چگونه صدها آجر 24 تنی می توانند مشکل بزرگ انرژی تجدیدپذیر را برطرف کنند؟

یک آجر غول پیکر از خاک بسیار فشرده را تصور کنید که تقریباً به بزرگی یک کامیون وانت است اما تقریباً پنج برابر سنگین تر است و 24 تن وزن دارد. بالابری که با پنل‌های خورشیدی یا توربین‌های بادی کار می‌کند، این آجر غول پیکر را تا ارتفاع 300 فوتیِ یک ساختمان بلند بالا می‌برد و یک چرخ دستی آن را به داخل می‌برد. اما فقط همین نیست. یک سیستم خودکار با تابش خورشید و وزش باد، صدها آجر دیگر را مانند آب نبات های بزرگ جمع آوری و ذخیره می کند.
حال تصور کنید که سیستم کنترل ساختمان این صدها آجر را یکی پس از دیگری پایین می آورد و در این فرآیند ژنراتورهای برق را می چرخاند. آنها هر روز عصر با افزایش تقاضای برق خاموش می شوند، اما خروجی پنل خورشیدی کاهش می یابد.
در واقع، این ساختمان پر از آجر ، یک باتری غول پیکر است که انرژی را به جای مواد شیمیایی، با گرانش ذخیره می کند.
باتری های گرانشی راه حل بالقوه مهمی برای حل مشکلی جدی در انقلاب انرژی سبز هستند. با این باتری ها می توان اطمینان حاصل کرد که نه فقط زمانی که خورشید و باد ، برق را تامین می کنند  بلکه در زمان نیاز ما ، برق در دسترس است. 
اما این فقط یک ایده نیست. استارتاپ Energy Vault آزمایش امکان‌سنجی فناوری ذخیره‌سازی گرانشی را با دو سایت در ح

ال ساخت، یکی در رودونگ، چین، شمال شانگهای، و دیگری در اسنایدر، تگزاس، در حدود 250 مایلی غرب دالاس ،  به طور جدی آغاز کرده است. پایلوت قبلی این طرح 5 مگاوات نیرو تولید می کرد، اما این دو تاسیسات و با تامین برق مورد انتظار نشان خواهند داد که آیا ذخیره سازی گرانشی به اندازه کافی مقرون به صرفه و کارآمد برای کار در مقیاس بزرگ هست یا خیر.
انرژی به هنگام غروب خورشید
شاید فکر کنید که قرار دادن پنل‌های خورشیدی روی پشت بام به مبارزه با تغییرات اقلیمی کمک می‌کند، اما بدون ذخیره‌سازی این انرژی در خانه ، به محض غروب آفتاب ، برای روشن کردن چراغ‌های خانه‌تان و تمامی وسایل وابسته به برق مثل تلویزیون و ماشین ظرفشویی باید از گاز و سوخت های فسیلی که دی اکسید کربن تولید می کنند استفاده کنید.
استارتاپ Energy Vault فناوری خود را در مقیاس کوچکتر در دفتر مرکزی این شرکت با 170 نفر پرسنل در سوئیس آزمایش کرد. دو سیستم آزمایشی دیگرِ این استارتاپ که در دست ساخت قرار دارند، بسیار بزرگ هستند. سیستم چینی که برای شرکت چینی مدیریت و بازیافت زباله Tianying، ساخته شده است، در ساختمانی به ارتفاع 400 فوت قرار دارد و 100 مگاوات ساعت ظرفیت ذخیره سازی انرژی خواهد داشت. این میزان انرژی برای تامین برق 3400 خانه برای یک روز کامل کافی است و این سیستم باید تا ماه ژوئن امسال کامل شود. سیستم تگزاس، در یک ساختمان باریک با ارتفاع 460 فوت ، ظرفیت 36 مگاوات ساعت انرژی را برای شرکت Enel فراهم خواهد کرد.
پنل های خورشیدی و توربین های بادی اکنون برق را ارزان تر از نیروگاه های زغال سنگ و گاز طبیعی تولید می کنند و آن ها را به انتخابی واضح برای جایگزینی سوخت های فسیلی تبدیل می کنند. بر اساس گزارش شرکت مشاوره مالی و بانکداری آمریکایی Lazard، هزینه های انرژی خورشیدی از سال 2009 تا 2023 به میزان 83 درصد کاهش یافته است و هزینه های انرژی باد نیز در مدت مشابه 63 درصد کاهش یافته است. اما در بسیاری از نقاط کشور آمریکا، پنل های خورشیدی جدید اغلب فقط در میان روز ، برق مورد نیاز را تامین می کنند و هنگام عصر کمکی به تامین انرژی نمی کنند.
عدم تطابق بین تولید برق و مصرف برق عاملِ نموداری معروف به "منحنی اردک" است، نموداری به شکل پرنده که با گذر از هر سال، افزایش این نابرابری را نشان می دهد. این نابرابری، سازگاری شرکت‌های برق با تغییرات سریع تقاضا را دشوار می‌سازد و بدین معناست که منابع انرژی فسیلی مانند «نیروگاه‌های گاز طبیعی» ، برق را در شب تامین می‌کنند.
رابرت پیکنی، مدیر اجرایی استارتاپ Energy Vault می‌گوید: «اگر می‌خواهیم بیش از پیش خود را از سوخت‌های فسیلی دور کنیم و آن‌ها را با تولید انرژی های تجدیدپذیر جایگزین کنیم، ذخیره‌سازی تنها راه حل این مشکل است.
Energy Vault تنها نیست. یک استارتاپ نوپای دیگر به نام Gravitricity نیز یک سیستم آزمایشی 250 کیلوواتی ساخته است و در حال برنامه ریزی یک سیستم بزرگتر از 4 تا 8 مگاوات است.
هزینه ذخیره سازی انرژی، زیاد و قابل توجه است.
ذخیره سازی گرانشی تنها یکی از راه‌هایی است که مشکلات ناشی از انرژی باد و انرژی خورشیدی را از بین می‌برد. باتری‌های بزرگ‌تر مانند * تسلا مگاپک ، نسخه‌هایی در مقیاس صنعتی از همان باتری‌هایی هستند که انرژی تلفن یا وسیله نقلیه الکتریکی شما را تامین می‌کنند . این باتری ها به طور فزاینده‌ای در شبکه برق رایج هستند. «هیدرو پمپ یا همان نیروگاه تلمبه ذخیره‌ای »، شکل قدیمی‌تری از باتری گرانشی است که آب را به سمت بالا به داخل مخزن پمپ می‌کند و زمانی که به سمت پایین جریان می‌یابد، برق تولید می‌کند. هیدروپمپ چندین دهه است که مورد استفاده قرار می گیرد، اما به تازگی توجهات زیادی را به خود جلب کرده است. روش‌های دیگری هم مثل پر کردن محفظه‌های زیرزمینی با هوای فشرده، ذخیره‌سازی هیدروژن که بعداً سلول‌های سوختی را تامین می‌کند و ساخت انواع مختلف باتری‌ها مانند باتری‌های روی و باتری‌های جریانی وجود دارند.

(*تسلا مگاپک : یک محصول ذخیره‌سازی انرژی ثابت باتری لیتیوم یون قابل شارژ در مقیاس بزرگ است که برای استفاده در نیروگاه‌های ذخیره باتری در نظر گرفته شده است. هر مگاپک ، می تواند تا 3.9 مگاوات ساعت برق ذخیره کند. )
سیستم ذخیره سازی انرژی گرانشیِ استارتاپ Energy Vault ، این آجرهای 24 تنی را صدها فوت بالا می برد تا بتوان در صورت نیاز به برق انرژی زیادی را مهار و بازیابی کرد. آجرها از خاک فشرده با ماتریس پلیمری ساخته شده اند و با استفاده از یک سری چرخ دستی که در زیر آجرها قرار میگیرد، در داخل سیستم قفل می شوند.
استارتاپ EnergyVault 
چه در مراحل اولیه ساخت و چه در هنگام انجام عملیات مستمر ، هزینه ، عامل اصلی در تعیین این است که چه فناوری ذخیره سازی مورد استفاده قرار بگیرد.
سلین لاو، تحلیلگر انرژی در شرکت مشاوره تحقیقاتی "گروه تکنولوژی پاک "می گوید: « برای ذخیره سازیِ گرانشی، سوالاتی در مورد هزینه کل وجود دارد. در پایان همه چیز به صرفه تمام می شود.»
در واقع، نتیجه یک مطالعه در وزارت انرژی ایالات متحده در سال 2022 نشان می دهد که ذخیره انرژی گرانشی در تاسیسات کوچک نسبتاً گران است. ولی در سیستم های با ظرفیت بالا که برای مدت زمان نسبتاً طولانی ، 10 ساعت یا بیشتر، نیرو تولید می کنند، ذخیرۀ انرژی گرانشی مقرون به صرفه تر است.
استارتاپ EnergyVault هزینه دو سیستم آزمایشی در دست ساختِ خود را فاش نکرده است، اما معتقد است که این فناوری مزایایی را برای نیازهای بلندمدت برق ارائه می دهد.
عامل ایجاد هزینه در زمان استفاده از باتری ، طول عمر آن است. باتری‌ها با هر بار استفاده شدن ، ظرفیت خود را از دست می‌دهند، همان‌طور که باتری تلفن همراه شما پس از چند سال استفاده دوام زیادی ندارد، اما اجزای ذخیره‌سازی جاذبه مانند قرقره‌ها و ژنراتورها را می‌توان حفظ کرد.
مارکو تروزین، مهندس مکانیک و مدیر ارشد محصولات تجاری استارتاپ EnergyVault می گوید: «چیزی که  پیشنهاد ما را با ارزش می کند ، عدم خوردگی محیط ذخیره سازی انرژی است. ما ضمانت حداقل 35 ساله برای این سیستم ارائه می دهیم.»
درست است که استارتاپ EnergyVault تنها اولین گام را برای اثبات ارزش این فناوری برداشته است، ولی دو مشتری به این نتیجه رسیده اند که این فناوری،در همین مرحله ارزش پرداخت را دارد. به گفته این شرکت این نوع سیستم 100 مگاوات ساعتی در چین برای اولین بار ساخته می شود. چین امیدوار است که بعدها 4 تا 6 گیگاوات ساعت ظرفیت دیگر را تأمین کند ،که این یک افزایش 40 تا 60 برابری نسبت به نیروگاه اولیه است .

سیستم ذخیره سازی انرژی گرانشی  EnergyVault چگونه کار می کند؟
سیستم ذخیره سازی انرژی گرانشی استارتاپ Energy Vault یک ساختمان مستطیل شکل عظیم است که تا حد زیادی به صورت خودکار کار می کند.
ابعاد هر آجر در مرکز سیستم 3.5 *2.7 * 1.3 متر (حدود 11 * 9 * 4 فوت) و وزن آن 24 تن است. 99٪ این آجرها با استفاده از دستور العمل شرکت مصالح ساختمانی مکزیکی Cemax، از خاک فشرده شده با مقداری آب و مخلوط پلیمری برای تثبیت آن ساخته شده اند و چگالی آنها 2.4 برابر آب و شبیه بتن است.
اولین سیستم ذخیره انرژی مبتنی بر گرانش در مقیاس بزرگ شرکت Energy Vault در رودونگ،در چین، صدها فوت ارتفاع دارد.

استارتاپ EnergyVault 
آجرها در داخل ساختمان ، مانند دومینوهای به هم چسبیده، در کنار هم قرار می گیرند. قبل از بالا یا پایین رفتن، یک سیستم واگن برقی هر آجر را برمی دارد و به آسانسور می برد.
آجرها برای ذخیرۀ انرژی هشت طبقه بالا میروند و در طبقه هشتم ساختمان قرار می گیرند و برای تولید برق هم هشت طبقه پایین می آیند. به گفتۀ تروزین هر آجر،زمانی که با سرعت 1.9 متر در ثانیه (6.23 فوت) پایین می آید، حدود یک مگاوات برق تولید می کند که این مقدار برای تامین برق حدود دو هزار یخچال کافی است.
هنگامی که هر آجر به پایین می رسد، به صورت رباتیک به یک سیستم واگن برقی منتقل می شود و به سمت مرکز ساختمان رانده می شود.
بلندتر کردن ساختمان با مسیرهای ریلی چرخدار بلندتر به این معنی است که می‌توان برای تولید ساعت‌های بیشتر برق، آجرهای بیشتری را ذخیره کرد. عریض‌تر کردن ساختمان و استفاده از بالابرهای بیشتر هم به این معنی است که این سیستم می‌تواند توان بالاتری تولید کند.
در مورد عملکرد هم ، شرکت Energy Vault تضمین می‌کند که این سیستم ذخیره سازی انرژی گرانشی حداقل 80 درصد انرژی مورد نیاز خود برای بلند کردن آجرها و جابجایی آن‌ها را از جمله عواملی مانند اصطکاک تولید می‌کند. این راندمان کلی با راندمان آبی نیروگاه تلمبه ذخیره‌ای قابل مقایسه است.
نکتۀ کلیدی کسب‌وکار Energy Vault سیستم کنترلی است که تصمیم می‌گیرد چه زمانی و کجا آجرها را برای ذخیره‌سازی بهینه و حتی تولید انرژی قرار دهد.
بیل گراس، مدیرعامل Idealabs و یکی از بنیانگذاران استارتاپ EnergyVault، در کنفرانس تکنولوژی آب و هوایی در ماه مارس، گفته: «در حالی که ما یک آجر را به پایین می رسانیم و از تعداد آجرها کم می کنیم، آجر بعدی در حال بارگیری است و شروع به شتاب گیری می کند.»
حداکثر خروجی در سیستم چین 25 مگاوات و در سیستم تگزاس 18 مگاوات خواهد بود.
غلبه بر چالش های ذخیره سازی گرانش
EnergyVault پس از ارزیابی چندین گزینه دیگر مثل ذخیرۀ شن در چرخ دستی‌ها،ذخیرۀ آب در مخازن ، بلوک‌های بتنی آویزان از جرثقیل‌ها ، به طراحی فعلی خود رسیده و به آن پایبند بوده است.
سیستم ذخیره سازی انرژی گرانشی برای رفع مشکلات این طرح ها طراحی شده است. این آجرها در برابر آب و هوا مقاوم هستند ، به این معنی که مثلاً آجرها خیس نمی شوند یا در هوا پراکنده نمی شوند .
شرکت EnergyVault تمام تخم‌های خود را در یک سبد قرار نداده و برای ذخیرۀ انرژی فقط از نیروی جاذبه استفاده نمی کند . این استارتاپ قراردادی با شرکت گاز و برق اقیانوس آرام کالیفرنیا بسته است که می‌تواند منجر به سیستمی شود که سلول‌های سوختی هیدروژنی و باتری‌ها را ترکیب می‌کند و می تواند برق شهر کالیستوگا را تا ۴۸ ساعت در روز تامین کند. به گفتۀ تروزین ، یک سیستم ترکیبی از نیروی جاذبه و ذخیره باتری نیز منطقی به نظر می رسد، زیرا باتری می تواند خیلی سریع به بالا آمدن یا پایین رفتن واکنش نشان دهد.
باتوجه به اینکه نیروگاه های Energy Vault در حال تولید برق هستند، ما باید در سال جاری درک بهتری از نحوه عملکرد ذخیره سازی گرانشی داشته باشیم. سلین لاو از گروه تکنولوژی های پاک می گوید: «امسال، سال مهمی برای EnergyVault خواهد بود. دلیل آن بعدا مشخص خواهد شد.»
این شرکت سودآور نیست و با درآمد 146 میلیون دلاری ، زیان خالص 78 میلیون دلاری را برای سال 2022 ثبت کرده است. سهام آن نیز در طول سال گذشته 89 درصد سقوط کرده است و همانند بسیاری از استارت آپ ها با مشکلات اقتصادی و سرمایه گذاران بدبین مواجه شده است.
با این حال، رابرت پیکنی مدیر اجرایی شرکت EnergyVault اطمینان دارد که این شرکت در مسیر درستی برای مقرون به صرفه‌تر کردن ذخیره‌سازی انرژی قرار دارد.
پیکنی می گوید: «باد و خورشید اکنون بسیار ارزان‌تر از سوخت‌های فسیلی هستند. مشکل ذخیره‌سازی است که معمولاً 10 تا 15 برابر بیشتر هزینه دارد . ما باید به استفاده مقرون به صرفه از آنها برسیم.»
منبع: www.cnet.com

افراد دارای مهارت در این زمینه

در صورتی که در این زمینه تخصص یا مهارتی دارید، پس از ثبت نام در سایت و تکمیل فرم مشخصات شخصی ، پروفایل خود را به لیست زیر اضافه نمایید .