یک سیستم ذخیرهسازی انرژی جدید برای ساختمانهای بلندمرتبه در کانادا معرفی شده است. این سیستم که توسط محققان دانشگاه واترلو طراحی شده است، ادعا میشود که برای ذخیرهسازی انرژی تجدیدپذیر مناسب است.
این سیستم ترکیبی از پنلهای فتوولتائیک نصب شده روی نما، توربینهای بادی کوچک پشت بام، باتریهای لیتیوم-یونی و یک سیستم ذخیرهسازی انرژی گرانشی (GS) مبتنی بر بالابر طنابی است.
چارچوب بهینهسازی چندهدفه
محققان خاطرنشان کردهاند که چارچوب بهینهسازی چندهدفه برای به حداقل رساندن هزینه تراز شده برق (LCOE) و وابستگی به شبکه (GD) با در نظر گرفتن منطق توزیع واقعبینانه و عملکرد سالانه توسعه داده شده است. تیم تحقیقاتی همچنین نشان داد که این سیستم برای 625 طرح ساختمان پارامتری که شدتهای مختلف مصرف انرژی (EUI) و پیکربندیهای هندسی را پوشش میدهند، بهینه شده است که توسط نسبتهای مساحت به حجم، طول به عرض و ارتفاع به فضای اشغال شده توسط نما تعریف میشوند.
گزارشها نشان دادهاند که سیستم مبتنی بر بالابر طنابی در ترکیب با نماهای فتوولتائیک نصب شده روی دیوارهای جنوبی، شرقی و غربی و همچنین توربینهای بادی کوچک پشت بام و باتریهای لیتیوم-یونی عمل میکند.
در پیکربندی پیشنهادی، سیستم مبتنی بر جاذبه به عنوان واحد ذخیره انرژی اولیه عمل میکند، در حالی که باتریها فقط برای ذخیرهسازی سریع در ساعات مازاد یا کمبود قابل توجه تولید استفاده میشوند.
این سیستم انرژی تولید شده توسط نماهای PV و توربینهای بادی را برای بلند کردن یک جرم سنگین درون یک شفت در طول مرحله شارژ مهار میکند. مجله PV گزارش داد که این انرژی پتانسیل ذخیره شده سپس برای چرخاندن یک ژنراتور الکتریکی در طول تخلیه آزاد میشود.
این سیستم شامل واحد موتور-ژنراتور، طنابهای بالابر است
محققان خاطرنشان کردند که این سیستم شامل یک واحد موتور-ژنراتور، طنابهای بالابر، چرخ دندههای انتقال و یک جرم سنگین است که معمولاً از بلوکهای فولادی یا بتنی ساخته میشود. این جرم به طور مکرر در یک هسته آسانسور عمودی یا یک برج کانتینری بالا و پایین میرود.
هنگامی که برق اضافی در دسترس باشد، موتور جرم را به سمت بالا بلند میکند و انرژی اضافی را به عنوان پتانسیل گرانشی ذخیره میکند. وقتی انرژی مورد نیاز است (یعنی کمبود تولید/عرضه)، جرم کاهش مییابد و ژنراتور انرژی ذخیره شده را دوباره به برق تبدیل میکند. به گفته محققان، این طرح از نظر فنی قابل اجرا است و اخیراً از نظر تجاری نیز اثبات شده است.
این مطالعه که در مجله Applied Science منتشر شده است، نشان میدهد که این سیستم به مقادیر هزینه تراز شده برق (LCOE) بین 0.051 تا 0.111 دلار آمریکا بر کیلووات ساعت و مقادیر GD بین 0.195 تا 0.888، بسته به طراحی ساختمان، دست یافته است. این مقادیر با مقادیر گزارش شده برای سیستمهای انرژی تجدیدپذیر یکپارچه با ساختمان مشابه در ادبیات برای مکانهای مشابه با منابع کم، سازگار یا حتی بهتر هستند.
ساختمانهای بلندتر با مساحت کف بزرگ میتوانند کلیدی باشند
محققان همچنین خاطرنشان کردند که ساختمانهای بلندتر با مساحت کف بزرگ تمایل به دستیابی به مقادیر LCOE کمتر اما وابستگی به شبکه (GD) بالاتر دارند. ظرفیت GS آنها با افزایش EUI به طور مداوم افزایش مییابد. آنها همچنین نشان دادند که GS با ظرفیت ویژه خود که از تقریباً 0٪ تا 100٪ میانگین تقاضای روزانه در ساختمانهای مختلف متغیر است، مؤثرترین مؤلفه بر استقلال سیستم است. GD همبستگی منفی قوی با ظرفیت GS نشان داد.
کار محققان، پتانسیل امیدوارکننده GS را برای افزایش تابآوری و پایداری در سطح ساختمان، به ویژه در ساختمانهای بلند با EUI متوسط تا کم، برجسته میکند.
این تیم تأکید کرد که مطالعات آینده میتوانند با در نظر گرفتن عدم قطعیت در دادههای تقاضا و آب و هوا، در نظر گرفتن بارهای حرارتی و سیستمهای تولید همزمان، در نظر گرفتن GS مشترک در چندین ساختمان یا توسعه روشهای کنترل تطبیقی و پیشبین، این مسیر تحقیقاتی را گسترش دهند.
محققان خاطرنشان کردند که امکانسنجی همین فناوری نیز باید در مناطق مختلف آب و هوایی ارزیابی شود و ارزیابیهای کامل چرخه عمر (از گهواره تا گور) GS برای درک بهتر مزایا و محدودیتهای این فناوری ضروری است.