کره‌های بتنی غول‌پیکر در اعماق اقیانوس؛ انقلابی در ذخیره‌سازی انرژی‌های تجدیدپذیر

دانشمندان در پروژه‌ای نوآورانه، روش جدیدی برای ذخیره‌سازی انرژی‌های تجدیدپذیر ابداع کرده‌اند: کره‌های بتنی غول‌پیکر در اعماق اقیانوس! این فناوری نوظهور، توجه بسیاری از پژوهشگران از سراسر جهان را به خود جلب کرده و می‌تواند انقلابی در زیرساخت‌های انرژی ایجاد کند.

محققان مؤسسه «فرانهوفر» آلمان در پروژه‌ای نوآورانه به نام StEnSea، در تلاش‌اند با استفاده از تجهیزات خاصی، از فشار طبیعی اعماق دریا برای ذخیره‌سازی انرژی خورشیدی استفاده کنند. این پروژه که از سال ۲۰۱۱ آغاز شده، روشی منحصربه‌فرد برای ذخیره‌سازی کوتاه‌مدت و میان‌مدت انرژی ارائه می‌دهد و می‌تواند مسیر توسعه فناوری‌های پاک را دگرگون کند.

چگونه کره‌های بتنی غول‌پیکر در کف اقیانوس انرژی تجدیدپذیر را ذخیره می‌کنند؟

نکته جالب اینکه نحوه عملکرد این سیستم بسیار ساده است! به گفته محققان، هر کره بتنی به‌عنوان یک مخزن ذخیره‌سازی عمل می‌کند و با بهره‌گیری از فشار طبیعی آب در اعماق اقیانوس امکان تولید برق را فراهم می‌سازد.

زمانی که به انرژی نیاز باشد، دریچه‌ای باز شده و آب دریا با فشار زیاد وارد کره می‌شود. این جریان پرقدرت آب توربینی را به حرکت درمی‌آورد که به ژنراتور متصل است و در نتیجه برق تولید می‌شود. سپس انرژی الکتریکی تولیدشده به شبکه برق منتقل می‌شود.

برای شارژ مجدد و آماده‌سازی کره‌ها برای استفاده دوباره، آب موجود در داخل آن‌ها با استفاده از برق شبکه به بیرون پمپاژ می‌شود تا فضای خالی لازم برای آغاز چرخه بعدی ایجاد گردد. این فرایند معمولاً زمانی انجام می‌شود که نیروگاه‌های خورشیدی یا بادی، انرژی مازاد تولید می‌کنند. در واقع، به‌جای هدر رفتن این انرژی اضافی، از آن برای ذخیره‌سازی به‌صورت انرژی پتانسیل درون کره‌ها استفاده می‌شود تا در زمان‌های نیاز، دوباره به انرژی الکتریکی تبدیل شود.

هر کره بتنی قطری حدود ۹ متر دارد و وزن آن به ۴۰۰ تن می‌رسد. این سازه‌های عظیم در عمق ۶۰۰ تا ۸۰۰ متری بستر اقیانوس قرار می‌گیرند. در این عمق، فشار آب به‌اندازه‌ای بالاست که شرایط ایده‌آلی برای ذخیره و بازیابی انرژی فراهم می‌کند.

مؤسسه فراونهوفر پیش‌تر نمونه‌ کوچک‌تری از این سیستم را در دریاچه کنستانس در اروپا، نزدیک رودخانه راین، آزمایش کرده است. این مؤسسه قصد دارد تا پایان سال ۲۰۲۶، نمونه‌ کامل چاپ سه‌بعدی شده را در کف دریا در نزدیکی لانگ بیچ لس‌آنجلس به آب بیندازد. پیش‌بینی می‌شود این دستگاه توان تولید برق ۰٫۵ مگاوات و ظرفیت ذخیره‌سازی انرژی ۰٫۴ مگاوات‌ساعت داشته باشد. این مقدار انرژی می‌تواند برق یک خانواده متوسط در ایالات متحده را برای حدود دو هفته تأمین کند.

برتری کره‌های بتنی نسبت به سایر ذخیره‌سازهای انرژی

یکی از مهم‌ترین مزایای این فناوری این است که برخلاف روش‌های سنتی ذخیره‌سازی انرژی، فضایی روی سطح زمین اشغال نمی‌کند و قابلیت استقرار در بستر دریاهای مختلف سراسر جهان را دارد. این ویژگی، فرصتی منحصر‌به‌فرد برای توسعه ظرفیت ذخیره‌سازی انرژی، بدون نیاز به استفاده از خشکی، فراهم می‌سازد.

کره‌های بتنی مورد استفاده در این سیستم طول عمری بین ۵۰ تا ۶۰ سال دارند، درحالی‌که توربین‌ها و ژنراتورها باید هر ۲۰ سال یک‌بار تعویض شوند. افزون‌براین، برخلاف برخی تأسیسات زمینی که ممکن است به محیط‌زیست آسیب وارد کنند، این سیستم با هدف تعامل سازگار با اکوسیستم دریا طراحی شده و آثار زیست‌محیطی آن بسیار ناچیز ارزیابی شده است.

به گفته محققان مؤسسه فراونهوفر، هزینه ذخیره‌سازی انرژی با استفاده از این روش حدود ۰.۰۵۱ دلار به‌ازای هر کیلووات‌ساعت برآورد شده است. همچنین، سرمایه‌گذاری اولیه برای هر کیلووات‌ساعت ظرفیت ذخیره‌سازی، حدود ۱۷۷ دلار تخمین زده می‌شود. این ارقام براساس طراحی مجموعه‌ای متشکل از ۶ کره، با توان کل ۳۰ مگاوات و ظرفیت ۱۲۰ مگاوات‌ساعت محاسبه شده‌اند. این سیستم در مقایسه با سایر سیستم‌های ذخیره‌سازی، مانند باتری‌های لیتیومی، رقابتی بوده و درعین‌حال دوام و عمر مفید بیشتری دارد.

برآوردها نشان می‌دهد در صورت گسترش جهانی این فناوری، ظرفیت ذخیره‌سازی آن می‌تواند به عدد چشمگیر ۸۱۷ هزار گیگاوات‌ساعت برسد. به گفته محققان، این میزان می‌تواند انرژی مورد نیاز ۷۵ میلیون خانه در کشورهای آلمان، فرانسه و انگلستان را به‌مدت یک سال تأمین کند!

هدف نهایی این پروژه، توسعه نمونه‌هایی با ابعاد بزرگ‌تر، با قطر نزدیک به ۳۰ متر است که بتوانند ظرفیت‌های ذخیره‌سازی به‌مراتب بالاتری را فراهم کنند.

همچنین بخوانید: مروری بر انواع سامانه‌های ذخیره‌سازی انرژی

کمک به پایداری شبکه برق

به گفته محققان، سیستم ذخیره‌سازی انرژی StEnSea می‌تواند با تنظیم فرکانس شبکه و تأمین ذخایر عملیاتی به بهبود عملکرد و افزایش پایداری شبکه‌های برق کمک کند. این قابلیت به‌ویژه در شرایطی اهمیت می‌یابد که سهم منابع ناپایدار مانند انرژی خورشیدی و بادی در شبکه افزایش یافته و نوسانات تولید برق بیشتر شود.

علاوه‌براین، این فناوری قادر است در زمان‌هایی که قیمت برق در بازار پایین است – مانند ساعات کم‌مصرف یا دوره‌هایی با تولید بالا از منابع تجدیدپذیر – انرژی را از شبکه دریافت کرده و به‌صورت انرژی پتانسیل (در قالب فشار آب) ذخیره کند. سپس در زمان‌هایی که تقاضای برق و قیمت آن افزایش می‌یابد، انرژی ذخیره‌شده را آزاد کرده و برق تولیدی را به شبکه تزریق کند.

توسعه فناوری StEnSea واقعاً به‌صرفه است؟

با وجود پتانسیل بالای فناوری StEnSea، مسیر توسعه آن با چالش‌هایی اساسی همراه است. این کره‌های بتنی در محیط پرفشار و خورنده‌ اعماق دریا آسیب‌پذیرند و بنابراین، پایداری ساختاری و عملکرد قابل‌اطمینان آن‌ها از الزامات کلیدی موفقیت این فناوری است.

از سوی دیگر، صرفه اقتصادی این سیستم هنوز به‌طور کامل مشخص نشده و نیازمند ارزیابی‌های دقیق‌تر است. همچنین، مسائل مرتبط با نگهداری و تعمیرات در اعماق زیاد، بررسی اثرات احتمالی بر اکوسیستم‌های دریایی، و رعایت ملاحظات ایمنی مرتبط با کشتیرانی، ازجمله محورهای مهمی هستند که در فرایند تجاری‌سازی و توسعه گسترده این فناوری باید مورد توجه ویژه قرار گیرند.

چشم‌انداز آینده

وزارت انرژی ایالات متحده با اختصاص بودجه‌ای معادل ۴ میلیون دلار به پروژه StEnSea، حمایت خود را از توسعه این فناوری نوآورانه اعلام کرده و با اشتیاق در انتظار نتایج آزمایش‌های پایلوت در سواحل کالیفرنیا تا سال ۲۰۲۶ است. این نمونه آزمایشی که هم‌اکنون در مرحله تست قرار دارد، پیش از ورود به فاز بهره‌برداری رسمی، موفق شده توجه نهادهای دولتی و شرکت‌های صنعتی متعددی را به خود جلب کند.

به گفته محققان، کشورهایی مثل نروژ، پرتغال و ژاپن نیز از گزینه‌های بالقوه برای استقرار آینده این فناوری به شمار می‌روند؛ چراکه سواحل عمیق و ساختار جغرافیایی آن‌ها شرایط فنی لازم برای نصب این سامانه‌ها را فراهم می‌کند.

با افزایش سهم انرژی خورشیدی و بادی در سبد جهانی تولید برق، فناوری‌های ذخیره‌سازی همچون StEnSea نقشی حیاتی در مدیریت نوسانات تولید و تضمین پایداری شبکه ایفا می‌کنند. این فناوری با ایجاد تعادل میان عرضه و تقاضا، زیرساختی کلیدی برای گذار به سیستم‌های انرژی کم‌کربن و مبتنی بر منابع تجدیدپذیر فراهم می‌سازد.

اگر این کره‌های بتنی زیردریایی با موفقیت به بهره‌برداری برسند، می‌توانند به زیرساختی بنیادین در شبکه‌های برق آینده تبدیل شوند؛ سازه‌ای پنهان در بستر دریاها، اما حیاتی برای تأمین پایدار انرژی روی زمین.

اکنون این پرسش مطرح می‌شود: آیا این باتری‌های غول‌پیکرِ بی‌صدا در اعماق دریا، می‌توانند پاسخگوی نیاز روزافزون بشر به انرژی باشند و مسیر جهانی را به‌سوی گذار نهایی از سوخت‌های فسیلی هموار کنند؟ آنچه مسلم است، این است که عصر فناوری‌های پایدار آغاز شده و StEnSea یکی از پیشگامان این عصر جدید است.