ما هي الطاقة الشمسية المركزة؟

الطاقة الشمسية المركزة (Concentrated solar power) المعروفة اختصاراً بـ(CSP)، هي تقنية لتوليد الطاقة تعتمد على تركيز أشعة الشمس والاستفادة من حرارتها.

يتم تركيز الأشعة الضوئية بواسطة مرايا تعكس هذه الأشعة وتوجهها إلى برج شمسي أو أنابيب مملوءة بالماء، يؤدي تسخين الماء إلى تبخره، هذا البخار يسبب دوران مولد يعطينا تياراً كهربائياً يتم إرساله عبر خطوط الكهرباء إلى المستهلكين.

يُقال إن العالم اليوناني أرخميدس هو أول مَن استخدم الطاقة الشمسية المركزة، حيث صمم زجاجاً لتركيز أشعة الشمس وحرق سفن الأسطول الروماني. لا يزال المؤرخون يشككون في قصة أرخميدس هذه نظراً لعدم وجود أي أدلة تدعمها.

بُنيت أول محطة للطاقة الشمسية المركزة في العالم بالقرب من جنوة في إيطاليا عام 1968، تتكون المحطة من مرايا تعكس أشعة الشمس وتركزها على برج شمسي، وكانت قادرة على إنتاج 1 ميغاوات من الكهرباء.

مزايا الطاقة الشمسية المركزة

الميزة الأكثر أهمية للطاقة الشمسية المركزة أنها متجددة، أي لن يتم استنفادها أبداً ويمكن استخدامها باستمرار، كما أنها لا تسبب إطلاق أي انبعاثات ضارة في الغلاف الجوي، هذا الأمر يجعلها مصدر طاقة صديقاً للبيئة يساعدنا على التخلي عن الوقود الأحفوري.

تعتبر الطاقة الشمسية المركزة أكثر استقراراً من مصادر الطاقة المتجددة الأخرى، مثل الطاقة الشمسية الكهروضوئية وطاقة الرياح التي توفر إمدادات متقطعة. يعود الفضل في ذلك إلى القدرة على تخزين الحرارة على شكل أملاح منصهرة تضمن توفير إمداد مستقر وموثوق للتيار الكهربائي.

يمكن دمج الطاقة الشمسية المركزة بسهولة في محطات الطاقة التي تعمل بالوقود الأحفوري، فهي تعتمد على نفس المبدأ، أي تسخين الماء للحصول على بخار يدير مولدات.

بالإضافة إلى ذلك كله، تعتبر محطات الطاقة الشمسية المركزة غير معقدة تقنياً ولا تتطلب الكثير من التكاليف للإدارة والصيانة.

عيوب الطاقة الشمسية المركزة

على الرغم من الفوائد العديدة التي ذكرناها، هناك بعض العيوب، فهي مثل الطاقة الشمسية الكهروضوئية وطاقة الرياح، تحتاج لمساحة واسعة من الأرض، هذا يجعلها مكلفة اقتصادياً خاصة في المناطق المأهولة بالسكان، حيث تكون تكلفة شراء أو استئجار الأرض كبيرة.

تستهلك الطاقة الشمسية المركزة كميات كبيرة جداً من الماء لتشغيل المولدات البخارية، لذلك، هناك توجه نحو استخدام مياه البحر بدلاً من المياه العذبة. كما قد يكون للإشعاع الشمسي المركز بعض المخاطر، حيث يمكن أن يؤدي إلى موت بعض الكائنات الحية -مثل الطيور- التي تنجذب إليه.

عملية تخزين الطاقة الحرارية والإبقاء على الملح المنصهر مكلفة للغاية، وهي تتطلب موادَّ قادرة على تحمل درجات الحرارة العالية.

كفاءة الطاقة الشمسية المركزة

تؤثر العديد من العوامل على كفاءة محطات الطاقة الشمسية المركزة، مثل نوع المرايا العاكسة وكمية الإشعاع الشمسي ونوع المولدات المستخدمة، بحسب تقديرات شركة إنرجي سيج (EnergySage)، تحقق معظم محطات الطاقة الشمسية المركزة كفاءة تتراوح بين 7 و25%. أي أنها تحوّل 7 إلى 25% من الإشعاع الشمسي الساقط عليها إلى طاقة.

للمقارنة بمصادر الطاقة المتجددة الأخرى، يمكن أن تحقق أنظمة الطاقة الكهرومائية كفاءة تصل إلى 90%، ويمكن لتوربينات الرياح تحقيق كفاءة تصل إلى 59%.

تساوي كفاءة محطات الطاقة الشمسية المركزة تقريباً كفاءة الطاقة الشمسية الكهروضوئية، فمعظم الألواح الكهروضوئية تحقق كفاءة تتراوح بين 14 و23%.

أين توجد مشاريع الطاقة الشمسية المركزة؟

إسبانيا هي الدولة الأكثر استثماراً في مجال الطاقة الشمسية المركزة، تريد الدولة أن تضاعف قدرات توليد الكهرباء بهذه الطريقة من خلال بناء مزيد من المحطات في الأعوام القادمة.

تعتبر أكبر محطة للطاقة الشمسية المركزة في العالم هي محطة ورزازات للطاقة الشمسية في المغرب، بدأت هذه المحطة العمل في عام 2016 وتبلغ قدرتها 510 ميغاوات، وهي توفر الكهرباء لنحو 1.1 مليون مغربي.

من المتوقع أن تفقد محطة ورزازات للطاقة الشمسية الصدارة قريباً، حيث ستحل مكانها محطة نور للطاقة 1، وهي مشروع للطاقة الشمسية المركزة في دبي قدرته 700 ميغاوات.

توجد في الولايات المتحدة الأميركية 52 محطة للطاقة الشمسية المركزة، أكبرها هي محطة إيفانباه (Ivanpah facility) في ولاية كاليفورنيا بقدرة 392 ميغاوات.

ما الفرق بين الطاقة الشمسية المركزة والطاقة الشمسية الكهروضوئية؟

تختلف الطاقة الشمسية المركزة عن الطاقة الشمسية الكهروضوئية في آلية العمل والقدرة على تخزين الطاقة:

آلية العمل

تتكون محطات الطاقة الشمسية المركزة من مرايا تعكس أشعة الشمس وتركزها للاستفادة من حرارتها في تسخين المياه. البخار الناجم عن تسخين الماء يستخدم في تدوير مولدات كهربائية. أي أن الطاقة الشمسية المركزة تعتمد على حرارة الشمس.

الألواح الشمسية الكهروضوئية تعتمد على ضوء الشمس بدلاً من حرارتها. تمتص الخلايا الشمسية الكهروضوئية الضوء، الذي يؤدي إلى تحرير إلكترونات يؤدي تدفقها إلى توليد تيار كهربائي.

تخزين الطاقة

هناك العديد من التقنيات التي تستخدم لتخزين الطاقة الحرارية في محطات الطاقة الشمسية المركزة، يمكن استخدام الطاقة المخزنة عندما لا يكون هناك ما يكفي من أشعة الشمس.

لا تستطيع الألواح الكهروضوئية تخزين الطاقة لأنها تستخدم أشعة الشمس المباشرة، لهذا السبب، تعد الطاقة الشمسية المركزة أفضل لتخزين الطاقة وضمان إمداد مستمر.