10 دقیقه
گوگل از رویکردی جسورانه در زمینهٔ ذخیرهسازی انرژی با بازهٔ زمانی طولانی پشتیبانی میکند: گنبدهای عظیم پرشده از CO2 فشرده که مانند باتریهای قابل شارژ عمل میکنند. این ایده که توسط شرکت ایتالیایی Energy Dome توسعه یافته است، میتواند مقدار قابلتوجهی از انرژی تجدیدپذیر را ذخیره و در زمانی که خورشید و باد تولید پایینی دارند به شبکهها یا مراکز داده بازگرداند.
چگونه «باتری» CO2 در عمل کار میکند
سامانهٔ Energy Dome بر مبنای ذخیرهسازی حرارتی و تغییر فاز CO2 طراحی شده است تا انرژی را در خود نگه دارد. در یک چرخهٔ شارژ تقریباً دهساعته، سامانه CO2 را سرد و مایع میکند و انرژی را درون گنبدهای دارای فشار قفل میکند. وقتی نیاز به تولید برق باشد، CO2 مایع اجازه مییابد مجدداً تبخیر شود، گرم شود و توربینهای بزرگی را به حرکت درآورد تا الکتریسیته تولید شود.
از منظر ترمودینامیکی، این فرآیند از ویژگیهای فاز CO2 در شرایط فشار و دما استفاده میکند تا انرژی را بهصورت انرژی نهان فازی ذخیره کند. در فاز مایع تحت فشار، CO2 میتواند انرژی را به شکل تراکم داخلی و اختلاف دما حفظ کند؛ سپس با بازگشت به فاز گازی، این انرژی آزاد و قابل استفاده میشود. کنترل دقیق فشار، دما و نرخ تبخیر برای دستیابی به بازده و پایداری بلندمدت سیستم حیاتی است.
هر گنبد قادر است در حدود 200 مگاواتساعت انرژی ذخیره کند — رقمی که طبق اعلام شرکت میتواند تقریباً ششهزار خانه را برای یک روز تأمین کند. این مقیاس، ذخیرهسازی CO2 را در دستهای متفاوت از سامانههای باتری کوتاهمدت قرار میدهد و آن را به رقیبی برای پر کردن شکافهای چندساعته یا حتی چندروزه میان تولید تجدیدپذیر و تقاضا تبدیل میکند. بهعبارت دیگر، گنبدهای CO2 برای ذخیرهسازی طولانیمدت انرژی مناسباند، در حالی که باتریهای لیتیومی بیشتر برای پاسخهای سریع و دورههای ساعتی تا چندساعته اقتصادیاند.
چرا گوگل شتاب میگیرد
اوایل امسال گوگل وارد همکاری با Energy Dome شد و مدیران شرکت اکنون میگویند قصد دارند بهسرعت در سایتهای کلیدی مراکز داده در اروپا، آمریکا و حوزهٔ آسیا-پاسفیک بهکارگیری کنند. برای گوگل، جذابیت این راهکار ساده است: رویکردی برای ذخیرهسازی انرژی که ماژولار است، از مواد در دسترس گسترده استفاده میکند و وابستگی به مواد معدنی کمیاب یا زنجیرهٔ تأمین پیچیده ندارد.
نیاز مراکز داده به توان قابلاطمینان و کمکربن، انگیزهٔ اصلی چنین مشارکتهایی است. مراکز داده بهطور 24 ساعته و 7 روز هفته فعالاند و پایداری انرژی برای تضمین عملیات بدون وقفه حیاتی است. تصور کنید مجموعهای از دیتاسنترها که میتوانند انرژی خورشیدی اوج روز را جذب کرده و سپس در ساعات اوج شب از انرژی ذخیرهشده استفاده کنند — این همان فاصلهٔ عملیاتی است که گنبدهای CO2 قصد دارند آن را پر کنند.
علاوه بر این، برای شرکتهای بزرگ ابری یا «هایپرسکلرها» (hyperscalers) که تعهدات زیستمحیطی و اهداف خالص صفر (net-zero) دارند، ترکیب منابع تجدیدپذیر با ذخیرهسازی طولانیمدت راهکاری مهم برای کاهش انتشارهای مستقیم و غیرمستقیم است. گنبدهای CO2 میتوانند نقش یک «پشتیبان زماندار» را بازی کنند که به تخصیص بهینهٔ انرژی، کاهش نیاز به تولید پیک مبتنی بر سوختهای فسیلی و افزایش انعطافپذیری شبکه کمک میکند.
یک جنبهٔ عملیاتی مهم، امکان ماژولبندی و نصب متناسب با نیاز است: هر گنبد میتواند بهصورت مستقل یا در ترکیب با سایر واحدها کار کند تا ظرفیت کلی سایت افزایش یابد. این ویژگی به مدیران مراکز داده اجازه میدهد تا سرراست به حجمهای متفاوت تقاضا پاسخ دهند و هزینههای سرمایهای را مرحلهای کنند.
کجا قرار است فناوری آزمایش شود
Energy Dome هماکنون در حال ساخت یک پروژهٔ پایلوت در جزیرهٔ ساردینیا در ایتالیا است. اگر این آزمایش موفقیتآمیز باشد، شرکت برنامهریزی کرده سریعاً مقیاسپذیری را دنبال کند: ابتدا ورود به کارناتاکا در هند و سپس احداث یک سایت در ویسکانسین ایالات متحده. این مراحل منعکسکنندهٔ علاقهٔ گوگل به استقرار فناوری در مناطق متعدد برای تقویت تابآوری و تحقق اهداف کاهش کربن است.
پایلوت ساردینیا نقش مهمی در اثبات جنبههای فنی، اقتصادی و ایمنی ایفا خواهد کرد. در فاز آزمایشی، پارامترهایی مانند بازده دور-به-دور (round-trip efficiency)، هزینههای نگهداری، نرخ تلفات انرژی در طول ذخیرهسازی، و نحوهٔ ادغام با شبکهٔ محلی بررسی میشوند. همچنین آزمونهای مربوط به کنترلهای ایمنی فشاری و مدیریت گاز CO2 در شرایط نوسانی کاربری از اولویتهای پروژه خواهد بود.
پایش دادهها و تحلیل عملکرد در موقعیتهای جغرافیایی متفاوت به تعیین ریسکهای منطقهای، هزینههای عملیاتی و پاسخ به نیازهای بازار برق کمک میکند. برای نمونه، مناطقی با ارزان بودن برق در ساعات اوج تولید خورشیدی میتوانند مزایای اقتصادی بیشتری از این نوع ذخیرهسازی ببینند، در حالی که مناطق با شبکههای شکننده بیشتر به انعطافپذیری بلندمدت نیاز دارند.
مزایا و ملاحظات
- ظرفیت بالا: حدود 200 MWh به ازای هر گنبد برای نیازهای طولانیمدت که باتریهای لیتیومی از نظر اقتصادی پوشش نمیدهند.
- سادگی مواد: سامانه وابستگی به مواد کمیاب یا شیمیهای پیچیدهٔ باتری ندارد.
- انعطافپذیری شبکه: مناسب برای هموارسازی نوسانات خورشیدی و بادی و پاسخ به پیکهای شبانه.
- ریسکهای مراحل اولیه: توجیهپذیری تجاری هنوز بستگی به نتایج پایلوت، هزینههای یکپارچهسازی و قابلیت اطمینان بلندمدت دارد.
باتری CO2 شرکت Energy Dome یک راهحل جادویی نیست، اما ابزار امیدوارکنندهای در جعبهٔ ابزار اپراتورهای خدمات برق و هایپرسکلرها برای اجرای زیرساخت تمیز و قابلاطمینان در مقیاس است. اگر پایلوتها و استقرارهای اولیه از منظر هزینه-فایده موفق باشند، این رویکرد حرارتی-CO2 میتواند نحوهٔ ذخیرهسازی انرژی تجدیدپذیر برای ساعتها یا روزها را بازتعریف کند، نه فقط برای چند دقیقه.
در ادامه، برخی از جنبههای فنی، اقتصادی و زیستمحیطی را جزئیتر بررسی میکنیم تا تصویر کاملتری از پتانسیل، محدودیتها و نیازهای پژوهشی و مقرراتی ارائه شود.
جزئیات فنی و عملکردی
از منظر فیزیکی، کارایی سیستم بستگی دارد به مقادیر زیر: دمای تبخیر و تقطیر CO2 تحت فشار، تلفات حرارتی دیوارهٔ گنبد، کارایی کمپرسورها و توربینها، و کنترل دینامیک جریان گاز. طراحی حرارتی مطلوب باید گرادیانهای دمایی را مدیریت کند تا چرخهٔ شارژ-دشارژ با کمترین تلفات ممکن انجام شود. مهندسی پوستهٔ گنبد با عایقبندی مناسب و کنترلهای دقیق فشار، عاملی کلیدی در کاهش تلفات است.
علاوه بر این، استفاده از ابزارهای شبیهسازی ترمودینامیکی و دینامیک سیالات محاسباتی (CFD) برای مدلسازی رفتار CO2 درون گنبد و پیشبینی پاسخ در شرایط واقعی عملیات اهمیت دارد. پارامترهایی مانند زمان پاسخ سیستم، قابلیت کنترل بار خروجی و رفتار در شرایط اضطراری باید از قبل شبیهسازی و آزمایش شوند.
نقطهٔ قوت مهم این فناوری این است که از مواد ساده و شناختهشده استفاده میکند؛ CO2 بهعنوان سیال کار، در دسترس و نسبتاً ارزان است و نیاز به مواد شیمیایی پیچیدهٔ باتریهای حالت جامد یا ترکیبات لیتیومی ندارد. این ویژگی باعث میشود تأمین و نگهداری سیستم در بلندمدت اقتصادیتر و با ریسک کمتر در زنجیرهٔ تأمین همراه باشد.
اقتصاد پروژه و هزینهها
تحلیل اقتصادی یک استقرار CO2 باید شامل هزینههای سرمایهای ساخت گنبدها، تجهیز کمپرسورها و توربینها، زیرساخت انتقال برق، هزینههای نصب و راهاندازی، و نیز هزینههای عملیاتی و نگهداری سالانه باشد. نقطهٔ سر به سر پروژه بهطور ویژهای به قیمت برق در دورهٔ شارژ (معمولاً هنگام اوج تولید تجدیدپذیر) و قیمت فروش یا ارزش جبران خدمات در دورهٔ دشارژ بستگی دارد.
یکی از مزایای اقتصادی بالقوه، کاهش وابستگی به زنجیرهٔ تأمین مواد کمیاب و قیمتپذیری بالای مواد اولیه است؛ بنابراین هزینهٔ اولیه برای هر مگاواتساعت ذخیرهشده ممکن است نسبت به فناوریهای مبتنی بر باتریهای پیشرفته رقابتیتر شود، بهویژه هنگامی که درصد استفاده (capacity factor) بالا باشد و سیستم در دورههای چندساعته تا چندروزه بهطور مکرر مورد استفاده قرار گیرد.
مسائل ایمنی و زیستمحیطی
اگرچه CO2 بهعنوان یک گاز غیرسمی شناخته میشود، اما در محیطهای بسته و در صورت نشت میتواند باعث خفگی شود؛ بنابراین طراحی سیستمها باید شامل معیارهای سختگیرانهٔ تهویه، سنسورهای تشخیص نشت و پروتکلهای اضطراری باشد. همچنین مدیریت فشار و اجتناب از شرایطی که میتواند به شکست غشایی یا ساختاری منجر شود از الزامات ایمنی است.
از منظر زیستمحیطی، باید توجه داشت که CO2 مورد استفاده در این سامانه معمولاً از منابع صنعتی تأمین میشود و چرخهٔ کارکرد سیستم نباید به افزایش انتشارهای خالص منجر شود. مطالعات چرخهٔ عمر (LCA) برای ارزیابی کل انتشارهای مرتبط با ساخت، راهاندازی و بهرهبرداری ضروریاند. اگر الکتریسیتهٔ مورد استفاده برای شارژ ناشی از منابع فسیلی باشد، منافع آب و هوایی کاهش مییابد؛ اما وقتی سامانه با انرژی تجدیدپذیر ترکیب شود، میتواند به کاهش انتشارها کمک شایانی کند.
ادغام با شبکه و خدمات جانبی
گنبدهای CO2 میتوانند مجموعهای از خدمات شبکه را ارائه دهند: تأمین ظرفیت در ساعات پیک، هموارسازی نوسانات تولید تجدیدپذیر، شرکت در بازارهای فرعی و تنظیم فرکانس و ولتاژ در صورت طراحی مناسب. توانایی ارائهٔ این خدمات بستگی به پاسخپذیری دینامیکی سامانه و توانایی کنترل خروجی دارد.
برای اپراتورهای شبکه و برنامهریزانی که هدفشان افزایش سهم انرژیهای تجدیدپذیر در سبد برقی است، ترکیب ذخیرهسازی بلندمدت با سیستمهای پاسخ سریع (مثل باتریهای لیتیوم-یون) میتواند ترکیب بهینهای باشد: باتریها پاسخ سریع و کوتاهمدت را فراهم میکنند و گنبدهای CO2 بهعنوان ذخیرهٔ بلندمدت عمل میکنند.
چشمانداز و آیندهٔ بازار
در صورت اثبات عملیاتی و اقتصادی پایلوتها، بازار بالقوه برای ذخیرهسازی انرژی طولانیمدت بزرگ است. تأمین نیازهای شبکه در ساقههای سرد زمستانی، پشتیبانی از مناطق دورافتاده با دسترسی محدود به زیرساخت انتقال، و تأمین پایداری مراکز داده در نزدیکی منابع متغیر انرژی تجدیدپذیر تنها چند نمونه از کاربردها هستند. بازیگران بزرگ فناوری و انرژی که تعهدات زیستمحیطی دارند ممکن است علاقهمند به سرمایهگذاری یا عقد قراردادهای خرید توان (PPA) ترکیبی با این نوع ذخیرهسازی باشند.
با این همه، مسیر تجاریسازی مستلزم شفافیت در نتایج پایلوت، سازگاری با مقررات محلی، و وجود مدلهای مالی جذاب برای سرمایهگذاران است. همکاری میان شرکتهای فناوری، اپراتورهای شبکه، نهادهای مالی و مقامات رگولاتوری به تسریع پذیرش کمک خواهد کرد.
در جمعبندی، گنبدهای فشردهٔ CO2 یک مفهوم فنی قوی و امیدوارکننده برای ذخیرهسازی طولانیمدت انرژی ارائه میدهند که میتواند به عنوان مکملی مؤثر برای منابع تجدیدپذیر و سیستمهای ذخیرهسازی کوتاهمدت مطرح شود. موفقیت تجاری این فناوری به نتایج آزمایشهای میدانی، هزینههای سرمایهای و عملیاتی و نحوهٔ ادغام آن با بازار برق بستگی دارد.
منبع: smarti
نظرات
لابکور
تو پروژهای با ذخیرهسازی حرارتی کار کردم، کنترل دما و مدیریت گرادیانها سرنوشتسازن. امیدوارم ساردینیا جواب بده، وگرنه کلی سوال باقی میمونه
توربو
این واقعاً کار میکنه؟ فشار بالا و ایمنی تو شرایط اضطراری چطور تضمین میشه، مخصوصا تو مناطق زلزلهخیز...
سکهباز
معقول بنظر میاد، مخصوصا برای دیتاسنترها. ولی همه چی به هزینه و نرخ بازگشت بستگی داره، پایلوت تعیینکننده است
راهسنج
وای، فکرش رو نمیکردم گوگل همچین چیزی رو حمایت کنه! ایده هم جذابه هم کمی ترسناک، مخصوصا بخش ایمنی و نشت CO2 باید حسابی بررسی شه...
ارسال نظر