استفاده از ذخیره‌سازی انرژی گرانشی در ساختمان‌های بلندمرتبه به‌زودی فراگیر می‌شود

پژوهشگران کانادایی رویکردی نوین برای تأمین انرژی پایدار در شهرها ارائه کرده‌اند: ترکیب ذخیره‌سازی انرژی مبتنی بر گرانش با نمای خورشیدی (BIPV)، توربین‌های بادی کوچک روی پشت‌بام و باتری‌های لیتیوم-یون. مدل‌سازی‌ها نشان می‌دهد این سیستم هیبریدی قادر است هزینه هم‌تراز انرژی (LCOE) را بین ۰.۰۵۱ تا ۰.۱۱۱ دلار برای هر کیلووات‌ساعت فراهم کند.

 سیستم جدید ذخیره‌سازی گرانشی برای ساختمان‌های شهری

دانشمندان دانشگاه واترلو یک سیستم ذخیره‌سازی انرژی گرانشی جامد طراحی کرده‌اند که قابل استفاده در ساختمان‌های بلند شهری است.
این سیستم با مکانیزم طناب و بالابر، انرژی تولیدشده توسط نمای خورشیدی و توربین‌های بادی کوچک را برای بالا بردن وزنه‌های سنگین در داخل شفت ساختمان استفاده می‌کند. در مرحله تخلیه، وزنه‌ها پایین آمده و انرژی پتانسیل خود را برای چرخاندن ژنراتور آزاد می‌کنند.

این سیستم شامل اجزای زیر است:

• واحد موتور–ژنراتور
• طناب و چرخ‌دنده
• بلوک‌های فولادی یا بتنی به عنوان وزنه
• شفت داخلی مشابه شفت آسانسور

باتری‌ها فقط برای ذخیره‌سازی سریع در ساعات پیک یا کمبود انرژی به‌کار می‌روند و سیستم گرانشی نقش ذخیره‌ساز اصلی را دارد.

 اثبات تجاری سیستم و نمونه‌های واقعی

محمد ا. حسن، سرپرست تیم تحقیق، اعلام کرده است که این فناوری از نظر فنی قابل اجرا و از نظر تجاری نیز اثبات شده است.
شرکت Gravitricity تاکنون:

• یک نمونه اولیه ۱۵ متری با توان ۲۵۰ کیلووات در بندر لیث ادینبورگ ساخته
• دو پروژه تمام‌مقیاس ۴ مگاوات و ۸ مگاوات را از سال ۲۰۲۱ آغاز کرده است

این پروژه‌ها نشان می‌دهد ذخیره‌سازی گرانشی می‌تواند گزینه‌ای رقابتی در کنار باتری‌ها باشد.

 مدل‌سازی ۶۲۵ طرح ساختمانی و نتایج عملکرد

پژوهشگران سیستم را روی ۶۲۵ مدل ساختمان عمومی شبیه‌سازی کردند و فاکتورهایی مانند:

• نسبت مساحت نما به حجم
• نسبت طول به عرض
• نسبت ارتفاع به مساحت پایه
• LCOE و میزان وابستگی به برق شبکه

… را با استفاده از الگوریتم ژنتیک چندهدفه (MOGA) تحلیل کردند.

 نتایج کلیدی عملکرد

• LCOE: بین ۰.۰۵۱ تا ۰.۱۱۱ دلار بر کیلووات‌ساعت
• هزینه برق شبکه: بین ۰.۱۹۵ تا ۰.۸۸۸ دلار بر کیلووات‌ساعت

نتایج نشان می‌دهد ساختمان‌های بلند با سطح زیربنای بیشتر، LCOE پایین‌تری دارند، اما هزینه خرید برق شبکه آن‌ها بیشتر است. همچنین ساختمان‌های بزرگ‌تر نیازمند ظرفیت ذخیره‌سازی گرانشی بیشتر هستند.

 دوره بازگشت سرمایه و تحلیل اقتصادی

نتایج تحقیق نشان می‌دهد:

• دوره بازگشت سرمایه ساده: ۹ تا ۱۷ سال
• دوره بازگشت سرمایه تنزیلی: کمتر از ۲۵ سال در اغلب موارد

پژوهشگران تأکید دارند که این یافته‌ها سودآوری بلندمدت سیستم را اثبات می‌کند، اما چالش‌هایی مانند:

• هزینه اولیه بالا
• پیچیدگی عملیاتی
• لزوم اثبات قابلیت اطمینان ۲۴ ساعته

… همچنان نیازمند تحقیق و توسعه بیشتر است.

 آینده تجاری سیستم ذخیره‌سازی گرانشی

بر اساس تحلیل‌های مستقل:
دستیابی به بلوغ تجاری کامل احتمالاً در اواخر دهه ۲۰۲۰ امکان‌پذیر خواهد بود، مشروط به جمع‌آوری چند سال داده عملیاتی از پروژه‌های آزمایشی فعلی.

تا امروز، ذخیره‌سازی گرانشی در مقیاس اولیه به مرحله اثبات تجاری رسیده اما برای پذیرش انبوه نیاز به:

• نمونه‌های بیشتر
• کاهش هزینه
• قراردادهای پایدار
• اثبات عملکرد بلندمدت

… دارد.

دپارتمان خبری : آرانیرو

منبع: مجله فتوولتائیک PV