الرمل والجاذبية قد ينقلان محطات الطاقة الشمسية لأفق أعلى

[دبي] يسعى باحثو معهد مصدر للعلوم والتكنولوجيا بأبو ظبي إلى اختبار نموذج مطوّر لما قبل مرحلة التسويق التجاري، للمشروع البحثي ’ساندستوك‘، المعني برفع كفاءة محطات الطاقة الشمسية المركَّزة.

يهدف المشروع إلى تطوير نظام منخفض التكلفة، مستغلًا الجاذبية الأرضية في التقاط الطاقة الشمسية واختزانها، ومستخدمًا في هذا حبيبات الرمال مادةً وسيطة، تتكفل بتجميع الحرارة ونقلها وتخزينها.

يقول نيكولا كالفيه -أستاذ مساعد في قسم الهندسة الميكانيكية وهندسة المواد في معهد مصدر-: ”جرى اختبار نموذجين تجريبيين للنظام؛ سعيًا لإثبات كفاءته وإمكانية تطبيقه على نطاق واسع ضمن مشروعات كبيرة“.

والخطوة التالية هي اختبار نموذج أكثر تطورًا تمهيدًا لتسويقه تجاريًّا، على أن يكون هذا النموذج جزءًا من ’محطة معهد مصدر لأبحاث الطاقة الشمسية‘.

يقول كالفيه: ”يمثل توفير التمويل تحديًا؛ إذ نحتاج ما يقرب من ثلاثمئة ألف دولار أمريكي لاختبار النظام في مرحلة ما قبل التسويق“، مشيرًا إلى أن المخاطرة محدودة، خصوصًا وقد ثبتت جدوى النظام معمليًّا. 

ويضيف: ”قد تشهد هذه المرحلة تعاون المعهد مع أحد شركاء قطاع الصناعة“. 

يوضح كالفيه أن اختبار النظام شمل دراسة الثبات الحراري للرمال وسعتها الحرارية النوعية، وقدرتها على التكتل عند درجات حرارة مرتفعة، وقد أظهرت النتائج قدرة على تخزين طاقة حرارية تصل إلى 800-1000درجة مئوية.

يمتاز استخدام الرمل بالجدة والاستدامة، كونه متاحًا بوفرة في المنطقة وغير مكلف، خلافًا لوسائط التخزين التقليدية المستخدمة في أنظمة تخزين الطاقة الحرارية، كالزيوت الصناعية والأملاح المنصهرة.

وحول الكيفية التي يتم بها تخزين الطاقة في الرمال يقول كالفيه، شارحًا لشبكة SciDev.Net: ”استوحينا النظام من فكرة الساعة الرملية، حيث يستخدم هذا النظام خزانين متصلَين بعضهما ببعض بشكل عمودي عبر مجرى ضيق يسمح بانتقال حبات الرمل ’الباردة‘ من الخزان العلوي إلى الخزان السفلي ’الساخن‘“.

ويتابع كالفيه شارحًا: ”تبدأ دورة النظام بمرور الرمل البارد عبر لاقط شمسي، لتقوم أشعة الشمس المركزة بتسخينه، قبل الوصول إلى الخزان الساخن“، ومن ثَم يستفاد منه في تشغيل توربينات توليد الكهرباء، ويتم استكمال الدورة بتبريد الرمل وإعادته إلى أعلى خزان الرمل البارد.

وفيما يتعلق بنسبة الفاقد من الطاقة المخزنة، أوضح كالفيه أن تخزين الطاقة لا يتم ضمن حيز مفتوح، بل في خزان معزول يبقي مقدار فقد الحرارة ما بين درجة إلى درجتين مئويتين في اليوم.

يثني على ذلك التوجه، أمين مبارك، أستاذ القوى الميكانيكية بكلية الهندسة، جامعة القاهرة في مصر، والمشرف على أول وحدة مصرية خالصة لإنتاج الكهرباء من الطاقة الشمسية، مشيرًا إلى عدة تجارب تجرى منذ سنوات حول نفس الفكرة في العديد من البلدان المتقدمة، مثل الولايات المتحدة وألمانيا وأستراليا.

ويستدرك: ”ولكنها حتى الآن لم تخرج بنتائج يمكن تعميمها أو الاستفادة منها“.

وأضاف مبارك لشبكة SciDev.Net: ”ثمة تحديات تواجه تلك التجارب، أهمها عنصر التكلفة والجدوى الاقتصادية، والكيفية التي سيجري استرجاع الطاقة بها“.

واستطرد: ”عملية استرجاع الطاقة المخزنة تتطلب وجود مائع، وهو عبارة عن سائل أو هواء أو غاز يتم ضخه في التوربين، وهي مسألة تتطلب استهلاك طاقة كبيرة، ما يرفع من التكلفة“.

وقال مبارك إن اللافت هو أن التجارب الدولية في هذا المجال تعتمد على استخدام الصخور وليس الرمال في تخزين الطاقة وإعادة استرجاعها.

من ثم ”يعد المشروع رائدًا، وإذا ما أمكن التغلب على التحديات السابق ذكرها فسيكون له مردود كبير في مجال الطاقة الشمسية“. كما يقول مبارك، لا سيما في دول المنطقة العامرة برمال الصحاري.

هذا الموضوع أنتج عبر المكتب الإقليمي لموقع SciDev.Net بإقليم الشرق الأوسط وشمال أفريقيا