استال پرس - ایده انقلابی مهندس ایرانی در ذخیره انرژی منازل جهان

ایده انقلابی مهندس ایرانی در ذخیره انرژی منازل جهان

دستگاهی به اندازه‌ی یخچال را در منزل تصور کنید که نه تنها قادر به تولید و ذخیره‌سازی انرژی است بلکه کار گرم و سرد کردن خانه، تامین آب گرم و حتی تولید اکسژن و هیدروژن برای استفاده شخصی یا فروش را هم انجام می‌دهد.

به گزارش پاپایا، به نقل از کلیک، این رویایی است که تیمی از دانشگاه نیوکاسل استرالیا و شرکت استرالیایی Infratech Industries در حال کار روی آن هستند. در ادامه به گفتگو با دو مغز متفکر این محصول جدید که در حقیقت انقلابی بزرگ در انرژی محسوب شده و سازندگان از آن با عنوان ”چاقوی سوئیسی صنعت تولید انرژی“ یاد می‌کنند پرداخته‌ایم. با ما همراه باشید.
این تیم نام محصول خود را سیستم تولید انرژی به روش حلقه‌ای شیمیایی آنی، به اختصار CLES، نامگذاری کرده‌اند. مخترع این سیستم پروفسور بهداد مقتدری از دانشگاه نیوکاسل است. شرکت Infratech به رهبری «راجش نلور» تقریبا از همان ابتدای کار در این پروژه مشارکت داشته و عهده‌دار امور توسعه فنی سیستم بوده و ضمنا در آینده برنامه‌های تجاری‌سازی آن را انجام خواهد داد.

در اوایل ماه آوریل از یک واحد صنعتی مرجع برای تست و راه‌اندازی این محصول در نیوکاسل استرالیا رونمایی شد؛ این واحد صنعتی جوالگوی نیازهای یک بیمارستان، مجتمع مسکونی سالمندان یا یک ساختمان مشابه تجاری است. سیستم CLES نه تنها برق مورد نیاز ساختمان مورد نظر را تامین خواهد کرد بلکه عهده‌دار گرمایش، سرمایش و فراهم کردن آب گرم مورد نیاز هم خواهد بود؛ در کنار همه‌ی اینها این سیستم اقدام به تولید اکسیژن و هیدروژن هم خواهد کرد که می‌توان از آنها در ساختمان استفاده نمود یا برای فروش به دیگران عرضه کرد.
مخلص کلام این که عملکرد CLES ترکیبی از یک ژنراتور و یک باتری خواهد بود: این سیستم قادر به استفاده از گاز طبیعی برای تولید برق و تامین انرژی مورد نیاز یک ساختمان بوده و یا این که می‌تواند انرژی برق را از شبکه‌ی اصلی برق یا سایر منابع انرژی تجدیدپذیر دریافت و آن را برای استفاده در زمانی دیگر، ذخیره‌ نماید. این سیستم بر اساس واکنش اُکسایش-کاهش (Redox) عمل کرده و در ساخت آن از مخزن مخصوصی که ترکیب ویژه‌ای از ذرات مختلف که به صورت دوره‌ای اقدام به جذب و دفع الکترون‌ها می‌کنند، در آن به کار گرفته شده است. زمانی که این ذرات با اکسیژن ترکیب می‌شوند گرم شده و بخاری تولید می‌کنند که یک توربین را به حرکت درآورده و اقدام به تولید الکتریسیته می‌نماید. سپس زمانی که این ذرات گرمای خود را از دست می‌دهند، اقدام به آزاد کردن اکسیژنی می‌کنند که می‌توان آن را جمع‌آوری کرد.

مقتدری در رابطه با عملکرد سیستم این طور توضیح می‌دهد: ”فرآیند کاهش یک پروسه‌ی گرماگیر است از این رو برای انجام آن شما مجبور به مصرف انرژی هستید در حالی که اُکسایش (اُکسیاسون) یک پروسه‌ی گرماده است که در آن شما عملا از واکنش، مقدار بسیار زیادی گرما تولید می‌کنید. از این رو با مدیریت این چرخه، ما انرژی لازم برای فرآیند کاهش را با به کارگیری یک منبع انرژی مثل گاز طبیعی، برق ساعات عادی مصرف یا حتی برق منابع انرژی تجدیدپذیر مثل خورشید یا باد، فراهم می‌کنیم.“
در کنار برق و اکسیژن، گرمای اضافه‌ای که سیستم CLES تولید می‌کند را می‌توان ضبط کرد و به صورت مستقیم برای گرم کردن ساختمان یا تامین آب گرم استفاده نمود و یا با استفاده از ابزاری مکمل از آن برای خنک کردن سازه‌ها استفاده کرد. ضمنا برای پر کردن مخزن (در صورت نیاز) می‌توان فرآیند پردازش را به منظور تولید هیدروژن قابل ذخیره‌سازی، دستکاری کرد.
ترکیب ذرات که در قلب سیستم قرار گرفته‌اند کاملا سری است اما تیم توسعه دهنده می‌گوید که ذرات استفاده شده ”نسبتا طبیعی“ هستند و از این رو نیازی به نگرانی درباره‌ی فراوانی یا قیمت‌ تمام شده‌ی آنها نیست. سرمایه‌گذاران پروژه می‌گویند هر تن از ذرات مذکور قیمتی معادل ۱۱۲ دلار داشته و در هر بار استفاده تنها مقدار بسیار کمی از آنها مورد نیاز است. این ذرات درون یک کاتریجی فشرده خواهند شد و در چرخه‌های اُکسایش-سایش مورد استفاده قرار خواهند گرفت. در زمان استفاده از سیستم گریزی از تعویض کارتریج نخواهد بود اما تخمین زده می‌شود که این کار هر شش ماه تا دو سال یک بار انجام شود. تیم پروژه تضمین می‌دهد که تعویض یا پر کردن مجدد کارتریج هزینه‌ی معقولی داشته باشد.
حالت‌های دوگانه
CLES را در دو حالت می‌توان به کار گرفت.
حالت اول: در حالت ذخیره‌سازی انرژی این سیستم شبیه یک باتری بزرگ عمل می‌کند که انرژی شبکه‌ی برق اصلی یا منابع تجدیدپذیری مثل صفحات خورشیدی می‌تواند وارد آن شده و برای استفاده در مواقع مورد نیاز، ذخیره شوند. به این ترتیب در زمان قطع برق شبکه، ساختمان از این باتری تغذیه خواهد کرد و ضمنا از تعرفه‌ی ارزان‌تر برق در زمان‌هایی که مصرف آن بین کاربران شدت کمتری دارد هم استفاده‌ی بهتری خواهد شد؛ یا حتی می‌توان مصرف شبانه‌ی ساختمان را از این منبع انرژی تامین کرد.
در این زمینه نلور توضیح می‌دهد: ”می‌توان از سیستم شبیه یک سیستم معمولی ذخیره‌ی انرژی استفاده کرد؛ به این معنی که در زمان‌هایی که مصرف برق شبکه عادی و بسیار اندک است اقدام به شارژ ذرات نمود و در زمان مورد نیاز (مثلا ساعات اوج مصرف که تعرفه گران‌تر است) از انرژی سیستم استفاده کرد. از این رو مصرف کننده در طول شبانه‌روز به تمام محصولات شامل برق، اکسیژن، آب گرم، گرمایش و سرمایش دسترسی مستمر خواهد داشت. در حقیقت تمام امکاناتی که در زمان استفاده از یک سیستم انرژی خورشیدی و باتری فراهم می‌شود را در اختیار خواهید داشت.
حالت دوم: تیم توسعه‌دهنده سیستم از حالت دوم با نام ”انرژی در هر لحظه“ یاد می‌کند. در این حالت سیستم برای حفظ چرخه‌ی فعالیت فرآیند اُکسایش-سایش باید دائما از طریق گاز طبیعی تغذیه شده و نیروی لازم (و سایر فرآورده‌های خروجی) برای مرتفع کردن نیازهای ساختمان را تولید نماید. مزایای اصلی این حالت کمک به سازه در زمینه‌ی کم کردن تکیه روی شبکه‌ی برق اصلی و استفاده از گاز طبیعی است که معمولا ارزان‌تر و پایدارتر بوده و آلودگی کمتری برای محیط زیست هم ایجاد می‌کند.
مقتدری توضیح می‌دهد: ”در فرآیند تولید برق توزیع‌ شده به جای استفاده از یک شبکه‌ی بسیار بزرگ مرکزی، شبکه‌های بسیار کوچک به کار گرفته می‌شوند. این سیستم در حالت ”انرژی در هر لحظه“ برای کاربرد در قالب یک شبکه‌ی کوچک تولید برق طراحی شده است. به این ترتیب اگر این سیستم را در یک مجتمع ساختمانی سالمندان پیاده کرده و گاز طبیعی را به آن متصل نمایید، ساختمان مذکور به طور کلی بی‌نیاز از شبکه‌ی ملی برق شده و در هفت روز هفته و ۲۴ ساعت شبانه‌روز قادر به تولید انرژی مورد نیاز خود خواهد بود.
در این حالت سیستم CLES گاز طبیعی را با میزان بهره‌وری ۴۵ درصد، به برق تبدیل خواهد کرد. این میزان بهره‌وری معادل توان توربین‌های صنعتی است که با نیروی گاز برق تولید می‌کنند. اما مقتدری معتقد است زمانی که انرژی تلف شده در قالب گرمای اضافه توسط CLES جمع‌آوری و به مصرف کاربران می‌رسد، رقم مذکور (یعنی ۴۵ درصد) به ۹۰ درصد بهره‌وری می‌رسد.
بازگشت سرمایه
از نظر تئوریک CLES نه تنها موجب صرفه‌جویی در صورتحساب‌های انرژی سازمان‌ها یا مجتمع‌های مسکونی خواهد شد بلکه کاربران باهوش برای کسب درآمد، امکان فروش تولیدات جانبی این سیستم یعنی اکسیژن و هیدروژن را هم خواهند داشت. این سیستم قادر به تولید تقریبا ۱۲۰ کیلو اکسیژن در طول یک شبانه‌روز است؛ پس می‌بینید از درآمد حاصله از آن نمی‌توان به سادگی چشم‌پوشی کرد.
اما آیا یک فرد معمولی علم و دانش لازم برای ورود به بازار فروش اکسیژن را خواهد داشت؟ برای ساده‌سازی این مساله تیم توسعه دهنده‌ی CLES بخش مجزایی را طراحی کرده‌اند که وظیفه‌ی آن فشرده و ذخیره‌سازی اکسیژن تولیدی سیستم به شکل کپسول‌های استانداری است که این گاز در آنها به فروش می‌رسد. پژوهشگران تصدیق می‌کنند که این بازار و زیرساخت آن هنوز توسعه داده نشده‌اند اما نهایتا زمانی که انواع مجتمع‌ها و ساختمان‌ها اقدام به تولید مقادیر بسیار زیادی اکسیژن اضافه کنند، سر و کله‌ی توزیع‌کنندگان برای جمع‌آوری این گاز پیدا شود.
مقتدری: ”اگر همه چیز به خوبی پیش برود در آینده‌ شرکت‌های فعال در زمینه تولید و توزیع گاز احتمالا دیگر نیازمند تاسیساتی متمرکز برای تولید اکسیژن خالص نخواهند بود. آنها این کار را به مجتمع‌های مسکونی محول خواهند کرد و تنها عهده‌دار جمع‌آوری اکسیژن تولید شده خواهند بود.“
برای مصارف عادی، مقادیر بسیار کم اکسیژن را به منظور تازه‌سازی هوا می‌توان در داخل مجتمع‌ها به جریان انداخت. اما طبق اظهارات سازندگان، حجم اکسیژن تولید شده توسط CLES آن چنان زیاد خواهد بود که به تنهایی از عهده‌ی مصرف تمام آن بر نخواهید آمد و همواره مقادیر بسیار زیادی برای فروش و عرضه به دیگران اضافه خواهد آمد. یا برای مثال در مورد بیمارستان‌ها یا مجتمع‌های مخصوص سالمندان، می‌توان مخزن‌های مخصوصی برای ذخیره‌سازی آن و نهایتا مصرف توسط بیماران و ساکنان در نظر گرفت.
مدیرت هیدروژن تولیدی به خاطر ویژگی‌های خاص این گاز، پیچیدگی‌های بیشتری دارد. این گاز فوق‌العاده اشتعال‌آور بوده و تولید و ذخیره‌سازی آن توسط افراد عادی، بسیار خطرناک است. اما خبر خوب این که برخلاف اکسیژن که در سیستم به صورت مستمر تولید می‌شود، CLES تنها زمانی اقدام به تولید هیدروژن خواهد کرد که کاربر دستور ساخت آن را صادر کرده باشد. در حال حاضر نیازی به تولید هیدروژن توسط کاربران معمولی نیست اما احتمالا در آینده‌ای نزدیک و با رواج استفاده از این گاز برای تامین انرژی مورد نیاز خودروها، این وضعیت تغییر خواهد کرد.
نلور اضافه می‌کند: ”اکسیژن یک محصول جانبی و بسیار با ارزش است. اما احتمالا در یک منطقه‌ی مسکونی یا تجاری هرگز نیاز به استفاده از هیدروژن احساس نخواهد شد. از این رو تنها زمانی که خودروهایی با سوخت سلولی که برای تامین انرژی به هیدروژن وابسته‌اند وارد بازار شوند، ساخت زیرساخت مرتبط و نهایت تولید این گاز معقول به نظر می‌رسد.“
کوچک‌سازی
مسولان پروژه برای نشان دادن قابلیت‌های عملی CLES اقدام به راه‌اندازی یک واحد صنعتی مرجع در نیوکاسل استرالیا کرده‌اند. سیستم آزمایشی که اندازه‌ای معادل کانتینرهای حمل بار دارد در حال حاضر قادر به تولید ۷۲۰ کیلو وات ساعت انرژی در طول روز است که بنا به گفته‌های دست‌ اندرکاران پروژه برای تامین انرژی مورد نیاز ۳۰ تا ۴۰ منزل مسکونی، بیمارستانی کوچک یا یک مجتمع مسکونی سالمندان کافی است. مدولار کردن سیستم به معنی قابلیت تغییر اندازه‌ و توان به منظور مرتفع کردن نیازهای مختلف ساختمان‌های تجاری یا سازه‌های عظیم‌تر است اما در حال حاضر تمرکز تیم روی برطرف کردن نیازهای منازل مسکونی متمرکز شده است.
مقتدری: ” ما در حال کار روی یک مدل بسیار کوچک برای کاربردهای مسکونی هستیم. در واقع سعی در کوچک‌سازی و فشرده‌سازی کل سیستم از جمله راکتورها، مخازن، بخش‌های متحرک و … داریم تا نهایتا حجم سیستم به حد و اندازه‌های یک یخچال معمولی برسد. با تحقق این هدف به راحتی می‌توان شاهد نصب و استفاده از CLES در تمام خانه‌ها باشیم.“
بدون شک مدلی که در منازل مسکونی نصب خواهد شد از نظر توان قادر به تولید انرژی معادل نمونه‌هایی که در بیمارستان‌ها یا مراکز خرید نصب خواهند شد نخواهد بود؛ توان خروجی مدل منازل مسکونی معادل ۲۴ کیلو وات در یک شبانه‌روز خواهد بود. از این رو بودجه‌ی مورد نیاز برای تهیه‌ی یک CLES برای مردم عادی چندان سنگین نخواهد بود. اگر چه تیم پروژه از اعلام قیمتی مشخص برای CLES خودداری کرد اما بنا به گفته‌ی آنها قیمت چنین مدل‌هایی با سایر سیستم‌های ذخیره‌سازی انرژی خانگی بازار رقابت خواهد کرد.
مقتدری: ”معتقدیم زمانی که نگارش کوچک شده‌ برای منازل را عرضه کنیم در زمینه‌ی عملکرد تولید انرژی، محصول ما اگر بهتر از محصولات Tesla Systems نباشد، کمتر از آنها هم نخواهد بود. در زمینه‌ی هزینه‌ها هم تخمین‌ها نشان می‌دهد محصول ما قیمتی معادل ۷۵ درصد هزینه‌ی خرید مدل‌های شرکت Teslaداشته باشد.“
از آن جایی که محصول شرکت تسلا با نام Powerwall در حال حاضر با قیمت ۶۰۰۰ دلار عرضه می‌شود، احتمال دارد مدل خانگی CLES قیمتی معادل ۴۵۰۰ دلار داشته باشد و ضمنا این نکته را هم نباید از قلم انداخت که Powerwall قادر به تولید اکسیژن نیست. صرفنظر از هر هزینه‌ای که برای خرید CLES صرف کنید تیم توسعه دهنده تضمین می‌دهد که بعد از گذشت یک سال و نیم از خرید، این سیستم معادل بودجه خرج شده را به جیب‌تان برگرداند.
چشم انداز تیم
شرکت Infratech و دانشگاه نیوکاسل قصد دارند در نیمه‌ی دوم سال ۲۰۱۷ از مدل فعلی CLES که مناسب مجتمع‌های بزرگ است، رونمایی کنند. در ماه جولای یا آگوست سال جاری شاهد نصب و فعال شدن مدلی دیگر در یک مجتمع دندانپزشکی در سیدنی خواهیم بود و اگر تمام برنامه‌‌ریزی‌ها و اهداف در نظر گرفته شده محقق شوند در اواخر سال جاری شاهد عرضه‌ی مدل‌های تجاری برای مجتمع‌های نسبتا بزرگ خواهیم بود.
آن دسته از کسانی هم که دوست دارند هر چه زودتر شاهد مستقل شدن منزل خود از شبکه‌ی اصلی برق باشند هم احتمالا باید تا ۱۸ ماه دیگر انتظار بکشند. سرمایه‌گذاران پروژه چشم‌انداز و آینده‌ی تولید انرژی در منازل را بسیار روشن می‌بینند.
مقتدری: ”تصور کنید که بعد از پا گذاشتن به منزل، لپ‌تاپ و تلفن‌های همراه را برای شارژ به شبکه‌‌ی برق منزل خودتان متصل می‌کنید. همزمان خودروی شخصی‌تان که از سوخت سلولی تغذیه می‌شود را با هیدروژنی که شخصا تولید کرده‌اید برای روز بعد شارژ نمایید. ضمنا با تزریق مقداری اکسیژن به فضای منزل حال و هوای آن را بهاری می‌کنید یا تولید اضافه‌تان را ذخیره و می‌فروشید. چه حس و حالی به شما دست می‌دهد؟