الطاقة المتجددةتكنولوجيا

استخدام الطاقة الشمسية في تحلية المياه

د. محمد علي درويش
د. حسن كمال عبدالرحيم

تمثل ندرة مصادر المياه الطبيعية مشكلة حقيقية في دول الخليج العربي، حيث يزيد معدل استهلاك المياه فيها بأشواط عدة عن المياه المتاحة والمتجددة بطريقة طبيعية، إذ تبلغ نسبة المياه المستهلكة إلى المياه المتجددة 63 مرة في الكويت، و39 مرة في الإمارات، و12 مرة في قطر، و11 مرة في السعودية، و4.4 مرة في البحرين، ومرة واحده في عمان.

وتؤدي المياه العذبة الناتجة من تحلية ماء البحر دوراً رئيسياً في الوفاء بالمياه المطلوبة للبلديات (للإسكان والمرافق العامة) إذ تبلغ نسبتها %99 في قطر و%96 في الكويت، كما تبلغ النسبة المئوية من مياه التحلية إلى مجموع المياه العذبة المستهلكة %79 في البحرين، و%75 في قطر، و%69 في الكويت، و%67 في الإمارات، و%44 في عمان و%14 في السعودية.
ولا توجد أي منطقة في العالم تعتمد على مياه التحلية بهذه النسب المرتفعة. وتبلغ حصة دول الخليج في سعة محطات تحلية مياه البحر في العالم في مجموعها أكثر من %47 من السعة العالمية، وتشمل %18 في السعودية، و%16.66 في الإمارات، و%6.46 في الكويت، و%1.38 في عمان و%1.32 في البحرين، في حين تبلغ حصة الولايات المتحدة %8.17 وإسبانيا %7.64. هذا، وتزيد الحاجة باطراد إلى مياه التحلية وإلى بناء محطات تحلية جديدة نتيجة الزيادة المستمرة في عدد السكان وارتفاع مستوى المعيشة في دول الخليج.

تكلفة التحلية
وما لا يعلمه معظم الأشخاص هو التكلفة الهائلة لتحلية المياه واستهلاكها لكميات كبيرة من الوقود النفطي (مثل النفط والغاز الطبيعي) الذي تمثل تكلفته حصة كبيرة من التكلفة الكلية لمياه التحلية.
في الوقت نفسه، تعاني كل دول الخليج (باستثناء قطر) من أجل الحصول على الغاز الطبيعي الذي يستخدم في تشغيل محطات الطاقة وتحلية المياه المشتركة، كما أن الاستهلاك المرتفع للوقود النفطي بسبب تحلية مياه البحر يسبب انبعاث غازات الدفيئة، مثل ثاني أكسيد الكربون المسبب لتلوث الهواء وتغير المناخ. وتؤثر عملية التحلية سلباً على البيئة البحرية حيث يتم طرد محلول ملحي شديد الملوحة (مرة ونصف قدر ملوحة مياه الخليج) وعند درجات حرارة قد تزيد على 10 درجات مئوية عن درجة حرارة الخليج، كما أن هناك تقديرات تشير إلى زيادة ملوحة مياه الخليج ودرجة حرارته بنحو %2.
وتوفر الطاقة الشمسية عند استخدامها لإنتاج مياه التحلية (وتسمى التحلية الشمسية) مصدر طاقة متجدداً ونظيفاً وآمناً ومجانياً يقلل الاعتماد على الوقود النفطي، ويحد من انبعاث غازات الدفيئة، ويوفر مصدراً مستداماً لإنتاج مياه التحلية.
وتقوم التحلية الشمسية على تحويل الطاقة الشمسية إلى طاقة حرارية أو طاقة كهربائية ودمجها في محطات التحلية العادية.

طرق التحلية
تستهلك عمليات تحلية مياه البحر إما طاقة حرارية أو طاقة ميكانيكية (وتسمى طاقة كهربائية أو طاقة الشغل) أو كلتيهما.
ويمكن تصنيف طرق التحلية بصورة عامة إلى التحلية بالتقطير أو التحلية بالأغشية.

1. التحلية بالتقطير
وتشمل الطرق الآتية:
1 – طريقة الغليان المتعدد التأثير (تعمل بالطاقة الحرارية).
2 – طريقة البخر الفجائي المتعدد المراحل (تعمل بالطاقة الحرارية).
3 – طريقة ضغط البخار حرارياً (تعمل بالطاقة الحرارية).
4 – طريقة ضغط البخار ميكانيكياً (تعمل بالطاقة الميكانيكية).
في التحلية بالتقطير يتم توليد بخار ماء نقي من ماء البحر ثم تكثيف هذا البخار ليعطي مياها عذبة نقية. ويتم توليد البخار من ماء البحر إما عن طريق الغليان (رفع درجة الحرارة حتى درجة الغليان، كما في طريقة الغليان المتعدد التأثير) أو البخر الفجائي كما في طريقة البخر الفجائي المتعدد المراحل.
وتشمل طرق التحلية بالتقطير طريقة انضغاط البخار حرارياً، وطريقة انضغاط البخار ميكانيكياً، والتي يتم فيها استخدام ضاغط يدار بمحرك كهربائي أو محرك ديزل أو تُربين غازي يقوم برفع ضغط البخار المتولد في التأثير الأخير ليدخل التأثير الأول كبخار تسخين.
إن طرق التحلية بالتقطير التي تعمل بالطاقة الحرارية، تحتاج أيضاً إلى طاقة كهربائية لإدارة أجهزة التحكم والمضخات المسؤولة عن سريان الموائع المختلفة داخل المحطة.

2 – التحلية بالأغشية
أهم طرق التحلية بالأغشية هي:
1. طريقة التناضح العكسي.
2. طريقة الديلزة الكهربائية، وتسمى أيضا الفرز الغشائي الكهربائي.
في طريقة التناضح العكسي، يتم ضغط ماء البحر إلى غشاء شبه منفذ (أغشية التناضح العكسي شبه المنفذة تسمح فقط لجزيئات المياه بالنفاذ خلال الغشاء ولا تسمح لجزيئات الأملاح بالنفاذ). وهي أكثر طرق التحلية انتشاراً في العالم لقلة استهلاكها للطاقة وتنافس بقوة طريقة البخر الفجائي المتعدد المراحل في تحلية مياه البحر في دول الخليج.
أما طريقة الديلزة الكهربائية فهي طريقة فصل كهربائي للأملاح من الماء، ويقتصر استخدامها على تحلية المياه الصليبية (قليلة الملوحة) لأن الطاقة الكهربائية المستهلكة تتناسب طردياً مع نسبة الأملاح الذائبة المراد إزالتها.
ولإعطاء فكرة مبسطة عن الطاقة المستهلكة في طرق التحلية المستخدمة حالياً، نشير إلى طريقة البخر الفجائي المتعدد المراحل مع استعادة جزء من سريان الماء الملحي (R-MSF). ويعمل هذا النظام عند درجة حرارة قصوى للماء الملحي في حدود 110 درجات مئوية، لذا يحتاج النظام لبخار تسخين S تصل درجة حرارة تشبعه إلى 117 درجة مئوية يتم تزويد مسخن الماء الملحي به. هذا ويتم تقييم أداء وحدات R-MSF بتعبير يسمى معامل الكسب ويساوي كمية الماء المقطر الناتج D مقسوماً على كمية بخار التسخين S، أي إن معامل الكسب = D/S. كما يتم تقييم الأداء بكمية الحرارة النوعية التي يفقدها بخار التسخين Q في مسخن الماء الملحي لإنتاج وحدة من الماء العذب D، أي إن الحرارة النوعية = Q/D. ويراوح مقدار معامل الكسب في وحدات التحلية بالبخر الفجائي العاملة في منطقة الخليج بين 6 و10، في حين تراوح قيمة الحرارة النوعية بين 250 و 300 كيلوجول/كغم من مياه التحلية العذبة.
وتستخدم أنظمة البخر الفجائي المتعدد المراحل طاقة كهربائية بواسطة المضخات تبلغ نحو 4 كيلوواط ساعة/متر مكعب من ماء التحلية.
ويمكن أن يتم تزويد بخار التسخين لوحدات البخر الفجائي المتعدد المراحل مباشرة من مولد بخاري (غلاية)، وعندها تكون قيمة حرارة الوقود النوعية (أي لكل متر مكعب من ماء التحلية) نحو 360 ميغاجول/متر مكعب، حيث تشمل كمية حرارة الوقود المستهلكة نتيجة تزويد بخار التسخين بالإضافة إلى كمية الحرارة المكافئة للطاقة الكهربائية المستخدمة في المضخات والتي تبلغ نحو 40 ميغاجول/متر مكعب. أما عندما يمكن تزويد البخار باستنزافه (بسحبه) من تربين بخاري عند ربط محطة التحلية بمحطة طاقة بخارية، فإن قيمة حرارة الوقود النوعية تنخفض إلى 200 ميغاجول/متر مكعب.
أما وحدات التقطير بالغليان المتعدد التأثير فهي أكثر كفاءة في استخدام الطاقة مقارنة بوحدات البخر الفجائي المتعدد المراحل. ويتم تقييم أداء تلك الوحدات أيضا بمعامل الكسب (D/S)، حيث يتم تزويد بخار التسخين S إلى التأثير الأول ويعود متكثفا إلى مصدر البخار، وD هي معدل إنتاج مياه التحلية العذبة. ويراوح معامل الكسب بين 6 و 12، ومقدار الحرارة النوعية المستهلكة بين 180 و300 ميغاجول/متر مكعب. لكن عندما يتم تشغيل وحدات التحلية بالغليان عند درجات حرارة منخفضة حيث درجة الحرارة القصوى لماء البحر تبلغ 65 درجة مئوية، فبالتالي يمكن تخفيض درجة حرارة تشبع بخار التسخين إلى 100-70 درجة مئوية (أي أقل من ضغط بخار التسخين المزود لوحدات البخر الفجائي)، ومن ثم يكون بخار التسخين أقل قيمة وأقل إتاحية (Availability)، كما أن طاقة الضخ في وحدات الغليان المتعدد التأثير تبلغ نحو نصف طاقة الضخ المستخدمة في وحدات البخر الفجائي، أي نحو 2 كيلوواط ساعة/متر مكعب. وبذلك تبلغ الحرارة النوعية المستخدمة في هذه الطريقة نحو 320 ميغاجول/مترمكعب عندما تزود تلك الوحدات ببخار تسخين مباشرة من مولد بخاري، ونحو 150 ميغاجول/متر مكعب عندما تزود ببخار تسخين مستنزف من تربين بخاري.
أما في وحدات التحلية بانضغاط البخار حراريا، فإن معظم البخار الناتج في التأثير الأخير يتم ضغطه بواسطة ضاغط بخاري ليدخل التأثير الأول كبخار تسخين، ويتم تشغيل الضاغط البخاري بواسطة بخار محرك له ضغط مرتفع مقارنة بضغط البخار المستخدم بوحدات البخر الفجائي أو وحدات الغليان المتعدد التأثير العادية.

3 – التحلية الشمسية
هناك عدة طرق للتحلية بواسطة الطاقة الشمسية تشمل:
أ. تحويل الطاقة الشمسية إلى كهرباء تدير محطات التحلية، مثل استخدام الخلايا الشمسية لإنتاج كهرباء تقوم بتشغيل وحدات التحلية التي تدار بالطاقة الميكانيكية كالتناضح العكسي، أو التحلية بانضغاط البخار ميكانيكيا أو الديلزة الكهربائية.
ب. تحويل الطاقة الشمسية إلى طاقة حرارية تدير محطات التحلية مباشرة:

1 – الأحواض الشمسية
الحوض الشمسي عبارة عن حوض ضحل يملأ بماء البحر ويغطى بغطاء شفاف (زجاج أو بلاستيك)، وتنتقل أشعة الشمس خلال الغطاء ويمتصها الماء كطاقة حرارية. ولضمان الاستفادة القصوى من الطاقة الشمسية يتم طلاء الحوض من الداخل باللون الأسود لكي يمتص أكبر كمية من الحرارة، لكن سعة الإنتاج لمثل هذه الأحواض تكون منخفضة.

2 – المجمعات الشمسية من دون تركيز:
تستخدم مجمعات شمسية من دون تركيز لأشعة الشمس، وهي تتلقى أشعة الشمس وتمتصها كطاقة حرارية وتنقلها إلى مائع (سائل) يسري خلال مجمع الطاقة الشمسية.

3 – المجمعات الشمسية مع التركيز:
تتمثل في مجمعات شمسية تقوم بعكس وتركيز أشعة الشمس على أنبوب ماص للحرارة ليغلي الماء المار في الأنبوب، كما في المجمع الشمسي المسمى (فرزنل الخطي)، أو مجمع (القطع المكافئ)، حيث يتم تسخين زيت يسري في الأنبوب الماص للحرارة، ثم يقوم بنقل حرارته إلى ماء في مبادل حراري لينتج بخاراً، ويتم تزويد هذا البخار لوحدات التحلية بالبخر الفجائي.

4 – تحويل الطاقة الشمسية إلى طاقة حرارية تدير محطات التحلية بطريقة غير مباشرة:
يمكن استخدام البخار الناتج من المجمعات الشمسية بالتركيز مثل مجمعات القطع المكافئ أو مجمعات فرزنل الخطية في إدارة محطة طاقة حرارية تنتج طاقة كهربائية، تقوم بدورها بتشغيل محطات التحلية التي تعمل بالطاقة الكهربائية مثل محطات التناضح العكسي.

5 – استخدام الطاقة الشمسية المحولة مباشرة لطاقة كهربائية
محطات التحلية بالتناضح العكسي هي الأكثر شيوعاً بالعالم لانخفاض استهلاكها من الطاقة مقارنة بوحدات التقطير، وقد ثبت إمكانية استعمال الخلايا الشمسية في إدارة وحدات التناضح العكسي من الناحية التقنية، أما بالنسبة للناحية الاقتصادية، فيقتصر استعمالها على الأمكنة النائية التي لديها مصدر ماء بحر أو ماء صليبي، وتكون تكلفة نقل الماء العذب إليها مرتفعة. ويساعد على استخدام الخلايا الشمسية الانخفاض المستمر في أسعارها.
وتصنع الخلايا الكهرضوئية (الخلايا الشمسية) من مادة أو مواد من أشباه الموصلات تحول ضوء الشمس مباشرة إلى تيار كهربائي مستمر. ومعظم الخلايا الشمسية مصنعة من بلورات السيليكون. وتنتج الخلية الشمسية تحت أشعة الشمس العالية أكثر من 30 ملي أمبير لكل سنتيمتر مربع من مساحتها. ويتم عادة ربط عدة خلايا معاً لإضافة قدرات توليد كهربائية.

الخلايا الشمسية والتخزين
يتم ترتيب مصفوفة الخلايا ليتم تشغيل جهاز ذي مواصفات محددة. والخلايا الشمسية هي القلب بالنسبة لأي منظومة خلايا شمسية، والتي تشمل بجانب الخلايا الشمسية هياكل التثبيت التي تحمل الخلايا وتقوم بتوجيهها في اتجاه أشعة الشمس، كما يمكن تثبيتها في جهاز تتبع لحركة الشمس إذا كان هناك مبرر للتكلفة الإضافية. وتشمل كذلك طرق تخزين الطاقة الكهربائية كالبطاريات لتشغيل الحمل خلال أوقات الغيوم، أو عدم سطوع الشمس. وقد يكون نظام التخزين مطلوباً وضرورياً لأنظمة الخلايا الشمسية لأن إنتاجها يعتمد على كثافة أشعة الشمس ودرجة الحرارة، وبالتالي يختلف الإنتاج وفق الوقت. لذا، فإن التيار المستمر الناتج من الخلايا قد يخزن في البطاريات، أو يوصل للشبكة أو الحمل. ويجب أن يراقب كل ذلك من أجل تشغيل سلس للنظام. ويطلق على عناصر التحكم في انتظام التيار الناتج «منظم الشحن».
ومدخلات الطاقة إلى نظام PV هي الإشعاع الشمسي الساقط، وهو قوة الإشعاع الضوئي على وحدة المساحة ويعبرعنها بالكيلوواط على المتر المربع. ويتكون الإشعاع الشمسي الساقط من إشعاع مباشر وإشعاع منتشر يسمى مجموعهما الإشعاع الكلي. وإذا تم تجميع الإشعاع الشمسي الساقط خلال فترة من الزمن (ساعة، يوم أو سنة)، فإنه يتم الحصول على كمية الطاقة الشمسية الساقطة على وحدة المساحة في تلك الفترة من الزمن. ويمكن الحصول على مزيد من طاقة الإشعاع الشمسي الساقط إذا كان سطح مصفوفة الخلايا مائلا بزاوية تساوي خط العرض.
وتحدد الاختبارات القياسية للخلايا الشمسية (عند إشعاع شمسي قدره 1000 واط/متر مربع، درجة حرارة الخلية الشمسية 25 درجة مئوية، كتلة الهواء 1.5) خصائص الإنتاج الكهربائي القياسي لتلك الخلايا. ويتم تحديد المواصفات القياسية عند نقطة إنتاج الطاقة القصوى من منحنى الجهد- التيار. ومن أجل ضمان مواصفات أداء الوحدات، يتم تغطية أو تغليف الخلايا جيدا بزجاج للحماية ضد التآكل والرطوبة والتلوث والعوامل الجوية.
وتعتمد كمية الطاقة المستهلكة في نظام التحلية بالتناضح العكسي أساساً على مستوى ملوحة مياه التغذية. وتشكل المعالجة الأولية لمياه التغذية في نظام التناضح العكسي مرحلة أساسية لتجنب أو تقليل تلوث الأغشية مما يؤثر على أداء واعتمادية وحدات التحلية بالتناضح العكسي. ومن المزايا الرئيسية لمحطات التحلية بالتناضح العكسي العمل عند درجة حرارة الغرفة وإمكانية بناء المحطة بصورة نمطية، مما يعطي مرونة عند الحاجة لزيادة الطاقة الإنتاجية عند قصر فترة البناء، وانخفاض الطاقة المستهلكة مقارنة بأنظمة التقطير الحرارية. وعادة ما تعمل مضخات محطة التحلية باستخدام التيار المتردد، وهذا يعني أن هناك حاجة إلى محول من التيار المستمر إلى التيار المتردد. كما قد تكون هناك حاجة إلى البطاريات للحفاظ على التشغيل المستمر للنظام، حتى عندما تكون الطاقة الشمسية غير كافية أو وجود تغيرات كبيرة في الطاقة الكهربائية المولدة من الخلايا الشمسية. لذلك، يتضمن النظام الكهرضوئي المتكامل بجانب الخلايا الشمسية، البطاريات، ووحدة تحكم، ومحول التيار إضافة إلى أنواع مختلفة للتحكم عند تغير الأحمال الكهربائية.
ويمكن أن تعتمد وحدات التناضح العكسي على الطاقة الناتجة من الخلايا الشمسية فقط أو إضافة طاقة من مصادر أخرى مثل تربينات الرياح، أو محركات الديزل، أو الربط بشبكة إمدادات الطاقة الكهربائية. ويمكن للخلايا الشمسية أن تكون ثابتة التوجه إلى الشمس أو يتغير اتجاهها لتتعامد مع أشعة الشمس طوال اليوم.
وعند استخدام طريقة التناضح العكسي لتحلية مياه البحر، فإن الماء الملحي المطرود يكون عند ضغط مرتفع، ويمكن استعادة طاقة هذا الماء بأجهزة استرجاع الطاقة مما يؤدي إلى خفض الطاقة المستهلكة في إنتاج المياه العذبة. ومن المواد الأكثر استخداماً في تصنيع الخلايا الكهرضوئية السيليكون الأحادي البلورات (%42)، والسيليكون المتعدد البلورات (%45)، ونحو %12 من مركبات كبريتيد الكادميوم (CdS)، وكبريتيد النحاس (Cu2S)، وزرنيخ الغاليوم (GaAs). وعادة ما تجمع هذه الخلايا إلى وحدات لتنتج تياراً ثابت الجهد (تياراً مستمراً) عندما تتعرض للإشعاع الشمسي.

الطاقة المستخدمة في محطات تحلية المياه
يمكن أن تكون محطات التحلية قائمة بذاتها (مستقلة) أو تكون مرتبطة بمحطات توليد الطاقة، ومن ثمّ تدعى محطات التوليد المشتركة للطاقة وتحلية المياه (CPDP). ويتم في محطات تحلية المياه القائمة بذاتها استخدام مرجل بخاري لتوليد البخار اللازم لتشغيل محطات التحلية. ونادراً ما تستخدم هذه الطريقة في محطات التحلية ذات السعات الكبيرة لأن ذلك يمثل استخداماً سيئاً للطاقة الحرارية وهدراً كبيراً لها.
وتستهلك وحدة تحلية نمطية تعمل بنظام التقطير المتعدد المراحل (MSF) طاقة نوعية (Q/D) قدرها 270 ميغاجول/متر مكعب من المياه العذبة المنتجة. وعندما يتم تزويد وحدة التحلية ببخار مباشرة من مرجل بخاري ذي كفاءة حرارية مقدارها %90، تكون طاقة الوقود النوعية (QF/D) 300 ميغاجول/متر مكعب. وتبلغ الطاقة الكهربائية اللازمة لتشغيل المضخات المختلفة نحو 4 كيلوواط ساعة/متر مكعب.
وتقدر كمية الوقود المطلوبة لإنتاج تلك الطاقة الكهربائية (4 كيلوواط ساعة/متر مكعب) في محطة إنتاج كهرباء تعمل بكفاءة %36 بنحو 40 ميغاجول/متر مكعب. لذلك، فإن مجموع استهلاك الوقود للوفاء بالطاقة الحرارية والكهربائية المطلوبة لوحدات التقطير الفجائي المتعدد المراحل عند تزويدها ببخار مباشرة من مرجل بخاري هو 340 ميغاجول/متر مكعب.
وعند معرفة أن الطاقة الحرارية التي يولدها احتراق برميل من النفط تبلغ 6 غيغاجول، وافتراض سعر البرميل يعادل 100 دولار أمريكي، فإن تكلفة الوقود المستخدم لإنتاج متر مكعب من الماء العذب تعادل 5.6 دولار أمريكي/متر مكعب، وهذه تكلفة عالية جدا لإنتاج متر مكعب من الماء العذب.
وإذا تم استخدام الغاز الطبيعي الذي يعادل سعره %60 من سعر النفط، فإن تكلفة الوقود النوعية تظل مرتفعة عند 3.4 دولار أمريكي/متر مكعب.
وفي محطات إنتاج الطاقة والمياه البخارية المشتركة (CPDP) التي تعمل بواسطة الوقود، أو عن طريق الطاقة الشمسية، يتم توليد البخار عند درجة حرارة وضغط أعلى بكثير من تلك المطلوبة لوحدة التقطير المتعدد المراحل.
يزود البخار للتربينات البخارية (ST) ويسمح له بالتمدد وإنتاج عمل ميكانيكي يتحول إلى طاقة كهربائية بواسطة المولد الكهربائي، وذلك قبل أن يتم استنزافه (أو خروجه) جزئياً أو كلياً لتشغيل محطات التحلية، ويتم في هذه الحالة توزيع تكلفة إنتاج البخار بين محطتي الكهرباء والماء.
وفي محطة نمطية لإنتاج الكهرباء والماء، CPDP باستخدام تربينات بخارية، فإنه إذا تم السماح لكيلوغرام واحد من البخار (عند ظروف الاستنزاف لمحطة التحلية) بالتمدد في جزء من التربين عند ضغط منخفض حتى ضغط المكثف، سينتج نحو 490 كيلوجول من العمل الميكانيكي، ويعتبر هذا المقدار عملاً مفقوداً بالنسبة لمحطة الكهرباء نتيجة لاستنزافه واستخدامه في محطة إنتاج الماء. وفي محطة تقطير نمطية تعمل بمعامل كسب مقداره 8.5، فإن كيلوغراماً واحداً من البخار ينتج 8.5 كيلوغرام من الماء العذب، ويكون معدل العمل الميكانيكي المفقود من التربين لكل كيلوغرام من مياه التحلية هو 57.6 كيلوجول/كغم من مياه التحلية، ما يعادل 16 كيلوواط ساعة/متر مكعب، وعند إضافة مقدار الطاقة الكهربائية المستهلكة في عملية الضخ (4 كيلوواط ساعة/متر مكعب) يصبح مقدار العمل الميكانيكي المكافئ لإنتاج متر مكعب واحد من المياه باستخدام طريقة التقطير المتعدد المراحل نحو 20 كيلوواط ساعة/متر مكعب.
لإنتاج هذا المقدار من العمل من محطة توليد كهرباء ذات كفاءه %36 فإنها تحتاج إلى نحو 200 ميغاجول/متر مكعب، مقارنة بنحو 340 ميغاجول/متر مكعب في حالة توليد البخار مباشرة من الغلاية لمحطة التقطير، وهو ما يعادل خفضاً بمقدار %41 من طاقة الوقود المستخدم، وهذا ينطبق على المحطات التي تعمل بالوقود النفطي أو بالطاقة الشمسية. ومرة أخرى، فإن برميل الوقود الذي يولد 6 غيغاجول طاقة حرارية وسعره 100 دولار أمريكي، سيؤدي إلى جعل تكلفة الوقود المستخدم لإنتاج متر مكعب من الماء العذب في محطة إنتاج مشترك تعادل 3.3 دولار /متر مكعب، وهذه تكلفة عالية لإنتاج متر مكعب من الماء العذب. وإذا تم استخدام الغاز الطبيعي الذي يعادل سعره %60 من سعر النفط، فإن تكلفة الوقود النوعية تظل مرتفعة، وذلك عند 1.89 دولار/متر مكعب. وهذا الخفض في سعر الطاقة (مقارنة بطريقة توريد البخار من الغلاية لمحطة التحلية مباشرة) هو السبب الرئيسي في استخدام محطات الإنتاج المشترك لتوليد الطاقة وإنتاج الماء.

محطات توليد الطاقة الشمسية باستخدام مجمعات القطع المكافئ
تستخدم عدة أنواع من مجمعات الطاقة الشمسية لتحويل الطاقة الشمسية إلى طاقة حرارية على شكل بخار لتشغيل محطات الطاقة الشمسية (SPP). وهذه تشمل: مجمعات القطع المكافئ (PTC)، أو عدسات فرزنل الخطية (LFC) التي تركز أشعة الشمس على مستقبل خطي، وهناك أيضا المستقبلات المركزية (أبراج) وأطباق القطع المكافئ التي تقوم بتركيز الأشعة الشمسية على نقطة.
ومحطات التوليد بالطاقة الشمسية التي تستخدم مجمعات القطع المكافئ لتوليد البخار وتوريده لدورة رانكن الحرارية هي النوع الأكثر وثوقية والأوسع استخداماً. وتتكون مجمعات القطع المكافئ من مرايا لديها سطح منحن يعكس الإشعاع الشمسي المباشر الساقط عليها على أنابيب المستقبل المركبة على طول الخط البؤري للمجمع، ويتم المحافظة على أشعة الشمس متعامدة على المرايا ومُركزة على المستقبل على مدار اليوم.

اظهر المزيد

مقالات ذات صلة

اترك تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني. الحقول الإلزامية مشار إليها بـ *

زر الذهاب إلى الأعلى
إغلاق