التخزين الحراري لاستبدال محطات الذروة

من المتوقع أن تنخفض تكاليف الطاقة الشمسية المركزة CSP مع التخزين إلى أقل من 6 سنتات لكل كيلوواط ساعة بحلول عام 2020. وهي ضمن أهداف مبادرة Sunshot في وزارة الطاقة في الولايات المتحدة التي تسعى إلى جعل تنافسية تكلفة الطاقة الشمسية مع أشكال أخرى من الطاقة الكهربائية بحلول نهاية العقد.
الشبكة تحتاج إلى بديل لتلوث البيئة بسبب محطات الذروة الغازية ذات الدورة الواحدة. ومحطات توليد الطاقة عند الذروة، والمعروفة أيضا باسم مصانع الذروة، هي محطات الطاقة التي لا تعمل عادة إلا عندما يكون هناك ارتفاع في الطلب لتوليد الكهرباء سواء بالنسبة للاستجابة الفورية أو نقل التوليد بناء على الطلب لعدة ساعات. والسؤال: هل يمكن لوحدات تخزين الطاقة الشمسية الحرارية أن تزيح مصانع الذروة "القذرة" ؟ ربما، وربما لا.
التوربينات البسيطة ذات الدورة الواحدة SCCT هي نوع من التوربينات الغازية الأكثر استخداما في توليد الطاقة، والطيران (المحرك النفاث)، وصناعة النفط والغاز (توليد الكهرباء والمحركات الميكانيكية). وهذه التوربينات تتبع دورة برايتون وتختلف عن عمل الدورة المركبة في أن لديها دورة طاقة واحدة فقط، وليس لها أي قدرة لاسترداد الحرارة المفقودة أو الاستفادة منها.
تستطيع محطات الدورة الواحدة بالاستجابة الفورية خلال دقيقة واحدة، وهذا هو السبب وراء انتشارها على أنها مصانع الذروة، ولكن هناك عقوبة لهذا العمل السريع. حيث ينبعث 1365 باوند من ثاني أكسيد الكربون لكل ميجاوات ساعة. أي بنسبة 825 باوند من ثاني أكسيد الكربون لكل ميجاوات. بينما محطات الغاز الطبيعي بنظام الدورة المركبة إلى حد ما أكثر نظافة، ولكن بطيئة جدا للاستجابة وذلك بسبب طبيعة عمل التوربينات البخارية، الذي هو عادة نحو10 في المائة لكل دقيقة. محطات الطاقة الشمسية تستخدم نفس النوع من مبنى الطاقة، ولذلك لا يمكن أن تكون لحظية الاستجابة مثل مصانع الذروة أو ينبعث منها الكربون بنسب أعلى. ومع ذلك، إذا كانت محطات الطاقة الشمسية المركزة CSP تعمل مع الحرارة المختزنة، فإنه يمكن أن تبدأ بالاستجابة خلال وقت قصير.
بشكل عام، التخزين الحراري المضمن مع مشروع الطاقة الشمسية المركزة CSP يفصل توليد الطاقة الشمسية من الطاقة التي يجب أن تؤخذ حينما يتم توليدها إلى شكل من أشكال الطاقة الشمسية التي يمكن أن تكون متاحة كلما كانت هناك حاجة إليها. الملح المصهور لتخزين الطاقة الحرارية يستخدم جنبا إلى جنب مع الطاقة الشمسية المركزة كمزود ويشكل نوعا من الطاقة الشمسية. بعض من الطاقة الشمسية يمكن تخزينها لتكون متاحة عندما تتطلب الشبكة ذلك.
لكن مشروع الطاقة الشمسية المركزة CSP يمكن أيضا أن يبنى في هجين مع محطة الخلايا الكهروضوئية، حيث تقريبا جميع الطاقة المنتجة من الشمسية المركزة CSP يتم تخزينها لاستخدامها عند الطلب، وإيجاد ما يرقى إلى "بطارية" التي تعمل بالطاقة الشمسية الكهروضوئية.
لأول مرة، مثل هذا الجمع هو قيد الإنشاء الآن في محطتين PV / CSP في صحراء أتاكاما في تشيلي، مع تخزين طاقة CSP ليكون استخدامها لاحقا بوصفها البطارية. وهذه المنطقة، صحراء أتاكاما في تشيلي، تستخدم الطاقة فيها في المقام الأول لعمليات التعدين التي تحتاج إلى طاقة على مدار الساعة ( 24/7 )، والطاقة الشمسية قادرة على توفير هذه الحاجة على مدار الساعة من خلال الجمع بين نوعين من توليد الطاقة الشمسية.
في أتاكاما تقوم شركة أبينجوا ببناء هجين يجمع 100 ميجاواط من الخلايا الكهروضوئية PV مع 110 ميجاواط من الطاقة الشمسية المركزة CSP وقد سجلت 17.5 ساعة من التخزين الحراري. ولتعويض الفجوة الأولية لمدة عشر دقائق، ستشمل أبينجوا أيضا البطاريات الصغيرة (12 ميجاواط، 4 ميجاوات ساعة) لتزويد الثواني والدقائق الأولى من الطاقة اللحظية.
وقد أكملت شركة سولار ريزيرف كل الاعتمادات للسماح ببناء مشروع الطاقة الشمسية الهجين الثاني، الذي يجمع بين 260 ميجاواط من الطاقة الشمسية المركزة CSP مع 150 ميجاواط من الخلايا الكهروضوئية PV في منطقة كوبيابو من المناطق الشمالية في تشيلي - لتزويد الحمل الأساس بالطاقة على مدار 24 ساعة، من خلال زيادة حجم جانب الحرارية الشمسية والتوليد من التخزين.
بعد دراسة طريقة دمج تخزين الطاقة الشمسية المركزة مع الخلايا الكهروضوئية كما فعلت شركة أبينجوا وسولار ريزيرف، فإن الجدوى الاقتصادية لتخزين الطاقة الحرارية تبدو واضحة وجلية الآن للاستخدام.