محطة طاقة شمسية بقدرة 10 ميغاواط في دونهوانغ الصينية تخطط لاستخدام تقنية التخزين البارد تحت الأرض لمعالجة مشكلة ارتفاع الحرارة

أخبار ar.wedoany.com، اقترح باحثون استخدام تقنية التخزين الموسمي للطاقة الباردة تحت الأرض لحل مشكلة ارتفاع درجة حرارة المكثف في محطة طاقة شمسية حرارية بقدرة 10 ميغاواط في دونهوانغ بالصين. أظهرت المحاكاة أن هذه الخطة يمكن أن ترفع كفاءة توليد الكهرباء وتوفر الموارد المائية النادرة.

في مدينة دونهوانغ بمقاطعة قانسو، تواجه محطة طاقة شمسية مركزة تحدياً فريداً في التبريد. يؤدي ارتفاع درجة الحرارة في الصيف إلى انخفاض كفاءة المكثف الهوائي الجاف، بينما لا يمكن استخدام التبريد المائي بسبب الندرة الشديدة للمياه. تشهد المنطقة فصول شتاء قارسة البرودة وصيفاً شديد الحرارة، مع وجود فروق موسمية قصوى في درجات الحرارة. يتصور فريق البحث تخزين الطاقة الباردة من الشتاء تحت الأرض لاستخدامها في تبريد المكثف خلال الصيف.

جوهر هذه الخطة هو المبادل الحراري للآبار الأرضية (Borehole Heat Exchanger, BHE) – وهو أنابيب عمودية تُحفر في الأرض، يدور فيها سائل ويتبادل الحرارة مع التربة المحيطة. في الشتاء، يعمل الهواء البارد على تبريد السائل، ويتم تخزين الطاقة الباردة في التربة تحت الأرض؛ وفي الصيف، يتدفق الماء الساخن القادم من المكثف عبر نفس مجموعة الأنابيب، فتمتص التربة الحرارة ويبرد الماء ليعود إلى المكثف، دون الحاجة إلى استهلاك المياه العذبة.

للتحقق من الجدوى، استخدم الباحثون برنامج TRNSYS لإجراء محاكاة ديناميكية بناءً على بيانات السنة الجوية النموذجية لدونهوانغ، مع تتبع تطور درجة حرارة التربة وكميات تخزين واستخراج الطاقة الباردة لكل ساعة. أظهرت نتائج المحاكاة أنه مقارنة بالمكثف المائي التقليدي، يمكن لنظام التخزين الموسمي للطاقة الباردة أن يرفع كفاءة المحطة بنسبة تصل إلى 1.54%؛ ومقارنة بالمكثف الهوائي الجاف، يمكن رفع الكفاءة بنسبة تصل إلى 2.74%. على نطاق 10 ميغاواط، يعني تحسن الكفاءة بنسبة 1% إلى 2% كمية إضافية كبيرة من الكهرباء المولدة. في الوقت نفسه، يمكن لهذه الخطة أن تقلل بشكل كبير من استهلاك المياه العذبة في التبريد التبخيري، وهو أمر بالغ الأهمية للمناطق الجافة.

يشمل التقييم الفني والاقتصادي التكاليف الرأسمالية والصيانة والنفقات التشغيلية وفترة استرداد الاستثمار. على الرغم من أن تكاليف حفر الآبار الأولية للنظام الأرضي مرتفعة نسبياً، إلا أن تكاليف التشغيل منخفضة، مما يجعله مجدياً مالياً على مدى دورة حياة المشروع بأكملها. أشار الباحثون إلى أن التحليل الحالي يعتمد على المحاكاة، وأن الأداء الفعلي يعتمد على الظروف الجيولوجية تحت الأرض، مما يستلزم التحقق من خلال تجارب ميدانية تجريبية.

الاستشهاد الكامل للدراسة: Abbas, Z., Li, Y. & Wang, R. Numerical simulation of underground seasonal cold energy storage for a 10 MW solar thermal power plant in north-western China using TRNSYS. Front. Energy 15, 328–344 (2021). https://doi.org/10.1007/s11708-020-0676-1