آیا امکان ترکیب نیروگاه های بادی و خورشیدی وجود دارد؟

چه عاملی باعث شده است انرژی بادی و انرژی خورشیدی به منبع اصلی تأمین انرژی الکتریکی برای ما تبدیل نشوند؟ یکی از پاسخ‌های ساده‌ این است؛ خورشید تنها در طول روز می‌تابد، وزش باد مقطعی است و در فصول مختلف شدت متفاوتی دارد و از سویی ممکن است زمانی که به انرژی نیاز باشد اصلا بادی نوزد؛ اما اگر این دو منبع انرژی با یکدیگر همراه شوند چطور؟ سارا کورتز از آزمایشگاه انرژی‌های تجدید‌پذیر  دپارتمان انرژی ایالات متحده در این باره می‌گوید:

انرژی بادی اصولا مکمل انرژی خورشیدی است. برای مثال در بعضی از مناطق، وزش باد در زمستان و ماه‌هایی از بهار شدت می‌گیرد. در زمستان روزهای آفتابی کمی داریم؛ اما بادها بیشتر و شدیدتر می‌شوند.

اکنون چند تن از محققان فعال در حوزه‌ی توسعه‌ی انرژی‌های نو، در حال کار روی پروژه‌هایی هستند که شامل بهره‌برداری هم‌زمان از انرژی بادی و خورشیدی خواهند بود. آن‌ها مشغول توسعه‌ی پروژه‌های هیبریدی بادی-خورشیدی هستند تا از توانایی تولید انرژی هرکدام از این منابع نهایت استفاده را ببرند. درواقع آن‌ها امیدوارند با استفاده‌ی هم‌زمان از انرژی‌های بادی و خورشیدی، بتوانند جایگزین مطمئنی برای سوخت‌های فسیلی که عامل گرمایش زمین تلقی می‌شوند، پیدا کنند.

پیوست کردن نیروگاه خورشیدی به نیروگاه بادی

دشت‌های مسطح واقع در غرب منطقه‌ی هایلندز شرقی، در آینده‌ی نزدیک شاهد شروع ساخت پروژه‌ی نیروگاه خورشیدی ۱۰ مگاواتی خواهد بود. این نیروگاه خورشیدی درست در نزدیکی ۷۳ توربین بادی که هم‌اکنون در مدار قرار دارند، ساخته خواهد شد. آژانس انرژی‌ها‌ی تجدید‌پذیر استرالیا (ARENA)، یک آژانس دولتی که مسئول عملیاتی کردن پروژه‌های مربوط به انرژی‌های تجدیدپذیر است، مبلغ ۹.۹ میلیون دلار استرالیا در این پروژه سرمایه‌گذاری کرده است. ویژگی منحصربه‌فرد منطقه‌ی یادشده که در جنوب غربی سیدنی قرار دارد، در این است که راندمان تولید انرژی از نیرو‌گاه بادی-خورشیدی بیشتر از یک نیروگاه بادی است.

اما افزایش راندمان تولید انرژی تنها مزیت نیروگاه‌های هیبریدی نیست. ایور فریشنکت، مدیرعامل ARENA اعتقاد دارد با قرار دادن نیروگاه‌های بادی و خورشیدی در کنار هم، می‌توانیم شاهد کاهش هزینه‌های اتصالات و توسعه‌ی شبکه‌ی برق در شهرها باشیم. فریشنکت تخمین می‌زند با ساخت نیروگاه خورشیدی در مجاورت نیروگاه‌ بادی، هزینه‌ها تا ۶ میلیون دلار کاهش پیدا می‌کند. این مبلغ معادل کاهش ۲۰ درصدی هزینه‌های پروژه‌ است.

فریشنکت امیدوار است پروژه‌ی Gullen Range، به‌عنوان یک مدل موفق برای ضمیمه‌کردن نیروگاه خورشیدی به نیروگاه بادی به‌منظور افزایش راندمان تولید انرژی عمل کند. او درباره‌ی طرح می‌گوید:

وقتی بحث ساخت نیروگاه هیبریدی مطرح می‌شود، بزرگ بودن نیروگاه تأثیر مهمی بر رقابتی بودن پروژه ندارد، به این معنی که با استفاده از راه‌حل‌های جدید می‌توان بازار‌های جدیدی برای نیروگاه‌های خورشیدی سایز متوسط پیدا کرد.

اما این بازارهای جدید تا چه اندازه بزرگ هستند؟ فریشنکت با استناد به مطالعه‌ای که توسط ARENA انجام شده است، می‌گوید با ساختن نیرو‌گاه‌های خورشیدی در مجاورت نیرو‌گاه‌های بادی فعال در استرالیا، می‌توان ۱۰۰۰ مگاوات برق تولید کرد که برای تأمین انرژی ۷۰۰ هزار خانه کافی است. فریشنکنت می‌افزاید:

درس‌هایی که می‌توان از پروژه‌ی Gullen Range آموخت بسیار باارزش هستند، این پروژه در نوع خود در استرالیا بی‌نظیر است. این پروژه پتانسیل آن را دارد که اعتماد به نفس صنایع فعال در این حوزه را بالا ببرد و الگویی برای پروژه‌های مشابه آتی باشد.

تقویت‌کننده‌های باتری

تنها مزیت ترکیب انرژی‌های بادی و خورشیدی، افزایش تولید انرژی الکتریکی و صرفه‌جویی در هزینه‌ی ساخت تأسیسات نیست. کورتز از آزمایشگاه ملی انرژی‌های تجدیدپذیر (NREL) می‌گوید استفاده‌ی ترکیبی از انرژی خورشیدی و انرژی بادی، می‌تواند هزینه‌های مربوط به ریزشبکه‌ها از جمله هزینه باتری‌ را کاهش دهد. ریزشبکه نوعی شبکه‌ی انرژی است که با جدا شدن از شبکه‌ی اصلی انرژی می‌تواند به‌صورت مستقل به فعالیت خود ادامه دهد.

آن‌طور که کورتز می‌گوید، استفاده از ریزشبکه‌ها در مناطقی مانند هاوایی و هند در حال گسترش است، علت گسترش چنین شبکه‌هایی در مناطق یادشده، این است که در آن‌ها، هزینه‌ی استفاده از امکانات رفاهی مانند برق بسیار بالا است یا اینکه اتصال به مناطق دورافتاده از لحاظ اقتصادی مقرون‌به‌صرفه نیست.

به همین دلیل است که از ریز‌شبکه‌ها در چنین مناطقی استفاده می‌شود؛ اما از آنجایی که آن‌ها انرژی خود را از سلول‌های خورشیدی به دست می‌آورند و با توجه به اینکه هوا همیشه آفتابی نیست، در آن مناطق برای ذخیره‌ی انرژی به باتری نیاز است؛ اما مشکل اینجا است که باتری‌های به‌کاررفته دارای قیمت بالایی هستند. اضافه‌کردن انرژی بادی به این ریز‌شبکه‌ها می‌تواند وابستگی به باتری را کاهش دهد، زیرا به‌طور معمول زمانی که آفتاب در حال تابش در آسمان نباشد، باد شروع به وزیدن می‌کند. کورتز در این مورد می‌گوید:

اگر شما در موقعیتی ساکن باشید که زیاد باد می‌وزد، معقول خواهد بود اگر از انرژی بادی به‌جای باتری استفاده کنید؛ حداقل تا زمانی که باتری از تکنولوژی انرژی بادی ارزان‌تر نباشد.

ترکیب سلول‌های خورشیدی با توربین‌های بادی می‌تواند تولید انرژی را تا دو برابر حالتی که از یکی از این دو منبع استفاده می‌کنید، افزایش دهد. ARENA پیش‌بینی می‌کند نیروگاه خورشیدی Gullen در جولای ۲۰۱۷ شروع به کار خواهد کرد؛ اما تا آن زمان، ما به اطلاعات تجربی در مورد نحوه‌ی کارکرد این نیروگاه‌های هیبریدی، دسترسی نخواهیم داشت. ولی باید توجه داشت که توسعه‌دهندگان نیروگاه خورشیدی در مورد کاهش تولید انرژی از سلول‌ها‌ی خورشیدی به دلیل سایه‌ی توربین‌های بادی نیز نگرانی دارند.

با این حال تحقیقات انجام‌شده از شدت نگرانی محققان کاسته است. طبق شبیه‌سازی‌های انجام‌شده در مؤسسات آلمانی، میزان اتلاف انرژی خورشیدی در اثر سایه‌های به وجود آمده از توربین‌های بادی در حدود یک تا دو درصد تخمین زده شده است. آن‌ها همچنین پیش‌بینی کرده‌اند ترکیب نیروگاه‌ خورشیدی با نیروگاه‌های بادی، در عمل می‌تواند راندمان تولید انرژی را دو برابر کند. البته طراحان پروژه‌ی Gullen اقدامات لازم برای جلوگیری از افتادن سایه‌ی توربین‌ها روی سلول‌های خورشیدی را پیش‌بینی‌ کرده‌اند؛ به این ترتیب که سلول‌ها را در جهت شمال توربین‌های بادی و به دور از سایه‌ی آن‌ها تعبیه کرده‌اند.

تقریبا هیبریدی

آژانس دفاع لجستیکی وابسته به وزارت دفاع ایالات متحده در حال آزمودن روش‌هایی است که تمام نقاط ضعف استفاده‌ی ترکیبی از انرژی خورشیدی و انرژی بادی را از بین ببرند. این آژانس با همکاری سازمان Apex Clean Energy در تلاش است تا ۱۰۰ درصد نیاز انرژی منطقه‌ی فورت‌هوود تگزاس را تأمین کند. آن‌ها در نظر دارند با استفاده از انرژی نیرو‌گاه‌ خورشیدی به همراه انرژی تولیدشده از نیروگاه بادی که در ۴۸۰ کیلومتری شمال غرب آن قرار دارد، به این هدف دست یابند.

مدیر روابط عمومی Apex، داوی ویلسون توضیح می‌دهد علت قرار دادن نیروگاه خورشیدی در منطقه‌ی فورت‌هوود این است که ارتش در نظر داشت شبکه از قطعی‌های برق و سایر محدودیت‌های شبکه‌ی اصلی مصون بماند. اما شرکت Apex و ارتش تصمیم گرفتند نیروگاه بادی را در منطقه‌ای بسازند که شدت وزش باد زیاد باشد. آن‌ها توربین‌های بادی را در جایی قرار دادند که بیشترین منبع انرژی بادی در دسترس است. نکته‌ی اصلی پروژه‌ی یادشده به اعتقاد ویلسون این است که برای ساخت یک نیروگاه هیبریدی، لازم نیست توربین‌ها و سلول‌های خورشیدی در یک مکان قرار گیرند. ویلسون امیدوار است پروژه‌های این‌چنینی بتوانند هم از لحاظ زیست‌محیطی و هم از لحاظ اقتصادی قابل توجیه باشند. او توضیح می‌دهد:

در حال حاضر در ایالات متحده، ارزان‌ترین گزینه‌ برای تولید برق، نیروگاه بادی است. این در حالی است که تولید برق از نیروگاه خورشیدی هزینه‌ی بیشتری می‌طلبد. زمانی‌ که شما هزینه‌های این دو گزینه را با هم ترکیب می‌کنید، می‌بینید که هزینه‌ی نهایی در مقایسه با سایر منابع انرژی رقابتی‌تر می‌شود.