انواع محطات الطاقة الشمسية الحرارية وكيف تعمل

محطات الطاقة الشمسية الحرارية هي محطات تقوم باستغلال الحرارة الناتجة من الاشعاع الشمسي والساقطة علي الأرض في توليد الكهرباء. وفي موضوعنا سنحاول ان نتحدث باختصار عن فكرة عمل هذه المحطات وانواعها ومكوناتها الرئيسية..
محطات الطاقة الشمسية الحرارية تسمي ايضا محطات الطاقة الشمسية المركزة Concentrated Solar Power "CSP" علي عكس الواح الطاقة الشمسية المعروفة وهي الألواح الفولتوضوئية PhotoVoltaic Panels والتي تقوم باستغلال الضوء الساقط علي الأرض من الشمس في توليد جهد كهربي يؤدي الي مرور تيار كهربي, فمحطات الطاقة الشمسية الحرارية تقوم باستغلال الحرارة لتبخير المياه واستغلال طاقة بخار الماء هذا لأدارة توربينات تقوم بدورها بتوليد الكهرباء.
عرف الانسان قوة الطاقة البخارية في الثورة الصناعية في اوروبا وعرف قدرة البخار الرهيبة في توليد الكهرباء عن طريق امراره علي توربينات تقوم بتحويل طاقة الحركة الرهيبة الناتجة عنه الي طاقة كهربية.
ولكن ظل الأنسان يبحث دائما علي طرق افضل تساعده في الحصول علي البخار ( أي تحويل الماء الي بخار محمص ) والبخار المحمص هو بخار ماء جاف بدرجة حرارة عالية وضغط عالي.
فبدأ الأنسان في استخدام الوقود الحفري كوسيلة لتسخين الماء والحصول علي البخار, حتي محطات الطاقة النووية والذرية هدفها الرئيسي الحصول علي طاقة حرارية رهيبة نستطيع ان نحول بها الماء الي بخار بسرعة أكبر.
وكذلك محطات الطاقة الشمسية الحرارية تعمل ايضا لتبخير المياه والحصول علي بخار محمص يستطيع ادارة توربينات تقوم بدورها بتحويل الطاقة الحركية الي كهرباء.

أنواع محطات الطاقة الشمسية الحرارية أو المركزة.

1- محطات الطاقة الشمسية الحرارية التي تعمل بنظام القطع المكافئ.

تعتمد في آلية تشغيلها على نظم المجمعات الشمسية المكونة من مرايا خاصة على شكل قطع مكافئ تقوم بتجميع وتركيز أشعة الشمس على أنبوب مركزي ينقل الحرارة إلى مواقع تسخين تعمل على توليد البخار الذي يتولى تشغيل التوربينات التقليدية لتوليد الكهرباء في نهاية المطاف.
وأكبر محطات الطاقة الشمسية الحرارية من هذا النوع هي محطة شمس 1 في ابو ظبي محطة شمس 1 هي أضخم مشاريع الطاقة الشمسية المركزة في الامارات والعالم.
قال سلطان الجابر رئيس شركة "مصدر" التي تشرف على مشاريع إمارة أبوظبي للطاقة المتجددة إن القدرة الإنتاجية لمحطة "شمس 1" تبلغ 100 ميغاوات وهي بالتالي "أكبر محطة للطاقة الشمسية المركزة قيد الخدمة في العالم".

2- محطات الطاقة الشمسية الحرارية ذات الأبراج المجمعة.

هذا النوع من محطات الطاقة الشمسية الحرارية يتميز من ناحية التصميم بالبرج المرتفع الذي يكون محاط من جميع الاتجاهات بمرايا عاكسة للضوء. كما انه يتميز من ناحية التشغيل ان التحكم به يكون عن طريق برنامج حاسوبي يجعل كل من هذه المرايا يتتبع الشمس ويعكسها علي قمة هذا البرج وعمل المرايا تكون كل منها منفصل في حركته عن الأخري اعتمادا علي زاوية سقوط اشعة الشمس عليها وكذلك بعدها عن البرج. تبدأ العملية حينما تصطدم أشعة الشمس بآلاف المرايا والتي تسمي heliostats وهذه المرايا قابلة للحركة بشكل اتوماتيكي لتتبع اشعة الشمس وتقوم بتسليطها علي خزان مياه والموضح في الصورة بأسم Solar Receiver ويمكن ايضا ان نسميه Boiler . هذا الخزان يكون مثبت علي قمة برج يمكن ان يصل ارتفاعه الي 150 متر, فيتحول الماء الي بخار محمص بضغط مرتفع وحرارة عالية. ويقوم البخار الناتج بادارة طوربينات تقوم بدورها بتحويل طاقة البخار الي كهرباء أو حتي استغلال البخار الناتج بشكل مباشر في أغراض صناعية.
وأكبر هذه المحطات في العالم محطة Ivanpah بصحراء Mojave بكاليفورنيا. في هذه المحطة يوجد أكثر من 300,000 مراية آلية التحكم لتتبع اشعة الشمس وعكسها علي خزانات مثبتة علي قمة ثلاثة أبراج بارتفاع 457 قدم أي ما يقرب من 140 متر.
وتقوم هذه المحطة بتوليد 392 ميجا وات من القدرة الكهربية, وقد تم تنفيذ هذا المشروع بواسطة BrightSource Energy و Bechtel بتكلفة تصل الي 2.2 مليار دولار كما تلقي المشروع ايضا دعم من شركة Google بقيمة 168 مليون دولار وشركة power company NRG Energy بقيمة 300 مليون دولار.

تخزين الحرارة في محطات الطاقة الشمسية الحرارية

تخزين الطاقة الحرارية يتم بعدة صور لسنا بصدد ذكرها في موضوعنا الآن ولكن أصبحت معظم محطات الطاقة الشمسية الحرارية الآن تهتم بان تقوم بتخزين الطاقة الحرارية Thermal Storage Tanks. وذلك لأستغلال الطاقة الحرارية أثناء فترات غياب الشمس وحتي تجعل المحطة جاهزة للبدأ في العمل في نهار اليوم الثاني دون الحاجة للبدأ من الصفر.