آب شیرین کن RO:تلاش‌های شرکت استاتکرفت در زمینه انرژی اسمزی از سال 1997 آغاز شد، زمانی که سازمان تحقیقاتی
نروژی SINTEF برای انجام مطالعات امکان‌سنجی این مفهوم به نمایندگی از این شرکت استخدام شد. نتیجه این مطالعه نشان داد که انرژی اسمزی
می‌تواند پتانسیل قابل توجهی در سطح جهانی داشته باشد و همچنین شباهت‌هایی به نیروگاه‌های آبی در استفاده از آب برای تولید انرژی
تجدیدپذیر دارد.اما مطالعات همچنین نشان داد که یک جزء خاص نیاز به بهبود قابل توجهی دارد و این جزء، غشای نیمه تراوا است. بر اساس
یافته‌های اولیه،کار از آن زمان به بعد عمدتاً بر طراحی و تولید غشای نیمه تراوای بهینه شده برای انرژی اسمزی متمرکز شده است. از محاسبات
اقتصادی و برآوردهای توسعه در بازار انرژی، هدفی برای بازدهی غشاها به میزان 5 وات بر متر مربع برای تولید انرژی اسمزی در مقیاس تجاری
تعیین شده است.
آب شیرین کن RO | روش برداشتن سر مخازن تحت فشار | آب ثمین
در طول این سال‌ها، چگالی توان غشاهای توسعه یافته توسط استاتکرفت از کمتر از 0.1 وات بر متر مربع به غشاهای امروزی که
نزدیک به 3 وات بر متر مربع تولید می‌کنند افزایش یافته است. توسعه هم بر آزمایش غشاهای تجاری و هم بر توسعه غشاهای جدید طراحی شده
برای انرژی اسمزی متمرکز بوده است.
چالش ها
چالش‌های اصلی که هنگام آزمایش غشاهای موجود و همچنین در توسعه غشاهای جدید با آن مواجه شده‌ایم، مربوط به قطبش
غلظتی
داخلی در غشا است. برای بهره‌برداری از نیروی محرکه‌ای که اختلاف فشار اسمزی ایجاد می‌کند، غشا باید تا حد ممکن نازک باشد،
اما در عین حال در برابر اختلاف فشار مقاومت کند. جریان آب باید در محدوده‌ای مشابه با غشاهای اسمز معکوس رایج باشد و همچنین
حفظ نمک نیز مهم است. اگرچه بهترین غشاهای اسمز معکوس امروزی با توجه به جریان آب و حفظ نمک، پتانسیل تولید بیش از 6 وات
بر متر مربع را دارند، اما قطبش غلظتی داخلی به دلیل ضخامت، بازدهی را به کمتر از 1 وات بر متر مربع محدود می‌کند.
علاوه بر توسعه غشا، فعالیت‌های قابل توجهی نیز در طراحی و توسعه ماژول‌های غشایی وجود دارد. طراحی استاندارد ماژول پیچیده
و فشار داخلی محدودیت‌هایی را در الگوی جریان داخلی و افت فشار ایجاد می‌کند و همچنین محدودیت‌هایی در مقیاس‌بندی به واحدهای
بزرگ‌تر وجود دارد. از آنجایی که یک نیروگاه انرژی اسمزی به چندین میلیون متر مربع غشا نیاز دارد، ماژول‌ها باید حاوی چند صد یا حتی
چند هزار متر مربع غشا باشند.
در این زمینه، معیارهای طراحی زیر پیشنهاد شده‌اند:
- عناصر باید قادر باشند جریان را در هر دو طرف غشای آب شیرین و آب شور امکان‌پذیر کنند.
- عناصر باید دارای یک سطح بزرگ از غشا باشند.
- ایجاد آلودگی باید به حداقل ممکن برسد.
- طراحی باید مقرون‌به‌صرفه باشد.
توسعه این فناوری انرژی اسمزی توسط شرکت “Statkraft” مدیریت می‌شود و عمدتاً توسط گروه‌های تحقیقاتی در آلمان،
نروژ و هلند، و همچنین در ایالات متحده آمریکا انجام می‌گیرد. با این حال، گروه‌های دیگری نیز در موضوعات مرتبط، در آمریکای
شمالی و آسیا فعالیت می‌کنند.
براساس نتایج سال گذشته در زمینه توسعه غشاها و همچنین درک بهتری از فناوری سیستم و پتانسیل آن، شرکت “Statkraft”
تصمیم گرفت در پاییز ۲۰۰۷ سیستمی کامل برای آزمایش مفهوم انرژی اسمزی طراحی کند. بر اساس این تصمیم، شرکت یک
نیروگاه نمونه طراحی کرده است که در آن از فشار اسمزی معکوس برای به حرکت درآوردن یک توربین استفاده می‌شود،
این نیروگاه از آب شور و آب شیرین طبیعی به عنوان منابع تغذیه بهره می‌برد.
نمونه اولیه نیروگاه اسمزی
اولین نمونه اولیه نیروگاه اسمزی جهان اکنون به بهره‌برداری رسیده است. در قسمت جنوبی نروژ، تقریباً در فاصله یک ساعتی از اسلو،
یک نمونه کامل از یک نیروگاه اسمزی ساخته شده است. این نمونه اولیه گام مهمی به سوی تجاری‌سازی انرژی اسمزی محسوب
می‌شود و یک سایت آزمایشی منحصر به فرد برای توسعه فناوری‌های آینده انرژی اسمزی ایجاد می‌کند. این نیروگاه در نوامبر 2009
اولین کیلووات ساعت برق را از طریق اسمز تولید کرد و اولین مدرک برای اثبات مفهوم تولید برق از طریق اسمز ثبت شد.
این نمونه اولیه به عنوان یک آزمایشگاه برای توسعه مداوم فناوری طراحی شده است. در این راستا، به بهبود فناوری کمک خواهد کرد
تا به هدف تولید برق با هزینه رقابتی و ایجاد مبنایی برای مقیاس‌بندی اجزای مختلف به مقیاس تجاری برسیم.
کاربرد نمونه اولیه
علاوه بر تحقیقات مداوم که تمرکز اصلی آن بر غشاها و ماژول‌های غشایی است، این نمونه اولیه به عنوان کاتالیزوری برای توسعه
مشارکت‌ها و ایجاد روابط با طرف‌های علاقه‌مند عمل خواهد کرد. این نمونه اولیه تسهیل‌کننده ایجاد مشارکت برای توسعه انرژی
اسمزی خارج از مناطق جغرافیایی اصلی استاتکرفت است و آگاهی از انرژی اسمزی را در میان دولت‌ها و تولیدکنندگانی که برای
آزمایش این فناوری دعوت می‌شوند، افزایش می‌دهد. علاوه بر این، این نمونه اولیه نقطه شروع برای آزمایش و اندازه‌گیری چالش‌های
زیست‌محیطی مانند اندازه‌گیری پتانسیل شکوفایی جلبک مرتبط با تخلیه آب لب‌شور خواهد بود.
هنگام ساخت یک نمونه اولیه برای یک فناوری کاملاً جدید، باید چندین مورد در رابطه با انتخاب مکان در نظر گرفته شود. اول از همه،
آب شیرین و آب شور با کیفیت مناسب باید در دسترس باشد. دوم، این مکان باید برای محققان، تامین‌کنندگان و همچنین نمایندگان
دولتی قابل دسترسی باشد، بنابراین نباید خیلی دور از یک شهر بزرگ باشد. با توجه به این الزامات، جامعه کوچک تفته که یک
ساعت با اسلو فاصله دارد، انتخاب شد.
طراحی نمونه اولیه
این نمونه اولیه با تمام سیستم‌ها و اجزای ضروری برای عملکرد مداوم سیستم فشار اسمزی طراحی شده است. با فرض اینکه
غشایی با بازدهی 5 وات بر متر مربع در طول عمر نیروگاه توسعه یابد، ظرفیت نصب شده 10 کیلووات به عنوان معیار کلی طراحی
تعیین شد. این امر منجر به تعیین میزان آب مورد نیاز برای هر دو نوع آب (شور و شیرین) و همچنین ابعاد اجزای فردی شد.
آب دریای ورودی به نیروگاه از طریق لوله‌های آب از حدود 30 متری زیر سطح دریا، درست خارج از بندر تامین می‌شود.
اب قبل از ورود به نیروگاه از یک توری عبور می‌کند تا فیلتر شود.
آبشیرین در محل تفته از یک دریاچه کوچک در دامنه تپه جریان دارد. کیفیت این آب برای این نوع منابع آبی در قسمت جنوبی نروژ
معمول است. میزان مواد آلی طبیعی (NOM) و همچنین محتوای ذرات دیگر در آب قابل توجه است و همچنین تغییرات فصلی بزرگی
نیز در کیفیت آب وجود دارد. آب از یک توری عبور می‌کند، اما برای محافظت از غشاهای فشار اسمزی، تصفیه ثانویه آب با استفاده
از اولترافیلتراسیون انجام می‌شود. یک فعالیت اصلی این است که حداقل پیش تصفیه مورد نیاز برای کارکرد نیروگاه را شناسایی
کرده و سیستم مناسب و بهینه را برای برآورده کردن الزامات کارکرد مداوم سیستم غشا در طول عمر کامل غشاها طراحی کنیم.
ویژگی های نیروگاه
برای این نیروگاه، 2000 متر مربع غشا بر اساس یک ماژول مارپیچی 8 اینچی اصلاح شده نصب شده است. این یک طراحی راحت
و استاندارد است که در آن غشاها به راحتی قابل تعویض هستند و همچنین یک استاندارد است که تامین‌کنندگان دیگر می‌توانند
به آن مرتبط شوند. پس از مدتی کارکرد، ما انتظار داریم که طراحی ماژول جایگزینی را که برای عملکرد فشار اسمزی بهینه شده است،
آزمایش کنیم. اولین غشاهای نصب شده بر اساس غشاهای استات سلولزی معمولی هستند که برای عملکرد فشار اسمزی مجدداً
طراحی شده‌اند.
هنگامی که غشاهای جدید و بهبود یافته طراحی و به مقدار کافی تولید شوند، غشاهای قدیمی تعویض خواهند شد.
علاوه بر سیستم غشایی، این نیروگاه به دو دستگاه بازیابی انرژی با طراحی ویژه مجهز شده است.
اگرچه این فناوری در سیستم‌های نمک‌زدایی بسیار اثبات شده است، اما نصب آن در این نیروگاه به دلیل فشار عملیاتی پایین منحصر
به فرد است.
یادگیری عملکرد این دستگاه‌ها بسیار مهم خواهد بود.
عملکرد دستگاه آب شیرین کن
یک توربین همراه با یک ژنراتور نصب شده است تا برق را از آب تحت فشار تولید کند. با جریان مداوم آب با فشار تقریبی 12 بار،
یک توربین پلتون انتخاب شد. برای تولید بیشترین برق ممکن از غشاهای نصب شده، توربین باید برای جریان صحیح آب در فشار
داده شده بهینه‌سازی شود. در یک نصب در مقیاس کامل، انتظار می‌رود بازده ترکیبی توربین و ژنراتور از 85 درصد فراتر رود.
اهداف کلی نمونه اولیه دو مورد است: اول، تأیید اینکه سیستم طراحی شده می‌تواند تولید برق را به‌طور قابل اعتماد به‌صورت
24 ساعته ارائه دهد.
دوم، از این کارخانه برای آزمایش‌های بیشتر فناوری‌های به‌دست‌آمده از فعالیت‌های تحقیقاتی موازی برای افزایش قابل توجه کارایی
استفاده خواهد شد.
عملکرد و کارایی هر جزء به‌طور جداگانه و همچنین کارایی کل سیستم به سمت اهداف تولید تجاری برق اسمزی هدایت خواهد شد.
این فعالیت‌ها عمدتاً بر غشاها، ماژول‌های غشایی، پیش‌تصفیه آب، تجهیزات تعویض فشار و تولید برق (توربین و ژنراتور) متمرکز خواهد بود.
نمونه اولیه به عنوان یک سایت آزمایشی جذاب
این نمونه اولیه اولین سایت آزمایشی کامل برای انرژی اسمزی خواهد بود که در آن می‌توان اجزای منفرد و
همچنین کل سیستم انرژی اسمزی را آزمایش کرد.
شرکت استاتکرفت از این نمونه اولیه برای امکان آزمایش همچنین برای گروه‌ها یا شرکت‌هایی غیر از شرکای
خود استفاده خواهد کرد تا علاقه و دانش برای انرژی اسمزی افزایش یابد.
نمایندگانی از فناوری‌هایی مانند غشاهای اسمزی رو به جلو امیدوارکننده، واحدهای بازیابی انرژی جایگزین
یا راه‌حل‌های جایگزین برای پیش‌تصفیه آب بهینه از نظر انرژی، برای کسب دانش و همچنین انجام آزمایش در این سایت استقبال خواهند کرد.
شرکت استاتکرفت معتقد است که پل‌زدن دانش و تلاش‌های مشترک در میان گروه‌های مختلف می‌تواند به پیشرفت این فناوری کمک کند.
مسیر رسیدن به تولید تجاری انرژی اسمزی
با توجه به اطلاعات ارائه شده در این مقاله، می‌توان به وضوح درک کرد که چالش‌های فنی و سیستمی متعددی وجود دارد که باید برطرف شوند.
در حال حاضر، گروه‌های مختلفی از شرکت‌ها و موسسات تحقیقاتی برای حل چالش‌های ذکر شده تلاش می‌کنند.
بنابراین، برای تبدیل انرژی اسمزی به یکی از منابع تولید انرژی تجدیدپذیر در آینده، چه اقداماتی لازم است؟
ما معتقدیم که برای موفقیت در توسعه انرژی اسمزی، درک عوامل مهم ارزش‌آفرین ضروری است.
شرکت استاتکرفت زمان و تلاش زیادی را صرف توسعه انرژی اسمزی کرده است و به این کار ادامه خواهد داد.
این راه‌حل به دلیل سازگاری با محیط زیست بسیار جذاب است، اما برای تبدیل آن به یک راه‌حل جدید و جذاب
در بازار انرژی‌های تجدیدپذیر، سه عامل اصلی مؤثر خواهد بود.
صنعت تامین کننده
به خوبی شناخته شده است که انرژی اسمزی در ابتدا در حوزه شیرین‌سازی آب پایه‌گذاری شده است.
و همچنان شباهت‌های زیادی بین اجزای مختلف آن وجود دارد. این نکته بسیار حیاتی است که تأمین‌کنندگان آینده
برای انرژی اسمزی، مانند تولیدکنندگان غشاها، مایل به صرف زمان و منابع برای ارتقاء فناوری از وضعیت فعلی
به سطح صنعتی و بهبود و مقیاس‌بندی آن باشند.
خدمات انرژی
علاقه استراتژیک بلندمدت “Statkraft” به انرژی اسمزی این است که آن را به بخشی از سبد انرژی‌های تجدیدپذیر خود تبدیل کند.
با افزایش توجه به محیط زیست و قیمت‌گذاری مشابه برای انرژی‌های تجدیدپذیر، این رویکرد می‌تواند
برای دیگر خدمات انرژی در سراسر جهان نیز صادق باشد.
برای اطمینان از این که صنعت تأمین‌کننده آینده با راه‌حل‌ها و سطح قیمت‌گذاری مناسب بتواند تقاضا
را بدون محدودیت برآورده کند، شرکت‌هایی مانند “Statkraft” باید باور خود به انرژی اسمزی را نشان دهند.
“Statkraft” به تنهایی قادر نخواهد بود به عنوان یک بازیگر واحد، بازاری جهانی برای انرژی اسمزی
ایجاد کند که برای دستیابی به پتانسیل هدررفته آن ضروری است.
شرایط چارچوبی
در چند دهه گذشته شاهد رشد راه‌حل‌های جدیدی برای برداشت انرژی‌های تجدیدپذیر در اروپا بوده‌ایم.
این راه‌حل‌ها مانند انرژی بادی، انرژی خورشیدی و به زودی انرژی‌های دریایی به دلیل
هزینه‌های بالاتر نسبت به راه‌حل‌های جایگزین فسیلی گران‌تر در نظر گرفته می‌شوند.
اما با درک فزاینده از پیامدهای آن و هزینه‌های همراه با استفاده از راه‌حل‌های آلاینده برای تولید انرژی، تغییراتی در قیمت‌گذاری کل بازار
ایجاد شده است.
این روزها، چندین کشور اروپایی حمایت اقتصادی قابل‌توجهی را برای تأسیس و رشد راه‌حل‌های جدید و تجدیدپذیر ارائه می‌دهند.
برای مثال، کشورهایی مانند اسپانیا، آلمان و همچنین ایتالیا طرح‌های حمایتی برای انرژی خورشیدی ایجاد کرده‌اند
که منجر به شکل‌گیری یک صنعت کاملاً جدید شده است.
وضعیت مشابهی نیز در بریتانیا وجود دارد، جایی که انرژی دریایی برای تأسیس و رشد یک کسب‌وکار حمایت می‌شود،
که برای دستیابی این کشور به اهداف خود در زمینه راه‌حل‌های تجدیدپذیر بسیار حیاتی است.
این شرایط چارچوبی برای انرژی اسمزی نیز بسیار حیاتی خواهند بود. با داشتن یک برنامه حمایتی قابل‌پیش‌بینی
و مشوق‌هایی برای رقابت‌پذیری، حتی در مراحل ابتدایی رشد، هم صنعت تأمین‌کننده و هم شرکت‌های خدمات انرژی آماده مشارکت
خواهند بود.
شرکت “Statkraft قبلاً اتحادیه اروپا را برای گنجاندن انرژی اسمزی به عنوان بخشی شناخته‌شده از بخش انرژی
دریایی تشویق کرده است و به همین ترتیب به حمایت از کشورهای فردی ادامه خواهد داد.
رقابت‌پذیری انرژی اسمزی
هزینه تخمینی تولید انرژی اسمزی قابل مقایسه و رقابتی با سایر منابع جدید انرژی تجدیدپذیر مانند انرژی موج،
جزر و مد و باد دریایی است که در بازه ۵۰ تا ۱۰۰ یورو بر مگاوات‌ساعت قرار دارد.
این تحلیل هزینه به میزان زیادی بر اساس قیمت‌گذاری موجود در بازار برای اجزای مختلف در پروژه‌های بزرگ‌مقیاس انجام شده است.
برای غشاها و سایر واحدهایی که همچنان نیاز به توسعه گسترده‌تری دارند، این فرض در نظر گرفته شده است
که قیمت‌گذاری آینده تفاوت چندانی با فناوریاقتصاد مقیاس برای این بازار جهانی.
در تصویر بعدی ، مقایسه‌ای با دیگر فناوری‌های انرژی ارائه شده است و مشخص است که با موفقیت در حوزه‌هایی که در این مقاله
توصیف شده‌اند،
انرژی اسمزی آینده روشنی خواهد داشت.
نتیجه‌گیری
شرکت Statkraft متقاعد شده است که انرژی اسمزی به منبعی جدید و تجدیدپذیر برای انرژی تبدیل خواهد شد
که کاملاً قادر به رقابت در بازار انرژی آینده است.
یک بار دیگر، به یاد پروفسور سیدنی لوب، مایلیم قدردانی و تحسین خود را نسبت به بینش او در مراحل اولیه،
پشتکار، نوآوری و مشارکت ارزشمندش در حل یکی از چالش‌های بزرگ بشریت ابراز کنیم: ایجاد جهانی پایدار برای نسل‌های آینده.
ثبت ديدگاه