” Sun in a box ” روشی نوین برای ذخیره سازی انرژی تجدیدپذیر

محققان دانشگاه MIT یک طرح نوین برای ذخیره سازی انرژی حاصل از منابع تجدید پذیر را ارائه داده اند که بکمک آن میتوان انرژی الکتریکی تولیدی از منابع باد و خورشید را ذخیره نمود و در زمان نیاز مجددا به شبکه برق ارسال کرد. چنین طرحی میتواند برای تامین برق یک شهر کوچک برای تمام مدت شبانه روز مناسب باشد.

طرح جدید، مازاد برق تولد شده از نیروگاههای بادی و خورشیدی را ابتدا به گرما تبدیل کرده و آن را در مخازن بزرگ حاوی مایع سفید رنگ سیلیکون مایع ذخیره مینماید. این مایع سیلیکونی سفید رنگ در دمای بالا از خود نور صاتع میکند. سپس نور حاصل در زمان نیاز، به الکتریسیته تبدیل میشود. محققان تخمین میزنند که چنین سیستمی پرکاربرد تر از باطریهای لیتیوم-یون باشد که بعنوان روشی توجیح پذیر، هرچند گرانتر، برای ذخیره انرژی تجدیدپذیر استفاده میشود. آنها پیشبینی میکنند که این سیستم نصف هزینه ذخیره سازی بروش پمپهای هدروالکتریکی، که ارزانترین شکل ذخیره سازی برق در مقیاس شبکه های برق تا به امروز بوده است، را داشته باشد.

در حال حاضر اگر بخواهیم شبکه برق را تنها بر اساس منابع تجدید پذیر بنا کنیم، امکان پذیر نمیباشد چرا که منابع تجدیدپذیر قادر به تامین انرژی مورد نیاز در زمان تقاضا و بطور دائم نیستند. لذا شما همچنان به منابع فسیلی برای جبران ناپیوستگی آن نیاز خواهید داشت.

تحقیق جدید در صورت تکمیل شدن میتواند این مشکل بزرگ را حل نماید و مشکلات مرتبط با محیط زیست و گرمایش زمین را حل نماید. نتایج این تحقیق در مجله Energy and Environmental Science منتشر شده است.

این دست آورد در واقع از پروژه ای آغاز شد که محققان در جستجوی روشی برای افزایش راندمان نوعی از انرژی تجدیدپذیر بودند که به عنوان (CSP) concentrated solar power شناخته میشود. برخلاف نیروگاههای خورشیدی معمولی که از پنلهای خورشیدی برای تبدیل مستقیم نور به برق استفاده میکنند، CSP نیاز به زمین وسیع و آینه های بزرگ برای متمرکز نمودن نور خورشید بر روی یک برج مرکزی دارد که در آن ابتدا انرژی نور خورشید به گرما تبدیل میگردد و سپس این گرما برای تولید بخار و سپس برق در توربینهای بخار بکار بسته میشود. علت جذاب بودن این روش، این است که ذخیره سازی گرما از ذخیره سازی برق ارزانتر است.

نیروگاههای CSP گرمای حاصل را در تانکهای حاوی نمک مذاب ذخیره میکنند که میتواند دمایی بالاتر از ۱۰۰۰ درجه فارنهایت را داشته باشند. در زمان تقاضا برای برق، نمک داغ به درون مبدلهای حرارتی انتقال می یابد تا حرارت خود را به بخار منتقل کند. بخار داغ حاصل سپس در توربین بخار برای تولید برق استفاده میشود.

این تکنولوژی برای مدتهاست که استفاده میشود، اما هزینه آن برای رقابت با گاز طبیعی به اندازه کافی پائین نبود. بنابر برای کاهش هزینه و رقابتی کردن آن، بر بالا بردن دمای نقطه کار این سیستمها تمرکز گردید. ولی، دمای بالا، خود باعث خورده شدن بدنه فلزی مخازن توسط نمک میشود. لذا تیم تحقیقاتی بدنبال تولید ماده ای غیر از نمک بودند که بتواند تا دماهای بالاتری، انرژی را در خود ذخیره کند. آنها تلاش خود را بر روی سیلیکون مایع معطوف نمودند که به مقدار زیاد بر روی زمین یافت میشود و قادر است تا دمای بالاتر از ۴۰۰۰ درجه فارنهایت را تحمل نماید. استفاده از چنین مایعی با دمای بالا مستلزم آن است که تمامی تجهیزات مورد استفاده در این سیستم نیز تحمل و توان کار در چنین دمای را داشته باشند. یکی از مهمترین تجهیزات در این زمینه، پمپ میباشد که برای انتقال مایع از مخازن به مبدلها مورد نیاز میباشد. سال گذشته این تیم موفق به ساخت پمپی شدند که به اندازه کافی برای چنین گرمایی مقاوم باشد و بتواند برای انتقال سیلیکون مایع از مخازن ذخیره مورد استفاده قرار گیرد. در ساخت این پمپ از سرامیک بجای فلز استفاده شده است. این پمپ از نظر میزان مقاومت حرارتی، در کتاب رکوردهای گینس ثبت شده است. حال، تیم تحقیقاتی میتوانست به طراحی سیتمهای ذخیره سازی سیلیکون مذاب بپردازند که در آن از چنین پمپهای بتوان استفاده کرد.

آنها نتایج حاصله را برای ذخیره سازی انرژی تجدیدپذیر متمرکز ساخته اند که اصلاحا TEGS-MPV  نامیده میشود که در سیستمهای خورشیدی حرارتی میتواند استفاده گردد. بجای استفاده از آینه ها برای متمرکز کردن نور خورشید و تولید حرارت، میتوان برق تولید شده از منابع تجدیدپذیر را در هیترهای برقی به گرما تبدیل نمود. این سیستم میتواند با سیستمهای انرژی تجدیدپذیر فعلی ترکیب گردد تا انرژی حاصل از نیروگاههای خورشیدی را در هنگام روز دریافت کرده و برای استفاده در زمان دیگر، خصوصا شب هنگام، ذخیره نماید. بعنوان مثال، در فصول گرم سال، حتی بعد از غروب خورشید، هوا گرم میباشد و استفاده از کولر مورد نیاز است. ولی سیستمهای فتوولتائیک بعد از غروب خورشید قادر به تولید برق نیستند و شما نیاز به انرژی ذخیره شده ای دارید که در حین روز ذخیره شده باشد. اکنون این روش میتواند بکمک شما بیاید و مازاد انرژی تولیدی در روز را که ذخیره شده، مجددا مورد استفاده قرار دهد.

این سیستم شامل مخازن بزرگ و عایق شده با قطر ۱۰ متر که از جنس گرافیت ساخته شده است خواهد بود که با مایع سیلیکون در دمای ۳۵۰۰ درجه فارنهایت پر میشود. یک مجموعه لوله که مجهز به هیتر برقی میباشد این تانک را به تانک دیگری مرتبط میکند. برق تولیدی از نیروگاههای خورشیدی در هیترهای برقی به گرما تبدیل میشود. سیلیکون مذاب در مسیر انتقال از مخزن اول به مخزن دوم، حرارت تولیدی را جذب کرده و در مخزن دوم با دمای حدود ۴۳۰۰ درجه ذخیره میشود.  بعد از غروب خورشید اگر نیاز به برق افزایش یابد، سیلیکون مایع داغ که اکنون نور سفیدی را از خود منتشر میکند، بداخل لوله های مذکور که نوری را از خود ساطع میکند فرستاده میشود. سلولهای خورشیدی مخصوص که فتوولتائیکهای چندگانه نامیده میشوند، نور دریافتی را به الکتریسیته تبدیل میکنند که میتواند به شبکه برق ارسال گردد. سیلیکون خنک شده در این فرایند میتواند بداخل تانک دیگر (با دمای پائین) ارسال گردد. این پروسه بدفعات میتواند تکرار گردد که شبیه باطریهای قابل شارژ میباشد.

تانکها یی با جداره ضخیم و عایقکاری شده برای ذخیره سازی این مایع مذاب مورد نیاز میباشد. به نحوی که با وجود دمای بسیار بالای داخل تانک، سطح بیرونی آن می بایست هم دمای محیط باشد. برای ساخت چنین مخازنی، ماده گرافیت پیشنهاد شده است. اما نگرانی این است که سیلیکون در چنین دمایی با گرافیت واکنش داده و تولید کاربید سیلیکون میکند که خورنده میباشد.

برای تست این قابلیت، محققان نمونه آزمایشگاهی از تانک گرافیتی ساخته و آنرا با سیلیکون مایع پر کردند و آنرا برای مدت ۶۰ دقیقه در دمای ۳۶۰۰ درجه فارنهایت قرار دادند. در اینحالت کاربید سیلیکون تشکیل گردید اما بجای خوردگی در تانک، یک لایه نازک محافظ ایجاد گردید. این لایه به گرافیت چسبیده و از آن در مقابل خوردگی محافظت میکند. با این دستاورد، میتوان مخزن را از هر ماده دیگری ساخته و بر روی آن چنین لایه ای را ایجاد کرد و در مقابل خوردگی سیلیکون محافظت نمود. همچنین بدلیل بزرگی ابعاد مخزن امکان ساخت یکپارچه آن وجود ندارد  و از به هم متصل نمودن چندین قطعه بزرگ ساخته میشود. با این وجود حتی ساخت چنن قطعات بزرگی از گرافیت نیز غیرممکن میباشد. با دستیابی به ایجاد چنین لایه محافظی میتوان قطعات مخزن را از موادی غیر از گرافیت ساخت و محل اتصاله را براحتی سیل بندی نمود. در گزارش ارائه شده توسط این تیم تحقیقاتی اعلام شده که حتی قادر هستند هر گونه نشتی در اجزای پیچ شونده گرافیت با پیچهای فیبر کربنی را، با استفاده از گرافویل  یا همان گرافیت انعطاف پذیر، سیل بندی کنند

محققان تخمین میزنند که این سیستم ذخیره سازی میتواند انرژی لازم برای تامین برق یک شهر یکصد هزار نفری را از منابع تجدیدپذیر تامین نماید. تکنولوژیهای مختلف، روشهای متعددی را برای ذخیره سازی انرژی های تجدیدپذیر ارائه داده اند ولی استفاده از مواد جامد و سطوح بالای دما، مرزهای این تکنولوژیها را گسترده تر میکند. استفاده از سیستم جدید محدودیت جغرافیایی ندارد. این قابلیتی هست که در سیتمهای ذخیره سازی پمپاژ هیدروالکتریکی که فقط در مکانهایی که دسترسی به آب سدها و آبشارها  میتواند کاربرد داشته باشد، وجود ندارد.

 

منبع:

https://scitechdaily.com/sun-in-a-box-stores-renewable-energy-delivers-it-on-demand/amp/

مطالب مرتبط

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد.




ارسال