فهرست مطالب
محققان کانادایی سیستم ذخیره انرژی گرانشی مبتنی بر آسانسور را معرفی کردند که می‌تواند برق ساختمان‌های بلند را تأمین کند.
به گزارش تکناک، این سیستم که توسط پژوهشگران دانشگاه واترلو طراحی شده، برای ذخیره انرژی‌های تجدیدپذیر بهینه شده است. سیستم، ترکیبی از صفحات خورشیدی نصب‌شده روی نما، توربین‌های بادی کوچک روی بام، باتری‌های لیتیوم-یون و یک سامانه ذخیره انرژی گرانشی مبتنی بر قرقره و وزنه است.
کاهش هم‌زمان هزینه‌ها و وابستگی به شبکه
پژوهشگران اعلام کرده‌اند که چارچوب بهینه‌سازی چندهدفه توسعه یافته است تا هم هزینه سطحی تولید برق (LCOE) و هم وابستگی به شبکه (GD) را به حداقل برساند، ضمن اینکه منطق عملیاتی واقعی و چرخه سالانه ساختمان‌ها را در نظر می‌گیرد. این سیستم برای ۶۲۵ طراحی پارامتریک ساختمان با شدت‌های مختلف مصرف انرژی (EUI) و هندسه‌های متنوع، شامل نسبت‌های مساحت نما به حجم، طول به عرض و ارتفاع به مساحت پایه، بهینه‌سازی شده است.
مطالعات نشان می‌دهد که سامانه ذخیره انرژی گرانشی مبتنی بر قرقره با نماهای خورشیدی نصب‌شده روی دیوارهای جنوب، شرق و غرب، توربین‌های بادی کوچک روی بام و باتری‌های لیتیوم-یون ترکیب شده است. در پیکربندی پیشنهادی، سیستم ذخیره انرژی گرانشی به عنوان واحد اصلی عمل می‌کند و باتری‌ها تنها برای پاسخ سریع به مازاد تولید یا کمبود انرژی مورد استفاده قرار می‌گیرند. این سیستم، انرژی تولیدشده توسط نماهای فوتوولتائیک و توربین‌های بادی را به‌کار می‌گیرد تا در مرحله شارژ، جرم سنگینی را درون یک شافت بالا ببرد. سپس انرژی پتانسیل ذخیره‌شده در زمان تخلیه آزاد می‌شود و ژنراتور الکتریکی را به حرکت درمی‌آورد.
سیستم شامل واحد موتور-ژنراتور و کابل‌های بالابر است
این سیستم از واحد موتور-ژنراتور، کابل‌های بالابر، چرخ‌دنده‌های انتقال قدرت و یک جرم سنگین تشکیل شده است، که از فولاد یا بلوک‌های بتنی ساخته می‌شود و به طور مکرر در هسته‌ای عمودی یا برج کانتینری بالا و پایین می‌رود. زمانی که برق اضافی در دسترس است، موتور جرم را بالا می‌برد و انرژی اضافی را به صورت انرژی پتانسیل گرانشی ذخیره می‌کند. هنگام نیاز به انرژی، جرم پایین آورده می‌شود و ژنراتور، انرژی ذخیره‌شده را به برق تبدیل می‌کند. بر اساس تحقیقات، این طراحی از نظر فنی قابل اجرا است و به‌تازگی در محیط تجاری نیز به‌کار گرفته شده است.
مطالعه منتشرشده در Applied Science نشان می‌دهد که این سیستم مقادیر هزینه سطحی برق (LCOE) بین ۰.۰۵۱ تا ۰.۱۱۱ دلار به ازای هر کیلووات‌ساعت و مقادیر وابستگی به شبکه (GD) بین ۰.۱۹۵ تا ۰.۸۸۸ را بسته به طراحی ساختمان ثبت کرده است. این مقادیر با سیستم‌های مشابه انرژی تجدیدپذیر ادغام‌شده در ساختمان‌هایی با منابع محدود مطابقت دارد و در برخی موارد حتی بهتر از آنها است.
نقش کلیدی ذخیره انرژی گرانشی در ساختمان‌های بلند
همچنین محققان خاطرنشان کردند که ساختمان‌های بلند با سطح طبقه وسیع، معمولا هزینه سطح‌بندی‌شده برق (LCOE) پایین‌تری دارند، اما ارزش وابستگی به شبکه (GD) در آنها بالاتر است. ظرفیت سیستم ذخیره‌سازی گرانشی (GS) با افزایش شدت مصرف انرژی (EUI) به طور مداوم افزایش می‌یابد. آنها تصریح کردند که GS مهم‌ترین مؤلفه در خودکفایی سیستم است و ظرفیت ویژه آن از حدود ۰٪ تا ۱۰۰٪ تقاضای متوسط روزانه ساختمان‌ها متغیر است. وابستگی شبکه (GD)، رابطه منفی شدیدی با ظرفیت GS دارد. نتایج این تحقیق پتانسیل قابل توجه GS را برای ارتقای مقاومت و پایداری در سطح ساختمان به ویژه در ساختمان‌های بلند با EUI متوسط تا پایین برجسته می‌کند.
تیم تحقیقاتی تأکید کرد که مطالعات آینده می‌تواند این مسیر را با در نظر گرفتن عدم قطعیت در داده‌های مصرف و شرایط جوی، بارهای حرارتی و سیستم‌های تولید هم‌زمان، اشتراک‌گذاری GS میان چند ساختمان و توسعه روش‌های کنترل تطبیقی و پیش‌بینی‌کننده، گسترش دهد. علاوه بر این، امکان‌سنجی این فناوری در مناطق اقلیمی مختلف و انجام ارزیابی کامل چرخه عمر GS (از تولید تا بازیافت) برای درک دقیق‌تر مزایا و محدودیت‌های آن ضروری است.
