الطاقة الشمسية المركزة csp هي إحدى التقنيات الرائدة في مجال الطاقة المتجددة والنظيفة. 

في عالم يسعى جاهداً للابتعاد عن الاعتماد على الوقود الأحفوري، تُبرز كحلٍ واعدٍ لتوليد طاقة نظيفة ومستدامة. تعتمد هذه التقنية على تركيز أشعة الشمس باستخدام مرايا ضخمة لتحويلها إلى حرارة هائلة، تُسخّن بدورها الماء لتوليد بخارٍ يُشغل توربيناتٍ تُنتج الكهرباء.

كيفية عمل تقنية CSP:-

1. تركيز ضوء الشمس:

• المرايا: تُستخدم مرايا ضخمة، تسمى مرايا الاستقطاب، لتركيز ضوء الشمس على مساحة صغيرة. تأتي هذه المرايا بأشكال مختلفة، مثل المرايا المكافئة والمرايا المجزأة والمرايا الكروية.
• أنظمة التركيز: هناك ثلاثة أنواع رئيسية لأنظمة التركيز في تقنية CSP:
  • أنظمة الحوض المكافئ: تُستخدم مرايا مسطحة تُركّز ضوء الشمس على مستقبل مركزي.
  • أبراج الطاقة الشمسية: تستخدم مئات أو آلاف المرايا التي تتبع الشمس لتركيز ضوء الشمس على مستقبل مرتفع على برج.
  • أنظمة الأنبوب المفرغ: تستخدم أنابيب مملوءة بالسائل لتسخينها بواسطة ضوء الشمس المُركّز.

2. امتصاص الحرارة:

• المستقبل: عندما يتم تركيز ضوء الشمس على المستقبل، يتم امتصاص الحرارة بواسطة سائل أو مادة أخرى. يمكن أن تصل درجات الحرارة في بعض أنظمة الطاقة الشمسية المركزة إلى أكثر من 500 درجة مئوية.
• المواد المستخدمة: تُستخدم العديد من المواد لامتصاص الحرارة في تقنية CSP، مثل:
  • الزيوت الحرارية: هي سوائل عضوية ذات نقطة غليان عالية تُستخدم في أنظمة الحوض المكافئ وأبراج الطاقة الشمسية.
  • الملح المصهور: هو مادة غير عضوية تُستخدم في أنظمة تخزين الطاقة الحرارية.
  • المياه: يمكن استخدام الماء في بعض أنظمة CSP، ولكن يجب أن تكون تحت ضغط مرتفع لمنع الغليان.

3. تخزين الطاقة الحرارية:

• أهمية التخزين: تُعدّ إمكانية تخزين الطاقة الحرارية ميزة رئيسية لأنظمة الطاقة الشمسية المركزة، حيث تُمكنها من توفير الكهرباء حتى في الليل أو عند انخفاض أشعة الشمس.
• طرق التخزين: هناك طريقتان رئيسيتان لتخزين الطاقة الحرارية في تقنية CSP:
  • التخزين الحراري المباشر: يتم تخزين الحرارة الزائدة في خزانات مملوءة بالملح المصهور أو مواد أخرى ذات سعة حرارية عالية.
  • التخزين الحراري غير المباشر: يتم تحويل الحرارة الزائدة إلى بخار الماء، والذي يتم تخزينه في خزان تحت ضغط مرتفع.

4. توليد الكهرباء:

• عملية التبخير: يتم استخدام الطاقة الحرارية المخزنة لتسخين الماء وتحويله إلى بخار.
• التوربينات: يُشغل بخار الماء توربينًا لتوليد الكهرباء.
• الدورة الحرورية: تعمل أنظمة الطاقة الشمسية المركزة على دورة حرارية بخارية تقليدية، مشابهة لتلك المستخدمة في محطات الطاقة التي تعمل بالفحم والغاز الطبيعي.

5. مكونات إضافية:

• نظام تتبع الشمس: في بعض أنظمة CSP، مثل أبراج الطاقة الشمسية، تُستخدم أنظمة تتبع الشمس لضمان أن المرايا تُركّز ضوء الشمس على المستقبل بشكل دائم.
• نظام التحكم: يتم التحكم في أنظمة الطاقة الشمسية المركزة بواسطة أنظمة تحكم معقدة تُراقب الظروف وتُنظّم تشغيل النظام.
• نظام التبريد: قد تتطلب بعض أنظمة CSP أنظمة تبريد لمنع ارتفاع درجة حرارة المكونات.

مزايا الطاقة الشمسية المركزة:-

1. إنتاجية عالية:

كفاءة أكبر: تُنتج أنظمة الطاقة الشمسية المركزة طاقة كهربائية أكثر من الأنظمة الكهروضوئية التقليدية لنفس المساحة من الأرض، وذلك بفضل قدرتها على تركيز ضوء الشمس على مساحة أصغر.

توليد طاقة مستمر: تُتيح إمكانية تخزين الطاقة الحرارية تشغيل محطات الطاقة الشمسية المركزة على مدار 24 ساعة في اليوم، بغض النظر عن الظروف الجوية أو الوقت من النهار.

2. القدرة على التخزين:

مصدر موثوق للطاقة: تُعدّ إمكانية تخزين الطاقة الحرارية ميزة رئيسية لأنظمة الطاقة الشمسية المركزة، حيث تُمكنها من توفير الكهرباء حتى في الليل أو عند انخفاض أشعة الشمس، مما يجعلها مصدرًا موثوقًا للطاقة على عكس مصادر الطاقة المتجددة الأخرى مثل الطاقة الشمسية الكهروضوئية وطاقة الرياح.

تحسين استقرار الشبكة: تُساهم أنظمة الطاقة الشمسية المركزة في تحسين استقرار شبكات الكهرباء من خلال توفير طاقة كهربائية إضافية خلال فترات الذروة.

3. توفير الوقود:

استدامة عالية: لا تعتمد تقنية CSP على أي وقود أحفوري لتوليد الكهرباء، مما يجعلها مصدرًا مستدامًا للطاقة وصديقًا للبيئة.

تقليل انبعاثات الكربون: تُساهم أنظمة الطاقة الشمسية المركزة في تقليل انبعاثات غازات الاحتباس الحراري، مما يُساهم في مكافحة تغير المناخ.

4. الأثر البيئي المنخفض:

تقنية آمنة: لا تُنتج أنظمة الطاقة الشمسية المركزة أي انبعاثات ضارة أو نفايات خطرة، مما يجعلها تقنية آمنة للبيئة.

حماية الموارد الطبيعية: تُساهم تقنية CSP في حماية الموارد الطبيعية، مثل الفحم والغاز الطبيعي، من خلال تقليل الاعتماد على هذه الموارد لتوليد الكهرباء.

5. المرونة في الموقع:

المناطق المشمسة: يمكن إنشاء محطات الطاقة الشمسية المركزة في أي مكان يتمتع بإشعاع شمسي مرتفع، بما في ذلك المناطق الصحراوية والقاحلة.

خلق فرص عمل: تُساهم مشاريع الطاقة الشمسية المركزة في خلق فرص عمل جديدة في مجالات البناء والتشغيل والصيانة.

عيوب تقنية الطاقة الشمسية المركزة:-

1- التكلفة المرتفعة:

• نفقات الإنشاء: تعتبر تكلفة إنشاء محطات الطاقة الشمسية المركزة مرتفعة نسبيًا مقارنةً بمصادر الطاقة المتجددة الأخرى مثل الطاقة الشمسية الكهروضوئية. ويعود ذلك إلى ارتفاع تكلفة المكونات الرئيسية مثل المرايا والمبادلات الحرارية وأنظمة التتبع الشمسي.
• التكلفة الرأسمالية: تتطلب مشاريع CSP استثمارات رأسمالية كبيرة، مما قد يُشكل عبئًا ماليًا على المستثمرين.

2- الاعتماد على أشعة الشمس:

• التذبذب الموسمي: تُنتج محطات CSP طاقة كهربائية بشكل متذبذب خلال العام، حيث تقل الإنتاجية في فصل الشتاء عندما تكون أشعة الشمس أقل.
• التغيرات الجوية: تتأثر كفاءة محطات CSP بعوامل جوية مثل الغيوم والعواصف الرملية، مما قد يؤدي إلى انخفاض الإنتاجية بشكل مؤقت.
• الحاجة إلى تخزين الطاقة: للتغلب على التذبذب في الإنتاجية، تتطلب أنظمة CSP تقنيات تخزين طاقة حرارية، مما يزيد من تعقيدها وتكلفتها.

3- استخدام مساحة كبيرة من الأرض:

• احتياجات المساحة: تتطلب محطات الطاقة الشمسية المركزة csp مساحات واسعة من الأرض لتركيب المرايا، مما قد يُشكل تحديًا في المناطق ذات الكثافة السكانية العالية أو الأراضي المُخصصة لاستخدامات أخرى.
• التأثير على البيئة: قد يؤدي استخدام مساحات واسعة من الأرض إلى إزالة الغابات أو تدمير الموائل الطبيعية، مما يُلحق الضرر بالنظم البيئية.

4- التأثير البيئي المحتمل:

• انعكاس ضوء الشمس: قد تُسبب المرايا المستخدمة في أنظمة CSP انعكاسًا قويًا لضوء الشمس، مما قد يُؤذي الطيور أو يُلحق الضرر بالنظم البيئية المجاورة.
• استهلاك المياه: تتطلب بعض تقنيات CSP كميات كبيرة من المياه لتنظيف المرايا أو تبريد المكونات، مما قد يُشكل ضغطًا على موارد المياه في المناطق الجافة.

5- صعوبة دمجها مع شبكات الكهرباء الحالية:

• التذبذب في الإنتاج: يُعدّ التذبذب في إنتاجية محطات الطاقة الشمسية المركزة csp تحديًا لدمجها مع شبكات الكهرباء التي تتطلب إمدادات طاقة ثابتة.
• الحاجة إلى تقنيات خاصة: تتطلب دمج أنظمة CSP مع شبكات الكهرباء تقنيات تحكم وتخزين طاقة متقدمة لضمان استقرار الشبكة.

تطورات وتحديات تقنية الطاقة الشمسية المركزة (CSP):-

التطورات:

شهدت تقنية CSP تحسناً ملحوظًا في السنوات الأخيرة، شمل ذلك:

• تحسين كفاءة المرايا: تطوير مواد جديدة وتقنيات تصنيع أكثر كفاءة لزيادة قدرة المرايا على تركيز ضوء الشمس.
• رفع كفاءة المبادلات الحرارية: تطوير مبادلات حرارية أكثر كفاءة لنقل الحرارة من السائل المستخدم لامتصاص الحرارة إلى الماء المستخدم لتوليد البخار.
• تحسين أنظمة التتبع الشمسي: تطوير أنظمة تتبع شمسي أكثر دقة وفعالية لضمان تركيز ضوء الشمس على المستقبل بشكل دائم.
• تخزين الطاقة الحرارية: تطوير تقنيات جديدة لتخزين الطاقة الحرارية بشكل أكثر كفاءة لفترة أطول.
• دمج أنظمة CSP مع الشبكات الكهربائية: تطوير تقنيات جديدة لدمج أنظمة CSP مع شبكات الكهرباء بشكل أكثر سلاسة.

التحديات:

على الرغم من التطورات الملحوظة، لا تزال هناك بعض التحديات التي تواجه تقنية الطاقة الشمسية المركزة csp ، مثل:

• ارتفاع التكلفة الرأسمالية: لا تزال تكلفة إنشاء محطات CSP مرتفعة نسبيًا مقارنةً بمصادر الطاقة المتجددة الأخرى مثل الطاقة الشمسية الكهروضوئية.
• كفاءة النظام الإجمالية: لا تزال الكفاءة الإجمالية لأنظمة CSP منخفضة نسبيًا، حيث يُفقد جزء كبير من الطاقة الشمسية أثناء عملية تحويلها إلى كهرباء.
• التأثير البيئي: قد تُلحق بعض أنظمة CSP الضرر بالحياة البرية، خاصةً الطيور، بسبب انعكاس ضوء الشمس من المرايا.
• الحاجة إلى مساحة كبيرة: تتطلب محطات CSP مساحة كبيرة من الأرض، مما قد يُشكل تحديًا في بعض المناطق.

على الرغم من التحديات، تُعدّ تقنية الطاقة الشمسية المركزة csp تقنية واعدة لتوليد الكهرباء بطريقة نظيفة ومستدامة. مع استمرار البحث والتطوير، من المتوقع أن تُصبح هذه التقنية أكثر كفاءة وأقل تكلفة، مما سيجعلها تلعب دورًا محورياً في مستقبل الطاقة المتجددة العالمية.

 

زور موقعنا على فيسبوك