پایدار کردن نیروگاه های برق آبی | اخبار MIT
با بزرگ شدن در مزرعه ای در تگزاس، همیشه کاری برای خواهر و برادران Gia Schneider ’99 و Abe Schneider ’02, SM ’03 وجود داشت. اما هر شنبه ساعت 2 بعدازظهر، مهم نیست که چه اتفاقی می افتاد، خانواده برای ماهیگیری، ساختن سدهای سنگی و طناب زدن و لذت بردن از طبیعت به یک نهر محلی می رفتند.
سرانجام خانواده هر تابستان شروع به رفتن به رودخانه ای دورافتاده در کلرادو کردند. رودخانه دو شاخه شد. یک طرف توسط دامداران اداره می شد که ویژگی های طبیعی مانند سدهای بیش از حد را تخریب می کردند، در حالی که طرف دیگر دست نخورده باقی می ماند. خانواده متوجه شدند که ماهیگیری در سمت حفظ شده بهتر است، و این باعث شد آبه سعی کند سلامت دو اکوسیستم رودخانه را اندازه گیری کند. در دبیرستان، او مطالعه‌ای را با هم نوشت که نشان می‌داد حشرات مفید بیشتری در بستر رودخانه با سدهای بیش‌تر وجود دارد.
این تجربه درسی را به هر دو خواهر و برادر آموخت که ماندگار شد. امروز آنها بنیانگذاران ناتل انرژی هستند، شرکتی که تلاش می کند اکوسیستم های طبیعی رودخانه را با سیستم های برق آبی که پایدارتر از نیروگاه های آبی معمولی هستند تقلید کند.
نکته مهم برای ما، و کاری که در تمام این مدت انجام داده‌ایم، فکر کردن به راه‌هایی است که زیرساخت‌ها می‌توانند به افزایش سلامت محیط‌زیست ما کمک کنند – و سدهای بیور نمونه خوبی از زیرساخت‌هایی هستند که در غیر این صورت وجود نداشتند. آبه می‌گوید از دیگر جمعیت‌های حیوانات حمایت می‌کند. این یک انگیزه برای این ایده است که انرژی آبی به جای تخریب محیط زیست می تواند به بهبود محیط زیست کمک کند.
بنیانگذاران می‌گویند که از طریق توربین‌های جدید و ایمن برای ماهی و سایر ویژگی‌هایی که برای تقلید از شرایط طبیعی رودخانه طراحی شده‌اند، می‌توانند شکاف بین کارایی نیروگاه و پایداری محیط‌زیست را پر کنند. با بهسازی نیروگاه‌های آبی موجود و توسعه پروژه‌های جدید، بنیانگذاران معتقدند که می‌توانند صنعت برق آبی را که تا حد زیادی بزرگترین منبع برق تجدیدپذیر در جهان است، اما در سال‌های اخیر در تولید انرژی به اندازه باد و خورشید رشد نکرده است، سوپرشارژ کنند.
جیا می‌گوید: «نیروگاه‌های آبی امروزه تنها با در نظر گرفتن توان تولیدی ساخته می‌شوند، برخلاف این ایده که اگر می‌خواهیم قفل رشد را باز کنیم، باید هم برای کارایی و هم برای پایداری رودخانه چاره‌جویی کنیم.»
یک ماموریت زندگی
منشأ ناتل نه از یک رویداد، بلکه از یک عمر رویداد ناشی شد. پدر آبه و جیا مخترع و علاقه‌مند به انرژی‌های تجدیدپذیر بود که کلبه چوبی را که در آن بزرگ شدند طراحی و ساخت. بدون تلویزیون، سرگرمی ترجیحی بچه‌ها خواندن کتاب یا بیرون بودن بود. آب خانه آنها با برق تولید شده با استفاده از یک آسیاب بادی مکانیکی در ضلع شمالی خانه پمپ می شد.
ما با آویزان کردن لباس‌ها به یک خط بزرگ شدیم، و این به این دلیل نبود که فقیرتر از آن بودیم که خشک‌کن داشته باشیم، بلکه به این دلیل بود که همه چیز در مورد وجود و استفاده از انرژی ما ناشی از این ایده بود که باید آگاهانه در مورد پایداری تصمیم بگیریم. آبه می گوید.
یکی از چیزهایی که هر دو خواهر و برادر را مجذوب خود کرد، برق آبی بود. در دبیرستان، آبه به یاد می‌آورد که با دوستش که در ریاضیات خوب بود، به او در طراحی توربین‌های آبی جدید کمک می‌کرد.
هر دو خواهر و برادر اعتراف می کنند که آمدن به MIT یک شوک فرهنگی بزرگ بود، اما آنها فضای حل مسئله و کارآفرینی را که در محوطه دانشگاه نفوذ کرده بود، دوست داشتند. جیا در سال 1995 به MIT آمد و در رشته مهندسی شیمی تحصیل کرد، در حالی که آبه سه سال بعد ادامه داد و در رشته مهندسی مکانیک برای هر دو مدرک کارشناسی و کارشناسی ارشد تحصیل کرد.
در تمام این مدت، آنها هرگز انرژی آبی را از دست ندادند. در مسابقات کارآفرینی 100 هزار دلاری MIT در سال 1998 (که در آن زمان 50 هزار دلار بود)، آنها ایده ای برای نیروگاه های برق آبی بر اساس طراحی توربین خطی ارائه کردند. آنها به عنوان فینالیست های این رقابت انتخاب شدند، اما همچنان می خواستند قبل از راه اندازی یک شرکت، تجربه بیشتری در صنعت داشته باشند. پس از فارغ التحصیلی، آبه به عنوان مهندس مکانیک کار کرد و کارهای مشاوره ای با اپراتورهای نیروگاه های آبی کوچک انجام داد، در حالی که جیا در میز انرژی چند شرکت بزرگ مالی کار می کرد.
در سال 2009، خواهران و برادران به همراه پدر مرحومشان، دانیل، کمک مالی 200000 دلاری برای کسب و کار کوچک دریافت کردند و به طور رسمی ناتل انرژی را راه اندازی کردند.
بین سال‌های 2009 تا 2019، بنیانگذاران روی یک طراحی توربین خطی کار کردند که آبه آن را توربین‌های روی تسمه نقاله توصیف می‌کند. آنها این سیستم را در چند سایت به ثبت رساندند و مستقر کردند، اما مشکل اطمینان از عبور ایمن ماهی همچنان باقی بود.
سپس بنیانگذاران در حال انجام برخی مدل‌سازی‌ها بودند که نشان می‌داد می‌توانند با استفاده از لبه‌های بسیار گرد بر روی پره‌های توربین به راندمان بالایی از نیروگاه برسند – برخلاف تیغه‌های تیز که معمولاً برای توربین‌های برق آبی استفاده می‌شوند. این بینش باعث شد آنها متوجه شوند که اگر به تیغه های تیز نیاز ندارند، شاید آنها به یک توربین پیچیده جدید نیاز ندارند.
آبه می‌گوید: «این بسیار غیرمعمول است، اما ما گفتیم شاید بتوانیم نتایج مشابهی را با یک توربین پروانه‌ای که رایج‌ترین نوع است، به دست آوریم. “این به عنوان یک شوخی شروع شد – یا یک چالش – و من مدلسازی کردم و به سرعت متوجه شدم، “گاو مقدس، این واقعاً می تواند کار کند!” به‌جای داشتن پیشرانه‌ای با پیچیدگی یک دهه، شما پیشرانه‌ای دارید که یک قسمت متحرک دارد و تقریباً هیچ تغییری در بارگذاری ندارد، به شکلی که کل صنعت به آن عادت کرده است.»
توربین توسعه یافته ناتل دارای تیغه های ضخیم است که طبق آزمایش های شخص ثالث به بیش از 99 درصد ماهی ها اجازه عبور ایمن را می دهد. توربین‌های ناتل همچنین اجازه عبور رسوبات مهم رودخانه را می‌دهند و می‌توانند با سازه‌هایی که ویژگی‌های طبیعی رودخانه‌ها مانند چوب‌های چوبی، سدهای بیش‌سوار و طاق‌های سنگی را تقلید می‌کنند، همراه شوند.
جیا می‌گوید: «ما کارآمدترین ماشین ممکن را می‌خواهیم، اما همچنین ایمن‌ترین ماشین ممکن برای ماهی را می‌خواهیم، و این تقاطع منجر به مالکیت معنوی منحصر به فرد ما شده است.
سوپرشارژ برق آبی
ناتل در حال حاضر دو نسخه از آخرین توربین خود را که آن را Restoration Hydro Turbine می نامد، در کارخانه های موجود در مین و اورگان نصب کرده است. این شرکت امیدوار است که تا پایان سال جاری، دو مورد دیگر، از جمله یکی در اروپا، که بازاری کلیدی برای ناتل است، به دلیل قوانین زیست‌محیطی قوی‌تر برای نیروگاه‌های آبی، مستقر شود.
بنیانگذاران می‌گویند که دو توربین اول از زمان نصب، بیش از 90 درصد انرژی موجود در آب را به انرژی در توربین تبدیل کرده‌اند که بازدهی قابل مقایسه با توربین‌های معمولی است.
ناتل معتقد است که سیستم‌هایش نقش مهمی در تقویت صنعت برق آبی ایفا می‌کنند که با نظارت فزاینده و مقررات زیست‌محیطی مواجه است که در غیر این صورت می‌تواند بسیاری از نیروگاه‌های موجود را تعطیل کند. برای مثال، بنیانگذاران می‌گویند که نیروگاه‌های برق آبی که این شرکت می‌تواند به طور بالقوه در سراسر ایالات متحده و اروپا بهسازی کند، در مجموع حدود 30 گیگاوات ظرفیت دارند که برای تامین انرژی میلیون‌ها خانه کافی است.
ناتل همچنین قصد دارد کارخانه‌های کاملاً جدیدی را بر روی سدهای بدون برق بسیاری در سراسر ایالات متحده و اروپا بسازد. (در حال حاضر تنها 3 درصد از 80000 سد ایالات متحده دارای انرژی هستند.) بنیانگذاران تخمین می زنند که سیستم های آنها می تواند حدود 48 گیگاوات برق جدید در سراسر ایالات متحده و اروپا تولید کند – معادل بیش از 100 میلیون پنل خورشیدی.
جیا می‌گوید: «ما در حال بررسی اعدادی هستیم که بسیار معنادار هستند. ما می‌توانیم به طور قابل ملاحظه‌ای به پایگاه نصب‌شده موجود اضافه کنیم و در عین حال پایگاه موجود را مدرن‌سازی کنیم تا ضمن برآورده کردن الزامات زیست‌محیطی مدرن، همچنان سازنده باشد.»
به طور کلی، بنیانگذاران انرژی آبی را به عنوان یک فناوری کلیدی در انتقال ما به انرژی پایدار می‌دانند، احساسی که در تحقیقات اخیر MIT نیز منعکس شده است.
Gia می‌گوید: «امروزه Hydro بخش عمده خدمات قابل اطمینان برق را در بسیاری از این مناطق ارائه می‌کند – مواردی مانند تنظیم ولتاژ، تنظیم فرکانس، ذخیره‌سازی. این نکته کلیدی برای درک است: با انتقال به یک شبکه کربن صفر، به یک شبکه قابل اعتماد نیاز داریم و آب نقش بسیار مهمی در پشتیبانی از آن دارد. به‌ویژه وقتی به این فکر می‌کنیم که این انتقال را در سریع‌ترین زمان ممکن انجام دهیم، به هر ذره‌ای از منابع با انتشار صفر نیاز داریم.»