فهرس
الفهرس
مقدمة
إن التحول نحو مصادر الطاقة المتجددة يأتي بتحديات واضحة، فالشمس لا تشرق ليلًا والرياح لا تهب دائمًا. إن هذه التقلبات الطبيعية في وفرة مصادر الطاقة المتجددة تؤدي إلى عدم تطابق إنتاج الطاقة مع مستوى الطلب في معظم الأحيان. ولهذا، فإن تقنيات تخزين الطاقة بأشكالها ستلعب دورا مهما في المستقبل لمواجهة تحدي موسمية إنتاج معظم مصادر الطاقة المتجددة.
تعرفنا من خلال مقالاتنا السابقة على طرق عديدة لتخزين الطاقة الكهربائية المولدة من مصادر متجددة مثل التخزين بالضخ والتخزين بالهيدروجين. أما اليوم فنتعرف عن إحدى أكثر الطرق إنتشارا في البلاد العربية وهي تخزين الطاقة حرارياً بإستخدام الملح المذاب.
مبدأ تخزين الطاقة المتجددة حرارياً في الملح المذاب - Molten Salt
تتم هذه العملية غالباً في محطات الطاقة الشمسية المركزة Concentrated solar power CSP و التي يقوم مبدأ عملها بتوظيف المرايا لتسخين سائل خاص يقوم بنقل الحرارة عن طريق المبادل الحراري إلى المياه لإنتاج البخار اللازم لإدارة العنفة لتوليد الكهرباء.
ولكن لتخزين الطاقة، يتم تعديل النظام باستبدال السائل بملح مذاب في الماء ويتم توجيه الماء المالح عبر الأنابيب أمام المرايا ليسخن وثم يخزن في خزان خاص لحين الحاجة لتوليد الطاقة الكهربائية. وعند الحاجة للكهرباء، يتم توجيه هذا السائل نحو المبادل الحراري والذي يصله الماء بنفس الوقت من خزان آخر لتحدث عملية التبادل الحراري ويتم تسخين الماء وإنتاج البخار وتوجيه البخار لإدارة عنفة لتوليد الكهرباء.
ميزات الملح المذاب Molten Salt
لاقت فكرة إضافة الملح للماء المستخدم في عملية التسخين ضمن محطات الطاقة الشمسية المركزة ترحيباً واسعاً في عالم الطاقة لما يتمتع به الملح الذائب من خصائص مثل درجة غليان مرتفعة ولزوجة منخفضة وانخفاض ضغط التبخر (وهو نقطة الضغط الجوي التي تبدأ عندها المادة بالتبخر) بالإضافة إلى الميزة الأبرز وهي السعة الحرارية العالية ونتيجة لذلك فإن الملح المذاب يحتاج إلى خزانات بحجم أصغر.
يتم حالياً استخدام الاملاح مثل (نترات الصوديوم NaNO3 ونترات البوتاسيوم KNO3) والتي تملك درجة ذوبان تتراوح بين 300-500 درجة مئوية وسعة حرارية حجمية تتراوح بين 1670 – 3770 KJ/m3 0C. كما يمكن استخدام هيدروكسيد الصوديوم NaOH والذي يتمتع بدرجة ذوبان 320 درجة مئوية ويمكن أن يستخدم حتى درجة حرارة 800 درجة مئوية ولكنه قليل الاستخدام نظراً لسرعة تآكله.
يستخدم تجارياً عدة خلائط من الأملاح أشهرها (HITEC) والذي يتألف من نترات البوتاسيوم (53% من وزن العينة المستخدمة) ونتريت الصوديوم NaNO2 (40% من وزن العينة المستخدمة) ونترات الصوديوم (7% من وزن العينة) مع درجة حرارة للسائل تتراوح بين 149 – 538 درجة مئوية.
أنظمة استخدام الملح المذاب
يوجد نوعين من أنظمة التخزين الحرارية التي تستخدم الملح المذاب:
نظام الخزانين
وهنا يكون الملح المذاب هو السائل الناقل للحرارة والسائل الذي يقوم بتخزين الحرارة حيث يتم التخزين في خزانين أحدهم للسائل عندما يكون ساخن أي بعد مروره أمام المرايا العاكسة والخزان الآخر يحتفظ بالسائل بعد خروجه من المبادل الحراري حيث يكون خسر حرارته في تسخين الماء وتبخيره.
نظام التدرج الحراري (الخزان الواحد)
تعتمد هذه الطريقة على ظاهرة بيئية خاصة بالماء تحصل عندما تنقسم الكتل المائية (البحيرات او البحار او كما في حالتنا خزان) نتيجة لاختلاف أحد الخصائص مثل درجة الحرارة وهذا ما يحصل هنا حيث يتم استخدام خزان وحيد وتتألف العملية من دورتين: دورة شحن ودورة تفريغ.
دورة الشحن – charge cycle
يتم ضخ الملح المذاب من القسم البارد للخزان نحو وحدة التسخين (الأبراج أو الانابيب ويختلف ذلك حسب نوع نظام الطاقة الشمسية المركزة المستخدم) ليتم تسخينه ويعود إلى الخزان نفسه ليستقر في القسم الساخن من الخزان.
دورة الشحن – charge cycle
ينتقل الملح المذاب الساخن من القسم الساخن للخزان نحو المبادل الحراري ليقوم بعملية تسخين المياه وتبخيره ليتم ضخ البخار لتدوير العنفة لتوليد الكهرباء وفي هذه الأثناء يعود الملح المذاب بعد ان فقد حرارته إلى القسم البارد من الخزان في انتظار انتقاله إلى وحدة التسخين.
يتميز هذا النظام بانخفاض تكاليفه حيث يحتاج إلى تمديدات أقل ويستخدم خزاناً وحيداً عوضاً عن خزانين. إن استخدام نظام التدرج الحراري يخفض التكلفة بنسبة 35٪ مقارنة بنظام الخزانين.
المشاريع العربية التي تعتمد على الملح الذائب Molten Salt في تخزين الطاقة
مجمع محمد بن راشد آل مكتوم للطاقة الشمسية في الامارات العربية المتحدة (قيد التنفيذ)
يتوقع بأن تصبح المرحلة الرابعة من مجمع محمد بن راشد آل مكتوم للطاقة الشمسية أكبر مشروع استثماري في موقع واحد على مستوى العالم يجمع بين تقنيتي الطاقة الشمسية المركزة والطاقة الشمسية الكهروضوئية وفق نظام المنتج المستقل، وبقدرة تصل إلى 950 ميجاواط، وباستثمارات تصل إلى 15.78 مليار درهم إماراتي. وستعتمد هذه المرحلة على الطاقة الشمسية المركزة بقدرة 700 ميجاواط مقسمة على منظومة عاكسات القطع المكافئ بقدرة 600 ميجاواط، وتقنية برج الطاقة الشمسية المركّزة بقدرة 100 ميجاواط. وتشمل هذه المرحلة أيضا تقنية الطاقة الشمسية الكهروضوئية بقدرة 250 ميجاواط. ويستخدم المشروع 70,000 من المرايا التي تتبع حركة الشمس، كما يتميز بأكبر قدرة تخزينية للطاقة الشمسية على مستوى العالم لمدة 15 ساعة باستخدام الملح المذاب Molten Salt، ما يسمح بتوافر الطاقة على مدار 24 ساعة.
مشروع نور ورزازات في المغرب
يعد مشروع نور ورزازات في المغرب العربي من أكبر المشاريع التي تعتمد على الطاقة الشمسية المركزة و الكهروضوئية في العالم حاليا و تم تشييده بقدرة إجمالية 580 ميجاواط عبر أربعة مراحل:
نور ورزازات 1
تم بناء المرحلة الأولى من الطاقة الشمسية المركزة بتقنية الأحواض بشكل قطع مكافئ CSP – Parabolic Trough بقدرة 160 ميجاواط مع القدرة على تخزين الطاقة لمدة ثلاث ساعات باستخدام الملح المذاب Molten Salt. تم تشغيل هذه المرحلة من المشروع في عام 2016.
نور ورزازات 1
يعد مشروع نور ورزازات في المغرب العربي من أكبر المشاريع التي تعتمد على الطاقة الشمسية المركزة و الكهروضوئية في العالم حاليا و تم تشييده بقدرة إجمالية 580 ميجاواط عبر أربعة مراحل:
نور ورزازات 2
تم بناء المرحلة الثانية من الطاقة الشمسية المركزة بتقنية الأحواض بشكل قطع مكافئ CSP – Parabolic Trough بقدرة 200 ميجاواط مع القدرة على تخزين الطاقة لمدة ست ساعات باستخدام الملح المذاب Molten Salt. تم تشغيل هذه المرحلة من المشروع في عام 2018.
نور ورزازات 3
تم بناء المرحلة الثالثة من الطاقة الشمسية المركزة بتقنية برج الطاقة الشمسية CSP – Tower بقدرة 150 ميجاواط مع القدرة على تخزين الطاقة لمدة سبع ساعات ونصف الساعة باستخدام الملح المذاب Molten Salt. تم تشغيل هذه المرحلة من المشروع في عام 2018.
نور ورزازات 4
تم بناء المرحلة الرابعة من الطاقة الشمسية الكهروضوئية PV بقدرة 70 ميجاواط. تم تشغيل هذه المرحلة من المشروع في عام 2018.
خلاصة
يمكن أن يعمل الملح المذاب كأسلوب تخزين حراري واسع النطاق من شأنه أن يرفع من جدوى مصادر الطاقة المتجددة عن طريق تخفيف التقلبات في الطلب والطقس. كما أنه أسلوب صديق للبيئة و حتى في حال حدوث تسريبات للمحلول فإنه غير ضار بالبيئة بل قد يعمل كسماد في بعض الأحيان. و لكن يبقى التحدي الأكبر اليوم هو السعر المرتفع و محدودية الجدوى الاقتصادية على المشاريع الضخمة.
تابعونا على لينكيد إن Linked-in لمعرفة كل جديد في مجال الطاقة المتجددة…
نتمنى لكم يوماً مشمساً!
