ذخیره انرژی با فشرده سازی هوا در زیر زمین

همانطور که می دانید استفاده از پانل های خورشیدی و مزارع بادی به طور روز افزونی در حال افزایش است؛ اما ذخیره سازی انرژی به دست آمده با استفاده از انرژی های تجدیدپذیر و استفاده از آن در شبکه های برق رسانی، به یک چالش بزرگ برای دانشمندان تبدیل شده است. دانشمندان اروپایی به تازگی موفق شده اند به یک روش کم هزینه برای ذخیره سازی انرژی دست پیدا کنند. در این روش از هوا برای ذخیره سازی انرژی استفاده می شود!

با وجود اینکه دانشمندان توانسته اند با استفاده از باتری های جریان (باتری های قابل شارژی که در آن ها دو عنصر شیمیایی در دو مایع که توسط یک غشاء از یک جدا شده اند، حل می شوند) و شبکه های برق رسانی هوشمند، توانسته اند تا حدودی مشکل ذخیره سازی برق تولید شده با استفاده از انرژی های تجدیدپذیر را حل کنند؛ اما به تازگی محققان اروپایی توانسته اند با استفاده از روش فشرده سازی هوا، نیز فناوری جدیدی برای ذخیره سازی نیروی برق ایجاد است. در این روش که چندین دهه سابقه دارد، از برق مازاد بر مصرف برای فشرده سازی هوا استفاده می شود و سپس هوای فشرده شده در مکانی غار مانند در زیر زمین ذخیره می گردد. برای استفاده از برق ذخیره شده توسط این روش که CAES نام دارد، کافی است هوای فشرده شده به سمت یک توربین گازی هدایت شود تا توربین به کمک آن برق تولید کند. این روش از نظر تئوری، روشی کارآمد و کاربردی است؛ زیرا با هزینه بسیار کمی می توان از آن استفاده کرد و در واقع ارزان ترین روش برای ذخیره سازی انرژی است. از سویی دیگر استفاده از این روش در مقایسه با روش های دیگر همانند ایجاد مخازنی برای تولید نیروی برق آبی که باید تجهیزات خاصی در کوه ها نصب شوند (ممکن است در برخی از کشور کوه های کمی وجود داشته باشند)، نیازمند هیچ گونه شرایط جغرافیایی خاصی نیست.

اما مشکل استفاده از این روش، تولید گرما در اثر فشرده سازی هوا است؛ درست همانند زمانی که تایر دوچرخه خود را به وسیله یک تلمبه باد می کنید و این کار باعث افزایش دمای تایر می شود. چگونگی استفاده از گرمای تولید شده در نیروگاه هایی که از این روش برای ذخیره سازی برق استفاده می کنند، به یک چالش بزرگ برای محققان تبدیل شده است. در حال حاضر در جهان فقط دو نیروگاه CAES وجود دارد که یکی از این دو نیروگاه، نیروگاه Huntrof در آلمان و دیگری نیروگاه Mclntosh در آمریکا است که حداکثر ظرفیت ذخیره انرژی توسط آن ها به ترتیب ۲۹۰ مگاوات و ۲۲۶ مگاوات است؛ اما متاسفانه در هیچ یک از این دو نیروگاه هیچ مکانی برای ذخیره و استفاده از گرمای ایجاد شده وجود ندارد. ذخیره نکردن این گرما و عدم استفاده از آن باعث می شود که یک منبع انرژی برای تولید انرژی به سادگی هدر برود. همچنین هنگام استفاده از هوای فشرده شده برای به حرکت درآوردن توربین ها و تولید برق، دمای هوا کاهش پیدا می کند و برای افزایش مجدد دمای آن، انرژی زیادی مصرف می شود که باعث کاهش بهره وری انرژی در نیروگاه می شود.

دانشمندان برای حل این مشکل، در پروژه ای تحت عنوان RICAS 2020 که بودجه آن توسط اتحادیه اروپا تأمین می شود. در حال کار کردن بر روی یک نیروگاه پیشرفته CAES بی در رو هستند (نیروگاهی که در آن گرمای ایجاد شده از فرایند فشرده سازی هوا ذخیره نمی شود)، تا گرمای ایجاد شده در آن را ذخیره کنند.

مهمترین کاری که باید در این پروژه انجام شود، ایجاد شرایطی است که باعث شود گرمای هوا در طول فرایند فشرده شدن آن، کاملا جذب شود. همان طور که در تصویر زیر می بینید، در این روش هوای گرمی که از کمپرسور خارج می شود، از خرده سنگ هایی که در یک مکان غار مانند هستند و منافذ زیادی هم در آن ها وجود دارد، عبور داده می شود و گرمای هوا توسط سنگ ها جذب می شوند. سپس هوای سرد شده دوباره به مکانی که قبلا در آن ذخیره شده است، باز می گردد. هنگامی که افراد نیازمند استفاده از هوای سرد می شوند، این جریان هوا دوباره از میان خرده سنگ ها عبور داده می شود تا دمای آن افزایش پیدا کند و در این صورت نیاز به استفاده از سوخت برای افزایش دمای هوا نیست.