محطات الطاقة الشمسية المركزة

محطات الطاقة الشمسية المركزة

تستخدم المرآة أو العدسات لتوجيه أشعة الشمس على مستقبل يسخن سائلاً، مما يدفع التوربين أو المحرك لإنتاج الكهرباء.

تعتبر محطة الطاقة الشمسية المركزة نظام CSP كبير الحجم يستخدم المرآة أو العدسات لتجميع أشعة الشمس على مستقبل يسخن سائلاً يدفع التوربين أو المحرك لإنتاج الكهرباء. تتكون محطة الطاقة الشمسية المركزة من عدة مكونات، مثل:

•   المجمعات:هذه الأجهزة تعكس أو تنحرف ضوء الشمس على مستقبل. يمكن تصنيف المجمعات إلى أربع أنواع: القنوات القطعية، والأطباق القطعية، والمرايا الخطية فريزنيل والمستقبلات المركزية. القنوات القطعية هي مرآة منحنية تركز ضوء الشمس على أنبوب مستقبلي خطي يمتد على خط بؤرتها. الأطباق القطعية هي مرآة مقعرة تركز ضوء الشمس على مستقبل نقطي في نقطة تركيزها. المرايا الخطية فريزنيل هي مرآة مسطحة تعكس ضوء الشمس على أنبوب مستقبلي خطي فوقها. المستقبلات المركزية هي أبراج محاطة بمجموعة من المرايا المسطحة تسمى الهيليوستات التي تعكس ضوء الشمس على مستقبل نقطي في قمتها.

• المستقبِلات:  هذه الأجهزة تمتص ضوء الشمس المركّز وتقوم بنقله إلى سائل ناقل للحرارة (HTF). يمكن تصنيف المستقبِلات إلى نوعين: المستقبِلات الخارجية والداخلية. المستقبِلات الخارجية معرضة للجو ولديها خسائر حرارية عالية بسبب الحمل الحراري والتشعيع. المستقبِلات الداخلية محصورة داخل غرفة شبه فراغ ولديها خسائر حرارية منخفضة بسبب العزل والتخلص من الهواء.

• سوائل نقل الحرارة: هذه السوائل تدور عبر المستقبِلات وتنقل الحرارة من المجمعات إلى الوحدة الكهربائية. يمكن تصنيف سوائل نقل الحرارة إلى نوعين: السوائل الحرارية والملح المنصهر. السوائل الحرارية هي سوائل عضوية مثل الزيوت الصناعية أو الهيدروكربونات ذات درجة غليان عالية ودرجة تجمد منخفضة. الملح المنصهر هو مركبات غير عضوية مثل النترات الصوديوم أو البوتاسيوم ذات طاقة حرارية عالية وضغط بخار منخفض.

• الوحدة الكهربائية: هنا يتم إنتاج الكهرباء من الحرارة باستخدام التوربين أو المحرك المتصل بالمدخل الكهربائي. يمكن تصنيف الوحدة الكهربائية إلى نوعين: دورة البخار ودورة برایتون. تستخدم دورة البخار الماء كسائل ناقل للحرارة وتنتج بخارًا يدفع توربين بخار متصل بمدخل كهربائي. تستخدم دورة برایتون الهواء كسائل ناقل للحرارة وتنتج هواءً حارًا يدفع توربين غاز متصل بمدخل كهربائي.

• نظام التخزين: هنا يتم تخزين الحرارة الزائدة لاستخدامها لاحقًا عندما لا يوجد ضوء الشمس أو عند وجود طلب عالي على الحمل. يمكن تصنيف أنظمة التخزين إلى نوعين: تخزين الحرارة الحسية وخزان الحرارة الكامنة. تخزين الحرارة الحسية يستخدم مواد مثل الصخور والماء أو الملح المنصهر التي تخزن الحرارة عن طريق زيادة درجة حرارتها دون تغيير في حالتها. تخزين الحرارة الكامنة يستخدم مواد مثل مواد تغيير الطور (PCMs) أو المواد الحرارية الكيميائية (TCMs) التي تخزن الحرارة عن طريق تغيير حالتها أو حالة المادة الكيميائية دون تغيير في درجة حرارتها.

  
  

يعتمد تخطيط محطة الطاقة الشمسية المركزة على عدة عوامل، مثل ظروف الموقع وحجم النظام وأهداف التصميم ومتطلبات الشبكة. ومع ذلك، يتكون التخطيط النموذجي من ثلاثة أجزاء رئيسية: حقل الجمع، الوحدة الكهربائية، ونظام التخزين.

يشمل حقل الجمع المجمعات والمستقبِلات وسوائل نقل الحرارة التي تقوم بتجميع ونقل الحرارة من ضوء الشمس.يشمل الوحدة الكهربائية التوربينات والمحركات،المداخل الكهربائية وغيرها من المعدات التي تحول الحرارة إلى كهرباء.يشمل نظام التخزين الخزانات والأوعية وغيرها من الأجهزة التي تخزن الحرارة للاستخدام لاحقًا.

يعتمد تشغيل محطة الطاقة الشمسية المركزة على عدة عوامل، مثل ظروف الطقس وطلب الحمل وضعف الشبكة. ومع ذلك، يتكون التشغيل النموذجي من ثلاثة أوضاع رئيسية: وضع الشحن، وضع الإفراج، وضع الربط بالشبكة.

يحدث وضع الشحن عندما يكون هناك فائض من ضوء الشمس وطلب منخفض على الحمل. في هذا الوضع، تقوم المجمعات بتجميع ضوء الشمس على المستقبِلات التي تسخن سائل نقل الحرارة. ثم يتدفق سائل نقل الحرارة إلى الوحدة الكهربائية أو نظام التخزين، اعتمادًا على تكوين النظام واستراتيجية التحكم.

يحدث وضع الإفراج عندما لا يوجد ضوء الشمس أو عندما يكون هناك طلب عالي على الحمل. في هذا الوضع، يتدفق سائل نقل الحرارة من نظام التخزين إلى الوحدة الكهربائية، حيث ينتج بخارًا أو هواءً ساخنًا يدفع التوربين أو المحرك لإنتاج الكهرباء.

يحدث وضع الربط بالشبكة عندما تكون الشبكة متاحة وتحتوي على أسعار تعرفة مواتية. في هذا الوضع، يمكن تزويد الكهرباء التي تم إنتاجها بواسطة الوحدة الكهربائية إلى الشبكة عبر محول وสวیچ. يمكن أيضًا حدوث وضع الربط بالشبكة عند انقطاع الشبكة وتكون الحاجة للكهرباء الاحتياطية. في هذا الوضع، يمكن استخدام الكهرباء التي تم إنتاجها بواسطة الوحدة الكهربائية بواسطة الأحمال عبر معكوس وسويتش.