ریت کی بیٹریاں کیا ہیں؟ ہر چیز جو آپ کو جاننے کی ضرورت ہے۔

حال ہی میں فن لینڈ سے ایک ریت کی بیٹری کے بارے میں خبر نے سرخی کی خبریں بنائیں، حالانکہ اس نظام نے صرف گرمی کو ذخیرہ کیا اور جاری کیا۔

تھرمل ہیٹ اسٹوریج کوئی نئی ٹیکنالوجی نہیں ہے، لیکن یہ پائلٹ پروجیکٹ سبز توانائی کی ٹیکنالوجیز اور سسٹمز کے مستقبل کے کچھ امکانات کو اجاگر کرتا ہے۔

یہ پوسٹ توانائی ذخیرہ کرنے کے لیے ریت کے ارد گرد موجود ٹیکنالوجی کے ساتھ ساتھ اسی طرح کی ٹیکنالوجیز، اور دنیا کے لیے ان کا کیا مطلب ہے۔

ریت سے توانائی؟

قدرتی ریت میں بہت سی خوبیاں پائی جاتی ہیں جو اسے تھرمل توانائی کے ذخیرہ کرنے کا ایک بہترین ذریعہ بناتی ہیں۔ آپ اسے بغیر کسی مسئلے کے 1,000 ° C (1,832 ° F) سے زیادہ درجہ حرارت پر گرم کر سکتے ہیں اور یہ اس گرمی کو دنوں، ہفتوں اور مہینوں تک کم سے کم نقصان کے ساتھ برقرار رکھ سکتا ہے۔

اگر آپ غور کریں کہ بیٹری توانائی کو ذخیرہ کرنے کا ایک ذریعہ ہے جو ایک خاص وقت میں پیدا کی گئی تھی، اس لیے اسے مختلف وقتوں میں استعمال کیا جا سکتا ہے، تو ریت جسے ذخیرہ کرنے اور بعد میں استعمال کے لیے برقی توانائی سے گرم کیا جاتا ہے، ایک بیٹری ہے۔

فن لینڈ سے وائرل ریت کی بیٹری

کنکانپا کے مغربی فن لینڈ کے ضلع میں پولر نائٹ کے ذریعہ تیار کردہ پیٹنٹ شدہ حرارت ذخیرہ کرنے والا توانائی کا نظام موجود ہے ۔ یہ قابل تجدید ذرائع سے اضافی برقی توانائی کا استعمال 7 میٹر اونچی اور 4 میٹر چوڑی سائلو میں ریت کو 600°C (1,112°F) تک ذخیرہ کرنے اور بعد میں ڈسٹرکٹ ہیٹنگ نیٹ ورک میں استعمال کرنے کے لیے کرتا ہے۔

یہاں چند باتوں کا خیال رکھنا ضروری ہے۔ سب سے پہلے، استعمال شدہ توانائی قابل تجدید ذرائع جیسے ہوا اور شمسی توانائی سے اضافی پیداوار ہے۔ یہ تجارتی مقاصد کے لیے دیگر توانائی ذخیرہ کرنے والے نظاموں سے کسی بھی معروضی موازنہ کو ہٹا دیتا ہے۔

دوم، نظام کو مکمل طور پر تھرمل اسٹوریج اور ڈیلیوری کے لیے استعمال کیا جاتا ہے - یعنی برقی توانائی کو حرارت میں تبدیل کرکے ریت میں محفوظ کیا جاتا ہے۔ پھر ضرورت پڑنے پر گرمی نکال کر گھروں اور فیکٹریوں میں تقسیم کی جاتی ہے جہاں ضرورت ہوتی ہے۔

سوم، قدرتی ریت کافی متاثر کن توانائی رکھ سکتی ہے۔ مثال کے طور پر، یہ فینیش پولر نائٹ بیٹری تقریباً 100 سیلسیس پر 600 ٹن ریت رکھتی ہے، 8kW حرارتی صلاحیت پر کل 100MWh ذخیرہ شدہ توانائی کے لیے۔ یہ ریت کو فینسی ٹیکنالوجیز، تنصیبات، یا خطرناک ضروریات کے بغیر انتہائی سستا توانائی ذخیرہ کرنے والا ذریعہ بناتا ہے۔

موسمی تھرمل انرجی سٹوریج کے بارے میں

سیزنل تھرمل انرجی سٹوریج یا مختصراً STES، بہت طویل عرصے سے موجود ہے۔ اس کی آسان ترین شکل میں، آپ گرمیوں میں چھت سے گرم پانی جمع کر کے زیر زمین ٹینک میں محفوظ کر سکتے ہیں، جسے آپ سردیوں میں گرم کرنے کے لیے استعمال کر سکتے ہیں۔

تاہم، زیادہ تر STES سسٹم گرمی کو 100 ° C سے کم پر ذخیرہ کرتے ہیں، جو انہیں گھروں اور دفاتر کو گرم کرنے کے لیے ٹھیک بناتا ہے، لیکن دیگر صنعتی استعمال یا بجلی پیدا کرنے کے لیے کم مثالی ہے۔

طریقہ آسان ہے، آپ کسی بھی ایسے میڈیم کو بے نقاب کرتے ہیں جو گرمی کو تابکاری کے ذریعہ، جیسے سورج، صنعتی حرارت کا فضلہ، وغیرہ میں پھنس سکتا ہے اور روک سکتا ہے۔ نظام کی کارکردگی گرمی کے تبادلے کے طریقہ کار اور اس کی کارکردگی پر منحصر ہے۔

اگلا، آپ کو گرم میڈیم کو ایک موصل دیوار میں ذخیرہ کرنا پڑے گا، تاکہ توانائی کے ضیاع کو کم سے کم کیا جا سکے۔ کچھ دیواریں کئی مہینوں تک گرمی کو اچھی طرح سے روک سکتی ہیں۔

آخر میں، سٹوریج میڈیم کو سردیوں کے دوران باہر نکالا جاتا ہے تاکہ اسے ریڈی ایٹر ہیٹر جیسے دوسرے ہیٹ ایکسچینج سے گزر کر گھروں اور دفاتر کو حرارت فراہم کی جا سکے۔ STES ذخیرہ کرنے کے ذرائع کے طور پر استعمال ہونے والے عام مواد میں پانی، تیل، مٹی، نمک کے ہائیڈریٹس وغیرہ شامل ہیں۔

ذخیرہ شدہ تھرمل توانائی کے مقبول استعمال

ذخیرہ شدہ تھرمل توانائی کے بہت سے استعمال ہوتے ہیں، مطلوبہ استعمال پر منحصر ہے۔ یہاں سب سے زیادہ مقبول ہیں:

1. گھروں اور دفاتر کو گرم کرنا - ذخیرہ شدہ تھرمل سردیوں میں رہنے اور کام کرنے کی جگہوں کے لیے آسانی سے حرارت فراہم کر سکتا ہے۔
   
2. گرم پانی - روزمرہ کے استعمال کے لیے ہمیشہ تیار گرم پانی فراہم کرنے کے لیے گرمی بھی منتقل ہو سکتی ہے۔
   
3. صنعتی ایپلی کیشنز - گرم پانی کا استعمال صنعتی ایپلی کیشنز کی ایک وسیع رینج کے لیے کیا جاتا ہے، مکسنگ سے لے کر صفائی، فوڈ پروسیسنگ، سالوینٹس بنانے، جراثیم کشی، اور بہت کچھ۔
   
4. بجلی کی پیداوار  - آپ ذخیرہ شدہ حرارتی توانائی کو بھاپ کے لیے پانی کو گرم کرنے کے لیے بھی استعمال کر سکتے ہیں اور اس سے ٹربائنیں چلا سکتے ہیں، جس کے نتیجے میں، الٹرنیٹر چلاتے ہیں جو بجلی پیدا کرتے ہیں۔

ریت کی بیٹری کی اقتصادیات

پانی ریت کے مقابلے میں زیادہ توانائی ذخیرہ کر سکتا ہے، لیکن یہ 100°C (212°F) اوپر جانے سے غیر مستحکم ہو جاتا ہے، جبکہ ریت آسانی سے 600°C (1112°F) درجہ حرارت پر مشتمل ہو سکتی ہے۔

پانی اپنی حرارتی توانائی کو ریت سے زیادہ دیر تک برقرار رکھے گا، جو پانی کو موسمی توانائی کے ذخیرہ کے لیے ایک بہتر ذریعہ بناتا ہے۔ تاہم، اگر آپ کسی ایسی ایپلی کیشن پر غور کر رہے ہیں جو گرمی کو گھنٹوں یا صرف چند دنوں میں استعمال کر لیتی ہے، تو ریت ایک بار پھر ٹاپ آپشن بن جاتی ہے۔ یہ وقفے وقفے سے توانائی کے ذرائع جیسے PV شمسی اور ہوا کی تکمیل کے لیے بہترین ہے۔

فن لینڈ کی ریت کی بیٹری پر واپس جائیں، 7 میٹر اونچے اسٹیل کنٹینر کو 100 ٹن ریت کے لیے ڈیزائن کیا گیا ہے، جو 8MWh تک توانائی رکھتا ہے۔

اسے تناظر میں رکھنے کے لیے، اوسط امریکی گھر ہر سال تقریباً 10MWh توانائی استعمال کرتا ہے، جب کہ یہ تعداد یورپ میں رومانیہ میں تقریباً 2MWh سے سویڈن میں 9MWh تک مختلف ہوتی ہے۔ اس کے علاوہ، 30-50% توانائی سردیوں میں گرم کرنے کے لیے استعمال ہوتی ہے۔

اس کا مطلب یہ ہے کہ 7 میٹر اونچا ریت کا ذخیرہ سردیوں کے دوران اور آپ کے مقام کے لحاظ سے چند گھروں کو گرم کرنے کے لیے کافی طاقت پیدا کر سکتا ہے۔ لیکن اس کے سائز کو دیکھتے ہوئے، یہ ایک گھنی آبادی والے شہری مراکز میں ایک ناقابل عمل اطلاق ہوگا۔

دوسری طرف اس کی 100kW حرارتی صلاحیت کو 30% پر بجلی میں تبدیل کرنے سے دن میں 20 سے زیادہ گھروں اور رات کے وقت بہت سے گھروں کے لیے کافی بجلی پیدا ہو سکتی ہے۔

لہٰذا، مناسب طریقے سے اصلاح کی گئی، ایک ریت کی بیٹری جس کی قیمت تقریباً $5 فی کلو واٹ گھنٹہ ہے، لیڈ ایسڈ اور لیتھیم آئن بیٹری سسٹمز کے لیے موجودہ $100+ فی کلو واٹ فی گھنٹہ لاگت کا بہترین متبادل ہو سکتی ہے۔ ہاں، یہ بہت زیادہ ہو سکتا ہے، لیکن یہ بہت سستا ہے۔

بجلی کی پیداوار کے لیے ریت کی بیٹریاں

بجلی کی پیداوار میں بعد میں استعمال کے لیے تھرمل انرجی کا ذخیرہ ایک ثابت شدہ اور قابل بھروسہ ٹیکنالوجی ہے جو کئی دہائیوں سے مرتکز شمسی توانائی (CSP) منصوبوں میں لاگو ہوتی رہی ہے۔

ایک جدید سی ایس پی سسٹم میں توانائی ایک ہی بھٹی میں سینکڑوں یا ہزاروں آئینے کو مرکوز کرنے سے پھنس جاتی ہے۔ یہ آئینے پھر دن بھر سورج کو ٹریک کرتے ہیں تاکہ بھٹی میں 565°C (1,049°F) تک مسلسل گرمی کی ضمانت دی جا سکے۔

CSP تنصیبات اکثر بہت بڑی ہوتی ہیں، لاکھوں مربع فٹ (~1+km2) رقبے پر پھیلی ہوتی ہیں، ان کے سولر ریسیورز مرکز میں ہوتے ہیں اور 100+ میگا واٹ رینج میں بجلی پیدا کرنے کی صلاحیت رکھتے ہیں۔

60% سوڈیم نائٹریٹ اور 40% پوٹاشیم نائٹریٹ کے ساتھ پگھلے ہوئے نمک کا مرکب رات کے وقت پیدا کرنے کے لیے CSP سسٹم میں توانائی کو ذخیرہ کرنے کے لیے استعمال کیا جاتا ہے۔ تاہم، ریت کی بیٹری کے برعکس، یہ نمکین مرکب اعلی درجہ حرارت پر پگھلتا ہے تاکہ اسے سیال کی طرح بہاؤ۔

CSP اور ریت کے بیٹری سسٹم دونوں شمسی توانائی کو حرارتی توانائی میں تقریباً 15-20% کی مساوی صلاحیتوں پر تبدیل کرتے ہیں۔ لیکن جب کہ CSP پگھلے ہوئے نمک کے نظام میں ذخیرہ شدہ حرارت کو بجلی میں تبدیل کرنے میں تقریباً 50% کارکردگی ہوتی ہے، فن لینڈ کی ریت کی بیٹری نظریاتی طور پر 20-25% کارکردگی رکھتی ہے۔

CSP سسٹم تجارتی طور پر قابل عمل ہیں، لہذا اگر آپ اس فنش بیٹری کو 30% سے زیادہ گرمی سے بجلی کے تبادلوں کی کارکردگی کو بہتر بنا سکتے ہیں، تو یہ قابل تجدید بجلی کو سستے طریقے سے ذخیرہ کرنے اور سپلائی کرنے کے لیے ایک قابل عمل ٹیکنالوجی بن سکتی ہے۔

اسی طرح کی اسٹوریج ٹیکنالوجیز

توانائی ذخیرہ کرنے کی بہت سی دوسری شکلیں ہیں، ہر ایک اپنے فائدے اور نقصانات کے ساتھ۔ سب سے زیادہ مقبول اقسام میں شامل ہیں:

1. الیکٹرو کیمیکل توانائی کا ذخیرہ - جیسا کہ آپ بیٹریوں میں دیکھیں گے، یہ الٹنے والے الیکٹرو کیمیکل رد عمل کا استعمال کرتے ہوئے توانائی کو ذخیرہ کرنے اور چھوڑنے کے لیے دو عناصر کے درمیان ممکنہ فرق کا فائدہ اٹھاتا ہے۔
   
2. مکینیکل انرجی اسٹوریج - اس میں مختلف طریقے شامل ہیں جن میں فلائی وہیلز اور اسپرنگس کا استعمال شامل ہے، نیز کشش ثقل کے نظام جو کسی چیز میں توانائی کا ذخیرہ کرتے ہیں اور اس کی اونچائی کو بڑھاتے ہیں۔
   
3. پگھلا ہوا نمک توانائی ذخیرہ (MSES) - یہاں ذخیرہ تھرمل ہے، جیسے کہ 60% سوڈیم نائٹریٹ اور 40% پوٹاشیم نائٹریٹ کے امتزاج سے۔
   
4. تھرمل گرم پانی - یہ طریقہ تک ذخیرہ کر سکتا ہے 6kWh توانائی 50 گیلن گرم پانی کے ٹینک میں۔
   
5. پمپڈ ہائیڈرو - توانائی ذخیرہ کرنے کی سب سے سستی شکل۔ تاہم، اس کا بڑا مسئلہ محدود مقامات ہیں جہاں اسے نافذ کیا جا سکتا ہے۔
   
6. کمپریسڈ ہوا - ہائیڈرو کی طرح، یہ طریقہ توانائی کو ذخیرہ کرنے کے لیے ہوا کو دباتا ہے۔ پھر جب آپ کو توانائی کی ضرورت ہوتی ہے، تو آپ ٹربائن کو طاقت دینے کے لیے کمپریسڈ ہوا چھوڑ دیتے ہیں۔
   
7. Flywheel کی - آپ صرف ایک اچھی طرح سے متوازن پہیے کو گھمانے کے لیے توانائی کا استعمال کرتے ہیں، اس طرح اسے حرکی توانائی کے طور پر ذخیرہ کرتے ہیں جسے یا تو لوکوموشن یا برقی توانائی کی پیداوار کے لیے استعمال کیا جا سکتا ہے۔
   
8. بہاؤ بیٹری۔ - یہ ایک الیکٹرو کیمیکل اسٹوریج سسٹم ہے جہاں الیکٹرولائٹس مختلف ٹینکوں میں ہوتی ہیں اور انہیں مکمل چارج شدہ ٹینک سے خالی چارج ٹینک میں بہنا پڑتا ہے۔ پھر الیکٹرولائٹس کو چارج کرنے کے لیے، آپ صرف بہاؤ کو ریورس کرتے ہیں۔ یہ طریقہ بہت طاقتور بیٹریاں پیدا کر سکتا ہے کیونکہ دو الیکٹرولائٹس ایک جھلی کے ذریعے تعامل کرتے ہیں جسے آپ بڑے پیمانے پر پیمانہ کرسکتے ہیں۔
   
9. فیز چینج میٹریلز - یہ مواد پگھلتے ہی توانائی کو جذب کرتے ہیں، پھر جب وہ مضبوط ہوتے ہیں تو اسے چھوڑ دیتے ہیں۔ وہ عین مطابق درجہ حرارت پر تھرمل توانائی کو ذخیرہ کرنے کے لیے مثالی ہیں۔

اکثر پوچھے گئے سوالات (عمومی سوالنامہ)

نتیجہ

ہم ریت کی بیٹریوں اور ان کی اقتصادی صلاحیت کی اس کھوج کے اختتام کو پہنچ چکے ہیں۔ اور جیسا کہ آپ نے محسوس کیا ہوگا، وہ بہت سے امکانات پیش کرتے ہیں۔

کمیونٹیز کو گرمی فراہم کرنے سے لے کر بجلی کی پیداوار تک، سلیکا ریت کی گندگی سستی اسے مستقبل کے توانائی کے منصوبوں کے لیے ایک امید افزا ذریعہ بناتی ہے۔