استارتاپی که نیروگاه خورشیدی با سیستم برق پشتیبان داخلی می‌سازد
به گزارش خبرگزاری آنا؛ یکی از مهم‌ترین چالش‌های توسعه انرژی خورشیدی، وابستگی تولید برق به شرایط آب‌وهوایی و ساعات تابش خورشید است. نیروگاه‌های خورشیدی متداول هنگام شب یا در دوره‌های طولانی هوای ابری قادر به تولید برق کافی نیستند و برای تأمین پایدار انرژی معمولاً به باتری‌های ذخیره‌سازی یا نیروگاه‌های گازسوز نیاز دارند. این محدودیت باعث شده هزینه تأمین برق شبانه‌روزی تنها به ساخت پنل‌های خورشیدی وابسته نباشد و ایجاد زیرساخت‌های پشتیبان نیز بخش قابل توجهی از سرمایه‌گذاری را به خود اختصاص دهد. شرکت ۲۴۷Solar تلاش می‌کند با بازنگری در فناوری نیروگاه‌های خورشیدی حرارتی، راهکاری ارائه دهد که تجهیزات اصلی تولید برق بتوانند هم از گرمای ذخیره‌شده خورشید و هم از انرژی حاصل از سوزاندن سوخت استفاده کنند. چنین ساختاری در صورت موفقیت می‌تواند نیاز به احداث تأسیسات جداگانه برای جبران کمبود تولید را کاهش دهد و استفاده از انرژی خورشیدی را در مناطقی که دسترسی محدودی به شبکه برق دارند، آسان‌تر کند.
نیروگاه جدید گرمای خورشید را به‌جای برق ذخیره می‌کند
فناوری مورد استفاده در طرح جدید با نیروگاه‌های خورشیدی فتوولتائیک تفاوت دارد. پنل‌های فتوولتائیک نور خورشید را مستقیماً به برق تبدیل می‌کنند، اما نیروگاه‌های خورشیدی حرارتی متمرکز از مجموعه‌ای از آینه‌ها برای جمع‌آوری و متمرکز کردن نور استفاده می‌کنند. این آینه‌ها که هلیواستات نام دارند، به سامانه‌های حرکتی مجهز هستند تا با تغییر موقعیت خورشید در آسمان، نور را همواره به نقطه مشخصی روی یک برج هدایت کنند. انرژی متمرکزشده دمای سیال موجود در گیرنده حرارتی را افزایش می‌دهد و گرمای تولیدی می‌تواند برای راه‌اندازی توربین یا ذخیره‌سازی و استفاده در ساعات بعدی به کار رود. با وجود امکان تولید برق پس از غروب خورشید، این فناوری طی سال‌های گذشته نتوانسته از نظر اقتصادی با پنل‌های فتوولتائیک رقابت کند، زیرا کاهش شدید قیمت پنل‌ها در کنار هزینه بالای تجهیزات مکانیکی و سامانه‌های ذخیره حرارت، جذابیت ساخت نیروگاه‌های حرارتی متمرکز را کاهش داده است.
طراحی ۲۴۷Solar برای برطرف کردن بخشی از این مشکلات، از هوا به‌عنوان سیال انتقال حرارت استفاده می‌کند. برخلاف برخی نیروگاه‌های خورشیدی حرارتی که برای انتقال و ذخیره انرژی به نمک‌های مذاب وابسته هستند، گیرنده این سامانه با هوای دارای فشار محیط کار می‌کند و دمای آن را به حدود ۹۷۰ درجه سانتی‌گراد می‌رساند. هوای داغ پس از خروج از گیرنده می‌تواند مستقیماً برای فرایند‌های صنعتی استفاده شود یا انرژی خود را به بخش تولید برق انتقال دهد، اما در حالت معمول برای ذخیره‌سازی حرارت به کار گرفته می‌شود. در این مرحله، گرما به گلوله‌های سرامیکی تقریباً هم‌اندازه توپ گلف منتقل می‌شود تا انرژی خورشیدی بدون نیاز به باتری‌های الکتروشیمیایی نگهداری شود. استفاده از مواد سرامیکی همچنین مشکلات مرتبط با انجماد، تغییر فاز و خوردگی ناشی از برخی سیالات ذخیره‌ساز حرارت را کاهش می‌دهد و امکان طراحی سامانه‌ای نسبتاً ساده‌تر را فراهم می‌کند.
براساس توضیحات سازنده، انرژی ذخیره‌شده در این گلوله‌های سرامیکی می‌تواند بسته به ظرفیت سامانه و شرایط بهره‌برداری، برای تولید برق به مدت ۹ تا ۲۰ ساعت پس از غروب خورشید استفاده شود. البته دستیابی به این مدت به میزان انرژی ذخیره‌شده و نحوه مصرف آن وابسته است و اگر بخشی از گرما در طول روز برای تولید برق استفاده شود، زمان فعالیت شبانه کاهش پیدا می‌کند. به همین دلیل، این شرکت قصد دارد نیروگاه حرارتی را با پنل‌های فتوولتائیک ترکیب کند تا بخش قابل توجهی از نیاز برق روزانه مستقیماً از پنل‌ها تأمین شود و انرژی حرارتی برای ساعات شب یا دوره‌های کاهش تابش ذخیره بماند. این ترکیب امکان استفاده از مزیت اقتصادی پنل‌های خورشیدی در ساعات روشنایی و بهره‌برداری از ذخیره حرارتی در زمان‌های دیگر را فراهم می‌کند، بدون آنکه تمام ظرفیت تولید به یک فناوری وابسته باشد.
توربین‌ها با گرمای خورشید یا سوخت‌های مختلف کار می‌کنند
مهم‌ترین ویژگی طراحی جدید، استفاده از تجهیزات مشترک برای تولید برق خورشیدی و برق پشتیبان است. هوای داغ ذخیره‌شده ابتدا وارد یک مبدل حرارتی می‌شود که نقش محفظه احتراق در سامانه توربین گازی متداول را برعهده می‌گیرد. در ساختار معمول توربین، هوا فشرده می‌شود و پس از گرم شدن در محفظه احتراق، با عبور از بخش انبساط باعث چرخش توربین و تولید برق می‌شود. مهندسان ۲۴۷Solar این بخش را به‌گونه‌ای تغییر داده‌اند که هوای فشرده بتواند گرمای موردنیاز را از مبدل حرارتی دریافت کند و بدون احتراق سوخت، فرایند تولید برق ادامه پیدا کند. بروس اندرسون، از مدیران شرکت، توضیح داده که مبدل در همان محل محفظه احتراق قرار می‌گیرد و سایر اجزای سامانه تا حد زیادی از تجهیزات استاندارد و موجود در بازار تشکیل شده‌اند.
انعطاف‌پذیری این طراحی زمانی اهمیت پیدا می‌کند که ذخیره حرارتی نیروگاه کاهش یابد یا شرایط نامساعد آب‌وهوایی برای مدت طولانی ادامه پیدا کند. در چنین وضعیتی، امکان استفاده از سوخت‌هایی مانند گاز طبیعی، گازوئیل یا هیدروژن برای تأمین گرمای موردنیاز فراهم خواهد بود و همان تجهیزات تولید برق می‌توانند بدون وابستگی کامل به انرژی خورشیدی به فعالیت ادامه دهند. مارک فون کسیتسکی، از مسئولان شرکت، برآورد کرده که اضافه کردن قابلیت استفاده از سوخت‌های فسیلی کمتر از ۱۰ درصد به هزینه کل سامانه اضافه می‌کند. البته این رقم برآورد سازنده است و هنوز در بهره‌برداری تجاری گسترده تأیید نشده است. استفاده از سوخت فسیلی نیز همچنان با انتشار آلاینده‌ها و گاز‌های گلخانه‌ای همراه خواهد بود؛ بنابراین مزیت اصلی سامانه، کاهش نیاز به نیروگاه پشتیبان مجزا و محدود کردن مصرف سوخت در شرایط عادی است، نه حذف کامل انتشار کربن در تمام شرایط بهره‌برداری.
این نیروگاه علاوه بر تولید برق، امکان استفاده از حرارت باقی‌مانده را نیز فراهم می‌کند. هوایی که از مبدل حرارتی خارج می‌شود همچنان دمایی نزدیک به ۲۵۰ درجه سانتی‌گراد دارد و می‌تواند برای فرایند‌های صنعتی یا راه‌اندازی سامانه‌های سرمایش جذبی استفاده شود. در صورت نیاز به دما‌های بالاتر نیز امکان ترکیب این جریان با هوای داغ خروجی از بخش ذخیره‌سازی وجود دارد، هرچند چنین اقدامی بخشی از انرژی قابل استفاده برای تولید برق را مصرف خواهد کرد. استفاده هم‌زمان از برق و گرما می‌تواند برای مجموعه‌های صنعتی که به هر ۲ نوع انرژی نیاز دارند، ارزش اقتصادی بیشتری ایجاد کند و بهره‌وری کلی تأسیسات را افزایش دهد.
نخستین نیروگاه یک مگاواتی در هند ساخته می‌شود
شرکت ۲۴۷Solar قراردادی ۲۵ ساله با شرکت برق NTPC هند برای اجرای نخستین پروژه تجاری خود امضا کرده است. این نیروگاه ترکیبی با ظرفیت تقریبی یک مگاوات در پارک خورشیدی بادلا در ایالت راجستان احداث خواهد شد و از یک واحد خورشیدی حرارتی ۴۰۰ کیلوواتی در کنار چندصد کیلووات ظرفیت پنل فتوولتائیک بهره می‌برد. بخش حرارتی شامل ۲ مولد ۲۰۰ کیلوواتی است که از سامانه مشترک دریافت و ذخیره گرما استفاده می‌کنند. ابعاد محدود پروژه باعث می‌شود هدف اصلی آن بیش از تولید گسترده برق، آزمایش عملکرد اجزای سامانه در شرایط واقعی و ارزیابی قابلیت اطمینان فناوری باشد. این طرح همچنین فرصتی برای بررسی هزینه‌های ساخت، بهره‌برداری و نگهداری تجهیزات فراهم می‌کند تا مشخص شود استفاده از نیروگاه خورشیدی با قابلیت پشتیبانی سوختی تا چه اندازه می‌تواند از نظر اقتصادی با روش‌های متداول رقابت کند.
طراحی این سامانه از ساختار ماژولار استفاده می‌کند و افزایش ظرفیت با اضافه کردن واحد‌های جدید امکان‌پذیر خواهد بود. مهندسان شرکت هم‌اکنون روی طراحی نیروگاهی با ظرفیت ۳ مگاوات کار می‌کنند که در آن چند واحد تولید برق از یک برج مشترک دارای گیرنده‌های حرارتی و تجهیزات ذخیره‌سازی استفاده خواهند کرد. چنین ساختاری می‌تواند هزینه توسعه ظرفیت را کاهش دهد و به مشتریان اجازه دهد متناسب با میزان مصرف خود، تعداد ماژول‌های موردنیاز را انتخاب کنند. با این حال، موفقیت طراحی در مقیاس کوچک لزوماً تضمین‌کننده عملکرد اقتصادی آن در ظرفیت‌های بالاتر نیست و عواملی مانند راندمان تبدیل گرما به برق، دوام تجهیزات در دما‌های بالا و هزینه تعمیر و نگهداری باید در شرایط عملی بررسی شوند.
معادن دورافتاده می‌توانند از مشتریان اصلی فناوری جدید باشند
یکی از بازار‌های مورد توجه سازنده، معادن و تأسیسات صنعتی دورافتاده هستند که به شبکه برق سراسری دسترسی ندارند یا برای تأمین انرژی به مولد‌های دیزلی وابسته‌اند. در این مناطق، انتقال سوخت می‌تواند هزینه بالایی داشته باشد و مصرف مداوم گازوئیل نیز هزینه بهره‌برداری و میزان انتشار آلاینده‌ها را افزایش می‌دهد. سامانه جدید می‌تواند بخش عمده انرژی موردنیاز را از تابش خورشید تأمین کند و تنها هنگام کاهش ذخیره حرارتی یا تداوم شرایط نامساعد آب‌وهوایی از سوخت پشتیبان استفاده کند. علاوه بر این، امکان تأمین گرمای صنعتی برای برخی مراحل فرآوری مواد معدنی وجود دارد که می‌تواند وابستگی مجموعه‌های معدنی به تجهیزات حرارتی جداگانه را کاهش دهد. چنین کاربرد‌هایی به‌ویژه برای شرکت‌هایی اهمیت دارند که موظف‌اند انتشار کربن فعالیت‌های خود و زنجیره تأمینشان را اندازه‌گیری و کاهش دهند.
با این حال، گسترش استفاده از این فناوری در شبکه‌های برق عمومی به عوامل اقتصادی و مقرراتی وابسته خواهد بود. در بسیاری از بازارها، سازوکار قیمت‌گذاری برق ارزش جداگانه‌ای برای تولید پایدار انرژی تجدیدپذیر در تمام ساعات شبانه‌روز در نظر نمی‌گیرد و هزینه تأمین ظرفیت پشتیبان نیز ممکن است برعهده بخش دیگری از شبکه قرار گیرد. در نتیجه، صرفه‌جویی ناشی از حذف نیروگاه پشتیبان مستقل لزوماً به درآمد مستقیم برای سرمایه‌گذار تبدیل نمی‌شود. نخستین پروژه هند می‌تواند اطلاعات مهمی درباره عملکرد واقعی این ساختار ارائه دهد و مشخص کند که آیا ترکیب پنل‌های خورشیدی، ذخیره حرارتی و تولید برق با سوخت پشتیبان قادر است در مقایسه با استفاده جداگانه از پنل، باتری و نیروگاه گازسوز مزیت اقتصادی ایجاد کند یا خیر.
انتهای پیام/
