مواد و ساخت پیشرفته

یک مطالعه تحقیقاتی نشان می‌دهد که چاه‌های معدن‌های متروکه می‌توانند به عنوان باتری‌های گرانشی ذخیره‌کننده انرژی عمل کنند.  فقط به این دلیل که یک معدن از ذخایر خود خالی شده، به این معنا نیست که دیگر ارزشی ندارد. مطالعه‌ای در سال ۲۰۲۳ میلادی پیشنهاد کرده که چاه‌های این معدن‌های متروکه می‌توانند به عنوان باتری‌های گرانشی ذخیره‌کننده انرژی مورد استفاده قرار گیرند و به تازگی محقق اصلی این تحقیق اعلام کرده است در حال توسعه مفاهیم جدیدی برای ذخیره انرژی گرانشی است که تا اواخر سال 2025 میلادی منتشر می‌شود.

باتری گرانشی چیست؟

به‌طور خلاصه، این سیستمی است که در آن برق با رهاسازی یک بار سنگین و سقوط آن تولید می‌شود. این برق را می‌توان در زمان اوج مصرف شبکه شهری استفاده کرد. در زمان‌هایی که انرژی مازاد در شبکه وجود دارد، سیستم باتری گرانشی از این انرژی اضافی برای بالا بردن مجدد بار استفاده می‌کند و درواقع آن را برای استفاده بعدی ذخیره می‌کند. یکی از رایج‌ترین انواع این فناوری، سیستم ذخیره‌سازی انرژی برق‌آبی تلمبه‌ای است. در این روش، آب از ارتفاع بالا رها می‌شود و با چرخاندن توربین‌ها در مسیر پایین‌آمدن، برق تولید می‌کند. در زمان‌هایی که انرژی مازاد در شبکه وجود دارد، این آب دوباره به نقطه اولیه خود پمپ می‌شود.

استفاده از معادن متروکه برای ذخیره انرژی

در سال ۲۰۲۲ میلادی  دانشمندان مؤسسه بین‌المللی تحلیل سامانه‌های کاربردی (IIASA) در اتریش، نوع متفاوتی از باتری گرانشی را پیشنهاد کردند. ایده اصلی این بود که آسانسورهای ساختمان‌های بلند با استفاده از سیستم ترمز احیاکننده، در هنگام پایین آوردن بارهای وزین از طبقات بالا به پایین، برق تولید کنند. ربات‌های تریلر خودکار وظیفه جابه‌جایی این بارها به داخل و خارج از آسانسورها را بر عهده داشتند. این ایده اکنون به سیستم ذخیره‌سازی انرژی گرانشی زیرزمینی (UGES) گسترش یافته است که توسط همان پژوهشگران پیشنهاد شده است. در این روش نیز از آسانسور استفاده می‌شود، اما این بار آسانسورها در چاه‌های موجود در معادن متروکه قرار دارند و مخازنی پر از شن را بالا و پایین می‌برند.

چگونه سیستم UGES کار می‌کند؟

در این سیستم، مجموعه‌ای از موتورهای الکتریکی/ژنراتورها در دو طرف چاه نصب می‌شوند که وظیفه بالا و پایین بردن آسانسورها را بر عهده دارند. هنگام پایین آمدن بارهای شن، برق از طریق سیستم ترمز احیاکننده تولید می‌شود و در مسیر بالا رفتن، بخشی از این برق برای بالا آوردن آسانسور استفاده می‌شود. برای حداکثر بازدهی، آسانسورها در سطح زمین بار شن را دریافت می‌کنند، در پایین چاه تخلیه می‌شوند و سپس خالی به سطح زمین بازمی‌گردند. البته، این روند در نهایت باعث پر شدن فضای ذخیره‌سازی در انتهای چاه می‌شود. بنابراین، هنگامی که انرژی مازاد در شبکه وجود دارد، آسانسورها باید بخشی از شن را مجدداً به سطح زمین برگردانند. این کار با استفاده از نوار نقاله‌های برقی و کامیون‌های تخلیه انجام خواهد شد.

پتانسیل جهانی UGES

دانشمندان تخمین زده‌اند که این سیستم می‌تواند ظرفیت ذخیره‌سازی جهانی معادل ۷ تا ۷۰ تراوات‌ساعت (TWh) داشته باشد. بیشترین تأسیسات UGES احتمالاً در کشورهایی ساخته خواهند شد که دارای معادن متروکه زیادی هستند، از جمله چین، هند، روسیه و ایالات متحده.

جولیان هانت، نویسنده اصلی این پژوهش، می‌گوید:
"هنگامی که یک معدن تعطیل می‌شود، هزاران کارگر بیکار می‌شوند. سیستم UGES می‌تواند باعث ایجاد چندین فرصت شغلی شود، زیرا این معادن پس از توقف عملیات استخراج، خدمات ذخیره‌سازی انرژی ارائه خواهند داد. معادن از قبل دارای زیرساخت‌های اساسی و اتصال به شبکه برق هستند، که این امر هزینه‌ها را به میزان قابل‌توجهی کاهش داده و اجرای نیروگاه‌های UGES را تسهیل می‌کند."

هانت همچنین اعلام کرده که پس از انتشار اولیه این مقاله، او با افراد و گروه‌های مختلفی که علاقه‌مند به توسعه سیستم UGES هستند، تماس داشته است. این افراد شامل سه مالک معدن، دو سرمایه‌گذار (از جمله یکی از مدیران یوتیوب) و سه توسعه‌دهنده پروژه بوده‌اند. علاوه بر این، وی تأیید کرده که در حال توسعه مفاهیم جدیدی برای ذخیره انرژی گرانشی است که انتظار می‌رود در اواخر سال ۲۰۲۵ منتشر شوند.

لینک مقاله اصلی