به گزارش سرویس ترجمه پردیسان آنلاین، استفاده از انرژی‌های تجدیدپذیر در عصر نوآوری‌های شهری، به یکی از اولویت‌های اصلی شهرهای هوشمند تبدیل شده است. یکی از راهکارهای خلاقانه در این زمینه، پیاده‌روهای انرژی‌زا هستند که با بهره‌گیری از فناوری‌های پیزوالکتریک و جنبشی، انرژی حاصل از قدم‌های عابران را به برق تبدیل می‌کنند. این فناوری نه‌تنها به کاهش مصرف انرژی کمک می‌کند، بلکه آگاهی شهروندان را نسبت به موضوع کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای افزایش می‌دهد و آنها را به مشارکت فعال در تولید انرژی ترغیب می‌کند.
توکیو از سال ۲۰۰۸ به‌عنوان یکی از نخستین شهرهای جهان، پروژه‌ای نوآورانه را آغاز کرد که هدف آن تبدیل انرژی جنبشی قدم‌های عابران به برق بود. این پروژه با نصب کف‌پوش‌های پیزوالکتریک در ایستگاه قطار شیبویا آغاز شد که با بیش از ۲.۴ میلیون نفر تردد روزانه، بستری ایده‌آل برای آزمایش این فناوری بود. در این پروژه، صفحات خاصی از مواد پیزوالکتریک در حدود ۹۰ متر مربع از ورودی‌های اصلی ایستگاه نصب شدند که با هر قدم، فشار مکانیکی را به بار الکتریکی تبدیل می‌کردند. هر قدم به‌طور متوسط حدود ۰.۱ وات انرژی تولید می‌کرد که اگرچه در نگاه اول ناچیز به نظر می‌رسد، اما در مجموع و با توجه به حجم بالای تردد، انرژی قابل‌توجهی برای تأمین روشنایی و تجهیزات ایستگاه فراهم می‌کرد.
فناوری پیزوالکتریک به‌کاررفته در این پروژه، از خاصیت فیزیکی مواد خاص مبتنی بر کریستال‌ها بهره می‌برد که در اثر فشار، بار الکتریکی تولید می‌کنند. این صفحات به‌گونه‌ای طراحی شده بودند که در برابر فشار مداوم قدم‌ها مقاوم باشند و بتوانند انرژی تولیدشده را به باتری‌ها منتقل کنند یا به‌طور مستقیم برای روشنایی، نمایشگرهای اطلاعات عمومی یا تجهیزات مترو استفاده شوند. موفقیت اولیه پروژه در شیبویا موجب شد که این فناوری به سایر نقاط پرتردد شهر همچون ایستگاه‌های شین‌جوکو، ایکه‌بوکورو و اوئنو، همچنین پیاده‌روهای تجاری در گینزا و آکاساکا و حتی ورزشگاه‌ها و مراکز فرهنگی گسترش پیدا کند.
گام‌های هوشمند لندن در مسیر توسعه پایدار
در قلب لندن، خیابان برد به‌عنوان یکی از نمونه‌های برجسته نوآوری شهری شناخته می‌شود که با بهره‌گیری از فناوری کف‌پوش‌های جنبشی توانسته است قدم‌های عابران را به منبعی برای تولید انرژی پاک تبدیل کند. این پروژه بخشی از تلاش‌های گسترده شهر لندن برای کاهش وابستگی به شبکه برق شهری و کاهش انتشار کربن در فضاهای عمومی است. این خیابان به‌عنوان یک مرکز خرده‌فروشی با پیاده‌روی تعاملی، میزبان نصب حدود ۲۰ متر مربع از کاشی‌های انرژی‌زا است که نه‌تنها برق مورد نیاز برای روشنایی شبانه را تأمین می‌کنند، بلکه در طول روز انرژی لازم برای پخش صدای پرندگان را فراهم می‌کنند تا فضایی دلپذیر و آرامش‌بخش برای رهگذران ایجاد شود.
فناوری به‌کاررفته در این کف‌پوش‌ها ترکیبی از اصول پیزوالکتریک و سیستم‌های الکترومغناطیسی است. هر کاشی هنگام قدم گذاشتن، بین پنج تا ۱۰ میلی‌متر خم می‌شود و این جابه‌جایی مکانیکی موجب فعال شدن مولدهای داخلی شامل سیم‌پیچ‌ها و آهنرباها می‌شود و در نتیجه برق تولید می‌شود. هر قدم به‌طور متوسط بین دو تا هشت وات توان تولید می‌کند که معادل حدود سه ژول انرژی قابل استفاده است و برای روشن کردن یک چراغ ال‌ای‌دی به مدت ۳۰ ثانیه کافی است. این میزان تولید انرژی نسبت به فناوری‌های مشابه در شهرهای دیگر، بسیار بالاتر و کارآمدتر است.
یکی از ویژگی‌های منحصربه‌فرد این پروژه، استفاده از مواد بازیافتی در ساخت کاشی‌هاست. حدود ۹۵ درصد از مواد تشکیل‌دهنده این کف‌پوش‌ها از لاستیک‌های بازیافتی تهیه شده‌اند که نه‌تنها به کاهش ضایعات صنعتی کمک می‌کند، بلکه دوام و انعطاف‌پذیری بالایی نیز دارد. فلسفه استفاده از این مواد به‌منظور کاهش اثرات زیست‌محیطی و حرکت به سمت اقتصاد چرخه‌ای است که در آن مواد بازیافتی جایگزین مواد اولیه خام می‌شوند. علاوه‌بر این، هر کاشی مجهز به فرستنده بلوتوث است که تنها ۱ درصد از انرژی تولیدشده را برای ارسال داده‌های مربوط به تردد و میزان انرژی تولیدی مصرف می‌کند. این داده‌ها به‌صورت لحظه‌ای از طریق اپلیکیشن موبایل قابل مشاهده هستند و به مدیران شهری امکان تحلیل رفتار حرکتی شهروندان و بهینه‌سازی مصرف انرژی را می‌دهند؛ همین قابلیت موجب شده است این پروژه به‌عنوان نمونه‌ای پیشرفته در زمینه مدیریت هوشمند انرژی شهری مطرح شود.
این پروژه با هزینه‌ای بالغ بر ۳۰۰ هزار دلار اجرا شد که شامل نصب ۱۹۴ کاشی انرژی‌زا، نیمکت‌ها و المان‌های زیباسازی شهری بود. شرکت طراح حدود ۱۰۰ هزار دلار از این مبلغ را تأمین کرد و باقی هزینه‌ها با حمایت مالی سازمان حمل‌ونقل لندن تأمین شد. این حمایت نشان‌دهنده تعهد سازمان‌های شهری لندن به توسعه زیرساخت‌های پایدار و نوآورانه است. مقامات شهری لندن با بررسی کارکرد و بازدهی این فناوری، برنامه‌ریزی کرده‌اند که دامنه استفاده از کف‌پوش‌های جنبشی را به سایر مناطق پرتردد شهر و حتی ایستگاه‌های مترو گسترش دهند تا شبکه تولید انرژی پاک در سطح شهری تقویت شود.
در مراحل اولیه، هزینه هر فوت مربع از این کف‌پوش‌ها حدود ۱۷۰۰ پوند بود، اما با پیشرفت فناوری و افزایش مقیاس تولید، این هزینه تا سال ۲۰۲۰ به حدود ۸۰ پوند کاهش پیدا کرد. پیش‌بینی می‌شود که تا سال ۲۰۳۰، هزینه‌ها به حدود پنج پوند در هر فوت مربع برسد که به رشد چشمگیر در پذیرش این فناوری در پروژه‌های شهری گسترده‌تر منجر خواهد شد. کارشناسان همچنین بر این باورند که این فناوری می‌تواند نقش مؤثری در کاهش وابستگی به منابع انرژی فسیلی و گسترش زیرساخت‌های هوشمند شهری ایفا کند. این پروژه نمونه‌ای موفق از همکاری نزدیک میان بخش‌های خصوصی، دولتی و دانشگاهی است که توانسته است نوآوری‌های مبتنی بر فناوری را در مقیاس شهری به اجرا درآورد و آینده‌ای پایدارتر را برای لندن ترسیم کند.
پیاده‌روی خورشیدی روتردام، گامی نو در مسیر شهرهای هوشمند
در محله ری‌یرورد شهر روتردام، پروژه‌ای نوآورانه و پیشرفته اجرا شده است که تلفیقی هوشمندانه از فناوری خورشیدی، انرژی جنبشی و طراحی شهری پایدار را به نمایش می‌گذارد. این پیاده‌روی خورشیدی با مساحت تقریبی ۷۰ مترمربع، حاصل همکاری شهرداری روتردام و آژانس ملی هلند است و از ماژول‌های خورشیدی ویژه‌ای تشکیل شده است که در کف‌پوش‌های قابل‌راه‌رفتن تعبیه شده‌اند. این ماژول‌ها به‌گونه‌ای طراحی شده‌اند که علاوه‌بر تحمل وزن عبور کنندگان، مدت طولانی در شرایط تابش مستقیم خورشید کارایی بالایی داشته باشند.
هر پنل خورشیدی این پروژه دارای ابعاد استاندارد ۶۰×۶۰ سانتی‌متر است و از شیشه‌های سکوریت مقاوم و ضدلغزش ساخته شده است که توانایی تحمل وزن تا ۴۰۰ کیلوگرم را دارد. توان نامی هر پنل در شرایط بهینه حدود ۳۵ وات است که معادل تقریبی دو سوم بازدهی پنل‌های خورشیدی استاندارد روی پشت‌بام‌ها می‌باشد. این قابلیت نشان‌دهنده بهینه‌سازی طراحی جهت استفاده از فضاهای شهری با محدودیت‌های ساختاری است. سطح پنل‌ها پوشش نانوی مقاوم در برابر خوردگی، گردوغبار و خش دارد که عملکرد طولانی‌مدت آنها را حتی در شرایط جوی نامساعد تضمین می‌کند.
کف‌پوش‌ها علاوه‌بر تولید انرژی خورشیدی، به چراغ‌های ال‌ای‌دی تعاملی مجهز شده‌اند که به حرکات عابران مثل راه رفتن، پریدن یا ایستادن واکنش نشان می‌دهند و تجربه تعاملی و سرگرم‌کننده‌ای را برای مردم فراهم می‌کنند. این چراغ‌ها بر اساس فشار وارده و الگوریتم‌های پردازش سیگنال به‌صورت لحظه‌ای تنظیم می‌شوند تا همزمان انرژی تولیدشده بیشترین بازده را داشته باشد و جلوه‌های بصری جذابی ایجاد کند.
سیستم انرژی این پروژه ترکیبی از انرژی‌های خورشیدی و جنبشی است. کف‌پوش علاوه‌بر پنل‌های خورشیدی، با تکنولوژی پیزوالکتریک مجهز شده است که به هنگام راه رفتن افراد، حرکت مکانیکی پاها را به انرژی برق تبدیل می‌کند. هر حرکت پا بین دو تا هشت وات انرژی تولید می‌کند و این انرژی جنبشی در کنار انرژی خورشیدی، به یک تیر چراغ چندکاره متصل می‌شود. این تیر چراغ نمونه‌ای هوشمند است که علاوه‌بر روشنایی و نورپردازی محیط، به‌عنوان ایستگاه شارژ خودروهای برقی نیز عمل می‌کند. سیستم شارژ به‌صورت هیبریدی طراحی شده است و ترکیبی از انرژی تجدیدپذیر تولیدشده توسط پیاده‌رو و برق شبکه تأمین و ذخیره‌سازی می‌شود تا همیشه در دسترس باشد.
برآوردها نشان می‌دهد این پیاده‌روی خورشیدی می‌تواند در طول یک سال انرژی کافی برای شارژ بی‌وقفه موبایل حدود ۳۲۰ نفر را فراهم کند یا به میزان لازم انرژی تولید کند تا امکان پیمایش حدود ۴۰۰۰ کیلومتر با خودروهای برقی وجود داشته باشد. داده‌های انرژی تولیدشده به‌صورت لحظه‌ای روی ماژول‌ها نمایش داده می‌شود و اطلاعات دقیقی از میزان برق تولیدشده در ساعات مختلف روز ارائه می‌دهد، همچنین بخش‌های بازی‌های تعاملی و آموزشی طراحی شده‌اند که به مردم در زمینه آگاهی و آموزش مفاهیم پایداری و انرژی پاک کمک می‌کنند.
این پروژه به‌عنوان یک زیرساخت پایدار در محیط عمومی محله ری‌یرورد طراحی شده و هدف آن فراتر از تولید انرژی، افزایش مشارکت و آگاهی عمومی نسبت به اهمیت انرژی‌های تجدیدپذیر و نقش شهروندان در توسعه پایدار است. این اقدام هم‌راستا با اهداف توسعه شهر هوشمند پیش می‌رود و با تلفیق تولید انرژی، تعامل اجتماعی و پشتیبانی از حمل‌ونقل برقی، نمونه‌ی کارآمدی از بهره‌گیری هوشمندانه از فضاهای محدود شهری را در مکان‌هایی به نمایش می‌گذارد که نصب پنل‌های خورشیدی روی پشت‌بام با محدودیت روبه‌رو است.
طراحی انعطاف‌پذیر این پیاده‌روی خورشیدی امکان سفارشی‌سازی بر اساس نیازهای شهری و زیست‌محیطی مختلف را فراهم ساخته است و قابلیت پیاده‌سازی در سایر شهرهای جهان را دارد. از جمله قابلیت‌های فنی مهم این فناوری می‌توان به سیستم مدیریت انرژی پیشرفته (EMS) اشاره کرد که به‌صورت هوشمند بین تولید، ذخیره و مصرف انرژی تعادل ایجاد می‌کند و سیستم آن مجهز به حسگرهای دما، رطوبت و تشخیص حرکت برای بهینه‌سازی عملکرد پنل‌هاست. علاوه‌بر این، ارتباطات داده‌ای به کمک پروتکل‌های اینترنت اشیا انجام می‌شود و امکان نظارت و کنترل از راه دور از طریق اپلیکیشن‌های موبایل برای مدیران شهری فراهم شده است.
در جهت ترویج فرهنگ انرژی پاک، این پروژه با همکاری مراکز پژوهشی و آموزشی روتردام هر ساله برنامه‌های آموزشی و کارگاه‌های عمومی برگزار می‌کند که به عموم مردم امکان می‌دهد با کارکرد و اهمیت فناوری‌های نوین انرژی‌های تجدیدپذیر آشنا شوند. بر اساس آمارهای اولیه، پس از راه‌اندازی، میزان رضایت کاربران پیاده‌رو به بیش از ۸۵ درصد رسید و مردم گزارش کردند که این محیط علاوه‌بر افزایش حس تعلق به محیط زیست، درک عمیق‌تری از اهمیت حفظ منابع طبیعی برای آینده پایدار به آنها داده است.
این پروژه موفق، الگویی بی‌نظیر و الهام‌بخش برای شهرهای دیگر در سراسر جهان شده که در پی ایجاد زیرساخت‌های هوشمند، پاک و مشارکتی هستند. گام بعدی توسعه بیشتر این فناوری شامل افزایش مساحت پوشش خورشیدی، بهینه‌سازی پنل‌ها برای افزایش بازده و ادغام با شبکه‌های هوشمند شهری است. مطالعاتی در حال انجام است تا تأثیر این فناوری بر کاهش انتشار کربن و هزینه‌های انرژی شهری به‌طور آماری و بلندمدت ثبت و منتشر شود که می‌تواند راهنمای سیاست‌گذاران شهری برای سرمایه‌گذاری‌های آینده باشد.
