تستخدم شمس تقنية الحوض المكافئ لتركيز أشعة الشمس وتحويلها إلى حرارة يتم إرسالها إلى توربين بخاري لتشغيله وتوليد الطاقة.

يتم تكثيف البخار الناتج من التوربين البخاري بمكثف مبرّد بالهواء.

يضم الحقل الشمسي مصفوفات من مجمعات الطاقة الشمسية المترابطة بشكل متواز باستخدام منظومة من الأنابيب المعزولة. يتم تدفق سائل نقل حراري بارد عند حوالي 280 - 300 درجة مئوية من مولد البخار إلى موزع السائل الحراري البارد الذي يوزعه على 192 حلقة من مجمعات الطاقة الشمسية. تتكون كل حلقة من أربع مصفوفات من مجمعات الطاقة الشمسية. يتم تسخين سائل النقل الحراري ضمن الحلقة ليتجه بعدها نحو موزع السائل الحراري الساخن الذي يعيد السائل الساخن من جميع الحلقات إلى مولد البخار الشمسي. وبهذه العملية، يدخل سائل النقل الحراري الحقل الشمسي عند 280 -300 درجة مئوية ويغادر الحقل عند 400 درجة مئوية.

تقوم مجمعات الطاقة الشمسية بتجميع حرارة الشمس من خلال أحواض من مرايا القطع المكافئ التي تعمل على تركيز الإشعاع الشمسي على خط من عناصر تجميع الحرارة المثبتة عند مركز القطع المكافئ. يتم تركيب مرايا القطع المكافئ على هيكل يتضمن أبراجاً ومحامل فولاذية. وتعمل المحطة وفق آلية التتبع أحادي المحور للشمس، ما يضمن الاستفادة المثلى من أشعة الشمس.

وتعمل أنابيب الامتصاص الموجودة ضمن عناصر تجميع الحرارة على تحويل أشعة الشمس إلى حرارة. في حين تتضمن حلقة سائل النقل الحراري استخدام سخان يعمل بنوعين من الوقود وذلك لتوفير الطاقة الحرارية المطلوبة أثناء وجود السحب أو تدني مستوى الأشعة الشمسية، وبالتالي تجنب إيقاف عمل التوربين البخاري وضمان قدرة المحطة على إنتاج 100 ميجاواط من الكهرباء.

يعمل سائل النقل الحراري على توليد بخار بدرجة حرارة تبلغ حوالي 380 درجة مئوية ضمن مولد البخار الشمسي. ولتعزيز كفاءة التوربينات البخارية، يتم تسخين البخار في معززات حرارية تعمل بنوعين من الوقود إلى درجة حرارة 540 درجة مئوية. حيث يتم تحويل البخار شديد السخونة إلى التوربين البخاري المكثف، الذي يقوم بدوره بتوليد الطاقة. ويتم استخدام المكثف المبرد بالهواء لتكثيف تدفق بخار عادم التوربين البخاري، لتتم إعادة ناتج التكثيف إلى مولد البخار الشمسي.

عناصر تقنية الطاقة الشمسية المركزة

1 2 3 4 5 6 7 8

مكونات الحقل الشمسي ذي أحواض القطع المكافئ

  • المرايا: تشكّل أحد أهم مكونات الحقل الشمسي ذو أحواض القطع المكافئ، وتعكس جزءاً كبيراً من أشعة الشمس الواصلة بفضل قدرتها العاكسة العالية. وتستخدم معظم أحواض القطع المكافئ مرايا زجاجية مطلية بالفضة.
  • أنابيب الامتصاص:تقوم أنابيب الامتصاص أو عناصر تجميع الحرارة (HCEs) بامتصاص جزء من الطاقة المنعكسة على المرايا، بالاستفادة من إمكانيتها العالية على امتصاص الأشعة وتخزينها. ومن الضروري أن يكون قطر أنابيب الامتصاص كبيراً كفاية لتشكيل عامل اعتراض عالي الأداء، دون أن تكون عريضة جداً لتقليل الضياع الحراري. وعامل الاعتراض هو معدل إجمالي الأشعة المنعكسة إلى معدل الأشعة المنعكسة التي تسقط على سطح أنابيب الامتصاص.
  • وحدات المحركات الهيدروليكية:تسمح لمصفوفات تجميع الطاقة الشمسية بالحركة وتتبع مسار الشمس طوال النهار. وتتألف كل وحدة من أسطوانتين، يتم التحكم بهما بواسطة صمامين، وتحددان اتجاه الدوران.
  • المفاصل الكروية: تستخدم لربط أنابيب سائل النقل الحراري بين الحلقات والرؤوس الرئيسية، بالإضافة إلى الأنابيب المتقاطعة مع صفوف المجمعات المتجاورة. وتقوم هذه الموصلات بامتصاص التوسع الحراري لأنبوب المجمع الذي يمتد على طول المجمعات، كما تسمح الموصلات للمجمعات بالدوران من موقعها الثابت وتتبع أشعة الشمس وهي تعمل.
  • الهيكل الحامل: يقوم الهيكل الحامل لأحواض القطع المكافئ بوضع المرايا في موقعها الصحيح، وتثبيت الأحواض، والسماح لها بتتبع أشعة الشمس بدقة. ويتألف الهيكل من مجسم رئيسي، وهو بمعظم الأحيان إطار مسطح أو بنية أنبوبية مصنوعة من الفولاذ. وتشمل العناصر الأخرى للهيكل:
    • نقاط دعم المرايا الموجودة على بنية الإطار المسطح أو أذرع الدعم الخاصة.
    • داعمات المستقبلات أو داعمات عناصر تجميع الحرارة (HCE).
    • الهيكل الخاص بتركيب الأبراج.

الخصائص الرئيسية للمضخات الرئيسية لسائل النقل الحراري

  • تتألف من مضخات طرد مركزي أفقية مصممة لتدوير الزيت الحراري بدرجات حرارة عالية.
  • المضخات مصممة لمقاومة العوامل الخارجية.
  • المضخات مزودة بمحركات ذات سرعات مختلفة تجعلها تتكيف مع متطلبات التدفق في الحقل الشمسي ذو أحواض القطع المكافئ.
  • المضخات متساوية من الناحيتين المادية والوظيفية، ومتصلة مع بعضها بالتوازي، كما تم تركيب أحدها كمضخة احتياطية.
  • تم تصنيع المضخات من مواد مضادة للتآكل والصدأ تلائم ظروف التشغيل.

الخصائص الرئيسية لنظام التمدد

  • يتألف من خزان للتمدد وعدة خزانات للفائض.
  • يتم وضع خزان التمدد دائماً فوق خزانات الفائض، ومن المفترض أن يكون موقعه مرتفعاً.
  • يبقى خزان التمدد خاملاً ومضغوطاً باستخدام النيتروجين، وذلك ضروري للحفاظ على ضغط الزيت الحراري مستقراً فوق ضغط الغليان ضمن نظام الحرارة والضغط العاليان.
  • عمل نظام التمدد:
    • عندما ينخفض مستوى سائل النقل الحراري في خزان التمدد لما دون مستوى الأمان، يتم تفعيل مضخات إعادة تدوير الفائض، فتسمح برفع المستوى في الخزان باستخدام الزيت الحراري المحفوظ في خزانات الفائض.  تعويض تقلص سائل النقل الحراري بسبب انخفاض حرارته.
    • عندما يرتفع مستوى سائل النقل الحراري في خزان التمدد فوق مستوى الأمان، يتم نقل الزيت الإضافي إلى خزانات الفائض عبر خطوط مفتوحة دائماً لنقل الفائض  تعويض تمدد سائل النقل الحراري بسبب ارتفاع حرارته.
    • يتم نقل فتحات غاز النيتروجين وأبخرة الزيت الحراري من خزانات التمدد والفائض إلى نظام حد الامتلاء لتحزينها.

الخصائص الرئيسية لسخّانات سائل النقل الحراري

  • تتضمن المحطة سبعة سخّانات تعمل بنوعين من الوقود في محطة شمس للطاقة، ويتمّ تزويدها عادةً بالغاز الطبيعي أو زيت الوقود (الديزل) كمصدر احتياطي.
  • يستخدم كل سخّان نظام إعادة دوران داخليّ لزيادة درجة حرارة الزيت الحراري قبل إرساله إلى المولّد البخاري الشمسي.
  • هناك ستة من بين السخّانات السبعة قادرة على توليد 50 ميجاواط من الكهرباء الصافية ليلاً لمواكبة الإنتاج الثابت الذي تحتاجه شركة أبوظبي للنقل والتحكم (TRANSCO). (إذا ما طلبت ذلك وفقاً لاتفاقية شراء الطاقة).

الخصائص الرئيسية لنظام المولد البخاري

  • يوجد خطان لتوليد البخار يعملان بالتوازي مع بعضهما البعض بواقع 50% من الحمل لكل منهما.
  • يضم كل خط لتوليد البخار :
    • موفّر (سخّان أولي في المولد البخاري الشمسي)
    • وعاء البخار
    • مبخران
    • سخّان فائق
  • تتمثل مهمة هذا النظام في إنتاج بخار ذي ضغط وحرارة عاليين.
  • يشهد النظام عملية كسح مستمرة وأخرى متقطعة عند بدء التشغيل.
  • يقوم الموفّر بتسخين مياه التغذية بواسطة الحرارة المنبعثة من مخرج السخّان الأولي لمياه التغذية. ويتدفق سائل النقل الحراري عبر الهيكل الخارجي بينما يتدفق الماء عبر جوانب الأنبوب.
  • يتحول الماء إلى بخار ضمن المبخّر ووعاءالبخار، ممّا يسمح للماء/البخار بالتدفق عبر جوانب الهيكل الخارجي، بينما يتدفّق سائل النقل الحراري عبر الأنابيب.
  • يقوم السخّان الفائق بتسخين البخار من درجة حرارة الإشباع إلى درجة فائقة. ويتمّ بعد ذلك إرسال البخار المسخّن إلى المعززات الحرارية قبل دخوله إلى التوربين البخاري.

الخصائص الرئيسية للمعززات الحرارية

  • تضم المحطة معززين حراريين يستخدمان الغاز الطبيعي كوقود أساسي والديزل كوقود احتياطي.
  • يرفع كل معزز درجة حرارة البخار من 376 إلى 540 درجة مئوية. ويعالج كل منهما 50% من إجمالي تدفق الكتلة الناجم عن نظام المولد البخاري.
  • الأجزاء الرئيسية لكلّ معزز حراري :
    • البخار: مناطق الإشعاع والحمل الحراري.
    • الهواء: السخّان الأولي لهواء الاحتراق لتحسين عملية الاحتراق.
  • حلقة التحكم الرئيسية هي أداة للتحكم بدرجة حرارة المخرج. ويتمّ من خلالها كذلك التحكم بنسبة الهواء إلى الوقود للحصول على أعلى مستويات الكفاءة وخفض الانبعاثات.

الخصائص الرئيسية لمولد التوربين البخاري

  • تتألف وحدة مولد التوربين البخاري من:
    • وحدة الضغط العالي للتوربين
    • وحدة الضغط المنخفض للتوربين
    • توصيلات البخار الرئيسية
    • ستة مسارات لسحب البخار
    • صمّام إغلاق لحالات الطوارئ
    • صمّام تحكم
    • نظام مانع تسرّب البخار
    • نظام زيت التشحيم
    • نظام التحكم بالزيت
    • مولّد كهربائي
    • الهيكل الخارجي
  • دورة رانكن الأساسية للبخار
  • تبلغ درجة الحرارة المباشرة للبخار في التوربين البخاري لمحطة شمس للطاقة 540 درجة مئوية ويبلغ ضغط التوربين 100 بار.
  • تمّ تصميم وتصنيع مولد التوربين البخاري والأنظمة المساعدة الأخرى بما يتماشى مع الظروف التشغيلية للمحطة. إذ يقلّل التشغيل الدوري وعمليات التشغيل السريع من وقت بدء التشغيل وتغيير نمطه.
  • إنّ الحفاظ على معايير الماء / البخار (مثل التوصيل ودرجة التسخين الفائق) ضمن النطاق الموصى به من قبل الشركةالمصنّعة هو أمر بالغ الأهمية طوال دورة حياة التوربين.
  • يتحكم الصمّام المنظّم للتوربين البخاري بالضغط المنزلق.

الخصائص الرئيسية للمكثّف المبرّد بالهواء

  • يتألف المكثّف المبرّد بالهواء ممّا يلي:
    • أنبوب بخاري مكوّن من خمسة صواعد، ووعاء للتصريف، وأنابيب متفرعة علويّة لتوزيع البخار في حزم الأنابيب المزعنفة، وأقراص الانفجار، والعديد من المكونات الأخرى.
    • تتضمّن كلّ وحدة من المكثّف المبرّد بالهواء حزم أنابيب مزعنفة، ومرواح، ومحركات، والعديد من المكونات الأخرى.
    • مضخّات تصريف للمكثّف المبرّد بالهواء
    • خزّان تكثيف
    • نظام لتفريغ الهواء
  • تمّ تصميم هذا النظام لتلقّي وتكثيف أيّ بخار متدفق من التوربين بشكل آمن، وتجاوز خط النظام في حال توقّف التوربين، أو دعم التصريف من خطوط الأنابيب الأخرى عند درجات الضغط العالية.
  • يوفر نظام التبريد الجاف هذا كميّة كبيرة من المياه بالمقارنة مع نظام برج التبريد.
Back to Plant