6 دسامبر 2023 -توسط بلین فریدلندر، دانشگاه کرنل-اعتبار: دامنه عمومی Pixabay/CC0
مهندسان کرنل مدلی را اصلاح کرده‌اند که نه تنها انرژی سبز را پرورش می‌دهد، بلکه آب اقیانوس‌ها را برای جمعیت‌های بزرگ ساحلی آسیب‌دیده از خشکسالی نمک‌زدایی می‌کند.با پمپاژ آب دریا به مخزن بالای کوه و سپس استفاده از نیروی گرانش برای فرستادن آب شور به یک نیروگاه برق آبی و تاسیسات نمک‌زدایی اسمز معکوس، علم می‌تواند نیازهای انرژی و آب رسانی شهرهای ساحلی را با یک سیستم برآورده کند.
ماها حاجی، استادیار دانشکده مهندسی مکانیک و هوافضا Sibley در مهندسی کرنل گفت: «با جمعیت رو به رشد ما، تقاضای انرژی و نیازهای آب شیرین رو به افزایش است.
حاجی و متیو هفنر، دانشجوی دکترا در رشته مهندسی سیستم، از نویسندگان مشترک “بهینه سازی سیستم اسمز معکوس هیدرولیک پمپ شده یکپارچه با توسعه مدل جایگزین در مدل سازی اسمز معکوس” هستند که در Applied Energy منتشر شده است.
حاجی گفت: سیستم یکپارچه اسمز معکوس هیدرولیک پمپ شده (IPHROS) یک مدل دو سیستمی است “که در آن ذخیره انرژی و تولید آب شیرین به صورت همزیستی با هم ترکیب می شوند.” “ذخیره مخزن به جوامع ساحلی این امکان را می دهد که از انرژی های تجدیدپذیر برای شبکه برق و تولید آب آشامیدنی خود بهره ببرند. بخش اسمز معکوس این مدل به سیستم انعطاف پذیری می بخشد.”
در مکان هایی مانند کالیفرنیای جنوبی، که خشکسالی ها آشنا هستند و آب شیرین برای کشاورزی مورد نیاز است، آب دریا می تواند راه حل مناسبی باشد.
پس از پمپاژ آب اقیانوس (با استفاده از برق تجدیدپذیر) به مخزن بالای کوه و سرازیر شدن به نیروگاه برق آبی و سیستم نمک‌زدایی در مقیاس جامعه، نمک باقی مانده غلیظ – حاصل از نمک‌زدایی – جمع می‌شود و با آب اقیانوس رقیق می‌شود و . به دریا، دور از ساحل منتقل می‌شود.
به گفته محققان، حاجی و هافنر تخمین می‌زنند که با طراحی‌های مدل بهینه، یک سیستم بزرگ می‌تواند 79.5 میلیون کیلووات ساعت برق و 5.79 میلیون متر مکعب آب شیرین در روز (تقریباً نیاز روزانه حدود 661000 خانه را تامین کند).
هافنر گفت: سیستم IPHRO می تواند به کاهش سرمایه گذاری در هزینه های ساختمان، کاهش هزینه های تعمیر و نگهداری و ایجاد راهی طبیعی برای رقیق کردن ترشحات بسیار شور پس از اسمز معکوس کمک کند.
هافنر گفت: “ما شاهد افزایش خشکسالی در سراسر جهان هستیم و مناطقی از جهان وجود دارند که به طور طبیعی به آب آشامیدنی تمیز دسترسی ندارند.”
ما همچنین سفره‌های زیرزمینی را به سرعت تخلیه می‌کنیم، بنابراین حتی در مناطقی که از لحاظ تاریخی امن از آب هستند، به دلیل عواملی مانند افزایش شهرنشینی و اثرات گرمایش جهانی، از امنیت کمتری برخوردار می‌شوند.»
انرژی آبی ذخیره سازی پمپ شده (PSH) – ایده مخزن بالایی که مخزن پایینی را برای ایجاد انرژی تامین می کند – مفهوم جدیدی نیست. در واقع، 43 نیروگاه PSH در ایالات متحده وجود دارد که ظرفیت کل آن 21.9 گیگاوات و تقریباً 553 گیگاوات ساعت ذخیره انرژی تا سال 2021 است که نشان دهنده 93٪ از کل ظرفیت ذخیره سازی انرژی خانگی در مقیاس شهری است. وزارت انرژی (DOE).
DOE گفت که این نوع نیروگاه آبی به اندازه کافی انعطاف پذیر است تا عرضه و تقاضای برق را برای شبکه های منطقه ای متعادل کند. می تواند انرژی کافی برای پاسخگویی به نیازهای بار بالا را فراهم کند.
این مقاله به الکساندر اسلوکام، استاد مهندسی مکانیک در موسسه فناوری ماساچوست، برای معرفی مفهوم IPHROS در سال 2016 اعتبار می دهد. حاجی یکی از نویسندگان آن کار بود. این تحقیق با ارائه مدل‌سازی دقیق ریاضی و همچنین ارائه چارچوبی برای بهینه‌سازی طراحی و عملیات برای به حداکثر رساندن تولید آب شیرین و انرژی، مفهوم را گسترش می‌دهد.
حاجی گفت: «در آینده، ما برای نیازهای انرژی و آب فشار بیشتری خواهیم داشت. این ایده‌ها ذاتاً به هم گره خورده‌اند، و ما فکر می‌کنیم IPHROS – که انرژی پاک و آب شیرین را با هم جمع می‌کند – راه‌حلی است که می‌توانیم در جعبه ابزار برای مقابله با آن مشکل داشته باشیم.»
