تینا مزدکی_در حالی که جهان به سمت استفاده از انرژی‌های تجدیدپذیر حرکت می‌کند، چالش ذخیره‌سازی برق تولید شده از منابع ناپایداری مانند خورشید و باد بیش از پیش اهمیت پیدا کرده است. تولید انرژی در این روش‌ها تحت تأثیر شرایط آب‌وهوایی متغیر است و در عین حال، تقاضای ناگهانی برای برق می‌تواند فشار زیادی بر شبکه‌های توزیع وارد کند. اینجاست که باتری‌های گرانشی وارد میدان می‌شوند. فناوری‌ای که برخلاف باتری‌های لیتیوم یونی، به‌جای مواد معدنی کمیاب، از یکی از ساده‌ترین نیروهای طبیعت، یعنی گرانش، برای ذخیره‌سازی انرژی استفاده می‌کند.
نیاز فوری به ذخیره انرژی
انرژی‌های تجدیدپذیر، اگرچه قادر به تأمین مقادیر زیادی برق هستند، اما تولیدشان همواره پایدار نیست. این در حالی است که تقاضای برق، به‌ویژه با رشد خودروهای الکتریکی و توسعه هوش مصنوعی، در حال افزایش است. شبکه‌های سنتی ممکن است توانایی هماهنگی بین عرضه و تقاضای متغیر را نداشته باشند و اینجاست که راهکارهای ذخیره‌سازی، مانند باتری‌های گرانشی، می‌توانند نقش مهمی ایفا کنند.
البته باتری‌های لیتیوم یونی، به‌رغم استفاده گسترده‌ای که دارند، مشکلاتی هم به‌وجود می‌آورند:
استخراج لیتیوم و عناصر کمیاب، آسیب‌های زیست‌محیطی و اجتماعی به همراه دارد.
این باتری‌ها در طول زمان ظرفیت خود را از دست می‌دهند.
بازیافت آن‌ها چالش‌برانگیز است.
قیمت و عرضه آن‌ها تحت تأثیر زنجیره‌های تأمین جهانی، به‌ویژه تسلط چین (با سهم ۷۲٪ از بازار جهانی)، متغیر است.
باتری‌های گرانشی چگونه کار می‌کنند؟
اصل کارکرد این باتری‌ها ساده است، آن‌ها انرژی را به شکل انرژی پتانسیل گرانشی ذخیره‌سازی می‌کنند. هنگامی که یک جرم سنگین (مانند بلوک‌های عظیم بتن یا حجم زیادی از آب) به ارتفاع بالاتری منتقل می‌شود، انرژی در آن ذخیره می‌شود. سپس در زمان نیاز، با پایین آوردن این جرم، انرژی ذخیره‌شده به کمک یک ژنراتور یا توربین، دوباره به برق تبدیل می‌شود.
در مقایسه با باتری‌های شیمیایی که به مرور زمان ظرفیت خود را از دست می‌دهند، انرژی پتانسیل گرانشی دچار افت نمی‌شود. به شرطی که اجزای مکانیکی (مانند کابل‌ها، قرقره‌ها و موتورهای بالابر) به‌درستی کار کنند، این روش می‌تواند برای دهه‌ها انرژی ذخیره کند.
مدل‌های اولیه این فناوری در سیستم‌های نیروگاه‌های برق‌آبی تلمبه‌ای دیده شده است؛ جایی که آب به مخازن بالاتر پمپ شده و در مواقع نیاز از ارتفاع پایین می‌آید و توربین‌ها را به حرکت درمی‌آورد. با این حال، این سیستم‌ها به جغرافیای خاصی نیاز دارند که در همه مناطق در دسترس نیست. در مقابل، باتری‌های گرانشی جامد (که از بلوک‌های سنگین به‌جای آب استفاده می‌کنند)، به‌راحتی در مناطق مختلف قابل احداث‌اند.
پروژه جسورانه چین: EVx
چین یکی از کشورهایی است که با همکاری شرکت سوئیسی Energy Vault، در حال اجرای یک پروژه عظیم ذخیره‌سازی گرانشی در شهر رودونگ است. این سیستم، که EVx نام دارد، شامل برجی ۱۲۰ متری است که در مواقعی که برق مازاد در شبکه وجود دارد، بلوک‌های ۲۴ تنی را به بالا منتقل می‌کند. سپس، هنگام نیاز به برق، این بلوک‌ها به آرامی پایین آورده شده و انرژی آن‌ها به الکتریسیته تبدیل می‌شود. ویژگی‌های کلیدی EVx شامل موارد زیر می‌شوند.
ظرفیت: ۲۵ مگاوات توان خروجی و ۱۰۰ مگاوات‌ساعت ظرفیت ذخیره‌سازی
راندمان: بیش از ۸۰٪ بازدهی در انتقال انرژی
دوام: عمر مفید ۳۵ سال
مصالح: استفاده از مواد محلی مانند خاک، ماسه و پسماندهای بازیافتی، که هزینه را نسبت به باتری‌های لیتیوم-یونی کاهش می‌دهد.
مقیاس‌پذیری: چین پروژه‌های بیشتری را در این حوزه برنامه‌ریزی کرده، از جمله ساخت سیستم‌هایی با ۶۶۰ مگاوات‌ساعت ظرفیت و یک پروژه ۲ گیگاوات‌ساعتی در مغولستان داخلی، با سرمایه‌گذاری بیش از ۱ میلیارد دلار.
از نظر ژئوپلیتیکی، این فناوری می‌تواند جذابیت بالایی برای کشورهایی داشته باشد که نمی‌خواهند به زنجیره تأمین لیتیوم چین وابسته باشند، در نتیجه، اگر این پروژه موفقیت‌آمیز باشد، ممکن است سایر کشورها نیز به سمت استفاده از باتری‌های گرانشی حرکت کنند.
رویکرد Gravitricity در اسکاتلند
یک شرکت نوآورانه دیگر به نام Gravitricity، در اسکاتلند روشی متفاوت را آزمایش کرده است. این شرکت به‌جای ساخت برج‌های بلند، از تونل‌های عمیق معادن متروکه برای ذخیره انرژی استفاده می‌کند. در سال ۲۰۲۱، این شرکت یک سیستم آزمایشی ۲۵۰ کیلوواتی را در بندر لیث اجرا کرد که در آن دو وزنه ۲۵ تنی بالا و پایین برده شدند. این روش دو مزیت مهم دارد:
کاهش هزینه‌ها: استفاده مجدد از معادن متروکه باعث کاهش هزینه‌های تخریب و همچنین ایجاد فرصت‌های شغلی در مناطق صنعتی قدیمی می‌شود.
افزایش ظرفیت: برخی معادن دارای عمقی بیش از ۳ کیلومتر هستند که بسیار بیشتر از ارتفاع برج‌های معمولی است و بنابراین می‌توانند مقادیر زیادی انرژی را ذخیره کنند.
با وجود مزایای متعدد، باتری‌های گرانشی مشکلاتی هم دارند:
مقیاس‌پذیری محدود: برای ذخیره انرژی در مقیاس خانگی، سیستم‌های گرانشی چندان کارآمد نیستند.
هزینه اولیه بالا: اگرچه هزینه‌های عملیاتی این سیستم‌ها پایین است، اما سرمایه‌گذاری اولیه برای ساخت برج‌های بلند یا بهره‌برداری از معادن می‌تواند بالا باشد.
استهلاک قطعات مکانیکی: کابل‌ها، قرقره‌ها و بالابرها در طول زمان فرسوده می‌شوند و نیاز به نگهداری مداوم دارند.
محدودیت‌های فضایی: ساخت برج‌های بزرگ ممکن است در مناطق شهری دشوار باشد و نیاز به زمین‌های وسیع داشته باشد.
ترکیبی از فناوری‌ها
هیچ فناوری واحدی نمی‌تواند به‌تنهایی تمام نیازهای ذخیره‌سازی انرژی را برطرف کند. آینده سیستم‌های انرژی احتمالاً ترکیبی از باتری‌های گرانشی، سیستم‌های برق‌آبی، باتری‌های لیتیوم یونی، پیل‌های سوختی هیدروژنی و ذخیره‌سازی گرمایی خواهد بود.
اما آنچه باتری‌های گرانشی را متمایز می‌کند، دوام بالا، استفاده از منابع در دسترس، و استقلال از زنجیره‌های تأمین پرریسک مواد معدنی است. اگر این فناوری بتواند موانع مالی و فنی خود را پشت سر بگذارد، می‌تواند نقش مهمی در کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای، کاهش وابستگی به منابع محدود و ایجاد یک شبکه برق پایدارتر و مقاوم‌تر ایفا کند.
منبع: interestingengineering
۵۸۳۲۳
