ساختمان‌ها، مخازن ذخیره انرژی در آینده

شهریار تبریز/رضا عالش‌زاده: ساختمان‌ها برای قرن‌های متمادی ثابت کرده‌اند که می‌توانند افراد، اشیاء و سیستم‌ها را ذخیره کنند و اکنون بحث بر سر توانایی آنها برای ذخیره کارآمد مقادیر زیاد انرژی در جریان است. آیا ساختمان‌ها می‌توانند از ساختارهای عملکردی معمول فراتر رفته و به مخازن بالقوه نیرو تبدیل شوند؟

فناوری یون لیتیوم یکی از حاکمان بلامنازع ذخیره انرژی بود، استفاده گسترده از آن در تلفن های همراه و خودروهای هیبریدی گواهی بر قابلیت بالای آن است. با این حال، در حال حاضر به دلیل آسیب‌های زیست‌محیطی و سیاست‌های ژئوپلیتیکی خود با انتقاداتی مواجه است. صنعت ساخت و ساز توانسته است با مداخلات متعدد راه حلی برای این مشکل بزرگ ارائه دهد. در واقع، اکنون آجر و سیمان به رقبای این باتری‌ها تبدیل شده‌اند و راه‌های جدیدی برای ذخیره انرژی ارائه می‌دهند. مواد معدنی مورد استفاده در ساخت و ساز در حال حاضر اجزای کلیدی سیستم‌های ذخیره انرژی حرارتی (TES) هستند که می‌توانند در ساختمان‌ها به گونه‌ای نصب شوند که آنها را به باتری‌های حرارتی تبدیل کند.

کارکرد باتری‌وار ساختمان‌های بلند

ساختمان‌های سر به فلک کشیده به عنوان پاسخی قابل قبول به نگرانی‌های موجود در زمینه ذخیره انرژی در دنیای مدرن عمل می‌کنند. محققان انرژی پتانسیل موجود در آسانسورها را مطالعه و آزمایش کرده‌اند. آسانسورها در ساختمان‌های مرتفع با بلند کردن ظروف شن مرطوب برای ذخیره انرژی در زمان‌های بی استفاده، به واحدهای ذخیره‌سازی پویا تبدیل می‌شوند. اسم این تکنولوژی، فن‌آوری ذخیره‌ساز انرژی آسانسور ( LEST) است. بدین ترتیب، ترکیبی از گرانش و زیرساخت‌های موجود یک جایگزین مقرون به صرفه برای ذخیره انرژی و بهبود کیفیت برق در مناظر شهری فراهم می‌کند.

ذخیره‌سازی انرژی مسکونی

به غیر از بلندمرتبه‌ها، تعداد فزاینده‌ای از خانه‌های تک‌خانواره و خانه‌های چند خانواری از سیستم‌های باتری اختصاصی و سیستم‌های خودرو-به-شبکه استفاده می‌کنند. این فناوری‌های ذخیره‌سازی اجازه می‌دهند تا انرژی پاک توسط خانه‌ها استفاده شود و بیشتر به اشتراک گذاشته شود یا به شبکه شهری فروخته شود. ایالات متحده افزایش بیش از ۲۰۰ درصدی نصب چنین سیستم هایی را بین سال های ۲۰۱۴ تا ۲۰۱۸ مشاهده کرد و پیش‌بینی می‌شود تقاضای آن به طور پیوسته افزایش یابد.

سیمان برقی

پژوهشگران MIT با ادغام روشهای باستانی و مدرن، خواص سیمان، آب و کربن سیاه را با هم ترکیب کرده‌اند تا ترکیبی به نام سیمان برق‌دار ایجاد کنند. نانوکامپوزیت به سیمان اجازه می‌دهد تا به عنوان یک ابرخازن استفاده شود و بتواند انرژی الکتریکی را با سرعت‌های بی‌سابقه‌ای ذخیره و آزاد کند. خاصیت منحصر به فرد سیمان برق‌دار در توانایی آن در ایجاد فرم‌های پیچک مانند در حفره‌ها است که به عنوان سیم برای افزایش رسانایی ماده عمل می‌کنند. این مواد در پایه‌های ساختمان و جاده‌ها برای ایجاد سیستم‌های نیرو در سطح شهر، ارائه انرژی پایدار به خانه‌ها و وسایل نقلیه الکتریکی در مجاورت آن کار شده‌اند.

آجر، سنگ و ماسه به عنوان خانه‌های انرژی

شرکت "روندو انرژی" مستقر در کالیفرنیا یک باتری حرارتی آجری ساخته است. واحدهای مستقل شامل یک پشته آجر با عناصر گرمایش الکتریکی هستند. این آجرها انرژی را با تبدیل برق تجدیدپذیر به انرژی حرارتی ذخیره می‌کنند که به نوبه خود می تواند برای تامین گرمای بهینه برای فرآیندهای مختلف صنعتی استفاده شود. یک باتری شنی توسط شرکت" پولار نایت" مستقر در فنلاند ساخته شده است که ادعا می کند اولین باتری شنی تجاری جهان را به عنوان بخشی از یک شبکه گرمایش شهری نصب کرده است. این سیستم‌ها از موادی استفاده می‌کنند که به آسانی در ساخت‌وساز در دسترس هستند، در نتیجه راه‌حلی قابل دوام و مقیاس‌پذیر برای ذخیره و استفاده انرژی ارائه می‌کنند.

ادغام روش‌های ذخیره انرژی در ساختمان‌ها نیز چشم‌انداز ساختمان های تعاملی با شبکه را روشن جلوه می‌دهد. این سازه‌ها می توانند با شبکه های برق محلی ارتباط برقرار کنند تا عملیات خود را بر اساس جریان داده‌های آنی تنظیم کنند. مزایای بالقوه این روش‌های جدید نیازمند توجه است. اگر محفظه‌های ساختمان به طور همزمان به عنوان باتری گرمایی عمل کنند، کنترل آب و هوا می تواند به طور یکپارچه با ذخیره انرژی برای گرمایش، آب گرم و برق ترکیب شود. توزیع انرژی تجدیدپذیر و باتری‌های حرارتی بین ساختمان‌ها می‌تواند به طور قابل توجهی تقاضا برای تاسیسات متمرکز را کاهش داده و راه را برای زیرساخت انرژی غیرمتمرکز و انعطاف‌پذیر هموار کند.

تلاش برای ترغیب کاربران نهایی، اعم از مسکونی و تجاری، برای به اشتراک گذاشتن منابع ذخیره‌سازی توزیع شده خود با شبکه مرکزی بسیار مهم است. استفاده هماهنگ از چنین منابع توزیع شده نیاز به سرمایه‌گذاری گسترده در سیستم‌های ذخیره سازی متمرکز را کاهش می‌دهد. سیاستگذاران و تنظیم‌کننده‌های سیستم قدرت نقش اساسی در اتخاذ استراتژی‌هایی دارند که ادغام این راه‌حل‌های نوآورانه را در چشم‌انداز انرژی گسترده‌تر توصیه می‌کنند.

همانطور که جهت‌گیری شهرها به سمت آینده‌ای با انرژی پایدار است، چالش‌های ناشی از هزینه بالای تاسیسات ذخیره انرژی و نگرانی در مورد زنجیره تامین باتری بزرگ به نظر می رسد. با این حال، وعده ساختمان‌های غیرمتمرکز، تعاملی با شبکه و راه‌حل‌های نوآورانه ذخیره‌سازی انرژی، چشم‌انداز قانع‌کننده‌ای را ارائه می‌دهد. ساختمان‌ها صرفاً سازه‌ها نیستند، بلکه نیروگاه‌های بالقوه‌ای هستند که می‌توانند قایلبت ذخیره انرژی را دوباره تعریف کنند.

__________________________

منبع:

https://www.archdaily.com/1012461/the-future-of-energy-can-buildings-become-reservoirs-of-power