اقتصاد دانش بنیان

کالج سلطنتي لندن براي رشد و توسعه تکنولوژي متمرکزکننده انرژي خورشيد (CSP) در آفريقا، با تعدادي از دانشگاههاي محلي کشورهاي آفريقايي شروع به همکاري کرده است. اما CSP دقيقا چيست و اين طرح مبتکرانه چه اهدافي را دنبال ميکند؟

انجمن سلطنتي انگلستان در سال 2015 اعلام کرد که به عنوان بخشي از طرح «ابتکار عمل براي افزايش ظرفيتهاي آفريقا» که توسط دپارتمان توسعه بین المللی (DFID) تامين بودجه ميشود، تعداد ده بورسيه تحقيقاتي به موسسات انگليسي که با دانشگاههاي آفريقاي سياه (آفريقاي زيرصحرايي) همکاري ميکنند، اهدا خواهد کرد. اين بورسيه ها به پروژه هاي تحقيقاتي با موضوعات آب و بهسازي، انرژيهاي تجديدپذير و خاک اختصاص داده شدند. يکي از پروژه هاي برگزيده، تحقيق و توسعه متمرکزکننده انرژي خورشيدي است که تيم تحقيقاتي آن توسط دکتر کريستوس مارکيدز، استاد کالج سلطنتي در گروه مهندسي شيمي رهبري ميشود.

روش رايج براي مهار انرژي خورشيدي، استفاده از پانلهاي خورشيدي فتوولتاييک است. با اين حال، متمرکزکننده هاي بزرگ در کشتزارهاي وسيع خورشيدي با مهار حجم وسيعي از انرژي خورشيد و متمرکزکردن آن براي راه اندازی يک نيروگاه ترموديناميکي، اين کار را در مقياس بزرگتري انجام ميدهند.

با همکاري با دانشگاههاي آفريقاي جنوبي، نيجريه و موريس، اين پروژه قصد دارد نوع جديدي از متمرکزکننده هاي خورشيدي يعني CPSهاي توليد مستقيم بخار را توليد کنند. اين تيم در ابتداي سال 2016 و در ابتدا با همکاري پروفسور جسوا مير از دانشگاه پرتوريا شروع به کار کرد. اميد ميرود که اين تيم بتواند در مدت پنج سال مدل بادوامي از CPSهاي توليد مستقيم بخار را توليد کند و ظرفيتهاي تحقيقي در اين زمينه را نيز افزايش دهد.

متمرکزکننده انرژي خورشيدي چيست؟

متمرکزکننده هاي خورشيدي غالبا کشتزارهاي وسيع با آينه هاي بازتاب دهنده به شکل سهمي هستند. اين آينهها نور خورشيد را در يک لوله که در کانون اين آينه هاي سهمي قرار گرفته، متمرکز ميکنند و مايع در گردش درون آن را گرم ميکنند. در مدل پيشرفتهتر از آينه هاي قابل کنترل کامپيوتري به نام خورپا يا آفتاب ياب (heliostat) استفاده ميشود.

روش کار تقريبا تمام CPSهاي تجاري به اين صورت است که از گرماي مايع درون لوله براي توليد بخار استفاده ميشود و مانند اکثر نيروگاههاي اتمي يا ذغالي بر پايه چرخه بخار عمل ميکنند. تنها با اين تفاوت که گرماي لازم براي گرم کردن مايعي که چرخه ترموديناميکي را به وجود ميآورد، از طريق انرژي خورشيدي تامين ميشود. اين مايع بايد قابليت تحمل دماي بسيار زيادي را داشته باشد. به همين علت، اکثر متمرکزکننده هاي انرژي خورشيدي از مايعات روغني که ميتوانند به دماي 400 درجه سانتيگراد برسند، يا اگر دماي بيشتري مورد نياز باشد از نمکهاي مذاب، استفاده ميکنند. اکنون تنها در کشور امريکا، 1800 مگاوات برق از طريق نيروگاههاي متمرکزکننده انرژي خورشيدي توليد ميشود.

اما در سال 2018، بزرگترين نيروگاه متمرکزکننده خورشيدي دنيا در کشور مراکش افتتاح خواهد شد که برق مورد نياز بيش از يک ميليون خانه را تامين ميکند. ساخت اين نيروگاه که مجتمع نور نام دارد، 2/2 ميليارد دلار هزينه برده، ولي به 760 هزار تن در سال صرفه جويي در مصرف کربن کمک ميکند. دماي توليدي اين نيروگاه 400 درجه سانتيگراد و مايع مورد استفاده در آن نمک مذاب است. کارايي اين نيروگاه و ذخيره انرژي خورشيدي در آن به شکلي است که ميتواند تا سه ساعت بعد از غروب خورشيد به فعاليت خود ادامه دهد.

توليد مستقيم بخار

با اين وجود، پروژه تحقيقاتي مذکور قصد دارد با حذف مايع انتقال گرما، اين نيروگاه را به يک نيروگاه توليد مستقيم بخار بدل کند. پروفسور مارکيدز اينچنين توضيح ميدهد: «به جاي استفاده از اين مايع واسطه، ما پيشنهاد داده ايم که آب تغليظشده مستقيما داخل نيروگاه خورشيدي تبخير شود و انرژي مورد نياز نيروگاه براي توليد برق را به وجود بياورد و اين يعني نيروگاه توليد مستقيم بخار. ما قصد داريم سيستمي طراحي کنيم که براي توليد بخار، آب را مستقيما به داخل کشتزار خورشيدي ميفرستد.»

مزيت اصلي اين سيستم کاهش هزينه ها و افزايش کارآمدي نيروگاه است. به گفته مارکيدز: «از نظر ترموديناميکي، اين کار سودمندتر است، چراکه وجود اين مايع واسطه به معني از دست رفتن مقداري از دما و انرژي بين کشتزار خورشيدي و نيروگاه برق است.» با توليد بخار آب در داخل کشتزار خورشيدي، اين افت دما اتفاق نيفتاده و کارايي سيستم افزايش مييابد.

ولي انجام اين کار با مشکلاتي نيز رو به رو است، چراکه در روش قديمي، ميزان جريان مايع واسطه قابل کنترل است و اين يعني آزادي عمل بيشتر در کنترل عملکرد نيروگاه. خصوصا اينکه وجود اين مايع واسطه ميتواند در کنترل تاثيرات شرايط نامناسب جوي به ما کمک کند.

تحقيقات در زمينه توليد انرژي برق در آفريقا

هدف از اين همکاري، وسيعتر از صرف انجام يکسري تحقيقات است. در مرحله بعدي، اين همکاري بر افزايش ظرفيتهاي CPS در آفريقا تمرکز دارد. به گفته پروفسور مارکيدز، فقدان سيستمهاي تحقيقاتي مناسب، دليل اصلي عقبماندگي دانشگاههاي آفريقاست. بنابراين انجمن سلطنتي قصد دارد با انجام اين پروژه و از طريق تامين مالي و آموزش، ظرفيتهاي تحقيقاتي آفريقا را افزايش دهد.

مارکيدز عقيده دارد که با توجه به ظرفيتهاي عظيم قاره آفريقا در استفاده از انرژي خورشيدي، باعث ميشود اين تحقيقات و همکاري از اهميت ویژه ای برخوردار باشد. در حال حاضر بيش از 600 ميليون نفر در آفريقاي سياه دسترسي کامل و مناسب به انرژي برق ندارند. اگرچه 60 درصد از جمعيت شهري به برق دسترسي دارند، ولي اين ميزان در مناطق روستايي به 14 درصد ميرسد. انرژي خورشيدي نه تنها يک منبع پاک و پايدار انرژي است، بلکه باعث رشد زيربنايي و گسترش شغل و امنيت مردم اين منطقه ميشود. مارکيدز ميگويد: «انتقال انرژي برق به مردم مناطق در حال توسعه، به خروج آنها از وضعيت فقر و گسترش رشد و توسعه اين مردم کمک بزرگي ميکند.» 

منبع: مجله دانش بنیان