الطاقة الشمسية المالحة

يعد استخراج الطاقة الشمسية واستخدامها من أهم إنجازات الإنسان في مجال الطاقة. ولا تكمن الصعوبة الرئيسية الآن حتى في جمع الطاقة الشمسية، بل في تخزينها وتوزيعها. إذا أمكن حل هذه المشكلة، فمن الممكن إيقاف صناعات الوقود الأحفوري التقليدية.

SolarReserve هي شركة تقترح استخدام الملح المنصهر في محطات الطاقة الشمسية وتعمل على إيجاد حل بديل لمشاكل التخزين. بدلاً من استخدام الطاقة الشمسية لتوليد الكهرباء ومن ثم تخزينها في الألواح الشمسية، تقترح شركة SolarReserve إعادة توجيهها إلى أجهزة التخزين الحراري (الأبراج). سيستقبل برج الطاقة الطاقة ويخزنها. إن قدرة الملح المنصهر على البقاء في صورة سائلة تجعله وسيلة تخزين حرارية مثالية..

هدف الشركة هو إثبات أن تقنيتها يمكن أن تجعل الطاقة الشمسية مصدر طاقة ميسور التكلفة يعمل على مدار الساعة (مثل أي محطة طاقة تعمل بالوقود الأحفوري). تعمل أشعة الشمس المركزة على تسخين الملح الموجود في البرج إلى 566 درجة مئوية، ويتم تخزينه في خزان عملاق معزول حتى يتم استخدامه لتوليد البخار لتشغيل التوربين.

ومع ذلك ، أول الأشياء أولا.

بداية

قضى ويليام جولد، كبير التقنيين في شركة SolarReserve، أكثر من 20 عامًا في تطوير تقنية الطاقة الشمسية المركزة (الطاقة الشمسية المركزة). وفي التسعينيات، كان مديرًا لمشروع منشأة Solar Two التجريبية المدعومة من وزارة الطاقة الأمريكية في صحراء موهافي. قبل عقد من الزمن، تم اختبار الهيكل هناك، والذي أكد الحسابات النظرية حول إمكانية توليد الطاقة التجارية باستخدام الهيليوستات. كان التحدي الذي واجهه جولد هو تطوير تصميم مشابه يستخدم الملح الساخن بدلًا من البخار، وإيجاد دليل على إمكانية الحفاظ على الطاقة.

عند اختيار حاوية لتخزين الملح المنصهر، تردد جولد بين خيارين: شركة تصنيع غلايات تتمتع بخبرة في محطات توليد الطاقة التقليدية بالوقود الأحفوري، وشركة Rocketdyne، التي صنعت محركات الصواريخ لوكالة ناسا. تم الاختيار لصالح علماء الصواريخ. ويرجع ذلك جزئيًا إلى أن جولد عمل في وقت مبكر من حياته المهنية كمهندس نووي لشركة البناء العملاقة بكتل، حيث كان يعمل في مفاعلات سان أونوفري في كاليفورنيا. وكان يعتقد أنه لن يجد تقنية أكثر موثوقية.

تتكون فوهة المحرك النفاث، التي تتسرب منها الغازات الساخنة، في الواقع من قذيفتين (داخلية وخارجية)، في القنوات المطحونة التي يتم ضخ مكونات الوقود فيها في الطور السائل، مما يؤدي إلى تبريد المعدن والحفاظ على الفوهة من الذوبان. أصبحت خبرة Rocketdyne في تطوير أجهزة مماثلة والعمل في مجال المعادن ذات درجات الحرارة العالية مفيدة عند تطوير تقنية استخدام الملح المنصهر في محطة للطاقة الشمسية.

وقد عمل مشروع الطاقة الشمسية الثانية بقدرة 10 ميجاوات بنجاح لعدة سنوات وتم إيقاف تشغيله في عام 1999، مما يؤكد جدوى الفكرة. وكما يعترف ويليام جولد نفسه، واجه المشروع بعض المشكلات التي كانت بحاجة إلى حل. لكن التكنولوجيا الأساسية المستخدمة في Solar Two تعمل أيضًا في المحطات الحديثة مثل Crescent Dunes. خليط أملاح النترات ودرجات حرارة التشغيل متطابقة، والفرق الوحيد هو على نطاق المحطة.

وتتمثل ميزة تكنولوجيا الملح المنصهر في أنها تسمح بتوصيل الطاقة عند الطلب، وليس فقط عندما تكون الشمس مشرقة. يمكن أن يحتفظ الملح بالحرارة لعدة أشهر، وبالتالي فإن الأيام الغائمة العرضية لا تؤثر على توفر الكهرباء. بالإضافة إلى ذلك، فإن انبعاثات محطة الطاقة ضئيلة، وبالطبع لا توجد نفايات خطرة تنشأ كمنتج ثانوي لهذه العملية.

مبادئ العمل

تستخدم محطة الطاقة الشمسية 10 مرآة (هيليوستات) موزعة على مساحة 347 هكتارًا (أي ما يعادل أكثر من 647,5 ملعب كرة قدم) لتركيز ضوء الشمس على برج مركزي يبلغ ارتفاعه 900 مترًا ومملوءًا بالملح. يتم تسخين هذا الملح بواسطة أشعة الشمس إلى 195 درجة مئوية ويتم تخزين الحرارة ومن ثم استخدامها لتحويل الماء إلى بخار وتشغيل المولدات لإنتاج الكهرباء.

تسمى المرايا الهليوستات لأن كل منها يمكن أن تميل وتدور لتوجيه شعاع الضوء بدقة. وهي مرتبة في دوائر متحدة المركز، حيث تركز ضوء الشمس على "جهاز استقبال" في أعلى البرج المركزي. البرج نفسه لا يتوهج، وجهاز الاستقبال أسود غير لامع. يحدث تأثير التوهج على وجه التحديد بسبب تركيز ضوء الشمس الذي يسخن الحاوية. يتدفق الملح الساخن إلى خزان من الفولاذ المقاوم للصدأ بسعة 16 ألف متر مكعب.

الهليوستات

يمر الملح، الذي يبدو ويتدفق مثل الماء عند درجات الحرارة هذه، عبر مبادل حراري لإنتاج البخار لتشغيل مولد توربيني قياسي. يحتوي الخزان على ما يكفي من الملح المنصهر لتشغيل المولد لمدة 10 ساعات. ويصل هذا إلى 1100 ميجاوات/ساعة من التخزين، أو ما يقرب من 10 مرات أكثر من أكبر أنظمة بطاريات الليثيوم أيون التي تم تركيبها لتخزين الطاقة المتجددة.

الطريق الصعب

على الرغم من الوعد الذي تحمله الفكرة، لا يمكن القول بأن شركة SolarReserve حققت نجاحًا. ومن نواحٍ عديدة، ظلت الشركة شركة ناشئة. على الرغم من أن الشركة الناشئة نشطة ومشرقة بكل معنى الكلمة. ففي النهاية، أول شيء تراه عندما تنظر نحو محطة توليد كهرباء كريسنت ديونز هو الضوء. مشرقة جدًا لدرجة أنه من المستحيل النظر إليها. مصدر الضوء هو برج يبلغ ارتفاعه 195 مترًا، ويرتفع بفخر فوق الأراضي الصحراوية في ولاية نيفادا في منتصف الطريق تقريبًا بين بلدة رينو الصغيرة ولاس فيغاس.

كيف تبدو محطة توليد الكهرباء في مراحل مختلفة من البناء
2012، بداية البناء

2014، المشروع على وشك الانتهاء

في ديسمبر 2014، أصبح Crescent Dunes جاهزًا تقريبًا للاستخدام

محطة جاهزة

على بعد حوالي ساعة بالسيارة من هنا توجد المنطقة 51 الشهيرة، وهي منشأة عسكرية سرية هدد الإنترنت بأكمله باقتحامها هذا الصيف من أجل "إنقاذ" الكائنات الفضائية من أيدي الحكومة الأمريكية. يؤدي هذا القرب إلى حقيقة أن المسافرين الذين يرون توهجًا ساطعًا بشكل غير عادي يسألون أحيانًا السكان المحليين عما إذا كانوا قد شهدوا شيئًا غير عادي أو حتى غريبًا. ثم يشعرون بالانزعاج الشديد عندما علموا أن هذه مجرد محطة للطاقة الشمسية، محاطة بحقل من المرايا يبلغ عرضه حوالي 3 كيلومترات.

بدأ إنشاء Crescent Dunes في عام 2011 بقروض من الحكومة واستثمار من NV Energy، شركة المرافق الرئيسية في نيفادا. وتم بناء محطة الطاقة في عام 2015، أي بعد حوالي عامين من الموعد المقرر. ولكن حتى بعد البناء، لم يسير كل شيء بسلاسة. على سبيل المثال، في العامين الأولين، غالبًا ما تتعطل المضخات والمحولات الخاصة بطائرات الهليوستات، التي لم تكن قوية بدرجة كافية، ولا تعمل بشكل صحيح. ولذلك، كان إنتاج الطاقة في Crescent Dunes أقل مما كان مخططًا له في السنوات الأولى من التشغيل.

كانت هناك صعوبة أخرى - مع الطيور. الطائر المؤسف يقع تحت "مشهد" ضوء الشمس المركز تحولت إلى غبار. وفقًا لممثلي شركة SolarReserve، تمكنت محطة الطاقة الخاصة بهم من تجنب "حرق جثث" الطيور بشكل منتظم وجماعي. وتم وضع خطة خاصة بالتعاون مع العديد من المنظمات الوطنية للتخفيف من أي تهديدات محتملة لمحطة توليد الكهرباء. تمت الموافقة على هذا البرنامج في عام 2011 وهو مصمم للحد من المخاطر المحتملة على الطيور والخفافيش.

لكن المشكلة الأكبر التي واجهتها شركة Crescent Dunes كانت التسرب في خزان الملح الساخن الذي تم اكتشافه في أواخر عام 2016. تستخدم هذه التقنية حلقة عملاقة مدعومة بأعمدة في الجزء السفلي من الخزان لتوزيع الملح المنصهر أثناء تدفقه من الوعاء. يجب أن تكون الأبراج نفسها ملحومة بالأرضية، ويجب أن تكون الحلقة قادرة على التحرك عندما تتسبب التغيرات في درجات الحرارة في تمدد/تقلص المواد. وبدلاً من ذلك، وبسبب خطأ من قبل المهندسين، تم لحام كل شيء معًا بإحكام. ونتيجة لذلك، مع تغيرات درجة الحرارة، ترهل الجزء السفلي من الخزان وتسرب.

إن تسرب الملح المنصهر في حد ذاته ليس خطيرًا بشكل خاص. عندما تصطدم بطبقة الحصى الموجودة أسفل الخزان، يبرد المنصهر على الفور، ويتحول إلى ملح. ومع ذلك، استمر إغلاق محطة توليد الكهرباء لمدة ثمانية أشهر. وتمت دراسة أسباب التسرب والمسؤولين عن الحادث وتبعات الحالة الطارئة وغيرها من القضايا.

ولم تنتهي مشاكل SolarReserve عند هذا الحد. انخفض أداء المحطة إلى أقل من الهدف في عام 2018، بمتوسط ​​عامل قدرة قدره 20,3% مقارنة بعامل قدرة مخطط له يبلغ 51,9%. ونتيجة لذلك، بدأ المختبر الوطني الأمريكي للطاقة المتجددة (NREL) دراسة تكلفة مدتها 12 شهرًا CSP للمشروع، مع التركيز على مشكلات الأداء والتكاليف غير المتوقعة. ونتيجة لذلك، تمت مقاضاة الشركة لأول مرة وإجبارها على تغيير الإدارة، وفي عام 2019 اضطرت بالكامل إلى الاعتراف بانتهاكها. إفلاس.

لم ينتهي بعد

ولكن حتى هذا لم يضع حدا لتطور التكنولوجيا. بعد كل شيء، هناك مشاريع مماثلة في بلدان أخرى. على سبيل المثال، تُستخدم تقنيات مماثلة في مجمع محمد بن راشد آل مكتوم للطاقة الشمسية، وهو أكبر شبكة لمحطات الطاقة الشمسية في العالم، ومتحدة في مكان واحد في دبي. أو مثلا المغرب. هناك أيام مشمسة أكثر من الولايات المتحدة، وبالتالي يجب أن تكون كفاءة محطة الطاقة أعلى. وتظهر النتائج الأولى أن هذا هو الحال بالفعل.

تجاوز برج نور الثالث للطاقة الشمسية المركزة بقدرة 150 ميجاوات في المغرب أهداف الأداء وسعة التخزين في الأشهر القليلة الأولى من تشغيله. وتتوافق تكلفة تمويل مشاريع تخزين طاقة الأبراج مع التوقعات المتوقعة، كما يؤكد كزافييه لارا، كبير المستشارين في CSP Engineering Group Empresarios Agrupados (EA).

محطة نور الثالثة لتوليد الكهرباء



وقد أظهرت محطة نور XNUMX للطاقة، التي تم تشغيلها في ديسمبر من العام الماضي، أداءً رائعًا. وتعد محطة نور XNUMX، التي قامت بتركيبها شركة SENER الإسبانية وشركة إنشاءات الطاقة الصينية SEPCO، أكبر محطة أبراج تشغيلية في العالم والثانية من حيث دمج تكنولوجيا تخزين الملح المنصهر.

ويعتقد الخبراء أن بيانات الأداء المبكر القوية الخاصة بمشروع نور 6000 فيما يتعلق بالأداء ومرونة التوليد وتكامل التخزين من شأنها أن تقلل من مشكلات موثوقية برج الطاقة الشمسية المركزة والتخزين وتخفض تكلفة رأس المال للمشاريع المستقبلية. وفي الصين، أعلنت الحكومة بالفعل عن برنامج لإنشاء 1000 ميجاوات من الطاقة الشمسية المركزة مع التخزين. تتعاون شركة SolarReserve مع مجموعة Shenhua المملوكة للدولة، والتي تبني محطات طاقة تعمل بالفحم، لتطوير XNUMX ميجاوات من توليد الملح المصهور من الطاقة الشمسية المركزة. ولكن هل سيستمر بناء أبراج التخزين هذه؟ سؤال.

ومع ذلك، في اليوم الآخر فقط، أعلنت شركة Heliogen، المملوكة لبيل جيتس، عن اختراقها في استخدام الطاقة الشمسية المركزة. تمكن الهيليوجين من زيادة درجة الحرارة من 565 درجة مئوية إلى 1000 درجة مئوية. مما يفتح المجال أمام إمكانية استخدام الطاقة الشمسية في إنتاج الأسمنت والصلب والمنتجات البتروكيماوية.

ماذا يمكنك أن تقرأ في المدونة؟ Cloud4Y

→ إعداد الجزء العلوي في نظام جنو/لينكس
→ Pentesters في طليعة الأمن السيبراني
→ الشركات الناشئة التي يمكن أن تكون مفاجأة
→ الخيال البيئي لحماية الكوكب
→ أمن معلومات مركز البيانات

اشترك في موقعنا تیلیجرام-channel حتى لا تفوت المقالة التالية! نحن لا نكتب أكثر من مرتين في الأسبوع وفي العمل فقط. نذكرك أيضًا أنه يمكنك ذلك اختبار مجانا الحلول السحابية Cloud4Y.

يمكن للمستخدمين المسجلين فقط المشاركة في الاستطلاع. تسجيل الدخول، من فضلك.

محطة توليد الكهرباء بالملح السائل

• تكنولوجيا الموت

• اتجاه واعد

• في البداية هراء

• نسختك (في التعليقات)

صوت 97 مستخدمين. امتنع 36 مستخدما عن التصويت.

المصدر: www.habr.com