الطاقة الشمسية متوفرة في جميع أنحاء العالم
وكافية لتلبية جميع احتياجات الطاقة البشرية ولكنها متقطعة لذلك يجب أن ترتبط
أنظمة الطاقة الشمسية بأنظمة تخزين للطاقة وذلك لتغطية احتياجات الطاقة في جميع
الأوقات. ومن بين جميع أنظمة تخزين الطاقة المختلفة ( نظام الضخ المائي، تخزين
الطاقة في الهواء المضغوط، تخزين الطاقة في الحذافة، تخزين الطاقة الكهروكيميائي،
المكثفات، التخزين بالهيدروجين، التخزين بتحويل الطاقة الكهربائية إلى غاز
وغيرها)، يعتبر تخزين الطاقة الحراري أحد الأنظمة الأقل تكلفة والتي يمكن تطبيقها على نطاق واسع من التطبيقات مثل
إنتاج الكهرباء (باستخدام محطات الطاقة الشمسية المركزة) ، والتطبيقات الصناعية
(الصناعة الكيميائية ، والصناعات الغذائية ، وما إلى ذلك) وتطبيقات البناء
(التدفئة المركزية ، والماء الساخن المنزلي وما إلى ذلك). تستخدم تقنيات مختلفة لتخزين الطاقة الحرارية.
الأكثر استخداما على نطاق واسع هو طريقة تخزين
الحرارة المحسوسة. ظهرت تقنيات أخرى مثل تخزين الطاقة الكامنة وتخزين الطاقة الحرارو الكيميائي
في العقدين الماضيين ، مما يوفر قدرة تخزين كبيرة للحرارة ويقلل الضياع في الحرارة
أثناء فترة التخزين. يبدو أن المواد الجديدة التي تنطوي على المواد
المتغيرة الطور والتفاعلات الكيميائية (المركبات البينية) واعدة نظراً لقدرتها
الكبيرة على تخزين الحرارة.
يتميز التخزين الحراري للطاقة بعدة مزايا عند مقارنته بتكنولوجيات التخزين
الميكانيكي أو الكيميائي. بشكل عام ، تتمتع أنظمة TES بتكاليف رأسمالية أقل مقارنة بتكنولوجيات التخزين الأخرى بالإضافة إلى كفاءات
التشغيل العالية جدًا. أظهر مشروع
Solar Two كفاءة حرارية أكبر من 98٪ والتي تم تعريفها على أنها نسبة الطاقة المستهلكة
إلى الطاقة المخزنة في نظام. TES الخسائر الوحيدة هي الوسط المحيط من
خلال العزل ، والتي يمكن أن تكون محدودة
وفقا لكمية العزل المستخدمة. هذا هو السبب وراء الوصول إلى كفاءات
حرارية عالية جدًا .
يتكون نظام TES بشكل أساسي من ثلاثة أجزاء :
مواد التخزين، معدات نقل الحرارة و خزان التخزين
تخزن مواد التخزين الطاقة الحرارية، إما في شكل حرارة محسوسة أو حرارة كامنة للانصهار أو التبخر أو في صورة تفاعلات كيميائية عكوسة . معدات نقل الحرارة تستخرج الحرارة من مادة التخزين. يحتوي خزان التخزين على مادة التخزين العازلة ويعزلها عن الوسط المحيط. اعتمادا على نوع التخزين ، هناك العديد من المتطلبات التي يجب مراعاتها لضمان ديناميكية التخزين الأمثل وطول عمره . تم تحديد هذه المتطلبات كمايلي:
تخزن مواد التخزين الطاقة الحرارية، إما في شكل حرارة محسوسة أو حرارة كامنة للانصهار أو التبخر أو في صورة تفاعلات كيميائية عكوسة . معدات نقل الحرارة تستخرج الحرارة من مادة التخزين. يحتوي خزان التخزين على مادة التخزين العازلة ويعزلها عن الوسط المحيط. اعتمادا على نوع التخزين ، هناك العديد من المتطلبات التي يجب مراعاتها لضمان ديناميكية التخزين الأمثل وطول عمره . تم تحديد هذه المتطلبات كمايلي:
ü
كثافة طاقة عالية لمادة التخزين
ü
نقل جيد للحرارة بين مائع نقل الحرارة
HTF و بين مواد التخزين
ü
الاستقرار الميكانيكي والكيمائي
لمواد التخزين
ü
التوافق الكيميائي بين HTF ومعدات نقل الحرارة ومواد التخزين
ü
العكوسية التامة لعدد كبير من
دورات الشحن و التفريغ
ü
انخفاض التكلفة
ü
ضياعات الحرارة منخفضة
ü
انخفاض الأثر البيئي
يمكن تصنيف مفاهيم التخزين الحراري لمحطات
الطاقة الشمسية ذات درجات الحرارة العالية إما كأنظمة فعالة أو أنظمة سلبية.
o أنظمة التخزين الفعالة تتميز بشكل أساسي بانتقال الحرارة بالحمل القسري إلى
مادة التخزين و التي وسيط التخزين لها نفسه يدور من خلال مبادل حراري. يمكن أن
يكون هذا المبادل الحراري المستقبل الشمسي أو مولد البخار. ويمكن تقسيم الأنظمة الفعالة
إلى أنظمة مباشرة وأنظمة غير مباشرة.
o أنظمة التخزين السلبية هي عادة أنظمة تخزين مزدوجة الوسائط ، مما يعني أن سائل
نقل الحرارة يمر عبر نظام التخزين الحراري فقط لشحن وتفريغ المادة الصلبة.
يحمل سائل نقل الحرارة الطاقة المتلقاة من مصدر
الطاقة إلى وسيط التخزين أثناء الشحن ، ويتلقى الطاقة من وسيط التخزين عند التفريغ.
حتى الآن ، يتم استخدام أنظمة التخزين الفعالة
فقط في محطات CSP التجارية. يتم وصف هذه الأنظمة
يستخدم نظام التخزين الفعال المباشر موائع نقل
الحرارة أيضاً كوسيط تخزين. وهذا يعني أنه يجب أن تكون خصائص المادة خاصة بحيث
يعمل كوسيط نقل حرارة وكوسيط تخزين بنفس الوقت. أنظمة تخزين الطاقة المباشرة
الفعالة التجارية هي أنظمة الملح المنصهر والمراكم البخاري.
يتكون النظام المباشر من خزانين في نظام التخزين
حيث يتم تخزين سائل نقل الحرارة في خزان ساخن ليتم استخدامه خلال الفترات الغائمة أو
الليل. يتم ضخ سائل نقل الحرارة المبرد إلى الخزان البارد قبل أن يتم ضخه وتسخينه
مرة أخرى. إن استخدام البخار أو الملح
المنصهر كوسيط نقل حرارة HTF وكمواد تخزين في نفس الوقت
يلغي الحاجة إلى المبادلات الحرارية المكلفة.
يبين الشكل محطة برج شمسية مع نظام تخزين
مباشر فعال TES
بالملح المنصهر والذي يستخدم الملح المنصهر كمائع نقل الحرارة.
مراكم البخار هي أوعية مضغوطة يمكن أن
توفرالتخزين من خلال تراكم البخار الزائد الذي ينتجه المستقبل لتحريره في وقت لاحق لتشغيل التوربين.
يوضح الشكل المخطط التدفقي لمحطة برجية بخارية
مع نظام تخزين فعال مباشر بمراكمات البخار.
في نظام تخزين حراري غير مباشر فعال ، يتم استخدام وسيط ثان لتخزين الطاقة الحرارية
، وهذا يعني أن استخدام المبادل الحراري ضروري لنقل الطاقة من سائل نقل الحرارة
الذي يدور في المجال الشمسي إلى الوسط الثاني الذي يعمل بمثابة وسيط تخزين. حتى الآن ، يتم استخدام خزانين من الملح المنصهر في تشكيل هذه المحطة. والشكل
يبين محطة طاقة شمسية بتقنية القطوع المكافئة (وسيط نقل الحرارة HTF الزيت) مع خزانين
ملح منصهر. يتم نقل طاقة HTF في مبادل حراري إلى سائل ثانوي (عادة أملاح
منصهرة) يتم تخزينها داخل صهاريج التخزين ليتم استخدامها فيما بعد. كما تسمح الأملاح المنصهرة أو البخار أيضًا بعمل الحقل
الشمسي عند درجات حرارة اعلى من الموائع المتوفرة حاليا لنقل الحرارة والشائع
استخدامها في محطات القطوع المكافئة (الزيت) والتي تكون محدودة بسبب درجة حرارة
انحلال الزيت الصناعي.
ليست هناك تعليقات:
إرسال تعليق