تطوير أساليب المجمعات الشمسية في المحطات الكهرحرارية

تدشين أول محطة لتوليد الكهرباء من الطاقة الشمسية في سوريا

تنتشر التصاميم في مجال الطاقة المتجددة في أوروبا وأمريكا، ومع ذلك فإن معظمها يتعلق بشكل أساسي بمحطات الطاقة الشمسية والطاقة الهجينة. ولفت انتباه الباحث في جامعة جنوب الأورال مسألة استخدام عناصر الطاقة المتجددة، وبالتحديد المجمعات الشمسية التي يمكن استخدامها في محطات الطاقة الحرارية العاملة على الوقود غير المتجدد.

وتشكلت فكرة تصميم مجمع طاقة تكنولوجي على أساس مجمعات طاقة شمسية  بعد دراسة تجربة إدخال المبادلات الحرارية مع التعبئة النشطة في معمل تشيليابينسك للتعدين في ثمانينات القرن الماضي. ولكن كانت التجارب في ذلك الوقت غير ناجحة نظراً لعدم فعالية التصاميم.

واستخدمت حلول مماثلة لدى الدول الأخرى قبل إدخال عناصر الطاقة غير التقليدية والمتجددة في الصناعة. لكن التجربة التي حظيت باهتمام أكبر من قبل الباحث هي استخدام المجمعات الشمسية. ووفقاً للتقنية التي حصلت على براءة الاختراع من جامعة جنوب الأورال فإن غازات المداخن تدخل بعد سخان الهواء إما في مبادلات يكون فيها ناقل الحرارة البارد والساخن تتحرك ضمن قنوات مختلفة، أو في المبادلات الحرارية جنباً إلى جنب مع سخان المجمع الشمسي. إن مجموعة خصائص تصميم وطريقة الاتصال بين بيئتين يوفر زيادة الفعالية والكفاءة لوحدة المرجل.

قبل إجراء البحث كان هناك سؤالين رئيسين كيف وأين يمكن وضع المجمعات. ووفقاً لحساباته فإن جهاز تجميع الطاقة الشمسية ينبغي وضعه خارج غرفة المرجل من أجل استخدام الإشعاع الشمسي ذو الكثافة المنخفضة بشكل فعال.

الطاقة "الروسية" و"الإيرانية" توقعان على مذكرة لتوريد الغاز من إيران إلى الهند

وصمم مجمع الطاقة من قبل قسطنطين أوسينتسيف في إطار مشروع 5- 100 هو عبارة عن وحدة مرجل أو وحدة طاقة مصممة لتوليد الطاقة على شكل بخار. وهنا يوضح الباحث قسطنطين قائلاً: "إن إنتاج الطاقة الحرارية على أساس الوقود العضوي يرافقه فقدان الطاقة التي لا يمكننا تعويضها. ولذلك يبقى فقط موضوع تحسين عمليات الاحتراق واستخدام غازات المداخن. بعد أن تتم عملية احتراق الوقود تتشكل غازات المداخن بما في ذلك بخار الماء. هذا البخار في حال تكثيفه يمكن أن يعطي زيادة إضافية في عامل الكفاءة في الوحدة بأكملها".

وينبغي بعد ذلك استخدام الماء الساخن في المبادل في الدائرة الحرارية لمحطة الطاقة الكهربائية واعتماداً على استطاعة وحدة المرجل يمكن لوحدة الطاقة أن تزيد من عامل الكفاءة بشكل كبير، وهذا مما لاشك فيه يعتبر ميزة من الناحية الاقتصادية.

وعند إجراء تعديل معين في وحدة استرداد الحرارة يمكن تحويلها إلى مبادل حراري مع التعبئة النشطة، أي القيام بعملية تكثيف بخار الماء من منتجات الاحتراق. وأثناء التكثيف، تتكثف أيضاً بعد الغازات المسببة للتآكل مثل أوكسيد النيتروجين أو أوكسيد الكبريت، ويتم إطلاق الغاز المبرد إلى الغلاف الجوي وهذه طريقة أفضل من الناحية البيئية.

ويوجد هناك نظائر لهذا التصميم ولكن يتم وضع مجمعات الطاقة الشمسية في منازل خاصة ولا تستخدم في هندسة الطاقة على نطاق واسع وإنما يقتصر الأمر على القسم المتعلق بالطاقة المتجددة. والباحث قسطنطين أوسينتسيف هو أول من حاول الجمع بين الطاقة المتجددة وغير المتجددة، وهذه الفكرة طرحت بشكل جزئي في مقال سكوبوس الذي نشر في شهر أيار/مايو 2017.

ويمكن استخدام هذا التصميم لاحقاً ليس فقط في مجال هندسة الطاقة الحرارية، وإنما أيضاً في قطاع الإسكان للمراجل ذات الاستطاعات الصغيرة.