تخزين الطاقة الحرارية

من ويكيبيديا، الموسوعة الحرة
اذهب إلى: تصفح، ‏ ابحث
برج التجميع الحراري للمقاطعة في ثييس بالقرب من كرمز ان دير دوناو في النمسا السفلى وتبلغ القدرة الحرارية له 2 جيجا وات في الساعة

تخزين الطاقة الحرارية يقوم على عدد من التقنيات التي تخزن الطاقة الحرارية في مستودعات تخزين الطاقة ليتم استخدامها لاحقًا. وتستخدم تلك الطاقة المخزنة في معادلة الطلب على الطاقة بين النهار والليل. ويمكن حفظ المخزون الحراري عند درجة حرارة أعلى (أسخن) أو أقل (أبرد) من درجة الحرارة المحيطة. ومن استخدامات الطاقة المخزنة اليوم إنتاج الثلج أو الماء المبرد أو المحاليل سهلة الانصهار في الليل أو الماء الساخن الذي يستخدم لاحقًا في البيئات الباردة أو الساخنة أثناء النهار.

تُجمع الطاقة الحرارية في الغالب من مجمع الطاقة الشمسية الحرارية النشط أو في الأغلب في ترسانات الحرارة والطاقة ثم تنقل إلى مستودعات معزولة لتستخدم لاحقًا في التطبيقات المختلفة، مثل أجهزة التدفئة أو التدفئة المنزلية أو في سخانات تدفئة المياه.

تخزين الطاقة الشمسية[عدل]

تتميز معظم أنظمة التسخين بالطاقة الشمسية العملية المستخدمة بإمكانية التخزين لبضع ساعات تصل لقيمة يوم من الطاقة المُجمعة. وهناك عدد متزايد من المنشآت التي تستخدم التخزين الموسمي للطاقة الحرارية (STES), مما يمكننا من تخزين الطاقة في الصيف (بصورة أساسية) لتستخدم في أجهزة التدفئة المنزلية أثناء الشتاء.[1][2][3] لقد حققت جمعية درايك لتخزين الطاقة الشمسية (Drake Landing Solar Community) في ألبرتا بكندا ما يقرب من 97% من الطاقة الشمسية المستخدمة في التدفئة طوال العام، وهو رقم عالمي وتقريبًا هي الجمعية الوحيدة التي تعمل بنظام التخزين الموسمي للطاقة الحرارية.[1][4]

يستخدم الملح المذاب الآن كوسيلة للحفاظ على مستودع حراري مرتفع الحرارة، وهذا إلى جانب الطاقة الشمسية المركزة لتستخدم لاحقًا في توليد الكهرباء والسماح للطاقة الشمسية بتوليد الكهرباء بشكل مستمر باعتبارها طاقة حمل أساسي. تتميز تلك الأملاح المذابة (نترات البوتاسيوم, ونترات الكالسيوم, ونترات الصوديوم, ونترات الليثيوم, إلخ) بخاصية امتصاص وتخزين الطاقة الحرارية التي تُطلق إلى المياه وتحولها إلى طاقة عند الحاجة. ويجب خلط الملح في خليط سهل الانصهار لتحسين خصائصه.

علم الاقتصاد[عدل]

تدفع أحمال الذروة العالية نفقات الرأسمالية لصناعة توليد الكهرباء. وتقابل الصناعة أحمال الذروة هذه بـ محطات طاقة الذروة منخفضة الكفاءة التي تعمل عادةً بـ عنفة غازية التي تتميز بـ تكاليف رأس مال منخفضة، ونظرًا لانخفاض أسعار الغاز الطبيعي أخيرًا فقد انخفضت تكاليف الوقود أيضًا. فيمكن توليد كيلووات في الساعة من الكهرباء الذي استهلك ليلاً بتكلفة حدية أقل كثيرًا. ولقد بدأت المرافق في نقل هذه التكاليف المنخفضة للمستهلكين في صورة أسعار وقت الاستخدام "Time of Use (TOU)" أو أسعار الوقت الحقيقي "Real Time Pricing (RTP)". وتتميز الطاقة الحرارية الشمسية المخزنة بقدرتها على توفير طاقة وقت ذروة الطلب أرخص من أي مصدر آخر للطاقة.

تخزين المياه في مستودعات أو الكهوف الصخرية[عدل]

تستخدم المستودعات الكبيرة على نطاق واسع في إسكندنافيا لتخزين الحرارة لعدة أيام وذلك لمضاعفة توليد الحرارة والطاقة وللمساعدة في تلبية الاحتياجات وقت الذروة. لمستودعات بين الموسمية تمت دراستها وتبين أنها اقتصادية، إذا ما اعتمدت على الكهوف الصخرية.[5]

تخزين الحرارة في الصخور الساخنة أو الخرسانة أو الحصى إلخ[عدل]

يتميز الماء بأعلى سعة حرارية، من بين آخرين، سعة حرارية - 4.2 جول/(سم³•كيلو) في حين تبلغ السعة الحرارية للخرسانة ثلث السعة الحرارية للماء. على الناحية الأخرى، يمكن تسخين الخرسانة لدرجة حرارة أعلى كثيرًا - 1200 درجة مئوية باستخدام التسخين الكهربائي، مثلاً، ومن ثم تتميز الخرسانة بسعة حجمية عامة أعلى كثيرًا. ومن ثم في المثال الوارد أدناه، يبدو أن المكعب المعزول البالغ 2.8 متر تقريبًا يوفر مخزونًا يكفي منزلاً واحدًا لتلبية 50% من حاجة التدفئة. ويستخدم هذا بصورة أساسية في تخزين فائض الرياح أو الحرارة نتيجة قدرة الحرارة الكهربائية على بلوغ درجات حرارة مرتفعة. على مستوى الدول المجاورة، حظيت محطة تطوير الطاقة الشمسية ويجنهاوسن سود "Wiggenhausen-Süd" في فريدريكاشفن "Friedrichshafen" باهتمام دولي. وتتميز تلك المحطة بمستودع حراري من الخرسانة المسلحة تبلغ سعته 12000 م³ (420000 قدم مكعب) متصلاً بمجمعات طاقة شمسية سعتها 4300 م² (46000 قدم مربع)، ويعمل على تزويد 570 منزلاً بما يقرب من 50% من التدفئة والمياه الساخنة.[12]

تقنية الملح المصهور[عدل]

يمكن توظيف الملح المصهور كطريقة لتخزين الطاقة الحرارية للإحتفاظ بالطاقة المجمّعة من برج شمسي أو حوض شمسي بحيث يمكن إستخدامها لتوليد الكهرباء في الظروف الجوية السيئة أو أثناء الليل. تم تجربة هذا النوع من الأنظمة في مشروع "Solar ٌTwo" بين عامي 1995 و1999. ويُتنبأ لهذا النظام أن يعمل بفعالية مقدارها 99% من الطاقة المستردة عبر تخزين الطاقة قبل تحويلها إلى كهرباء، بالمقارنة بتحويل الحرارة إلى طاقة كهربائية مباشرة..[6][7][8] يتنوع خليط الملح المصهور. الخلطات الأوسع إنتشارا تحتوي على نترات الصوديوم، نترات البوتاسيوم ونترات الكالسيوم. وهي خليط غير قابل للإشتعال وغير سام، كما أنه مستخدم فعلا في الصناعات الكيميائية والمعدنية كسائل لنقل الحرارة، وبالتالي فإن التجارب والخبرات المرتبطة بنظام كهذا موجودة في تطبيقات غير شمسية.

ينصهر الملح على درجة حرارة 131 مئوية. ويحفظ سائلا على درجة حرارة 288 مئوية في خزّان "بارد". يضخ الملح المصهور عبر ألواح إلى المجمّع الشمسي حيث تركّز الحرارة الشمسية وتسخنه حتى 566 مئوية. يرسل بعدها إلى خزان "ساخن". ويكون معزولا جدا لدرجة أن الطاقة الحرارية يمكن تخزينها بشكل يسمح بالإستفادة منها لفترات تصل إلى اسبوع.[9]

عندما يكون هناك عوز للكهرباء، يضخ الملح المصهور الحار إلى مولد بخاري تقليدي لإنتاج بخار شديد الحرارة لمولد/توربين تماما كما يتم في اي محطة كهرباء تقليدية تعمل بالفحم أو الزيت أو الطاقة النووية. مولد بقدرة 100 ميغاواط يستلزم خزانا بإرتفاع 9.1 مترا وقطر 24 متر لتشغيله لمدة أربع ساعات بحسب هذا التصميم.

يستخدم مطورو عدة محطات بأحواض مرايا مقعرة لتجميع الحرارة الشمسية [10] وأبراج شمسية في اسبانيا (SolarReserve) مبدأ حفظ الطاقة الحرارية هذا. ولدى محطة توليد سولانا في الولايات الأمريكية المتحدة 6 ساعات من التخزين بإستخدام مصهور الملح.

انظر أيضًا[عدل]

المراجع[عدل]

  1. ^ أ ب Wong B. (2011). Drake Landing Solar Community. Presentation at IDEA/CDEA District Energy/CHP 2011 Conference. Toronto, June 26–29, 2011.
  2. ^ SunStor-4 Project, Marstal, Denmark. The solar district heating system, which has an interseasonal pit storage, is being expanded.
  3. ^ "Thermal Energy Storage in ThermalBanks". ICAX Ltd, London. اطلع عليه بتاريخ 2011-11-21. 
  4. ^ Natural Resources Canada (2012). Canadian Solar Community Sets New World Record for Energy Efficiency and Innovation. 5 Oct 2012.
  5. ^ ^ Gebremedhin, Alemayehu; Heimo Zinko. "SEASONAL HEAT STORAGES IN DISTRICT HEATING SYSTEMS" (PDF). Linköping University, Linköping, Sweden. Archived from the original on 2011-07-13. Retrieved 2011-07-13.
  6. ^ Mancini، Tom (10 January 2006). "Advantages of Using Molten Salt". Sandia National Laboratories. تمت أرشفته من [،http://www.sandia.gov/Renewable_Energy/solarthermal/NSTTF/salt.htm الأصل] على 2011-07-14. اطلع عليه بتاريخ 2011-07-14. 
  7. ^ Molten salt energy storage system - A feasibility study Jones, B. G.; Roy, R. P.; Bohl, R. W. (1977) - Smithsonian/NASA ADS Physics Abstract Service. Abstract accessed December 2007
  8. ^ Biello، David. "How to Use Solar Energy at Night". Scientific American. Scientific American, a Division of Nature America, Inc. اطلع عليه بتاريخ 19 June 2011. 
  9. ^ Ehrlich, Robert, 2013, Renewable Energy: A First Course, CRC Press, Chap. 13.1.22 Thermal storage p. 375 ISBN 978-1439861158
  10. ^ Parabolic Trough Thermal Energy Storage Technology Parabolic Trough Solar Power Network. April 04, 2007. Accessed December 2007
  • "Prepared for the Thermal Energy Storage Systems Collaborative of the California Energy Commission" Report titled "Source Energy and Environmental Impacts of Thermal Energy Storage." Tabors Caramanis & Assoc energy.ca.gov
  • Hyman, Lucas B. Sustainable Thermal Storage Systems: Planning, Design, and Operations. New York: McGraw-Hill, 2011. Print.

وصلات خارجية[عدل]