تطبيقات صناعة الطاقة الشمسية
في مجال الطاقة الشمسية الكهروضوئية، تقع تطبيقات الصمامات في الجزأين التاليين.أولاً، التحكم في مياه التبريد، والمياه المتداولة، والوسائط الأخرى في نظام توليد الطاقة الشمسية لضمان التشغيل الطبيعي للنظام؛ ونظام تنظيف الألواح الكهروضوئية. ثانياً، محطة الطاقة الشمسية.
تتيح لنا الألواح الكهروضوئية توليد الكهرباء بطريقة مستدامة عن طريق تحويل الطاقة الشمسية إلى كهرباء. ومع ذلك، لضمان التشغيل عالي الطاقة للأنظمة الكهروضوئية، يجب التحكم بدقة في تدفق السائل عبر النظام للحفاظ على درجة الحرارة وتبريد الألواح والمكونات الحرجة الأخرى.
نظام التبريد الكهروضوئي:
في أنظمة التبريد الكهروضوئية، تُستخدم الصمامات للتحكم في تدفق سائل التبريد؛ وهذا يساعد في الحفاظ على درجة حرارة الألواح الكهروضوئية ضمن نطاق آمن، مما يضمن التشغيل عالي الأداء للنظام.
ضبط درجة الحرارة:
درجة حرارة الألواح الكهروضوئية لها تأثير كبير على أدائها، ويمكن استخدام الصمامات لتنظيم تدفق سائل التبريد للحفاظ على درجة حرارة ثابتة، وبالتالي زيادة كفاءة الألواح إلى أقصى حد.
نظام التنظيف:
ستتراكم الغبار والأوساخ على الألواح الكهروضوئية أثناء التشغيل، مما يؤثر على أدائها. يُستخدم الصمام للتحكم في رش سائل التنظيف لضمان بقاء الألواح الكهروضوئية نظيفة وزيادة كفاءة توليد الطاقة إلى أقصى حد.
يجب أن توفر الصمامات نقلًا ثابتًا للحرارة وتدفقًا للسوائل وتتحمل درجات الحرارة والضغوط ومعدلات التدفق القصوى التي قد تتفاقم بسبب درجات الحرارة الخارجية المنخفضة. تتمدد المواد وتنحني وتلتوي، مما يتطلب صيانة ويقلل من إنتاج المصنع.
من منظور الأداء والموثوقية، سيكون الإجهاد الميكانيكي الحراري هو الاعتبار الأكثر أهمية
1. Cمقاومة التآكل
قادرة على التكيف مع الاستخدام طويل الأمد في أشعة الشمس والرطوبة والبيئات الممطرة دون أن تتلف؛ مادة الفولاذ المقاوم للصدأ هي الخيار الأول.
2. Hتحمل درجات الحرارة العالية
تولد الألواح الكهروضوئية درجات حرارة عالية أثناء عملية توليد الطاقة، لذلك يلزم نظام تبريد لإبقاء درجة الحرارة ضمن نطاق مناسب. يجب أن تكون الصمامات قادرة على العمل بثبات في بيئات درجات الحرارة العالية لضمان فعالية نظام التبريد.
3. Eتوفير الطاقة
عادةً ما تعمل الصمامات الكهربائية بالكهرباء، مما يسمح لها بتحقيق التحكم عالي الطاقة وتقليل استهلاك الطاقة. مقارنةً بالصمامات اليدوية التقليدية، يمكن للصمامات الكهربائية تنظيم التدفق بدقة أكبر، وبالتالي تقليل هدر الطاقة.
4. Rالتحكم عن بُعد
يمكن للصمامات المجهزة بوظائف التحكم عن بُعد أن تجعل التشغيل والمراقبة أكثر ملاءمة. يمكن مراقبة حالة الصمام والتحكم فيها في أي وقت ومن أي مكان من خلال نظام عن بُعد لإدارة تشغيل محطة الطاقة الكهروضوئية بشكل أفضل.
1.1 محطة الطاقة الشمسية الحرارية ذات الحوض المكافئ
محطة الطاقة الشمسية الحرارية ذات الحوض المكافئ هي ترتيب متسلسل ومتوازي لعدة مجمعات تركيز مكافئة على شكل حوض لتسخين الزيت الحراري. ينقل الزيت الحراري عالي الحرارة الحرارة إلى البخار من خلال مبادل حراري، وبالتالي يقود التوربين البخاري لتوليد الكهرباء.
نظرًا لنضج وموثوقية تقنية الحوض المكافئ للطاقة الشمسية المركزة، حوالي 90% من محطات الطاقة الشمسية المركزة في العالم حاليًا هي محطات حوضية.
وسيط العمل لمحطة الحوض هو عمومًا الزيت الحراري. نظرًا لأن زيت نقل الحرارة يتحلل عند درجات الحرارة العالية، فإن درجة حرارة التشغيل القصوى له تكون عمومًا محدودة بحوالي 395 درجة مئوية. بعد تبادل الحرارة مع البخار، ستنخفض درجة حرارة زيت نقل الحرارة إلى حوالي 295 درجة مئوية.
نظرًا لأن الزيت الحراري قابل للاشتعال والانفجار، فإن الإغلاق الخارجي للمعدات يكون عمومًا صارمًا، ويُحظر بشدة تسرب الزيت الحراري إلى البيئة لتجنب خطر الاحتراق والانفجار.
من أجل تحقيق توليد الطاقة المستمر في الأيام الممطرة أو في الليل، تكون محطات الحوض مجهزة عمومًا بأنظمة تخزين الحرارة بالملح المنصهر. يتكون نظام التخزين الحراري بشكل أساسي من خزانات ساخنة وخزانات باردة وسائل عمل الملح المنصهر ومعدات أخرى. عندما يكون الطقس جيدًا أثناء النهار، يقوم الزيت الحراري عالي الحرارة المسخن بالطاقة الشمسية بتسخين الملح المنصهر إلى حوالي 385 درجة مئوية ويخزنه في خزان الملح الساخن. في الليل أو عندما يكون الطقس غائمًا، يُستخدم الملح المنصهر عالي الحرارة في خزان الملح الساخن لتسخين البخار لتوليد الكهرباء. لذلك، يمكن لمحطة الطاقة الشمسية الحرارية المجهزة بنظام تخزين الحرارة تحقيق توليد الطاقة المستمر على مدار 24 ساعة.
1.2 محطة الطاقة الشمسية الحرارية البرجية
أكبر اختلاف بين محطات الطاقة الشمسية الحرارية البرجية ومحطات الحوض يكمن في اختلاف هياكل الجزر الشمسية.
تتكون محطة الطاقة البرجية من آلاف المرايا المستوية العاكسة للشمس التي تركز ضوء الشمس على برج امتصاص الحرارة وتسخين سائل العمل. المبدأ موضح في الشكل 2. يتبادل سائل العمل المسخن الحرارة مع البخار لزيادة طاقة البخار.
تستخدم محطات الطاقة الشمسية الحرارية البرجية عمومًا الملح المنصهر كسائل عمل، ويمكن أن تصل درجة حرارة التشغيل القصوى إلى 565 درجة مئوية. مقارنةً بمحطات الطاقة الشمسية الحرارية ذات الحوض، تتمتع محطات الطاقة الشمسية البرجية بدرجات حرارة بخار أعلى وكفاءة أعلى لتوليد الطاقة بدورة رانكين.
نظرًا لانخفاض النضج التقني لمحطات الطاقة الشمسية المركزة بالبرج، يوجد حاليًا عدد قليل نسبيًا من محطات الطاقة الشمسية المركزة بالبرج التي تم بناؤها بنجاح في العالم. ومع ذلك، مقارنةً بالنوع الحوضي، يتميز النوع البرجي بمزايا انخفاض الاستثمار الأولي والكفاءة العالية. في هذه المرحلة، حلت محطات الطاقة الشمسية المركزة بالبرج محل الاتجاه الحوضي.
بالإضافة إلى ذلك، من أجل تحقيق توليد الطاقة المستمر، عادةً ما تكون محطات الطاقة البرجية مجهزة بنظام تخزين حراري. هيكل نظام التخزين الحراري مشابه للنوع الحوضي.
2.2 ظروف عمل الصمامات
ظروف التشغيل لمحطات الطاقة الشمسية المركزة ذات الأنواع التقنية المختلفة واضحة نسبيًا. ستختلف معلمات التشغيل لمحطات الطاقة الشمسية المركزة ذات السعات المختلفة للوحدات.
بالنسبة لمحطات الطاقة البرجية، نظرًا للارتفاع العالي لبرج تجميع الحرارة، يكون ضغط العمل لوسط التشغيل داخل الجزيرة الشمسية أعلى عمومًا من ضغط وسط نظام التخزين الحراري. يتراوح ضغط العمل لنظام التخزين الحراري بين 0.7 و1.1 ميجا باسكال.
يتم تصميم ضغط العمل العام لزيت نقل الحرارة في محطة الطاقة الحوضية وفقًا لطول خط أنابيب زيت نقل الحرارة. على سبيل المثال، بالنسبة لمحطة طاقة حوضية بقدرة 100 ميجا واط، يختار صمام زيت نقل الحرارة عمومًا فئة 600 رطل.
2.3 متطلبات الصمامات
نظرًا لأن سائل العمل داخل صمام محطة الطاقة الشمسية المركزة يختلف عن الصمامات العادية، فإن البنية والمواد المستخدمة في الصمام تختلف أيضًا عن تلك المستخدمة في الصمامات التقليدية.
بالنسبة لنظام تجميع الحرارة في محطة الطاقة الحوضية، يكون وسط التدوير هو زيت نقل الحرارة ذو الخصائص القابلة للاشتعال، لذا فإن متطلبات التسرب للصمام عالية نسبيًا. يكون إحكام الحشو عمومًا بنية مزدوجة الإحكام من المنفاخ وحشو الجرافيت.
بالنسبة لصمامات الملح المنصهر، نظرًا لارتفاع درجة حرارة عمل الملح المنصهر وقوة الأكسدة القوية للملح المنصهر في درجات الحرارة المرتفعة، فإنه يسبب تآكلًا قويًا للمعادن واللافلزات. بالإضافة إلى ذلك، يتجمد الملح المنصهر الثنائي عند درجات حرارة أقل من 220 درجة مئوية. بمجرد عدم تصريف الملح تمامًا في الصمام، لن يتمكن من الفتح والإغلاق.
تتمتع صمامات الملح المنصهر بمتطلبات خاصة معينة مقارنة بالصمامات العادية:
(1) يمكن ضمان التشغيل الطبيعي للصمام عندما يتم فتحه وإغلاقه بشكل متكرر، ويجب ألا يتراكم الملح في جسم الصمام أثناء إزالة الملح لمنع تجمد الملح المنصهر والتسبب في عدم قدرة الصمام على الإغلاق بإحكام.
(2) يمكن لمادة جسم صمام الملح المنصهر مقاومة تآكل الملح المنصهر.
(3) يمكن للحشيات غير المعدنية والحشوات للصمام تحمل تآكل الملح المنصهر عالي الحرارة.
(4) يتأثر نظام تجميع الحرارة في محطة الطاقة الشمسية الحرارية بأشعة الشمس (عندما تغطي الغيوم الشمس)، لذلك ستعمل المعدات بشكل متقطع، وبالتالي يمكن للصمام تحمل متطلبات التناوب بين الحرارة والبرودة.
(5) لمنع تجمد صمام الملح المنصهر، يُجهز صمام الملح المنصهر عمومًا بمتطلبات تسخين كهربائي.
2.4 اختيار الصمام
نظرًا لحقيقة أن الملح المنصهر له نقطة تجمد عالية، يجب مراعاة تأثير تصلب الملح المنصهر على الصمام عند اختيار الصمام.
لذلك، فإن الصمامات المعرضة لتراكم السوائل في التجويف الأوسط (مثل الصمامات الكروية وصمامات البوابة) غير مناسبة لأنظمة الملح المنصهر.
بناءً على تحليل تجربة الاستخدام الفعلية، ينقسم الاختيار العام لصمامات الملح المنصهر إلى نوعين:
1. صمام منفاخ غوبل، والذي يستهدف بشكل أساسي الصمامات ذات الأقطار الأصغر.
2. صمام فراشة: بالنسبة لخطوط أنابيب الملح المنصهر ذات القطر الكبير، يتم اختيار الصمامات الفراشية بشكل عام.
بالإضافة إلى ذلك، مع مراعاة تقلب درجات الحرارة في ظروف التشغيل الفعلية وسلامة تسرب الملح المنصهر في الموقع، تستخدم صمامات الملح المنصهر عمومًا طرق توصيل نهايات ملحومة، ولا يُنصح باستخدام هياكل الشفة لتجنب التسرب عند الشفة بسبب تغيرات درجات الحرارة.
