روند ثابت دست یافت.

همه‌ی انرژی خام مورد نیاز این سیستم می‌تواند از راه باد، آب و نور خورشید فراهم شود و به هیچ وجه گاز طبیعی، سوخت‌های گیاهی، زغال یا انرژی هسته‌ای به کار برده نخواهد شد. کاهش به دست آمده در آلودگی هوا می‌تواند سالانه جان هزاران انسان را نجات دهد. در حال حاضر سالانه بین ۶۰ تا ۶۵ هزار نفر در امریکا در اثر آلودگی هوا جان خود را از دست می‌دهند.

برای نشان دادن نمونه‌های کاربردی از این فناوری، یاکوبسن به مجموعه‌ی خورشیدی دریک لندینگ (Drake Landing) در کانادا نزدیگ شهر کالگاری اشاره می‌کند. در آن ناحیه، ۵۲ خانه‌ در زمستان با انرژی خورشیدی گرم می‌شوند که این انرژی از انرژی خورشیدی ذخیره شده در زیر زمین به دست می‌آید. آب تا دمای ۸۰ درجه سانتی‌گراد توسط خورشید گرم شده و با استفاده از تیوب‌های عایق در زیر زمین و در عمق ۳۶ متری و در عایق‌کاری کامل نگه داشته می‌شود. به گفته‌ی یاکوبسن گرمای ذخیره شده برای گرمایش خانه‌های آن منطقه در زمستان کافی است.

یک کشور تمام الکتریکی از چند ویژگی اصلی بهره‌مند خواهد بود. هزینه‌ی الکتریسیته به ازای هر کیلووات‌ساعت در سیستم پیشنهادی یاکوبسن تقریبا به اندازه‌ی هزینه‌ی همان مقدار انرژی از سوخت‌های فسیلی خواهد بود و البته کاربران ۳۰ درصد کم‌تر خرج خواهند کرد چون در این سیستم مقدار توان کمتری مصرف می‌شود و کارایی موتورهای الکتریکی از موتورهای احتراق داخلی بیشتر خواهد بود.

به گفته‌ی یاکوبسن هزینه‌ی ذخیره‌ی انرژی در زیر زمین از هزینه‌ی ذخیره در باتری‌ها ارزان تر است. برخی از توربین‌های بادی امروزه هنگامی که نیاز آنی به برق وجود ندارد خاموش می‌شوند چون هزینه‌ی ذخیره‌سازی انرژی‌ بالاست و صرفه‌ی اقتصادی ندارد. استفاده از الکتریسیته‌ی مازاد بر مصرف در راه ایجاد گرما و ذخیره‌ کردن این گرما به همراه گرمای حاصل از کلکتورهای خورشیدی در زیر زمین، دسترسی به منابع ذخیره‌ی انرژی را ارزان‌تر و آسان‌تر خواهد کرد.

کاربرد انرژی زیرزمینی و گونه‌های دیگر از منابع ذخیره‌ی انرژی که یاکوبسن پیشنهاد می‌کند بسیار ارزان‌تر از روش ذخیره‌سازی در باتری است. هم اکنون ذخیره‌ی هر کیلووات‌ساعت برق در یک باتری هزینه‌ای حدود ۳۵۰ دلار خواهد داشت که در مقایسه با این روش، هزینه‌ی ذخیره‌سازی در زیر خاک حدود ۱۰۰ برابر ارزان‌تر خواهد بود. همچنین، ذخیره‌سازی در متمرکزکننده‌ی توان خورشیدی، نیروگاه تلمبه ذخیره‌ای و مخازن برق‌آبی به اندازه‌ی ۱۰ برابر ارزان‌تر خواهند بود.

یاکوبسن می‌گوید

مشکل آلودگی هوا و گرم شدن کره‌ی زمین از بین می‌رود و هزینه‌ها‌ی سوخت به ثبات خواهند رسید و با این کاهش هزینه می‌توان حدود دو میلیون شغل در امریکا فراهم کرد. وابستگی کشورها به خریدوفروش سوخت‌های فسیلی کاهش یافته و خطر قطع انرژی که منجر به تروریسم یا رکود اقتصادی می‌شود از بین خواهد رفت چون انرژی بیشتری در مناطق بزرگ‌تر توزیع می‌شود. بیشتر انرژی باید به شکل محلی پخش شود، شما می‌توانید آلودگی‌های سوختی را ریشه‌کن کنید چون دیگر نیازی به بردن سوخت در تانکرها و از میان اقیانوس‌ها نخواهد بود. همچنین دیگر نیازی به استفاده از قطارها و ماشین‌های باربری برای بردن زغال‌سنگ‌ها نخواهد بود. سیستم روش‌های پیشنهادی ما برای متعادل نگه داشتن شبکه‌ی برق می‌تواند در بسیاری از نقاط جهان به خوبی کار کند.


منبع: sciencedaily

رمز تمام فایل های فشرده
رمز فایل فشرده است.