عناصر تقنية الطاقة الشمسية المركزة
1. الحقل الشمسي
الحقل الشمسي: تستخدم محطات الطاقة المزودة بمرايا عاكسة تتخذ شكل القطع المكافئ عادةً مجمّعات لهذه المرايا تتوضع في الحقل الشمسي، وذلك لتركيز أشعة الشمس المباشرة عبر متلقي أنبوبي. وتقوم حقول المجمعات هذه بتأمين الطاقة الحرارية، والتي بدورها تدور التوربين البخاري. ويحتوي حقل مرايا القطع المكافئ في محطة شمس على 192 حلقة تحوي كل واحدة أربع مصفوفات من مجمعات الطاقة الشمسية (SACs)، وفي كل مصفوفة 12 مجمع طاقة شمسية.
مكونات الحقل الشمسي ذي أحواض القطع المكافئ
- المرايا: تشكّل أحد أهم مكونات الحقل الشمسي ذو أحواض القطع المكافئ، وتعكس جزءاً كبيراً من أشعة الشمس الواصلة بفضل قدرتها العاكسة العالية. وتستخدم معظم أحواض القطع المكافئ مرايا زجاجية مطلية بالفضة.
- أنابيب الامتصاص:تقوم أنابيب الامتصاص أو عناصر تجميع الحرارة (HCEs) بامتصاص جزء من الطاقة المنعكسة على المرايا، بالاستفادة من إمكانيتها العالية على امتصاص الأشعة وتخزينها. ومن الضروري أن يكون قطر أنابيب الامتصاص كبيراً كفاية لتشكيل عامل اعتراض عالي الأداء، دون أن تكون عريضة جداً لتقليل الضياع الحراري. وعامل الاعتراض هو معدل إجمالي الأشعة المنعكسة إلى معدل الأشعة المنعكسة التي تسقط على سطح أنابيب الامتصاص.
- وحدات المحركات الهيدروليكية:تسمح لمصفوفات تجميع الطاقة الشمسية بالحركة وتتبع مسار الشمس طوال النهار. وتتألف كل وحدة من أسطوانتين، يتم التحكم بهما بواسطة صمامين، وتحددان اتجاه الدوران.
- المفاصل الكروية: تستخدم لربط أنابيب سائل النقل الحراري بين الحلقات والرؤوس الرئيسية، بالإضافة إلى الأنابيب المتقاطعة مع صفوف المجمعات المتجاورة. وتقوم هذه الموصلات بامتصاص التوسع الحراري لأنبوب المجمع الذي يمتد على طول المجمعات، كما تسمح الموصلات للمجمعات بالدوران من موقعها الثابت وتتبع أشعة الشمس وهي تعمل.
- الهيكل الحامل: يقوم الهيكل الحامل لأحواض القطع المكافئ بوضع المرايا في موقعها الصحيح، وتثبيت الأحواض، والسماح لها بتتبع أشعة الشمس بدقة. ويتألف الهيكل من مجسم رئيسي، وهو بمعظم الأحيان إطار مسطح أو بنية أنبوبية مصنوعة من الفولاذ. وتشمل العناصر الأخرى للهيكل:
- نقاط دعم المرايا الموجودة على بنية الإطار المسطح أو أذرع الدعم الخاصة.
- داعمات المستقبلات أو داعمات عناصر تجميع الحرارة (HCE).
- الهيكل الخاص بتركيب الأبراج.
2. المضخات الرئيسية لسائل النقل الحراري (HTF)
المضخات الرئيسية لسائل النقل الحراري: تقوم بتدوير الزيت الحراري عبر الحقل الشمسي ذو أحواض القطع المكافئ، وتحافظ بذلك على الضغط في الدائرة الرئيسية، وتسخّنه قبل ضخّه إلى مولد البخار الشمسي.
الخصائص الرئيسية للمضخات الرئيسية لسائل النقل الحراري
- تتألف من مضخات طرد مركزي أفقية مصممة لتدوير الزيت الحراري بدرجات حرارة عالية.
- المضخات مصممة لمقاومة العوامل الخارجية.
- المضخات مزودة بمحركات ذات سرعات مختلفة تجعلها تتكيف مع متطلبات التدفق في الحقل الشمسي ذو أحواض القطع المكافئ.
- المضخات متساوية من الناحيتين المادية والوظيفية، ومتصلة مع بعضها بالتوازي، كما تم تركيب أحدها كمضخة احتياطية.
- تم تصنيع المضخات من مواد مضادة للتآكل والصدأ تلائم ظروف التشغيل.
3. نظام التمدد
نظام التمدد: يسهل عملية تقلص وتمدد الزيت الحراري بناءً على تغير درجة حرارة السائل العامل خلال التشغيل اليومي.
الخصائص الرئيسية لنظام التمدد
- يتألف من خزان للتمدد وعدة خزانات للفائض.
- يتم وضع خزان التمدد دائماً فوق خزانات الفائض، ومن المفترض أن يكون موقعه مرتفعاً.
- يبقى خزان التمدد خاملاً ومضغوطاً باستخدام النيتروجين، وذلك ضروري للحفاظ على ضغط الزيت الحراري مستقراً فوق ضغط الغليان ضمن نظام الحرارة والضغط العاليان.
- عمل نظام التمدد:
- عندما ينخفض مستوى سائل النقل الحراري في خزان التمدد لما دون مستوى الأمان، يتم تفعيل مضخات إعادة تدوير الفائض، فتسمح برفع المستوى في الخزان باستخدام الزيت الحراري المحفوظ في خزانات الفائض. تعويض تقلص سائل النقل الحراري بسبب انخفاض حرارته.
- عندما يرتفع مستوى سائل النقل الحراري في خزان التمدد فوق مستوى الأمان، يتم نقل الزيت الإضافي إلى خزانات الفائض عبر خطوط مفتوحة دائماً لنقل الفائض تعويض تمدد سائل النقل الحراري بسبب ارتفاع حرارته.
- يتم نقل فتحات غاز النيتروجين وأبخرة الزيت الحراري من خزانات التمدد والفائض إلى نظام حد الامتلاء لتحزينها.
4. سخانات سائل النقل الحراري
سخّانات سائل النقل الحراري: تُستخدم هذه السخّانات لتسخين الزيت الحراري مع بدء تشغيل المحطة يومياً. ولضمان كفاءة التشغيل، من الضروري تحويل كامل الطاقة الشمسيّة المجمّعة من الحقل الشمسيّ إلى توربين بخاري يكون جاهزاً للدوران فوراً بمجرد توافر الطاقة من الحقل الشمسي