أجرى عبدالعزيز محمد العبيدلي نائب المدير في مركز الإمارات للخدمات البيئية، بحثا لأجل دراسة يقوم بها حول تأثير الغبار والرطوبة، في طبقات الغلاف الجوي على تقنية البرج الشمسي، وكل ذلك يأتي في مجال الجهود التي يعمل من خلالها أبناء الامارات، مسلحين بالدعم لأجل الحلول المتعلقة بالطاقة، حيث تعتبر الشمس المصدر الرئيسي للطاقة على كوكب الأرض، وهي مصدر متجدد لا ينضب ولا ينتهي، إلا بانتهاء الحياة على هذا الكوكب، وحجم الطاقة التي تصلنا من الشمس في سنة واحدة فقط، تفوق أكثر 1000 مرة استهلاك دول العالم أجمع في عام 2011.
موزة خميس (دبي) - يقول عبدالعزيز العبيدلي، إن أقل من 3% من الانتاج العالمي للطاقة مصدره الطاقة الشمسية، ولذلك يعكف العلماء والمهندسون منذ عشرات السنين على تطوير تقنيات جديدة، تساعدنا على استغلال واستخدام أشعة الشمس في انتاج الطاقة بكفاءة عالية وتكلفة معقولة، ومن خلال أبحاثه وجد أن هناك طرقا متعددة للاستفادة من الطاقة الشمسية، مثل تصميم المباني بحيث تكون أكثر عزلا للحرارة، وأن نتمكن من استخدام أشعة الشمس للإنارة في أوقات النهار، أو عن طريق تركيب الألواح الكهروضوئية، والتي تستفيد من أشعة الشمس وتقوم بالانتاج المباشر للكهرباء.
تخزين الطاقة الحرارية
ويضيف العبيدلي: كما يمكن الاستفادة من تقنية الطاقة الشمسية المركزة، والتي تتم بواسطتها تجميع أشعة الشمس باستخدام آلاف المرايا ومن ثم تركيزها في مساحات ضيقة، وينتج عن هذا التركيز توفر درجات حرارة عالية يتم نقلها إلى مواد أو موائع حافظة وناقلة للحرارة، مثل الماء لإنتاج البخار مباشرة أو الملح المذاب لتخزينه، ومن ثم إنتاج البخار بصورة غير مباشرة، واستخدامه لإنتاج الكهرباء أو تحلية المياه أو التكييف.
ويكمل العبيدلي: تحظى تقنية الطاقة الشمسية المركزة باهتمام المطورين والمستثمرين، خاصة في دول الخليج، ويعود الفضل في ذلك إلى امكانية تخزين الطاقة الحرارية، الناتجة عن تركيز الاشعاع الشمسي، بالإضافة إلى إمكانية تنويع الاستخدام والمنتجات، كتوليد الكهرباء وتحلية الماء معا أو كل على حدة، ومن أكثر محطات تركيز الإشعاع الشمسي انتشارا هي محطات الأحواض القطعية المكافئة، مثل محطة شمس 1 والتي يتم بناؤها حاليا في المنطقة الغربية لإمارة أبوظبي، وتتجه أنظار المستثمرين والحكومات حاليا إلى محطات البرج الشمسي، وخاصة بعد إثبات فعالية مثل هذه المحطات خلال السنوات الخمس الماضية في إسبانيا، وتتميز محطات البرج الشمسي بكفاءة عالية، مقارنة بمحطات أخرى بفضل معدلات التركيز الأعلى، ودرجات الحرارة الأعلى التي تمكنها مثل هذه المحطات.
محطات البرج الشمسي
ويوضح العبيدلي: ما يحدث في محطات البرج الشمسي، هو تجميع الطاقة عن طريق تركيز أشعة الشمس، في مستقبل شمسي وعبر أعلى برج بارتفاع 140 مترا تقريبا، وتستخدم آلاف المرايا المزودة بنظام ملاحقة ثنائي المحور، من أجل تجميع أشعة الشمس وعكسها باتجاه المستقبل أعلى البرج، وينتج عن تركيز الإشعاع الشمسي توافر درجات حرارة عالية، يتم نقلها وتخزينها في موائع من أجل استخدامها لاحقا، لإنتاج البخار اللازم لتدوير الآلات البخارية وبالتالي توليد الكهرباء.
وفي برج شمسي بإسبانيا وجدنا أن المستقبل مضيئ بفعل الإشعاع الشمسي المركز، وهناك مجموعة من المرايا تم توزيعها في مساحات، امتدت إلى كيلومتر مربع من أجل تجميع وتركيز الإشعاع الشمسي، وخلال رحلتها من الشمس إلى سطح الأرض تتفاعل أشعة الشمس المباشرة مع مكونات الغلاف الجوي، وينتج من هذا التفاعل أن يتشتت جزء من الإشعاع الشمسي، بسبب السحاب والغبار المعلق في طبقات الغلاف الجوي، ويمتص جزء آخر بسبب جزئيات غازات الغلاف الجوي، مثل الأوزون وبخار الماء وثاني أكسيد الكربون، وينفذ الجزء الأكبر من أشعة الشمس ليصل إلى سطح الأرض.
تأثير ذرات الغبار
ويشير العبيدلي قائلاً: هناك تأثير للغبار والرطوبة على تقنية البرج الشمسي، ولذلك تواجه محطات البرج الشمسي تحديا كبيرا في المناطق الصحراوية، كتلك التي في دولة الإمارات وغيرها من دول منطقة الخليج العربي وشمال أفريقيا، فالتركيز العالي لذرات الغبار المعلقة في الطبقات السفلية من الغلاف الجوي في هذه المناطق، يقف عائقا في وجه بناء مثل هذه المحطات، بالإضافة إلى التأثير السلبي لذرات الغبار على إجمالي انتاج الطاقة السنوية، من محطات تركيز الإشعاع الشمسي بشتى أنواعها.
ويتوقع الباحثون أنه سيكون هناك تأثير سلبي إضافي لذرات الغبار على محطات البرج الشمسي، وذلك لأنه في مثل هذه المحطات تقطع أشعة الشمس مسافات كبيرة قد تصل إلى 1.5 كيلومتر، بعد انعكاسها من المرايا على سطح الأرض حتى تصل إلى المستقبل أعلى البرج، وتتسبب ذرات الغبار التي تلتقي مع أشعة الشمس خلال رحلتها الإضافية من المرايا إلى المستقبل، في تشتيت وتغيير اتجاه جزء مهم من الأشعة وبالتالي لا تصل إلى المستقبل.
وأراد العبيدلي وكل الباحثين في هذا المجال إيجاد حلول، خاصة بعد أن بثت لهم بالتصوير وجود ظاهرة تشتت الإشعاع الشمسي، بسبب الغبار المعلق في الطبقات السفلى من الغلاف الجوي، ومن أجل دراسة التأثير السلبي الإضافي للغبار على محطات البرج الشمسي، قمنا بعمل تجربة تساعد في حساب مجموع الخسارة الإضافية المتوقعة، من إجمالي إنتاج الطاقة السنوية، وبالتالي تساعد في إعداد دراسة أكثر دقة لجدوى مشاريع محطات البرج الشمسي في بيئات صحراوية مثل الإمارات، وقد كانت التجربة هذه جزءا من رسالة الماجستير التي قام بها العبيدلي، لدى دراسته في جامعة آخن بألمانيا، وقد نفذ التجربة بجهود وتمويل من شركة مصدر بأبوظبي، بالتعاون مع معهد الطاقة الشمسية بمركز أبحاث الفضاء الألماني.
اقتراحات وأفكار
يضيف عبدالعزيز العبيدلي: من أجل تنفيذ تجربة قياس الإشعاع الشمسي تم استخدام مرآة مزودة بنظام ملاحقة ثنائي المحور بالإضافة لأجهزة متعددة لقياس الاشعاع الشمسي المباشر، حيث استخدمت المرآة لعكس أشعة الشمس، ومن ثم تم قياس الاشعاع المنعكس عند مسافات مختلفة من 100م إلى 1000م، وتم بعد ذلك حساب نفاذية الغلاف الجوي، وتم تحديد الفروق بين الاشعاع الشمسي الذي تم قياسه عند تلك المسافات المختلفة، وأخيرا تم ربط نفاذية الغلاف الجوي مع مدى الرؤية والتي تم قياسها باستخدام مقياس لمدى الرؤية، في محاولة لإيجاد نتائج، وانتهت الدراسة إلى تأكيد توقع الباحثين بوجود تأثير سلبي إضافي، لكميات الغبار المعلق في الطبقات السفلى للغلاف الجوي، ما يؤثر على كفاءة محطات البرج الشمسي، وقدم من خلال الدراسة كذلك بعض المعادلات التي تساعد الدارسين والمهندسين، لحساب النقص المتوقع من الناتج السنوي الإجمالي للطاقة، كما اقترحت الدراسة بعض الخطوات والأفكار، من أجل تقليل التأثير السلبي للغبار على محطات البرج الشمسي، عن طريق استخدام أبراج متعددة في محطة واحدة على سبيل المثال، وبالتالي تقليل المسافات بين المرايا والمستقبلات أعلى الأبراج.
عدد اليوم
