تینا مزدکی_در حالی که جهان به سمت استفاده از انرژی های تجدیدپذیر حرکت می کند چالش ذخیره سازی برق تولید شده از منابع ناپایداری مانند خورشید و باد بیش از پیش اهمیت پیدا کرده است. تولید انرژی در این روش ها تحت تأثیر شرایط آب وهوایی متغیر است و در عین حال تقاضای ناگهانی برای برق می تواند فشار زیادی بر شبکه های توزیع وارد کند. اینجاست که باتری های گرانشی وارد میدان می شوند. فناوری ای که برخلاف باتری های لیتیوم یونی به جای مواد معدنی کمیاب از یکی از ساده ترین نیروهای طبیعت یعنی گرانش برای ذخیره سازی انرژی استفاده می کند.
نیاز فوری به ذخیره انرژی
انرژی های تجدیدپذیر اگرچه قادر به تأمین مقادیر زیادی برق هستند اما تولیدشان همواره پایدار نیست. این در حالی است که تقاضای برق به ویژه با رشد خودروهای الکتریکی و توسعه هوش مصنوعی در حال افزایش است. شبکه های سنتی ممکن است توانایی هماهنگی بین عرضه و تقاضای متغیر را نداشته باشند و اینجاست که راهکارهای ذخیره سازی مانند باتری های گرانشی می توانند نقش مهمی ایفا کنند.
البته باتری های لیتیوم یونی به رغم استفاده گسترده ای که دارند مشکلاتی هم به وجود می آورند:
- استخراج لیتیوم و عناصر کمیاب آسیب های زیست محیطی و اجتماعی به همراه دارد.
- این باتری ها در طول زمان ظرفیت خود را از دست می دهند.
- بازیافت آن ها چالش برانگیز است.
- قیمت و عرضه آن ها تحت تأثیر زنجیره های تأمین جهانی به ویژه تسلط چین (با سهم ۷۲٪ از بازار جهانی) متغیر است.
باتری های گرانشی چگونه کار می کنند؟
اصل کارکرد این باتری ها ساده است آن ها انرژی را به شکل انرژی پتانسیل گرانشی ذخیره سازی می کنند. هنگامی که یک جرم سنگین (مانند بلوک های عظیم بتن یا حجم زیادی از آب) به ارتفاع بالاتری منتقل می شود انرژی در آن ذخیره می شود. سپس در زمان نیاز با پایین آوردن این جرم انرژی ذخیره شده به کمک یک ژنراتور یا توربین دوباره به برق تبدیل می شود.
در مقایسه با باتری های شیمیایی که به مرور زمان ظرفیت خود را از دست می دهند انرژی پتانسیل گرانشی دچار افت نمی شود. به شرطی که اجزای مکانیکی (مانند کابل ها قرقره ها و موتورهای بالابر) به درستی کار کنند این روش می تواند برای دهه ها انرژی ذخیره کند.
مدل های اولیه این فناوری در سیستم های نیروگاه های برق آبی تلمبه ای دیده شده است؛ جایی که آب به مخازن بالاتر پمپ شده و در مواقع نیاز از ارتفاع پایین می آید و توربین ها را به حرکت درمی آورد. با این حال این سیستم ها به جغرافیای خاصی نیاز دارند که در همه مناطق در دسترس نیست. در مقابل باتری های گرانشی جامد (که از بلوک های سنگین به جای آب استفاده می کنند) به راحتی در مناطق مختلف قابل احداث اند.
پروژه جسورانه چین: EVx
چین یکی از کشورهایی است که با همکاری شرکت سوئیسی Energy Vault در حال اجرای یک پروژه عظیم ذخیره سازی گرانشی در شهر رودونگ است. این سیستم که EVx نام دارد شامل برجی ۱۲۰ متری است که در مواقعی که برق مازاد در شبکه وجود دارد بلوک های ۲۴ تنی را به بالا منتقل می کند. سپس هنگام نیاز به برق این بلوک ها به آرامی پایین آورده شده و انرژی آن ها به الکتریسیته تبدیل می شود. ویژگی های کلیدی EVx شامل موارد زیر می شوند.
- ظرفیت: ۲۵ مگاوات توان خروجی و ۱۰۰ مگاوات ساعت ظرفیت ذخیره سازی
- راندمان: بیش از ۸۰٪ بازدهی در انتقال انرژی
- دوام: عمر مفید ۳۵ سال
- مصالح: استفاده از مواد محلی مانند خاک ماسه و پسماندهای بازیافتی که هزینه را نسبت به باتری های لیتیوم-یونی کاهش می دهد.
- مقیاس پذیری: چین پروژه های بیشتری را در این حوزه برنامه ریزی کرده از جمله ساخت سیستم هایی با ۶۶۰ مگاوات ساعت ظرفیت و یک پروژه ۲ گیگاوات ساعتی در مغولستان داخلی با سرمایه گذاری بیش از ۱ میلیارد دلار.
از نظر ژئوپلیتیکی این فناوری می تواند جذابیت بالایی برای کشورهایی داشته باشد که نمی خواهند به زنجیره تأمین لیتیوم چین وابسته باشند در نتیجه اگر این پروژه موفقیت آمیز باشد ممکن است سایر کشورها نیز به سمت استفاده از باتری های گرانشی حرکت کنند.
رویکرد Gravitricity در اسکاتلند
یک شرکت نوآورانه دیگر به نام Gravitricity در اسکاتلند روشی متفاوت را آزمایش کرده است. این شرکت به جای ساخت برج های بلند از تونل های عمیق معادن متروکه برای ذخیره انرژی استفاده می کند. در سال ۲۰۲۱ این شرکت یک سیستم آزمایشی ۲۵۰ کیلوواتی را در بندر لیث اجرا کرد که در آن دو وزنه ۲۵ تنی بالا و پایین برده شدند. این روش دو مزیت مهم دارد:
- کاهش هزینه ها: استفاده مجدد از معادن متروکه باعث کاهش هزینه های تخریب و همچنین ایجاد فرصت های شغلی در مناطق صنعتی قدیمی می شود.
- افزایش ظرفیت: برخی معادن دارای عمقی بیش از ۳ کیلومتر هستند که بسیار بیشتر از ارتفاع برج های معمولی است و بنابراین می توانند مقادیر زیادی انرژی را ذخیره کنند.
با وجود مزایای متعدد باتری های گرانشی مشکلاتی هم دارند:
- مقیاس پذیری محدود: برای ذخیره انرژی در مقیاس خانگی سیستم های گرانشی چندان کارآمد نیستند.
- هزینه اولیه بالا: اگرچه هزینه های عملیاتی این سیستم ها پایین است اما سرمایه گذاری اولیه برای ساخت برج های بلند یا بهره برداری از معادن می تواند بالا باشد.
- استهلاک قطعات مکانیکی: کابل ها قرقره ها و بالابرها در طول زمان فرسوده می شوند و نیاز به نگهداری مداوم دارند.
- محدودیت های فضایی: ساخت برج های بزرگ ممکن است در مناطق شهری دشوار باشد و نیاز به زمین های وسیع داشته باشد.
ترکیبی از فناوری ها
هیچ فناوری واحدی نمی تواند به تنهایی تمام نیازهای ذخیره سازی انرژی را برطرف کند. آینده سیستم های انرژی احتمالاً ترکیبی از باتری های گرانشی سیستم های برق آبی باتری های لیتیوم یونی پیل های سوختی هیدروژنی و ذخیره سازی گرمایی خواهد بود.
اما آنچه باتری های گرانشی را متمایز می کند دوام بالا استفاده از منابع در دسترس و استقلال از زنجیره های تأمین پرریسک مواد معدنی است. اگر این فناوری بتواند موانع مالی و فنی خود را پشت سر بگذارد می تواند نقش مهمی در کاهش انتشار گازهای گلخانه ای کاهش وابستگی به منابع محدود و ایجاد یک شبکه برق پایدارتر و مقاوم تر ایفا کند.
منبع: interestingengineering
۵۸۳۲۳