محطات الطاقة الشمسية الحرارية هي محطات تقوم باستغلال الحرارة الناتجة من الاشعاع الشمسي الساقط على الأرض لتوليد الكهرباء، وفي موضوعنا سنحاول ان نتحدث باختصار عن فكرة عمل هذه المحطات وانواعها ومكوناتها الرئيسية.
أنواع محطات الطاقة الشمسية
محطات الطاقة الشمسية الحرارية تسمى ايضاً محطات الطاقة الشمسية المركزة Concentrated Solar Power "CSP، وعلى عكس محطات الطاقة الشمسية الكهروضوئية والتي تعتمد على الألواح الشمسية، حيث تقوم باستغلال الضوء الساقط على 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 تلك لإدارة توربينات تقوم بدورها بتوليد الكهرباء.
محطات توليد الطاقة الكهربية وتطورها
عرف الانسان قوة الطاقة البخارية في الثورة الصناعية في اوروبا وعرف قدرة البخار الرهيبة في توليد الكهرباء عن طريق امراره على توربينات تقوم بتحويل طاقة الحركة الرهيبة الناتجة عنه الي طاقة كهربية.
ولكن ظل الإنسان يبحث دائماً على طرق أفضل تساعده في الحصول على البخار، (أي تحويل الماء الي بخار محمص) والبخار المحمص هو بخار ماء جاف بدرجة حرارة عالية وضغط عالي.
فبدأ الأنسان في استخدام الوقود الحفري ومصادر الطاقة غير المتجددة كوسيلة لتسخين الماء والحصول على البخار، حتى محطات الطاقة النووية هدفها الرئيسي الحصول على طاقة حرارية رهيبة نستطيع ان نحول بها الماء الي بخار بسرعة أكبر.
ولما بدأ الإنسان في إدراك أضرار الإفراط في استخدام الوقود الحفري، لجأ الى التفكير في مصادر الطاقة المتجددة، وأتت محطات الطاقة الشمسية الحرارية كأحد تلك المصادر.
أنواع محطات الطاقة الشمسية الحرارية أو المركزة.
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 أبو ظبي للطاقة المتجددة إن القدرة الإنتاجية لمحطة "شمس 1" تبلغ 100 ميغاوات وهي بالتالي "أكبر محطة للطاقة الشمسية المركزة قيد الخدمة في العالم".
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 على قمة هذا البرج وعمل المرايا تكون كل منها منفصل في حركته عن الأخرى اعتماداً على زاوية سقوط اشعة الشمس عليها وكذلك بعدها عن البرج.
تبدأ العملية حينما تصطدم أشعة الشمس بآلاف المرايا والتي تسمى heliostats، وهذه المرايا قابلة للحركة بشكل أتوماتيكي لتتبع اشعة الشمس وتقوم بتسليطها على خزان مياه والموضح في الصورة باسم Solar Receiver ويمكن ايضا ان نسميه Boiler.
هذا الخزان يكون مثبت على قمة برج يمكن ان يصل ارتفاعه الي 150 متر، فيتحول الماء الي بخار محمص بضغط مرتفع وحرارة عالية، ثم يقوم البخار الناتج بإدارة توربينات 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 Bright Source Energy وBechtel بتكلفة تصل الي 2.2 مليار دولار كما تلقى 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
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 لاستغلال الحرارة المخزنة أثناء فترات غياب الشمس وحتى تجعل المحطة جاهزة للبدء في العمل في نهار اليوم التالي دون الحاجة للبدء من الصفر.