الطاقة الشمسية المركّزة ودورها في مستقبل إنتاج الطاقة اللازمة للصناعة: الجزء الأول

سنتعرّف خلال مقالين متتاليين على الطاقة الشمسية المركّزة, ومبدأ عملها ومكوناتها وأهم أنواعها وتكاليفها وما هي سلبياتها وإيجابياتها, وسنبدأ في هذا المقال بالتعرّف على مبدأ عمل الطاقة الشمسية المركّزة وأهم تقنياتها وتطبيقاتها.

تعرّف تقنية الطاقة الشمسية المركّزة Concentrated Solar Power (CSP) بأنها التقنية التي يتم فيها استخدام أسطح عاكسة (عاكسات) لتركيز طاقة الشمس ضمن منطقة ضيقة تعرف باسم المستقبل receiver, وتختلف هذه التقنية عن تقنية انتاج الطاقة الكهربائية باستخدام الألواح الشمسية الكهروضوئية, فهي تعتبر كمصدر للطاقة الشمسية الحرارية, لأنّ المستقبل receiver يقوم بتجميع الطاقة الحرارية للإشعاع وتخزينها كغاز أو سائل أو حتى كجزيئات صلبة, يمكن استخدام الحرارة الناتجة على الفور لتشغيل التوربينات البخارية المولّدة للطاقة الكهربائية، أو تخزينها للقيام بذلك لاحقًا.

لا تزال تكاليف هذه التقنية مرتفعة و تواجه بعض التحديات الفنية التي قد تحد من اعتمادها، لكن تتجه إليها الأنظار حالياً في دول مختلفة كمصدر حيوي للطاقة المتجددة, مما قد يغيّر من هذا الواقع.

أهم أنواع الطاقة الشمسية المركّزة:

تعمل كل تطبيقات الطاقة الشمسية المركّزة بنفس المبدأ, وهو تركيز حرارة الشمس لإنتاج الطاقة الكهربائية, وتعتبر كل من أبراج الطاقة الشمسية وأنظمة حوض القطع المكافئ أكثرها انتشاراً.

1- أنظمة أطباق القطع المكافئ Parabolic trough systems:

تعتبر هذه الأنظمة نوع من أنواع أنظمة التركيز (التكثيف) الخطي, وتستخدم مجمّعات كبيرة منحنية بشكل القطع المكافئ لتركيز الإشعاع الشمسي إلى أنابيب التجميع المستقبلة الخطيّة, التي تقوم بامتصاص الحرارة من الإشعاع الشمسي المركّز عن طريق سوائل ناقلة للحرارة موجودة ضمنها, ليتم استخدامها في تشغيل مولّدات حرارية لتوليد الطاقة الكهربائية مباشرةً أو تخزينها لاستخدامها لاحقاً. وتعتبر أنظمة القطع المكافئ أكثر تقنيات الطاقة الشمسية المركّزة فعالية من حيث التكلفة على نطاق المرافق, وأصبح هناك ما يزيد على 100 محطّة مركّبة حول العالم, أكبرها محطّة Noor Ouarzazate باستطاعة 580 MW الموجودة في المغرب العربي.

2- أبراج الطاقة الشمسية Solar power tower:

تتألف هذه التقنية بشكل عام من برج مركزي مرتفع محاط بآلاف أو عشرات الآلاف من العاكسات المسطّحة الخاصة والتي تعرف باسم heliostats, وهي تقوم بالتحرّك لملاحقة حركة الشمس لتستمر بتركيز الإشعاع الشمسي نحو نقطة مركزية تعرف بالمستقبل receiver, الذي يقوم بدوره بتجميع الطاقة الحرارية ضمن وسط تخزين مخصص قد يكون الماء أو الملح المذاب, لتستخدم لاحقاً ضمن التوربينات الحرارية لإنتاج الطاقة الكهربائية. ونظراً لمكوناته المختلفة قد تطلق على هذه التقنية عدّة تسميات مثل محطات الأبراج الشمسية أو محطات أبراج الملح المذاب أو محطات الطاقة المستقبلة, مع ملاحظة أن المحطات التي تستخدم الملح المذاب لتجميع الحرارة لها القدرة على تخزين الطاقة الحرارية المجمّعة لعدّة ساعات قبل تشغيل التوربين.

3- عاكسات فرينل الخطية Linear Fresnel Reflectors:

تعتبر من الأنواع الأقل استخداماً, وهي مشابهة لأنظمة القطع المكافئ وتعتبر نوع من أنواع التركيز الخطي, وفيها تقوم صفوف طويلة من المجمّعات بتركيز الإشعاع الشمسي باتجاه أنبوب مستقبل, وتتوضّع المرايا على الأرض بشكل الموجة وتركّز ضوئها نحو الأسفل إلى أنبوب التجميع المستقبل.

البدء في تطوير الجيل الثالث من محطات الطاقة الشمسية الحرارية المركزة

4- أطباق القطع المكافئ Parabolic Dish:

يتم في هذه التقنية استخدام مجمّع على شكل قطع مكافئ مرفق بمستقبل وبمحرّك حراري لتوليد الطاقة الحرارية في آنٍ معاً, إذ أنّ كل قطع مكافئ قادر على إنتاج الطاقة الكهربائية بشكل مستقل, وبذلك يمكن استخدام كل طبق كوحدة مستقلة لإنتاج الطاقة الكهربائية, على عكس الأنواع الأخرى للطاقة الشمسية المركّزة التي تكون فيها أطباق القطع المكافئ جزء من محطّة أكبر.

5- الطاقة الشمسية المركّزة المدعومة من قبل بيل غيتس CSP-backed Bill Gates:  

تتيح هذه التقنية الحصول على درجات حرارة مرتفعة جداً قد تتجاوز الـ 1800 درجة فهرنهايت, من خلال تطبيق تقنيات الذكاء الاصطناعي لتحسين حركة تتبع الأسطح العاكسة لأشعة الشمس باتجاه البرج المركزي, مما يتيح كميات أكبر من الإشعاع الشمسي المركّز. وتعتبر هذه المحطات مناسبة وفعّالة في التطبيقات الصناعية التي تتطلب درجات حرارة عالية كصناعة الإسمنت المسؤولة عن نسبة عالية من انبعاثات الكربون حول العالم.

ترقبوا الجزء الثاني من هذا المقال.

البدء في تطوير الجيل الثالث من محطات الطاقة الشمسية الحرارية المركزة