افق جدیدی در کاربرد جهانی انرژی تجدیدپذیر/ قطب جنوب، انرژی سبز چین روشن میشود
به گزارش هابصنعت به نقل از پایگاه اطلاع رسانی وزارت نیرو(پاون)؛ پنج سال پیش، سان هونگبین، مهندس ارشد برق و انرژی پاک، مأموریت داشت در یکی از سختترین محیطهای زمین، یعنی قطب جنوب، یک سیستم کامل و پایدار انرژی تجدیدپذیر بسازد؛ این پروژه در ایستگاه تحقیقاتی کینلینگ در جزیره ایناکسپرسایبل واقع در خلیج ترا نوا اجرا شد. با توجه به دماهای پایین تا زیر منفی ۴۰ درجه سانتیگراد، بادهای شدید تا ۳۰۰ کیلومتر بر ساعت، بورانهای سنگین و تاریکی شش ماهه، شرایط برای تامین انرژی بسیار چالشبرانگیز بود.
طراحی توربینهای بادی مقاوم در برابر سرمای شدید و بادهای سهمگین
توربینهای بادی معمولی در چنین شرایطی شکست میخورند؛ تیغههای آنها که معمولا به شکل پرههای پنکهای طراحی شده، در برابر فشارهای مکانیکی ناشی از بادهای شدید بسیار آسیبپذیر هستند. برای رفع این مشکل، تیم مهندسی سان طراحی تیغهای کاملاً متفاوت انجام داد که شبیه همزن تخممرغ است. در این طراحی، هر تیغه خمیده دو انتهای خود را به یک میله مرکزی متصل کرده است، که باعث کاهش سطح بادگیری مستقیم و در نتیجه کاهش فشار بر تیغهها میشود. همچنین پایین آوردن مرکز ثقل توربین باعث پایداری بیشتر در بادهای شدید میشود. برای مواد تیغهها از فیبر کربن استفاده شده است؛ این ماده علاوه بر سبکی و استحکام بالا، مقاومت فوقالعادهای در دماهای زیر صفر دارد و میتواند بدون کاهش عملکرد در سرمای شدید باقی بماند. طول تیغهها نیز نسبت به استانداردهای معمول کوتاهتر انتخاب شده تا نیروی وارده از باد کاهش یابد و سازه کمتر دچار خستگی شود.
سیستم پنلهای خورشیدی و چارچوب مقاوم
پنلهای خورشیدی عادی در قطب جنوب به دلیل وزش باد شدید و برف سنگین دچار آسیب میشوند؛ به همین دلیل تیم سان چارچوبی از جنس پلاستیک تقویت شده با فیبر تولید کرد که نسبت به آلومینیوم، ضریب انتقال حرارتی بسیار پایینتری دارد. این امر باعث میشود تغییر دمای سریع که سبب انبساط و انقباض و در نهایت شکست سازه میشود، تا حد زیادی کاهش یابد. همچنین طراحی قاب به گونهای است که پنلها را محکم به زمین متصل میکند تا در برابر فشار باد و بار برف مقاومت کنند.
باتریهای لیتیوم-تیتانات و سیستم مدیریت حرارتی
باتریهای معمول لیتیوم-یونی در دمای منفی ۴۰ درجه عملکرد قابل قبولی ندارند، چرا که شارژ و دشارژ آنها با مشکل مواجه شده و یونها به کندی حرکت میکنند. برای مقابله با این مشکل، از باتریهای لیتیوم-تیتانات استفاده شد. این باتریها به دلیل ساختار کریستالی خاص، حرکت یونها در آنها در دماهای پایین راحتتر انجام میشود و عملکرد باتری حفظ میشود. همچنین، باتریها درون پوششی عایق حرارتی قرار گرفتند که علاوه بر حفظ گرما، مجهز به سیستم بازیافت حرارت جانبی تولیدی توسط خود باتریها و سایر تجهیزات است. این حرارت ذخیره شده مجدداً به داخل محفظه باتری برگردانده میشود تا دمای بهینه حفظ شود و از افت کارایی جلوگیری شود.
تولید و ذخیرهسازی هیدروژن پاک برای دورههای تاریکی قطبی
یکی از چالشهای اصلی تأمین انرژی در قطب جنوب، دوره طولانی تاریکی است که تولید برق از پنلهای خورشیدی غیرممکن میشود. برای غلبه بر این مشکل، سیستم تولید هیدروژن پاک از طریق الکترولیز آب طراحی شده است. در این فرآیند، دستگاه الکترولایزر با استفاده از انرژی بادی و خورشیدی، مولکولهای آب را به اکسیژن و هیدروژن تجزیه میکند. هیدروژن تولید شده در مخازن تحت فشار بسیار بالا ذخیره میشود که امکان نگهداری بیش از یک سال را فراهم میکند. در هنگام نیاز، هیدروژن وارد سلولهای سوختی میشود، جایی که با اکسیژن واکنش داده و برق تولید میکند. محصولات جانبی این واکنش تنها آب و گرما هستند که به طور هوشمند بازیافت و مدیریت میشوند. آب به سیستم الکترولیز بازگردانده شده و گرما برای گرم نگه داشتن سلولهای سوختی و دیگر تجهیزات استفاده میشود.
تمام اجزای سیستم—توربینها، پنلها، باتریها و سلولهای سوختی—توسط یک شبکه هوشمند مدیریت انرژی کنترل میشوند. این سیستم دادههای هواشناسی، الگوهای مصرف، ذخیره انرژی و ظرفیت تولید را به صورت لحظهای تحلیل میکند و با استفاده از الگوریتمهای پیشرفته پیشبینی، توزیع انرژی را بهینه میسازد. این سامانه تضمین میکند که در هر شرایط آب و هوایی، انرژی مورد نیاز ایستگاه بدون وقفه و به صورت پایدار تامین شود.
دستاوردها و چشمانداز آینده
پروژه تأمین انرژی پاک ایستگاه کینلینگ موفق شد حدود ۶۰ درصد از مصرف سالانه انرژی این پایگاه را از طریق منابع تجدیدپذیر تأمین کند، در حالی که میانگین استفاده از انرژیهای پاک در ایستگاههای تحقیقاتی قطب جنوب بهطور معمول زیر ۲۰ درصد است. سیستم پیشرفتهای که برای این هدف طراحی شد، شامل ۱۰ توربین بادی، ۲۶ ماژول خورشیدی، باتریهای لیتیوم-تیتانات مقاوم در سرمای منفی ۴۰ درجه، سیستم ذخیرهسازی حرارتی و یک مجموعه کامل تولید و ذخیرهسازی هیدروژن است. این سامانه با بودجهای ۱۴ میلیون دلاری توسعه یافت و بهگونهای طراحی شده که حتی در شرایط تاریکی ششماهه و طوفانهای ۳۰۰ کیلومتری، بتواند انرژی ایستگاه را تأمین کند. بهطور مثال، تنها مخازن هیدروژن تحت فشار بالا میتوانند انرژی لازم برای ۴۸ ساعت کامل را بدون نیاز به هیچ منبع خارجی تأمین کنند.
در مقایسه، از مجموع ۸۱ ایستگاه تحقیقاتی فعال در قطب جنوب، تنها ۳۷ ایستگاه دارای نوعی از انرژی تجدیدپذیر هستند و اغلب فقط در تابستان فعالیت میکنند. حتی در ایستگاه پیشرفته بلژیک، «پرنسس الیزابت»، که بهطور کامل با انرژیهای بادی و خورشیدی کار میکند، فعالیتها به فصل تابستان محدود میشود. در مقابل، ایستگاه کینلینگ یکی از معدود پایگاههاییست که بهصورت دائمی فعال است و در طول تمام سال، با سهم بالایی از انرژی پاک، عملیاتی باقی میماند. این پروژه با کاهش چشمگیر وابستگی به هزاران لیتر سوخت دیزلی در سال، نهتنها خطر نشت سوخت و آلودگی محیطزیست را کاهش داده، بلکه بهعنوان مدلی عملی و موفق از انتقال انرژی سبز به اقلیمهای شدید، افق جدیدی در کاربرد جهانی انرژی تجدیدپذیر گشوده است.
انتهای پیام/