وقد برزت محطات الطاقة الحرارية الشمسية، المعروفة أيضاً بنظم الطاقة الشمسية، كحجر أساسي لتوليد الطاقة المتجددة على نطاق واسع، حيث تتيح هذه النباتات، باستخدام المرايا أو العدسات لتركيز ضوء الشمس، حرارة عالية الحرارة تؤدي إلى توليد طاقة تقليدية أو محرك حراري لتوليد الكهرباء، بيد أن المتغير الحقيقي في القدرة على دمج نظم الطاقة الحرارية.

التطورات التكنولوجية الأخيرة في تخزين حراري الشمس

وقد شهد العقد الماضي زيادة في الابتكار بهدف تحسين كفاءة التخزين الحراري لمصانع نظام المعلومات الاستراتيجية، وتكلفته، وقابليته للاستمرار، حيث تهيمن عليه أصلاً نظم الملح المتحركة غير المباشرة التي تبلغ دبابتين (حيث تنقل الحرارة من سوائل نقل الحرارة إلى الملح)، تقوم الصناعة حالياً باستكشاف تشكيلات التخزين المباشر، والتجهيزات الملحية المتقدمة، ووسائط الإعلام ذات الدول الصلبة، ولا تزيد هذه التطورات أيضاً من درجة الحرارة التشغيلية التي تتحول إلى ساعات الدوام الحراري إلى الملح.

الملح المتحرك والفولط البديل

وتُستخدم أملاح النيترات التقليدية (مزيج من الصوديوم ونترات البوتاسيوم) إلى نحو 565 درجة مئوية. وتُتاح هذه المزيجات من الملح المحتوي على الكلوريدات الجديدة، مثل تلك التي تُنشأ في مختبر الطاقة المتجددة الوطني ، ويسمح هذا النوع من المزيجات بزيادة الحرارة عن المادة 700.

مواد تغير المرحلة المتقدمة

وتخزن مواد تغيير المرحلة (PCMs) الحرارة المتأخرة أثناء الذوبان وتفرج عنها عند الترسيخ، مما يتيح زيادة كثافة الطاقة ودرجات الحرارة الثابتة في التصريف مقارنة بمخزون الحرارة المعقولة، وتدمج النماذج الأولية الأخيرة رغاوي المعادن ومقاييس التصوير الجغرافي لتعزيز السمية الحرارية - الحد الحرج للعديد من منظومات التعبئة المحتوية على البصمات في قذائف متقطعة (0.5-10 مم).

تخزين حراري

(ب) مع أنَّه لا يزال في مرحلة البحث والتجربة، فإنَّ التخزين الحراري (TCS) يمثل حدوداً للطول، والتخزين الكثيف.() وتُستخدم هذه المواد ردود الفعل الكيميائية القابلة للتداول (مثلاً، خفض أكسيد المعادن/التكديس الأمونيا) لتخزين الحرارة والإطلاق.()

الأنواع الرئيسية من حلول التخزين الحراري

ويدخل التخزين المتكامل في مصانع نظام الأفضليات المعمم في ثلاث فئات رئيسية، لكل منها خصائص تشغيلية متميزة ونضج إنمائي.

تخزين الحرارة المعقولة

هذه هي التكنولوجيا الأكثر انتشاراً، بالاعتماد على تغيير درجة الحرارة في وسيط للتخزين (السول أو السائل) لحمل الطاقة، وتستخدم إسبانيا في التخزين غير المباشر (المعيار الحالي) سوائل تحويل حراري مثل النفط التركيبي لتدفئة خزانين من الملح، وتستخدم السائل المتحول الحراري نفسه كوسيلة للتخزين، مما يقلل من خسائر المبادلات الحرارية.

تخزين حروف القلب

(أ) استخدام نظم تخزين حرارة [العاملة] لمركبات ثنائي الفينيل متعدد الكلور التي تستوعب أو تطلق الحرارة أثناء الانتقال إلى مرحلة (مصفوفة أو صلبة) - تشمل مرشحات ثنائي الفينيل متعدد الكلور/الطقوس المحسوبة، وسادس كلوريد المغنزيوم، بل وثبات المعادن المغنطة.() ويعرض التخزين الكثافة العالية للطاقة ودرجة الحرارة الثابتة تقريباً أثناء التصريف، وهو أمر مفيد بالنسبة لخلق الثابت من حيث إنت عوامل توليد الطاقة.

تخزين حراري

وكما ورد أعلاه، فإن TCS يربط الحرارة بالسندات الكيميائية القابلة للتداول، وفي حين أنه لا يزال قبل التجارة، فإنه يحمل وعداً هائلاً بدرجات حرارة عالية جداً (أكثر من 800 درجة مئوية) وخزن طويل الأجل (أي أيام إلى أشهر) وتمتد ردود فعل الغاز الصلب (مثل أكسيد الكالسيوم + الهيدروكسيد الكالسيومي، أو المواد ذات الحجم الفلزي + أكسيد البيرل) إلى مفاعلات القوية

استحقاقات التخزين المتكامل لمصانع الخطة الاستراتيجية الشاملة

ويحول دمج التخزين الحراري نظام الأفضليات المعمم من مولد متقطع إلى مصدر طاقة مرن يمكن إرساله ويمكن أن يدعم الطاقة الشمسية والريحية.

دراسات الحالة: الإدماج الناجح للخزن في نظام الأفضليات المعمم

وتظهر عدة محطات تجارية نضج وموثوقية برنامج دعم البرامج مع التخزين المتكامل، الذي يعمل كخطة مخططات للمشاريع المقبلة.

1 - محطة درائية شمسية (إسبانيا)

تشغيل مصنع " ميبولار " منذ عام 2011، وهو مصنع " ميبولار " في فوينتس دي أندلوشيا " ، وهو أول مرفق تجاري تابع لبرنامج دعم البرامج، يستخدم الملح المُستنَفَد كوسيلة لنقل الحرارة وتخزينها، وقد أتاحت قدرته على تخزين المواد الـ 15 ساعة استمرار التشغيل على مدار الساعة خلال أشهر الصيف، وقد حقق " جيم " عاملاً في القدرة على تحمل عبء العمل، وهو ما يلي:

2 - شركة نور أورازات (المغرب)

هذا المجمع 580 MW، بما في ذلك أربع مراحل (الثانية الأولى والرابعة)، يدمج العجلات شبه الشاذة (الثانية والثانية، تخزين 3-7 ساعات)، وبرج طاقة (الثانية الثالثة، تخزين 7 ساعات) وPV (الثانية الرابعة).

3 - مشروع الهلال دن للطاقة الشمسية (الولايات المتحدة الأمريكية، أعيد تجهيزه)

وقد استخدمت محطة الهلال الأحمر الـ 110 التابعة لـ (MWالهلال) في نيفادا، التي دخلت على الإنترنت في عام 2015، برج ملح مُستنَف مع 10 ساعات من التخزين، ورغم التحديات التقنية والمالية، أصبحت اختبارا للابتكار في إدارة أجهزة الاستلام والحرارة، وفي عام 2022، اكتسبها مشغل جديد وعاد تجديدها، وقد استُندت الدروس المستفادة من قضاياها التشغيلية المبكرة إلى تحسين تصميمات أجهزة الاستلام، وإدارة الكيمياء المالح، ونظم المراقبة.

الأثر الاقتصادي والبيئي

ويخلق الجمع بين نظام الأفضليات المعمم والتخزين قيمة اقتصادية وبيئية كبيرة، لا سيما في المناطق التي تشع فيها أحزمة الشمس مع ارتفاع درجة الإشعاع الطبيعي المباشر.

اتجاهات التكاليف

(أ) إن تكلفة شركة CSP مع التخزين قد انخفضت بسرعة، وفقاً لـ IRENA، فإن متوسط معامل التخزين العالمي من عيار 12:346/ك وهاء في عام 2010 إلى 0.108/كيلوواط في عام 2019.

المنافع البيئية

وكان نظام الأفضليات المعينة الذي يُنتج عن الوقود الأحفوري أكثر فعالية من الفولط الشمسي المتقطع لأنه يمكن أن يحل مباشرة محل محطات الفحم والغاز في طلب الإرسال، وقد أدى تحليل دورة الحياة الذي أجراه معهد Fraunhofer لنظم الطاقة الشمسية إلى أن نظام الأفضليات المعينة مع امتلاك ملح مائل تتراوح بين 15 و22 غراماً و9.

خلق فرص العمل والصناعة المحلية

وتحتاج محطات تخزين نظام الأفضليات المعمم إلى مهارات متنوعة: الهندسة، والتصنيع )الزهور، والأنابيب، والأملاح(، والتشييد، والعمليات الطويلة الأجل، ويمكن أن يؤدي برج ١٠٠ ميغاواط من طراز CSP، الذي يتكون من ١٠ ساعات من التخزين، إلى إيجاد ٥٠٠ ١ وظيفة تشييد و ٥٠ إلى ٦٠ وظيفة دائمة للعمليات، ويمكن أن تكون هناك عناصر كثيرة مصدرها محليا، مثل صهاريج الصلب، والملح من المناجم القريبة، والصناعات المنزلية الداعمة للخرسانة.

التوقعات المستقبلية والاتجاهات الناشئة

ومسار نظام الأفضليات المعمم المدمجة هو مسار مشرق، حيث توجد عدة ابتكارات تحولية في الأفق.

مركبات طاقة خارقة من ثاني أكسيد الكربون

يمكن لرد دورة البخار المحتوية على ثاني أكسيد الكربون فوق سطحي (SCO2) برايتون أن يؤدي إلى زيادة الكفاءة الحرارية (45 إلى 50 في المائة) وجهاز التربوم الأصغر (CSP-30)، وهناك عدة منشآت تجريبية جارية، بما في ذلك Supercritical Transformational Power (STEP)

النباتات الهجينة من طراز CSP-PV-Battery

ويجمع المطورون بصورة متزايدة بين البرنامج الفرعي وجهاز PV وخزن البطاريات الشمسية من أجل تحقيق أقصى قدر من التكلفة وقابلية الإرسال. ويتعامل البرنامج مع ذروة النهار بتكلفة منخفضة، ويوفر الملح المغنطيسي طاقة مسائية وليلية، ويغطي البطاريات الصغيرة مقابر متحركة، مشاريع مثل Noor Midelt [MDEorocT:]

التواؤم الرقمية والتصويب الأمثل

ويقوم المشغلون بنشر نماذج رقمية من التوأم - الفيطاريات لمصنع نظام المعلومات الاستراتيجية التي تستخدم التنبؤات الجوية في الوقت الحقيقي، والإشارات الشبكية، ومستويات التخزين لتحقيق الاستخدام الأمثل للإرسال.

تخزين طويل الأجل بعد 24 ساعة

ويجري استكشاف مفاهيم التخزين الموسمي باستخدام TCS أو هيدروجين من الكهرباء التي يقودها نظام الأفضليات المعمم، فعلى سبيل المثال، يهدف مشروع HYDRA إلى إظهار نموذج نموذجي للشبكة TCS قادر على تخزين الحرارة الشمسية من الصيف إلى الشتاء، وفي حين أنه لا يزال عقداً من التحول التجاري، فإن هذه النظم يمكن أن تتيح 100 في المائة من الشبكات المتجددة في المناطق المرتفعة.

وفي الختام، تطورت محطات الطاقة الحرارية الشمسية التي لديها حلول متكاملة للتخزين من متظاهرين من الكيمياء إلى أصول للطاقة النظيفة الموثوقة والمتنافسة من حيث التكلفة، كما أنها، من خلال التغلب على التوارث، توفر لمشغلي الشبكات والمرافق مساراً مثبتاً للاستعاضة عن حمولة الأساس من الوقود الأحفوري، مع استمرار دور تطوير الطاقة في الملح المتقدم، ومواد التغيير التدريجي، والتخزين الحراري الكيميائي، ودورات العالية الكفاءة، مع تحديد حافظة الأساسية.