تحول الطاقة | 27/10/2022

تمثل الطاقة الشمسية المركزة عامل تمكين رئيسي في مجال تحول الطاقة

بقلم جيف باريش

تخزن الطاقة الشمسية المركزة (CSP) طاقة الشمس على شكل حرارة لتمكين الشركات من إنتاج كهرباء خالية من الكربون. يمكن لمحطات الطاقة الشمسية المركزة العمل على توليد الكهرباء من 18 إلى 24 ساعة يوميًا - خاصة في الليل وقت خمول الألواح الشمسية.

يقدم هذا النوع من تخزين الطاقة مصدر حمل أساسيًا للطاقة يعزز الكفاءة التشغيلية ويقلل التكاليف. كما يمكن للصناعات استخدام الطاقة الشمسية المركزة كمصدر حراري لعمليات التصنيع.

مع درجات الحرارة التي تصل إلى 600 درجة مئوية (1112 درجة فهرنهايت)، تحتاج محطات الطاقة الشمسية المركزة لمعدات جديرة ومتخصصة للتحكم في التدفق، يمكنها تحمل درجات الحرارة مع استمرار العمل. إذا تمكنت شركتك من التغلب على التحديات التقنية للطاقة الشمسية المركزة، سوف تستفيد مما يلي:

  • الحد من انبعاثات ثاني أكسيد الكربون (CO2) المرتبطة بإنتاج الطاقة
  • تحقيق أهداف تحول الطاقة من الوقود الأحفوري إلى المصادر الخالية من الكربون

يمثل تطوير مصادر الطاقة المتجددة مثل الطاقة الشمسية المركزة أساس إستراتيجية تحول الطاقة الفائقة. هذا ما تحدثت بشأنه في المعرض الافتراضي Destination Innovation لشركة Flowserve. يتمثل الهدف الأساسي لاستخدام طريقة تخزين الطاقة الخالية من الكربون هذه في توفير نطاق كامل من درجات الحرارة المطلوبة للعمليات الصناعية. تشمل الأمثلة، صناعات الإسمنت، والزجاج، وإنتاج الهيدروجين (H2)، وتحلية مياه البحر، ومعالجة الأغذية.

الاستخدام الموثوق للحرارة في العمليات الصناعية

تخزن الطاقة الشمسية المركزة الحرارة بكفاءة وموثوقية بصفتها طاقة يمكنها ضمان استمرارية تشغيل المحطات بعد غروب الشمس. تُعد هذه الميزة الرئيسية للطاقة الشمسية المركزة، مقارنة بتقنية الطاقة الكهروضوئية (PV) المستخدمة في محطات الطاقة الشمسية التقليدية.

تؤدي التطورات السريعة في تصميم الطاقة الشمسية المركزة واستطاعات درجات الحرارة على زيادة اعتماد ما يلي:

  • ~5,000 ميغاواط من توليد الطاقة التشغيلية التجارية متوفرة حول العالم
  • ~4,300 ميغاواط من السعة الجديدة المخطط لتطبيقها خلال العامين أو الثلاثة أعوام القادمة

تُعد الألواح المكافئة أكثر إعدادات الطاقة الشمسية المركزة شيوعًا. تركز ضوء الشمس على الأنابيب حيث تتدفق الأملاح المنصهرة. تمتص هذه الأملاح الحرارة التي يتم نقلها إلى الخزانات الحاوية على مدار اليوم. تُستخدم الحرارة لتوليد الكهرباء على الفور أو في أي وقت لاحق. عند تطبيق الطاقة الشمسية المركزة على العمليات الصناعية مباشرة، يمكن استخدام الحرارة المبددة المتبقية في عملية توليد الكهرباء للمنشأة أو نقلها إلى شبكة المرافق.

تُعد أبراج الطاقة أكثر تصميمات محطات الطاقة الشمسية المركزة الجديدة شيوعًا. يمكن أن تعمل هذه الأبراج في درجات حرارة مرتفعة، بدرجة كفاءة أعلى من الألواح المكافئة. تُستخدم أملاح النترات في كل أنظمة الطاقة الشمسية المركزة، لكن من شأن هذا أن يتغير. حيث يلزم التحول لاستخدام أملاح الكلوريد فضلاً عن بناء معدات أكثر متانة للتحكم في التدفق، بغرض تلبية المتطلبات المتزايدة لدرجات حرارة التشغيل الأعلى والكفاءة المحسنة. بهذه الطريقة، لن تتمكن محطات الطاقة الشمسية المركزة من تحمل درجات الحرارة المرتفعة فحسب، بل الظروف الشديدة المسببة للتآكل أيضًا.

أداء نظام الطاقة الشمسية المركزة: اقرأ حلول التحكم في التدفق في مجال توليد الطاقة الشمسية: الجزء 1 والجزء 2

الخطوة التالية لدعم اعتماد الطاقة الشمسية المركزة

يتطلب هدف تحقيق كفاءة أعلى، وتكاليف أقل، تخطي حدود الحلول الحالية. الهدف المنشود للطاقة الشمسية المركزة $0.05/ كيلوواط ساعة بحلول عام 2030. لتحقيق هذا الأمر، يجب تحسين موثوقية النظام.

تمثل طريقة تحسين مقاومة التآكل وتقليل التسرب، إحدى التحديات الواجب التصدي لها.

يمكن الوصول لدرجات حرارة التشغيل 580 درجة مئوية (1,076 درجة فهرنهايت) بفضل وحدات الطاقة الشمسية المركزة الناتجة عن ملح النترات (الجيل 2). لكن من خلال استخدام أملاح الكلوريد أو الفلورايد في وحدات الطاقة الشمسية المركزة من الجيل 3، يمكن الوصول لدرجات حرارة تشغيلية تبلغ 750 درجة مئوية (1382 درجة فهرنهايت) أو أعلى.

تُعرف أملاح الفلورايد بأنها أملاح غالية الثمن. على الرغم من أن أملاح الكلوريد أقل تكلفة، لكنها تسبب تآكلاً أكثر، مما يعني إمكانية تسببها بتلف الصمامات، وبالتالي تعطل المعدات، وتوقف التشغيل دون سابق إنذار. لهذا يتطلب استخدام أملاح الكلوريد استحداث مواد جديدة لتركيب الصمامات والمضخات. يلزم توفير تصميمات لصمامات متطورة تتضمن مواد نيكل متينة لتحمل ظروف التآكل بدرجة أعلى.

بالإضافة لهذه العوائق، تواجه محطات الطاقة الشمية المركزة مشكلات قائمة سببها أملاح النترات، مثل تسرب الملح من حاويات التعبئة والحشوات، ووقت صيانة أقل، واستعادة النظام بعد حالات تجمد الملح.

مقاومة مشكلات موانع التسرب الحرارية والديناميكية

لتحقيق أقصى عائد من استثماراتك في منشآت الطاقة الشمسية المركزة، تشارك مع الخبراء الذين يقدمون مجموعة مختبرة من صمامات الملح المنصهر ومضخات التوربين العمودية. تُعرف شركة Flowserve بأنها رائدة في هذه التطبيقات. نصمم معدات التحكم في التدفق للعمل لعدة عقود في أصعب البيئات، مع تقديم مستويات الأداء والموثوقية.

أحد الأمثلة على ذلك هو الصمام الكروي Valtek® Mark One™ globe valve من Flowserve المصمم كصمام تحكم، وصمام عزل في أنظمة الطاقة الشمسية المركزة. تضم إعدادات الجيل 2 المختبر مؤخرًا مانعات تسرب ذات المنفاخ، وحلقات الضغط المعدنية O-rings، لمانعات تسرب الحشوات. مع اقتران صامولة الحمل الخاصة أسفل مسامير الهيكل، تعوض هذه الميزات مشكلات التمدد الحراري، وتحافظ على إحكام الإغلاق الديناميكي، وتوفر إمكانية إحكام مثبتة لمنع التسربات.

يساعد التحكم الدقيق في التسخين الحراري، ومراقبة درجة الحرارة، على منع انثناء المنفاخ بوجود الملح الصلب.

بسبب الحاجة لدرجات حرارة تشغيلية أعلى من الجيل 3 باستخدام أملاح الكلوريد المسببة للتآكل بدرجة أكبر، يمكن ربط المواد الجديدة بالتغييرات المتنوعة للتصميمات بغرض تلبية متطلبات الأداء.

Gemasolar محطة للطاقة الشمسية المركزة، تضم نظام تخزين للحرارة الناتجة عن الملح المنصهر. تقع المحطة داخل حدود قرية فوينتيس دي أندلسيا، في مقاطعة إشبيلية بإسبانيا.

Gemasolar محطة للطاقة الشمسية المركزة، تضم نظام تخزين للحرارة الناتجة عن الملح المنصهر. تقع المحطة داخل حدود قرية فوينتيس دي أندلسيا، في مقاطعة إشبيلية بإسبانيا.

تحسين تصميم صمام التحكم المختبر

تشمل تقنية صمام التحكم من الجيل التالي على سبائك النيكل، والسيراميك فائقة القوة ضمن مكونات الصمام. كما طورنًا أنظمة حاويات التعبئة المضغوطة المزدوجة لتصبح مقاومة للأكسدة والتآكل وتعبئة الملح. تساعد حاوياتنا للتعبئة، القابلة للاستبدال السريع، على تسهيل استبدالها عند إجراء عمليات الصيانة.

يضم صمام التحكم Valtek Mark One لتطبيقات الطاقة الشمسية المركزة الآن مانعات تسرب خاصة يمكنها التعامل مع الدورات الحرارية من دون تسرب. وتعمل تقنية بناء المنفاخ متعددة الطبقات الجديدة المضغوطة على تقليل فرق الضغط عبر جدران المنفاخ، مما يمنح هذه الأنواع من مانعات التسرب عمرًا أطول، ومقاومة أعلى للتآكل والتمزق.

على نحو مماثل، تعمل الأساليب الجديدة للتحكم في درجات حرارة النظام عبر نظام الإدارة الحراري القائم بذاته (TMS) على تعزيز القدرة على استعادة نظام الطاقة الشمسية المركزة بعد تجمد الملح.

لم نتوقف عند هذا الحد. إذ تعمل Flowserve على تطوير أساليب لعزل مناطق التآكل بعيدًا عن مكونات الصمام الحيوية لإطالة عمره. بفضل دمج هذه التحسينات مع تقنيتنا المثبتة للطاقة الشمسية المركزة من الجيل 2 وخبرتنا، يمكن إنشاء نظام صمام تحكم كامل يعالج كل نقاط الضعف الحالية التي يواجهها مشغلو محطات الطاقة الشمسية المركزة.

الشراكة مع خبراء معالجة الملح المنصهر

ستساعد الاستثمارات المستمرة في منشآت الطاقة الشمسية المركزة، من قِبل شركات مماثلة لشركتك، على دفع المزيد من التحسينات المطبقة على التقنيات القائمة للملح المنصهر. تشمل هذه التحسينات إدخال أنواع أخرى من الأملاح، بإمكانها تحويل الحرارة وتخزينها بكفاءة أعلى، أو استخدامها في العمليات البتروكيماوية، وأنظمة المفاعلات من الجيل 4 لوقود الملح المنصهر منخفض الضغط.

يجب طرح هذه التحسينات في الأسواق بطرق تمكّنك من الوفاء بالجداول الزمنية للمشروع، وتحقيق أهداف العمل وأهدافك في مجال تحول الطاقة. يتطلب هذا إقامة شراكة في معدات التحكم مع شريك يمتلك موارد عالمية وخبرة هندسية كبيرة لابتكار المواد، والقدرة على إنشاء تصميم يمكنه تحمل درجات الحرارة العالية، وبيئات الطاقة الشمسية المركزة المسببة للتآكل.

يتطلب الأمر أيضًا شريكًا للتحكم في التدفق يمتلك قدرات اختبار متقدمة. تمثل هذه الطريقة النهج الوحيد الواجب اتباعه للاستثمار في تصميمات صمامات التحكم الجديدة. يجعلك العمل، مع هكذا شريك، واثقًا من حد أنظمتك لإمدادات الطاقة الحيوية من التسرب بالفعل، وتعزز الكفاءة، وتعمل بطريقة موثوقة لتجنب التعطل عن العمل غير المخطط له.

الطاقة الشمسية المركزة

الطاقة الشمسية المركزة -
دليل حلول التطبيق

 

تأتي خبرة Flowserve من موظفينا

صورة المؤلف
جيف باريش | تطوير التقنيات - خبير في تطبيقات الصمامات

يعمل جيف باريش كخبير في تطبيق الصمامات، وعضو في فريق Flowserve الذي يعمل على تطوير الجيل التالي من تقنيات الصمامات التي تركز على مجال تحول الطاقة. أحد خبرائنا في تصميم صمام الملح المنصهر، والانحلال الحراري للميثان لإنتاج الهيدروجين H2، والمفاعل المعياري الصغير (SMR) من الجيل 4 وتطوير مفاعل الملح المنصهر (MSR)، ودورات طاقة ثاني أكسيد الكربون CO2 الانشطارية، والتقاط كربون الملح المنصهر عند درجات حرارة عالية.