الصحاري، بعيدًا عن كونها مساحات فارغة، تجمع بين الميزات التقنية ذات القيمة الكبيرة لهذه المرافق: مستويات عالية من الإشعاعتربة ذات امتصاص حراري جيد، ورطوبة منخفضة، وغطاء نباتي قليل، مما يقلل الحاجة إلى أعمال الحفر. كل هذا يُسهّل حقول شمسية واسعة النطاق بدون تأثيرات بيئية كبيرة وبعوائد عالية.
التحول الحراري الشمسي في صحاري آسيا
في مقاطعة قانسو الصينية يوجد ما يُفترض أنه أول محطة للطاقة الشمسية الحرارية ذات البرجين من العالم. بنيتان من حوالي 200 متر عالية إنهم يتلقون الإشعاع المركز بواسطة مجال يبلغ حوالي 30.000 هليوستات مرتبة في دوائر متحدة المركز تتبع الشمس أثناء النهار.
صُمم هذا التكوين بحيث يُمكن إرسال الحرارة المنعكسة إلى أيٍّ من الأبراج، مما يُعزز التقاط الحرارة على مدار اليوم. في الأعلى، توجد أجهزة استقبال تُسخّن الأملاح المنصهرة، وهو سائل يعمل كبطارية حرارية لتخزين كميات كبيرة من الطاقة و توليد الكهرباء أيضًا في الليل.
يشير الجمع بين البرج المزدوج والحقل المتداخل إلى زيادة في الأداء تقترب من 24% بالمقارنة مع التصاميم التقليدية. بالإضافة إلى ذلك، انعكاسية المرآة حوالي 94%، وهو عامل رئيسي في تحويل معظم الإشعاع الساقط إلى حرارة مفيدة.
ومن المتوقع أن يكون المجمع، الذي يتعايش مع منشآت طاقة الرياح والطاقة الكهروضوئية، حوالي 1.800 مليون كيلووات ساعة سنويا من الإنتاج وتجنب ما يقرب من 1,53 مليار طن من ثاني أكسيد الكربونإن التصميم المعياري يترك الباب مفتوحا لإضافة المزيد من الأبراج في المستقبل إذا كان الهدف هو زيادة القدرة المركبة.
وتوفر البيئة الصحراوية فوائد إضافية: أراضي كبيرة ومتجانسة، مما يُقلل من المنافسة على استخدامات الأراضي ويُقلل من التأثيرات السلبية، مما يُبسط التخطيط. ورغم ارتفاع التكاليف الأولية لهذه البنى التحتية، فإن تشغيلها باستخدام التخزين الحراري يجعلها جذابة بشكل خاص لـ حقن الطاقة خلال ساعات الذروة ودعم مصادر الطاقة المتجددة الأخرى.
المكسيك تراهن على إنشاء أولى محطات الطاقة الحرارية الشمسية مع تخزين
أعلنت حكومة المكسيك عن بناء محطتين للطاقة الشمسية الحرارية في باجا كاليفورنيا سور باستثمار يقدر بـ 800 مليونتحت إشراف لجنة الكهرباء الفيدرالية (CFE). هذه هي المشاريع الأولى من نوعها في البلاد، مع التركيز على تعزيز العرض من نظام كهربائي معزول يعاني من انقطاعات خلال أشهر الطلب الأعلى.
وبحسب وزارة الطاقة، فإن كل محطة ستحتوي على تكنولوجيا برج مركزي والتخزين في الأملاح المنصهرة، مع قوة متوقعة تبلغ 50 ميجاوات لكل محطة (100 ميجاوات إجمالاً). الهدف هو الحصول على قدرة ثابتة دون انقطاعالحفاظ على الجيل بعد غروب الشمس بفضل الحرارة المتراكمة خلال النهار.
وقد أوضحت السلطات أن الطاقة التي يتم التقاطها بواسطة حقل المروحيات يتم تركيزه في مستقبل مرتفع حيث تصل الأملاح إلى درجات حرارة تصل إلى حوالي 500 درجة مئويةيتم نقل هذه الحرارة إلى مولد بخاري يدير توربينًا متصلًا بمولد كهربائي، مما ينتج الكهرباء للنظام المحلي.
وتشمل التأثيرات المتوقعة ما يلي: إزالة الكربون من المزيج الإقليمي من خلال استبدال أنواع الوقود مثل زيت الوقود والغاز، بالإضافة إلى تعزيز الابتكار وسلاسل القيمة مرتبطة بالطاقة الشمسية الحرارية. وتشير التقديرات إلى أن إمدادات هاتين المحطتين تكفي لتغطية احتياجات الكهرباء لـ بين 100.000 و 200.000 أسرة.
من حيث الإطار الزمني، فإن البناء يقع ضمن نطاق من 36 إلى 48 أشهرولم يتم تحديد الموقع الدقيق وعملية تقديم العطاءات بعد، وهي الإجراءات التي تعتزم السلطة التنفيذية إكمالها قبل نهاية العام أو، إذا لزم الأمر، في بداية عام 2026. وتشكل هذه المشاريع جزءًا من خطة تعزيز وتوسيع النظام الكهربائي الوطني 2025-2030، والتي تعطي الأولوية لتقنيات الطاقة المتجددة القابلة للإرسال.
كيف تعمل الطاقة الشمسية الحرارية المركزة (CSP)
يعتمد CSP على مجال المرايا المتحركة (هيليوستات) التي تعيد توجيه أشعة الشمس نحو مستقبل في أعلى البرج. هناك، يوجد سائل حراري - عادةً الأملاح المنصهرة- الذي يخزن الحرارة للاستخدام الفوري أو المؤجل، مما يجعل من الممكن توليد حتى بدون الشمس.
هذه الحرارة تغذي دائرة من تبادل الحرارة الذي يُنتج بخارًا عالي الضغط، يُحرك توربينًا متصلًا بمولد. على عكس الطاقة الكهروضوئية التي تُحوّل الضوء إلى كهرباء فورًا، تُحوّل الطاقة الشمسية الحرارية تحويل الحرارة إلى كهرباء وبفضل التخزين، أصبح الإنتاج أكثر قابلية للإدارة.
ومن بين الفوائد الأكثر ذكرًا لهذه التكنولوجيا: جدول مرن ودورها كنسخة احتياطية للنظام. بفضل قدرتها على تحديد وقت إطلاق الطاقة، تساعد محطات الطاقة الشمسية المركزة تنعيم ذروة الطلب وتقليل استخدام محطات الطاقة التي تعمل بالوقود الأحفوري في الليل.
غالبًا ما تكون الصحاري أماكن مثالية لـ CSP بسبب مزيج من إشعاع عاليظروف جوية مستقرة وعوائق مادية أقل. بالإضافة إلى ذلك، فإن قلة الغطاء النباتي تقلل الحاجة إلى الإزالة المكثفة وتحد من التأثير على البيئة إذا تم التخطيط لها بشكل صحيح.
- قدرة الشركة: إنتاج مستقر بفضل التخزين الحراري.
- إزالة الكربون: يحل محل الوقود الأحفوري خلال ساعات الذروة.
- التكامل: يتناسب مع طاقة الرياح والطاقة الكهروضوئية للحصول على مزيج متوازن.
- التدرجية: تصميمات معيارية تسمح بإضافة أبراج أو حقول مرآة.
التحديات والنضج التكنولوجي والخطوات التالية
على الرغم من أن CSP قد حققت قفزة إلى الأمام مع تصاميم الأبراج المزدوجة والتحسينات البصرية، والتحديات مثل الاستثمار الأولي وكفاءة النظام الشاملة و إدارة العمليات في ظروف جوية مغبرة أو عاصفة. التعلم من التجارب السابقة، بما في ذلك المبادرات غير الناجحة، يُساعد على تعديل التوقعات وتحسين التكاليف.
تستكشف الصين، من خلال مشروعها في قانسو، حدود التكامل على نطاق واسع الطاقة الشمسية الحرارية مع التخزين. تسعى المكسيك، بمحطاتها الجديدة في باجا كاليفورنيا سور، إلى حل مشكلة محددة للغاية: توفير أمن الإمدادات إلى نظام الجزيرة في الممارسة العملية، بالاعتماد على مصدر متجدد مع قدرة الإرسال.
إذا حققت هذه الخطط أهدافها، فقد يتمكن القطاع من تسريع توحيد معايير المكونات، وتحسين سلاسل التوريد وخفض تكاليف رأس المال. على المدى المتوسط، تهدف الطاقة الشمسية المركزة إلى ترسيخ مكانتها كحليف لمصادر الطاقة المتجددة الأخرى لتغطية تكاليف الطاقة الليلية والنهارية. ارتفاع الطلب من دون اللجوء إلى الوقود الأحفوري كثيراً.
الصورة البانورامية التي رسمتها قانسو وباها كاليفورنيا سور هي صورة الطاقة الشمسية الحرارية أكثر نضجًا، مع محطات قادرة على تخزين الحرارة وتوصيلها عند الحاجة: برجان بارتفاع 200 متر و30.000 ألف هليوستات في آسيا كنموذج تكنولوجي، ومشروعان مكسيكيان بقدرة إجمالية تبلغ 100 ميجاوات بهدف ضمان الخدمة في شبكة معزولة؛ وهي مؤشرات على أن الطاقة الشمسية الحرارية يعزز دوره في التحول في مجال الطاقة.
