اگه می‌شد چیزی ساخت که بشه باهاش انرژی رو ذخیره کرد، اونوقت استفاده از انرژی‌های نو ساده‌تر می‌شد. یکی از مشکلاتی که انرژی‌های نو دارند اینه که همیشه در دسترس نیستند و طبیعت اونها رو کنترل میکنه. برای مثال اگه برای مدت طولانی وزش باد متوقف بشه، توربین‌ها دیگه قادر به تولید برق نیستند. در این شرایط باید راه‌هایی رو پیدا کرد که بشه برق رو برای چنین لحظاتی ذخیره کرد.
باتری‌های الکتریکی شاید اولین راه برای ذخیره الکتریسیته باشند. اما ساختن باتری‌ها کار ساده‌ای نیست و طول عمر اونها هم محدوده. چه راه‌های دیگه‌ای برای ذخیره انرژی به ذهنتون می‌رسه؟
من یه چیزی مدت‌ها پیش تو ذهنم بود. وقتی یه کم حساب کتاب کردم به نظرم عملی اومد. فرض کنید ما یک خونه داریم که سلول‌های خورشیدی روی اون نصب شده. در طول روز که ما خونه نیستیم و مصرف زیادی نداریم باید بتونیم انرژی خورشید رو جایی ذخیره کنیم تا در طول شب انرژی داشته باشیم.
من فکر کردم شاید ایده بدی نباشه که از آب برای ذخیره انرژی استفاده کنیم. به این ترتیب که آب رو در طول روز با یک پمپ تا یه ارتفاعی بالا ببریم و سپس با استفاده از یک توربین آبی، در طول شب انرژی خانه را تامین کنیم.
بازدهی توربین‌های آبی معمولی در حدود ۸۰ درصد هست. اگر مخزن آب 10 متر مکعب گنجایش داشته باشه و در ارتفاع 3 متری نسبت به توربین نصب شده باشه، میتونه انرژی در حدود 7۰ وات را به مدت یک ساعت تامین کنه. هرچند 70 وات به مدت یک ساعت مقدار زیادی نیست. فقط میتونه برای روشن نگه داشتن یک لپ‌تاپ و چند تا لامپ LED استفاده بشه.
نتیجه‌گیری
بنابراین من شکست این ایده رو اعلام میکنم. کسی ایده بهتری داره؟
شاید برای من هم شکست‌خورده باشه ولی به نظر من آب ایده خوبیه با این شرط که یه جور دیگه ذخیره کنیم.
راهکار من برای جواب به این چالش الکترولیز آب بود. یعنی همین طرحی که @Ali_Shakeri ارائه کردن با این تفاوت که آب رو به‌صورت هیدروژن ذخیره کنیم. مشکل این ایده هم سخت بودن ذخیره‌سازی هیدروژن هست که اخیراً ایده‌هایی توی این زمینه مطرح‌شده.
این‌جوری می تونیم انرژی خورشید یا باد رو در طی روز به‌صورت هیدروژن ذخیره کنیم و طی شب ازش استفاده کنیم.
یکی از گزینه ها هم برای ذخیره هیدروژن گرافن (تک لایه کربن که از توالیش گرافیت تولید میشه) هست که خیلی روش کار میشه.
ایده شما این بود که آب رو در طول روز به ارتفاع منتقل کنیم تا از نیروی وزن استفاده کنیم برای تولید انرژی. ایده من اینه که با استفاده از الکترولیز یا فرایند مشابه آب رو با استفاده از انرژی خورشید تبدیل به هیدروژن و اکسیژن کنیم و در طول شب هیدروژن رو بسوزونیم و ازش انرژی بگیریم. در واقع به جای نیروی وزن از نیروی پیوند بین مولکولی مولکول های آب استفاده کنیم.
مشکل اینه که این کار خیلی پر هزینه و خطرناکه. واکنش سوختن اکسیژن و هیدورژن فقط تحت شرایط خیلی خاصی منجر به انفجار نمیشه. البته یک چنین باتری‌هایی هم هست که از اکسیژن و هیدروژن استفاده می‌کنند.
@Ali_Shakeri @Mehrdad_Roshan
دوستان باید بگم که شما هر دو آدم های خلاقی هستید و طرح هایی که تو ذهن دارید سیستم هایی هست که امروزه ساخته شدن و در حال استفاده هستند.
علی آقا ایده ای که شما مطرح کردی نه در ابعاد کوچیک اما در ابعاد بزرگ با نام تلمبه ذخیره ای یا Pumped storage plant شناخته میشه و دقیقا کارش این هست که برق مازاد تولیدی از منابع تجدیدپذیر رو به صورت انرژی گرانشی در آب ذخیره کنه و در زمان های اوج مصرف یا در ساعت های نبود انرژی های خورشید و باد اون رو دوباره به برق تبدیل و وارد شبکه کنه. در طالقان یک نیروگاه تلمبه ذخیره ای وجود داره.
آقا مهرداد ایده شما هم دقیقا اجرا میشه. مازاد تولید برق منابع تجدیدپذیر صرف تجزیه آب میشه و از این هیدروژن تولیدی به چهار روش استفاده میشه.
1- میشه هیدروژن رو مستقیما به شبکه گاز شهری داد، البته تا درصد حجمی مشخصی. در آلمان به همین روش تا 2% حجمی هیدروژن به شبکه گاز شهری تزریق میشه.
2- طی واکنشی به نام ساباتیه (Sabatier reaction) هیدروژن در ترکیب با دی اکسید کربن، طی یک واکنش گرمازا به متان تبدیل میشه و متان به شبکه گاز شهری تزریق میشه.
3- از هیدروژن برای افزایش کیفیت بیوگاز (حاصل از فرآیند هضم بی هوازی) و گاز سنتز (حاصل از فرآیند گازی سازی) استفاده میشه. به فرآیند تبدیل الکتریسیته به گاز طبیعی power to gas یا P2G گفته میشه.
4- از هیدروژن میشه در پیل سوختی استفاده کرد و از اون با راندمان بالایی (تا 80%) برق تولید کرد.
پیل سوختی فناوری ای هست که انرژی شیمیایی ذخیره شده در برخی سوخت ها مثل هیدروژن، متان و … رو طی یک واکنش شیمیایی به برق تبدیل می کنه. در مورد پیل سوختی هیدروژنی واکنش بین یون مثبت هیدروژن و یون منفی اکسیژن یا یک عامل اکسیدکننده دیگه اتفاق می افته.
دقیقا درست میگید ولی موارد زیادی روش کار شده البته من چندان مطالعه نداشتم که بتونم با قاطعیت بگم این کار عملیه ولی در واقع تو سال های نچندان دور امکان پذیر میشه.
شما از من بهتر میدونید که با کوچیک کردن اندازه نسبت سطح به حجم افزایش پیدا می کنه پس اگه ساختاری باشه که بتونه هیدروژن رو جذب سطحی کنه با زیاد کردن سطح به حجم میشه مقادیر زیادی از هیدروژن رو درونش نگهداری کرد.
شرط جواب دادن این ایده اینه که بتونیم به مرور هیدروژن رو از این ساختار خارج کنیم و از طرفی بتونیم به سرعت ساختار رو از هیدروژن پر کنیم.
راستش من خلاقیت زیادی به خرج ندادم و در مورد چیزایی که شما گفتین باید بگم نمیدونستم توی سد طالقان هم از این طلمبه ها استفاده می شه ولی این طرح رو شنیده بودم که اجرا میشه. در مورد چهار روشی هم که در ادامه گفتین باید بگم خیلی ممنون این همه اطلاعات به من دادین من باید این مطالب رو بدونم ولی نمیدونم باید کلاه از سر بر میدارم.
این فرایند ها به شدت مورد پیگیری یه دانشکده توی علم و صنعت هستش و دارن روش کار میکنن. من به دلایل زیادی نحوه کارشون رو قبول ندارم ولی بخش خیلی خوبی برای کار و تحقیق هستش و اگه فرایندی باشه من هم در حد خودم خوشحال می شم بتونم کمکی کنم.
شاید شبیه به ایده @Mehrdad_Roshan، بشه یه توی یه واکنش شیمیائی انرژی رو ذخیره کرد. هر چند این به نحوی ایده اولیه باطریهای شیمیائی ولی بد نیست واسه توی لیست بودن.
فکر کنم ذخیره انرژی به صورتی که @Ali_Shakeri گفتن از نظر آسیب رسوندن به محیط مناسب تر باشه.
ولی به هر حال از اونجا که انرژی پاک سخت ذخیره میشه شاید بشه یه نگاه دیگه هم به این انرژی ها داشت مثلن تجربه ی بزرگانمون توی کویر، برای استفاده از انرژی آب قنات،یعنی آسیاب آبی ریگاره که توی این آسیاب از انرژی آب قنات برای چرخاندن سنگ آسیاب استفاده کردن.
چالش
به نظر من چالش اصلی اینه که ما واقعن احساس نیاز نکردیم تا راه رو پیدا کنیم برای استفاده از انرژی های پاک. وگرنه توی دل کویر از آب نه چندان پر انرژی قنات برای تولید برق استفاده می کردیم یا اصلن بیاین یه مثال دیگه برق رو طی روز توی کویر تولید میکردیم آب شیرین رو از رودخانه های شمالی به سمت رشته کوه ها پمپ می کردیم و طی شب با بهره انرژی کمتر از این آب انرژی میگرفتیم و آب رو به داخل فلات ایران هدایت میکردیم و توی کشاورزی کشور اول میشدیم. یه جورایی ایده ی عربستان که سالیان سال قبل آب باران رو از کوهستان های واقع در غرب این کشور هدایت کردن به سمت مرکز رسوندن و واحه های دیوانه کننده ای رو درست کردن که هنوز هم پا برجاست.
در واقع داستان ما یه حلقه گم شده داره به نام نیاز.
به نظرم دو تا از مشکلاتی که تولید انرژی خورشیدی در دل کویر (دور از مناطق شهری) داره اینه که اول نگهداری اون تجهیزات دور از مناطق شهری کار هزینه بر و مشکلی هست و دوم انتقال برق در فواصل زیاد نیاز به ولتاژهای بالا داره تا حداقل اتلاف صورت بگیره و چون برق تولیدی از خورشید دارای ولتاژ چند صد کیلوولت نیست پس انتقال اون در فواصل زیاد اتلاف زیادی رو همراه داره.
الان که خیلی از انتقال آب بین حوزه ای بد میگن، چون اقلیم مناطق رو تحت تاثیر قرار میده. به نظرتون این کار مفید هست؟ چون تجربه انتقال آب اصفهان به یزد تجربه تلخی هست، حداقل برای مردم اصفهان.
و اینکه من با این یه کم مخالفم که ما حتما در کشاورزی خودکفا باشیم. وقتی کشاورزی در برخی از اقلیم های ما نهایتا در حالت دیم با ظرفیت مشخص، امکان پذیر هست چرا به بهای فشار به زمین و تخلیه سفره های آب زیرزمینی تا 90% در فکر خودکفایی کشاورزی باشیم؟ خوشبختانه در جهان و منطقه دوست هم که کم نداریم، چرا بعضی محصولات کشاورزی یا هر چیز دیگه ای که در اون مزیت رقابتی نداریم، وارد نکنیم؟
در مورد پروژه های انتقال آب عربستان هم گفتید که باعث ایجاد واحه هایی شده. پس نتیجه اش منفی بوده درسته؟
پروژه من مشخصن سنتز هستش ولی چند تا از دوستام تو گروه سیستم‌های انرژی روی باتری‌های با ظرفیت بالا و بازده بالا کار می‌کنند که از مواد پیشرفته توی ساختارشون استفاده میشه.
خوب من اطلاعاتم تو این موضوع ناقصه و بیشتر ایده مطرح کردم در این مورد.
این موضوع کاملن درست هست ولی دو تا نکته به نظرم می رسه:
1- اینکه جمعیت کشور ما متناسب تقسیم‌نشده و باید نیازهای این جمعیت نامتناسب پاسخ داده بشه و اینکه مکان‌های پرجمعیت به نسبت امکانات رفاهی بیشتری هم دارن.
2- اینکه بخشی از آبی که ما می تونیم به سمت فلات ایران هدایت کنیم آبی هست که اتلاف میشه و بخش دیگه هم آب‌های شور هست که با شیرین سازی میشه ازش استفاده کرد (پروژه دیگه توی گروه ما روی همین موضوع تمرکز داره). حالا اگه بشه آب‌های شیرین رو جلوی اتلافشون رو گرفت خوب بهتره به مراتب.
ما چند نوع محصول کشاورزی داریم که برای هر نقطه از این کشور حداقل 1 نوع مناسب کشت هست ولی ما بهش توجه نمی‌کنیم و خیلی سرسری هر چیزی رو می‌کاریم مثلن توی اصفهان محصولی مثل هندوانه می‌کاریم (یا برنج که این یه مورد رو فلن بی خیال) بعد این هندوانه رو صادر می‌کنیم با این نکته که هندوانه 91/5 درصدش از آب تشکیل‌شده!!! و از این جمله اشتباهات. حالا با در نظر گرفتن همه این شرایط و اینکه من هم در این شاخه‌ها غیرحرفه‌ای هستم و نظر شخصیم رو می تونم بدم به نظرم میشه تو بخش‌های زیادی از کشاورزی خودکفا باشیم.
راستش از نگاه من نه!!!
مثبت بوده چون این از همون دسته آب هایی بوده که از نگاه من تلف می‌شده و حالا ازش برای کشاورزی استفاده میشه.
اگه بخوام برگردم سر موضوع ذخیره انرژی راه‌های زیادی به نظرم هست و ما واقعن باید محتاج بشیم تا این راه‌ها رو پیدا کنیم یا بهتر بگم دنبالشون بگردیم تا پیداشون کنیم که تلفات ولتاژ زو جبران کنه نکته ای که هست اینه که در حال حاضر طبق آمار صنعت برق مربوط به تیرماه سال 94 “تولید نیروگاه‌های دیزلی و برق بادي و انرژی‌های نو 324 میلیون کیلووات ساعت معادل 0/1 کل انرژی تولیدی برق” که اگه به این مقدار اندازه تولید نیروگاه‌های برق‌آبی که معادل 14087 میلیون کیلووات ساعت معادل 5 درصد کل تولید برق هست رو اضافه کنیم می‌کند به عبارتی 5/1 درصد که گیریم توی این 2 سال خیلی تغییر انجام‌شده باشِ 6 درصد برق کشور برق پاک هستش. حالا اگه ما در فقط در طی روز از انرژی پاک استفاده کنیم یه چیزی حدود 50 درصد انرژی برق مورد نیازمون رو با در نظر گرفتن اون 5 درصد انرژی آبی از انرژی پاک استفاده کردیم.
خارج از بحث ذخیره انرژی به کار بردن اون هم خیلی مهم هستش. همونجور که داخل شکل پایین هم می بینید بدون در نظر گرفتن هزینه های مربوط به ذخیره سازی تولید انرژی بوسیله پنل های خورشیدی بسیار ارزانتر از تولید برق با سوخت ها فسیلی هست.(البته با در نظر گرفتن این مورد که هر تولید کننده ای مصرف کننده همون برق باشه)
با در نظر گرفتن ایده ای مثل ایده بالا چه کار میشه کرد که تولید برق با استفاده از پنل های خورشیدی مقرون به صرفه باشه؟
چنین ایده ای برای ذخیره سازی ندارین؟
میشه از ساختار های زنده برای ذخیره سازی این انرژی استفاده کنیم؟
پ.ن:عکس دوم احداث پنل خورشیدی روی کانال آب رو نشون میده که جلوی تبخیر آب رو میگیره.
سلام مطالبی که نوشتین خیلی مفید بود ممنونم. من پایان نامه ارشدمو میخوام در زمینه تکنولوژی ذخیره سازی انرژی بنویسم.
ممنون میشم اگه مقالات و مطالبی در این زمینه دارین رو برای من ارسال کنید. چون در بحث ذخیره سازی من طبق مقالاتی که خوندم ایران خیلی ضعیف عمل میکنه و حتی در بحث انرژی خورشیدی هزینه ذخیره سازی اصلا به صرفه نیست و در مقیاس کم در بعضی از شرکت ها انجام میشه و من داده زیادی برای انجام پایان نامه ام ندارم. متاسفانه در حالی که مبحث فوق العاده جذابیه و گفته شده کشورها تا سال 2025 باید کاملا به سمت استفاد از انرژی های پاک بروند.
سلام
روش هایی برای ذخیره هر یک از انواع انرژی های تجدیدپذیر وجود داره.
در مورد فناوری هایی که تولید کننده الکتریسیته هستند چند روش ذخیره سازی وجود داره.
1- باتری
2- فرآیند power to gas
3- ایستگاه های تلمبه ذخیره ای (pumped storage plant) - که البته برای جبران تقاضای برق در زمان اوج مصرف به کار میرن.
در مورد فناوری هایی که حرارت تولید می کنند هم روشی که من می شناسم
1- مواد تغییر فاز دهنده (Phase Change Material) یا به اختصار PCM
این مواد در نیروگاه های متمرکزکننده خورشیدی (Concentrated Solar Power) یا به اختصار CSP به کار میره که حرارت تولید شده در این نیروگاه ها در مواد تغییر فازدهنده ای (که تعداد بسیاری زیادی هستند) ذخیره میشه و با اعمال شرایطی میشه اونها رو از حالت مذاب به جامد تبدیل کرد و انرژی رو از اونها استخراج کرد. یکی از نمونه هاش نیروگاه خورشیدی نور در مراکش با ظرفیت 580 مگاوات الکتریسیته هست.
• در مورد ذخیره انرژی خورشیدی در باتری و تزریق اون به شبکه برق در سال 2017 پژوهشی در نیچر منتشر شده که بیان می کنه ذخیره در باتری با در نظر گرفتن اتلافات و مصارفی که در چرخه عمرش داره (با در نظر گرفتن فرآیند جایگزینی باتری ها)، مصرف انرژی بیشتری رو نسبت به تزریق به شبکه موجب میشه و در نتیجه آلایندگی بیشتری داره.
راستش من یکمی با واژه “انرژی نو” راحت نیستم چون فکر میکنم انرژی یا انرژی ها وجود دارند و این ما هستیم که یاد میگیریم به روشهای گوناگون مهارشون کنیم، لطفا تصحیح کنید اگر اشتباه میگم.
چیزی که در زمینه انرژی و در سال ۲۰۱۷ بنظر من جالب اومد پروژه باتری های عظیم lithium-ion بود که Tesla در استرالیای جنوبی (ایالت South Australia در کشور استرالیا) پیاده کرد. این پروژه منتقدانی هم داره که میگن شاید خیلی مقرون بصرفه نبوده.
اول در مورد واژه «انرژی های نو» باید گفت که حق با شماست. اتفاقا قدیمی ترین منابع انرژی بشر همین انرژی های تجدیدپذیر هستند. چون پیش از ایجاد هر نیروگاه فسیلی برای تولید برق یا حرارت، بشر آسیاب های آبی و بادی رو اختراع کرده. این «فناوری ها» هستند که در عصر امروز، نو هستند. به عنوان مثال فناوری های فتوولتائیک، کلکتورهای خورشیدی، نیروگاه های زمین گرمایی؛ روش های جدیدی برای بهره برداری از انرژی های تجدیدپذیر کهن هستند.
اما نکته دیگه ای که خواستم اشاره کنم در مورد پروژه های بزرگ باتری هست.
چنین پروژه های ذخیره سازی دو هدف رو دنبال می کنند که اولی بنیادی تر هست: 1) تامین توان برق در زمان اوج مصرف 2) ذخیره کردن انرژی های تولید شده از فناوری های تجدیدپذیر که مثل یک نیروگاه فسیلی همواره نمی تونند انرژی تولید کنند.
تامین توان در زمان اوج مصرف برای هر شبکه برقی چالش اساسی هست. چرا؟ چونکه بیشترین هزینه و بیشترین عدم بهره وری ها (inefficiency) رو با خودش به همراه داره.
چرا که نیروگاه هایی وجود دارند با عنوان Peaker plant که فقط در زمان اوج مصرف وارد شبکه می شوند و چند ساعتی در حال فعالیت هستند و مجددا با کاهش مصرف شبکه، از مدار خارج می شوند.
ویژگی اصلی این نیروگاه ها، سرعت شروع به کارشون هست. یکی از فناوری هایی که در عرض چند دقیقه قابلیت شروع به کار و تولید توان رو داره توربین گاز هست. اما موضوع اینه که توربین های گاز در مقابل توربین های بخار راندمان پایین تری دارند به همین دلیل وقتی وارد مدار می شوند، عدم بهره وری هایی رو با خودشون به همراه دارند و طبیعی هست که نیروگاهی که درآمد زیادی ازش حاصل نمیشه، بنابراین میشه گفت هزینه عملکردش (هزینه همتراز شده انرژی تولیدي اش) افزایش پیدا می کنه. توربین های آبی هم ویژگی Peaker plant بودن رو دارند.
اما نیروگاه هایی که اساس عملکردشون تامین توان پایه یا Base load هست، مثل نیروگاه های بخاری، هسته ای، زغال سنگ، Waste-to-Energy، زمین گرمایی و زیست توده نمی تونند به عنوان Peaker plant به کار بروند.
به همین خاطر علاوه بر نیروگاه های Peaker plant، فناوری های ذخیره سازی انرژی هم توسعه پیدا کردند که بتوانند نیاز شبکه رو در زمان اوج با راندمان نسبتا خوب و هزینه کمتر پوشش بدهند. نمونه های این نیروگاه ها Pumped-storage plant و Battery plant و Power to gas plant ها هستند. این واحدها می توانند در کمترین زمان توان مورد نیاز رو به شبکه تزریق کنند.
اما مسائل زیادی هست که ممکنه به هر کدوم از این فناوری ها در کشوری از جهان، اولویت بده.
مسأله هزینه تمام شده، راندمان ذخیره و تزریق انرژی، بلوغ فناوری و چیزهایی دیگه که ممکنه یک کشور رو به سمت استفاده از یک یا چند تا از این فناوری های ذخیره سازی سوق بده.
*البته واحدهای بزرگ باتری در کنار فناوری هایی مثل توربین های بادی به تنظیم فرکانس برق شبکه هم می پردازند.
و طرح هایی که تو ذهن دارید سیستم هایی هست که امروزه ساخته شدن و در حال استفاده هستند.
