المملكة .. وتقنية تركيز الطاقة الشمسية

تركيز الطاقة الشمسية (CSP) هو عملية إنتاج الطاقة الكهربائية عن طريق تحويل طاقة الشمس إلى حرارة شديدة باستخدام تكوينات مرايا مختلفة، ثم يتم توجيه هذه الحرارة إلى مولد تقليدي. حيث تنتج الطاقة الكهربائية عندما يتم تحويل الضوء (ضوء الشمس) المركز إلى حرارة تقوم بدورها بتدوير محرك حراري (عادة توربين بخاري) متصل بمولد طاقة كهربائية أو تقوم بتنشيط تفاعل كيميائي حراري.
ويعد تركيز الطاقة الشمسية (CSP) خيارا جذابا لتوليد الطاقة المتجددة في العديد من المناطق الواقعة في الحزام الشمسي في جميع أنحاء العالم. وهناك العديد من تقنيات تركيز الطاقة الشمسية (CSP) التي يجري ترويجها دوليا مثل أنظمة الأحواض نصف الأسطوانية، وأنظمة أبراج الطاقة، وأنظمة الأطباق الشمسية ... إلخ. ولكل تقنية من هذه التقنيات توجد تصاميم وأشكال مختلفة. وتعتمد كمية الطاقة المولدة من محطة تركيز الطاقة الشمسية على كمية أشعة الشمس المباشرة. ومثلها مثل المجمعات الكهروضوئية المركزة تستخدم هذه التقنيات أشعة الشمس المباشرة فقط، وليس الإشعاع الشمسي المنتشر. وتتطلب جميع أساليب تقنية تركيز الطاقة الشمسية (CSP) مساحات واسعة لتجميع الأشعة الشمسية عند توظيفها لإنتاج الكهرباء على نطاق تجاري.
منظم الأحواض نصف الأسطوانية يستخدم عاكسات (مرايا مركزة) ضخمة على شكل حرف U "نصف أسطوانة" يوجد فيها أنابيب مملوءة بالزيت ممددة بطول المنتصف، أو عند نقطة اتصال. يتم توجيه العاكسات ذات المرايا نحو الشمس لتركيز أشعة الشمس على الأنابيب من أجل تسخين الزيت الموجود داخلها لتصل درجة حرارتها إلى 750 ° فهرنهيت. ثم يتم استخدام الزيت الساخن لغلي الماء الأمر الذي يتولد عنه البخار اللازم لتشغيل التوربينات البخارية والمولدات الكهربائية التقليدية.
وتستخدم نظم أبراج الطاقة - المعروفة أيضا باسم المستقبلات المركزية - العديد من المرايا الدوارة المسطحة الضخمة (heliostats) لتعقب الشمس وتركيز أشعتها على جهاز استقبال مركب على قمة برج طويل يتم فيه تسخين سائل – مثل الملح المنصهر - بواسطة أشعة الشمس المركزة لتصل درجة حرارته إلى مثل 1050 ° فهرنهيت. ويمكن استخدام السائل الساخن مباشرة لإنتاج البخار اللازم لتوليد الكهرباء أو تخزينه لاستخدامه لاحقا. ويحتفظ الملح المنصهر بالحرارة بكفاءة، حيث يمكن تخزينها لأيام قبل أن يتم تحويلها إلى كهرباء. وهذا يعني إمكانية إنتاج الكهرباء خلال فترات ذروة الطلب في الأيام الغائمة أو حتى بعد غروب الشمس بعدة ساعات.
كما تستخدم أنظمة الأطباق/ المحركات الشمسية أطباقا مزودة بمرايا (أكبر بنحو عشر مرات من أطباق الأقمار الصناعية التي تثبت في الأفنية الخلفية) لتركيز أشعة الشمس على جهاز استقبال مثبت في بؤرة الطبق. ولاحتجاز أكبر قدر ممكن من الطاقة الشمسية، يتتبع الطبق الشمس عبر السماء. وجهاز الاستقبال مدمج في محرك احتراق "خارجي" عالي الكفاءة مثبت به أنابيب رقيقة تحتوي على غاز الهيدروجين أو الهيليوم وممددة بطول الجزء الخارجي من مكبس المحرك ذي الاسطوانات الأربع وتفتح داخل الأسطوانات. وعندما تقع أشعة الشمس المركزة على جهاز الاستقبال، فإنها تسخن الغاز في الأنابيب لدرجات حرارة عالية جدا مما يدفع الغازات الساخنة للتمدد داخل الأسطوانات، فيحرك الغاز المتمدد المكابس التي بدورها تحرك العمود المرفقي الذي يدير مولدا كهربائيا. ويشكل كل من جهاز الاستقبال، والمحرك، والمولد هيكلا واحدا متكاملا مثبتا في محور الطبق المزود بالمرايا.
وقد اختارت الشركة السعودية للكهرباء (SEC) أن تستثمر في مشروع تركيز الطاقة الشمسية لإنتاج الكهرباء كما ذكرت مواقع renewableenergyworld.com، وcsptoday.com، وsolarnovus.com، وغيرها من المصادر الإخبارية. حيث سيكون المشروع المسمى "ضباء 1" قادرا على إنتاج 550 ميجاواط من الكهرباء. ومن المتوقع للمحطة استخدام الغاز الطبيعي والاستفادة من ضوء الصحراء العربية الفائق كوقود احتياطي، كما أن البخار الناتج عن تقنية تركيز الطاقة الشمسية (CSP) سيتم استخدامه لتحريك توربينات توليد الطاقة لتوليد الكهرباء. وسوف تكون محطة طاقة الدورة الشمسية المركبة المتكاملة (ISCC) بقدرة 550 ميجاواط أول محطة للطاقة التجارية توظف تقنية تركيز الطاقة الشمسية في المملكة؛ وهي مصممة بهدف الاشتمال على وحدة أحواض نصف أسطوانية بقدرة نحو 20 إلى 30 ميجاواط.
ويعد هذا المشروع أحد المشاريع الرائدة في المملكة العربية السعودية في مجال توظيف تقنية تركيز الطاقة الشمسية في محطة توليد طاقة تجارية تقع على بعد 50 كيلو مترا شمالي ضباء بالقرب من مدينة تبوك على ساحل البحر الأحمر.
وتوفر المملكة العربية السعودية فرصا مثالية لتوليد الطاقة باستخدام تقنية تركيز الطاقة الشمسية اتصالا بالشبكة وخارجها على حد سواء نظرا لقراءات الإشعاع الطبيعي المباشر (DNI) المرتفعة والاحتياجات الصناعية لخفض تكاليف الطاقة.