الطاقة الشمسية المالحة

يعد استخراج واستخدام الطاقة الشمسية أحد أهم إنجازات الإنسان من وجهة نظر الطاقة. الصعوبة الرئيسية الآن ليست حتى في جمع الطاقة الشمسية ، ولكن في تخزينها وتوزيعها. إذا كان من الممكن حل هذه المشكلة ، فيمكن عندئذٍ تقاعد شركات الوقود الأحفوري التقليدية.

SolarReserve هي شركة تقدم استخدام الملح المنصهر في محطات الطاقة الشمسية وتعمل على حل بديل لمشاكل التخزين. بدلاً من استخدام الطاقة الشمسية لتوليد الكهرباء ثم تخزينها في الألواح الشمسية ، تقترح SolarReserve إعادة توجيهها إلى أجهزة التخزين (الأبراج). سوف برج الطاقة تلقي وتخزين الطاقة. إن قدرة الملح المصهور على البقاء في صورة سائلة تجعله المنتج المثالي للتخزين الحراري .

هدف الشركة هو إثبات أن تقنيتها يمكن أن تجعل الطاقة الشمسية مصدرًا للطاقة ميسور التكلفة ، وتعمل على مدار الساعة (كما هو الحال في أي محطة لتوليد الطاقة من الوقود الأحفوري). تقوم أشعة الشمس المركزة بتسخين الملح في البرج إلى 566 درجة مئوية ، ويتم تخزينه في خزان معزول عملاق حتى يتم استخدامه لإنشاء البخار لبدء التوربينات.

ومع ذلك ، أول الأشياء أولا.

بداية

أمضى ويليام جولد ، كبير التكنولوجيين في SolarReserve ، أكثر من 20 عامًا في تطوير تكنولوجيا الطاقة الشمسية المركزة (CSP) (الطاقة الشمسية المركزة) بالملح المصهور. في التسعينيات من القرن الماضي ، كان مدير المشروع في محطة مظاهرة Solar Two ، التي بنيت بدعم من وزارة الطاقة الأمريكية في صحراء موهافي. قبل عقد من الزمان ، تم فحص المبنى هناك ، مما أكد الحسابات النظرية حول إمكانية إنتاج الطاقة التجارية باستخدام طائرات الهليوستات. كانت مهمة جولد هي تطوير مشروع مماثل يستخدم فيه الملح الساخن بدلاً من البخار ، وأيضًا لإيجاد دليل على أنه يمكن تخزين الطاقة.

عند اختيار خزان لتخزين الملح المنصهر ، ترددت جولد بين خيارين: شركة تصنيع الغلايات مع خبرة في محطات الطاقة التقليدية العاملة بالوقود الأحفوري و Rocketdyne ، التي أنتجت محركات صواريخ لناسا. تم الاختيار لصالح علماء الصواريخ. ويرجع ذلك جزئيًا إلى حقيقة أنه في بداية حياته المهنية ، عمل غولد كمهندس نووي في شركة Bechtel للإنشاءات العملاقة ، التي عملت في مفاعلات كاليفورنيا سان أونوفري. وكان يعتقد أنه لن يجد تقنية أكثر موثوقية.

تتكون فوهة المحرك النفاث ، والتي تنجو منها الغازات الساخنة ، فعليًا من قشرتين (داخلي وخارجي) ، يتم ضخهما في القنوات المضروبة التي يتم فيها ضخ مكونات الوقود في الطور السائل ، وتبريد المعدن ومنع الفوهة من الذوبان. كانت تجربة Rocketdyne في تطوير هذه الأجهزة والعمل في مجال المعادن ذات درجة الحرارة العالية مفيدة في تطوير التكنولوجيا لاستخدام الملح المنصهر في محطة للطاقة الشمسية.

يعمل المشروع الذي تبلغ طاقته 10 ميجاوات بالطاقة الشمسية بنجاح لعدة سنوات وتم إيقاف تشغيله في عام 1999 ، مما يؤكد جدوى الفكرة. كما يعترف ويليام جولد نفسه ، واجه المشروع بعض المشكلات التي تحتاج إلى حل. لكن التكنولوجيا الأساسية المستخدمة في Solar Two تعمل أيضًا في محطات حديثة مثل Crescent Dunes. مزيج أملاح النترات ودرجات حرارة التشغيل متطابقة ، والفرق هو فقط في نطاق المحطة.

تتمثل ميزة تكنولوجيا الملح المنصهر في أنها تتيح لك توفير الطاقة حسب الطلب ، وليس فقط عندما تشرق الشمس. يمكن أن يحتفظ الملح بالحرارة لعدة أشهر ، لذلك في بعض الأحيان لا يؤثر يوم غائم على توفر الكهرباء. بالإضافة إلى ذلك ، تكون الانبعاثات الناتجة عن محطة الطاقة في حدها الأدنى ، وبالطبع لا توجد نفايات خطرة يتم توليدها كمنتج ثانوي لهذه العملية.

مبادئ العمل

تستخدم محطة الطاقة الشمسية 10347 مرآة (heliostats) مثبتة على 647.5 هكتار (هذا أكثر من 900 ملعب كرة قدم) لتركيز ضوء الشمس على برج مركزي يبلغ ارتفاعه 195 مترًا ومملوءًا "بحشو" الملح. يتم تسخين هذا الملح بواسطة الشمس إلى 565 درجة مئوية ، ويتم تخزين الحرارة ثم استخدامها لتحويل الماء إلى بخار وتشغيل المولدات التي تنتج الكهرباء.



تسمى المرايا heliostats ، حيث يمكن إمالة كل منها وتدويرها لتوجيه شعاع الضوء بدقة. تقع في دوائر متحدة المركز ، فإنها تركز أشعة الشمس على "المتلقي" في الجزء العلوي من البرج المركزي. البرج نفسه غير مضاء ، المتلقي لديه لون أسود غير لامع. ينشأ تأثير التوهج على وجه التحديد بسبب تركيز أشعة الشمس التي تسخن الخزان. يتدفق الملح الساخن إلى خزان الفولاذ المقاوم للصدأ بسعة 16 ألف متر مكعب.


heliostat

يمر الملح ، الذي ينظر ويتدفق في درجات الحرارة هذه بنفس الطريقة التي يمر بها الماء ، عبر مبادل حراري لتوليد البخار لمولد توربو قياسي. يحتوي الخزان على ما يكفي من الملح المنصهر لتشغيل المولد لمدة 10 ساعات. هذا يصل إلى 1100 ميجاوات / ساعة من التخزين ، أو ما يقرب من 10 مرات أكثر من أكبر أنظمة بطاريات الليثيوم أيون التي تم تثبيتها لتخزين الطاقة المتجددة.

الطريق الصعب

على الرغم من وعد الفكرة ، لا يمكن القول أن SolarReserve نجحت. في نواح كثيرة ، ظلت الشركة بدء التشغيل. على الرغم من بدء التشغيل حيوية وحيوية بكل معنى الكلمة. بعد كل شيء ، فإن أول ما تراه عندما تنظر إلى محطة توليد كهرباء الكثبان الرملية هو الضوء. مشرق جدا أنه من المستحيل أن ننظر إليه. يُعد البرج الذي يبلغ طوله 195 مترًا ، والذي يفخر فوق الأراضي الصحراوية في نيفادا على بعد منتصف الطريق بين بلدة رينو الصغيرة ولاس فيغاس ، مصدرًا للضوء.


حوالي ساعة بالسيارة من هنا هي المنطقة 51 الشهيرة ، وهي منشأة عسكرية سرية هددوها باقتحامها عبر الإنترنت هذا الصيف من أجل "إنقاذ" الأجانب من أيدي الحكومة الأمريكية. يؤدي هذا الحي إلى حقيقة أن المسافرين الذين يرون توهجًا ساطعًا غير عادي يسألون أحيانًا السكان المحليين عما إذا كانوا قد شهدوا شيئًا غير عادي أو حتى غريبًا. وبعد ذلك ينزعجون بصدق لمعرفة أن هذه مجرد محطة طاقة شمسية ، محاطة بحقل من المرايا بعرض 3 كم تقريبًا.

بدأ بناء Crescent Dunes في عام 2011 بقروض من الحكومة واستثمارات من NV Energy ، شركة المرافق الرئيسية في نيفادا. وقد بنوا محطة كهرباء في عام 2015 ، أي بعد حوالي عامين من المخطط. ولكن حتى بعد البناء ، لم يكن كل شيء بسلاسة. على سبيل المثال ، في العامين الأولين ، غالبًا ما تعطلت المضخات والمحولات الخاصة بمناطق heliostats ، والتي لم تكن قوية بدرجة كافية ، ولم تعمل بشكل صحيح. لذلك ، كان انتاج الطاقة على الكثبان الهلال أقل مما كان مخططا له في السنوات الأولى من العملية.

كان هناك صعوبة واحدة أخرى - مع الطيور. أثناء الحصول على "مشهد" أشعة الشمس المركزة ، تحول الطائر المؤسف إلى غبار . وفقًا لممثلي SolarReserve ، تمكنت محطة الطاقة الخاصة بهم من تجنب "حرق جثث" منتظم وكبير للطيور. جنبا إلى جنب مع العديد من المنظمات الوطنية ، تم وضع خطة خاصة 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 لكريسونز ديونز كانت تسرب في خزان تخزين الملح الساخن ، الذي تم اكتشافه في نهاية عام 2016. وفقًا للتقنية ، تقوم حلقة عملاقة ترتكز على أبراج في أسفل الخزان بتوزيع الملح المنصهر عند وصوله من جهاز الاستقبال. يجب أن يتم لحام الأعمدة نفسها على الأرض ، وكانت إمكانية الإزاحة ضرورية للحلقة ، لأن التغيرات في درجات الحرارة تسبب تمدد / انكماش المواد. بدلاً من ذلك ، بسبب خطأ ارتكبه المهندسون ، كانت المزرعة بأكملها مسلوقة معًا. نتيجة لذلك ، مع تغيرات درجة الحرارة ، تراجع الجزء السفلي من الخزان وسرب.

تسرب الملح المنصهر في حد ذاته ليس خطرا بشكل خاص. عندما تدخل طبقة الحصى أسفل الخزان ، يبرد الصهر فورًا ويتحول إلى ملح. ومع ذلك ، تم إيقاف تشغيل محطة الطاقة لمدة ثمانية أشهر. تمت دراسة أسباب التسرب ، ومرتكبي الحادث ، وعواقب الطوارئ وغيرها من القضايا.

مشاكل SolarReserve لم تنته عند هذا الحد. كانت طاقة المصنع أقل من المخطط لها في عام 2018 ، حيث بلغ متوسط ​​معامل الطاقة 20.3 ٪ مقارنة بعامل الطاقة المخطط البالغ 51.9 ٪ ، C. ونتيجة لذلك ، أطلق المختبر الوطني الأمريكي للطاقة المتجددة (NREL) دراسة لمدة 12 شهرًا لتكلفة المشروع CSP ، مع التركيز على مشاكل الأداء والطوارئ. نتيجة لذلك ، في البداية تم مقاضاة الشركة وإجبارها على تغيير قيادتها ، وفي عام 2019 أُجبروا على الاعتراف بإفلاسهم .

الأمر لم ينته بعد

ولكن حتى هذا لم يضع حدا لتطوير التكنولوجيا. بعد كل شيء ، هناك مشاريع مماثلة في بلدان أخرى. على سبيل المثال ، يتم استخدام تقنيات مماثلة في حديقة الطاقة الشمسية التي سميت باسم محمد بن راشد آل مكتوم - أكبر شبكة في العالم لمحطات الطاقة الشمسية ، متحدة في مساحة واحدة في دبي. أو ، على سبيل المثال ، المغرب. هناك أيام مشمسة أكثر مما كانت عليه في الولايات المتحدة الأمريكية ، وبالتالي يجب أن تكون كفاءة محطة الطاقة أعلى. وأظهرت النتائج الأولى أن هذا صحيح.

تجاوز برج الطاقة الشمسية CSP نور الثالث الذي تبلغ طاقته 150 ميجاوات في المغرب سعته المخططة وسعة تخزينه في الأشهر القليلة الأولى من التشغيل. يقول كزافييه لارا ، كبير المستشارين في CSP Empresarios Agrupados Engineering Group (EA) ، إن تكاليف تمويل مشاريع تخزين الطاقة في الأبراج تتماشى مع التوقعات.


تم إطلاق محطة نور III للطاقة في ديسمبر من العام الماضي ، حيث أظهرت أداءً رائعًا. تعتبر شركة نور III ، التي أسستها شركة SENER الإسبانية وشركة SEPCO الصينية لبناء الطاقة ، أكبر مصنع تشغيلي في العالم وثاني أكبر تكامل لتكنولوجيا تخزين الملح المصهور.

يعتقد الخبراء أن بيانات أداء Noor III المبكرة الموثوق بها حول الأداء ، ومرونة توليد وتكامل التخزين ، يجب أن تقلل من مشكلات الموثوقية في برج CSP والتخزين وتقليل تكلفة رأس المال للمشروعات المستقبلية. في الصين ، أعلنت الحكومة بالفعل عن برنامج لإنشاء 6000 ميغاواط من الطاقة الشمسية المركزة مع التخزين. تقوم SolarReserve بالشراكة مع مجموعة Shenhua Group المملوكة للدولة ، وهي محطة لتوليد الطاقة تعمل بالفحم ، لتطوير 1000 ميجاوات من إنتاج الملح المنصهر CSP. ولكن هل سيتم بناء المزيد من أبراج التخزين هذه؟ سؤال.

ومع ذلك ، في اليوم الآخر ، أعلنت شركة بيل جيتس التابعة لشركة بيل جيتس عن انطلاقة في استخدام الطاقة الشمسية المركزة. استطاع الهليوجين رفع درجة الحرارة من 565 درجة مئوية إلى 1000 درجة مئوية. وبالتالي ، فتح إمكانية استخدام الطاقة الشمسية في إنتاج الأسمنت والصلب والمنتجات البتروكيماوية.

ما هو مفيد آخر للقراءة في مدونة Cloud4Y

→ تكوين القمة في جنو / لينكس
→ العاهرات في طليعة الأمن السيبراني
الشركات الناشئة التي يمكن أن مفاجأة
→ Ecofantasticism لحماية الكوكب
→ أمن المعلومات مركز البيانات

اشترك في قناة Telegram الخاصة بنا حتى لا يفوتك مقال آخر! نكتب أكثر من مرتين في الأسبوع وفقط في الأعمال. نذكرك أيضًا أنه يمكنك اختبار حلول Cloud4Y السحابية مجانًا.