شرکت پاورچاینا (PowerChina) نیروگاه خورشیدی ترکیبی یک‌گیگاواتی خود را در استان چینگهای در شمال‌غرب چین به شبکه برق متصل کرده است. این پروژه با ترکیب نیروگاه فتوولتائیک، فناوری خورشیدی حرارتی متمرکز و ذخیره‌سازی حرارتی، رویکردی متفاوت برای استفاده مؤثرتر از انرژی خورشید و افزایش انعطاف‌پذیری تولید برق ارائه می‌کند.
بر اساس گزارش منتشرشده این نیروگاه از دو بخش اصلی تشکیل شده است: ۹۰۰ مگاوات ظرفیت فتوولتائیک و ۱۰۰ مگاوات ظرفیت خورشیدی حرارتی متمرکز. پروژه در اول اکتبر به اتصال کامل شبکه رسید و تولید برق را آغاز کرد.
اهمیت این مجموعه تنها به ظرفیت تولید آن محدود نمی‌شود؛ بلکه نحوه ارتباط میان تولید مستقیم برق خورشیدی و ذخیره‌سازی انرژی به شکل گرما، ویژگی اصلی آن به شمار می‌رود.
ترکیب دو فناوری خورشیدی در یک نیروگاه
بخش عمده ظرفیت این مجموعه به پنل‌های فتوولتائیک اختصاص دارد. این بخش با استفاده از حدود ۱٫۹ میلیون ماژول خورشیدی، تابش خورشید را مستقیماً به برق تبدیل می‌کند. ظرفیت متناوب اسمی این بخش ۹۰۰ مگاوات است، در حالی که ظرفیت نصب‌شده پنل‌ها بر مبنای جریان مستقیم حدود ۱٫۲۵ گیگاوات گزارش شده است.
در کنار آن، یک نیروگاه خورشیدی حرارتی متمرکز یا CSP قرار دارد. این بخش از آینه‌هایی استفاده می‌کند که تابش خورشید را روی گیرنده‌ای در بالای یک برج مرکزی متمرکز می‌کنند. گرمای حاصل برای گرم‌کردن نمک مذاب به کار می‌رود؛ ماده‌ای که قابلیت ذخیره انرژی حرارتی و استفاده از آن در زمان دیگری را دارد.
برج دریافت‌کننده این نیروگاه حدود ۲۱۹ متر ارتفاع دارد و ۱۰٬۳۱۰ آینه خورشیدی با سطح بازتابی مجموع حدود ۵۰۰ هزار مترمربع در اطراف آن نصب شده‌اند.
در این ساختار، بخش فتوولتائیک برق را مستقیماً تولید می‌کند و بخش حرارتی امکان ذخیره انرژی به شکل گرما و تبدیل مجدد آن به برق را فراهم می‌سازد. ترکیب این دو فناوری می‌تواند انعطاف‌پذیری مجموعه را در پاسخ‌گویی به نیاز شبکه افزایش دهد.
ذخیره‌سازی هشت‌ساعته؛ ویژگی مهم بخش حرارتی
یکی از مهم‌ترین ویژگی‌های پروژه گونگهه، سامانه ذخیره‌سازی حرارتی مبتنی بر نمک مذاب در بخش ۱۰۰ مگاواتی نیروگاه خورشیدی حرارتی است.
در طول روز، انرژی خورشیدی برای گرم‌کردن نمک مذاب استفاده می‌شود. گرمای ذخیره‌شده می‌تواند بعداً برای تولید بخار و به حرکت درآوردن توربین به کار رود؛ بنابراین، تولید برق از این بخش می‌تواند در ساعات عصر یا زمان‌هایی که تابش خورشید کاهش یافته است نیز ادامه پیدا کند.
این نیروگاه همچنین به یک گرم‌کن الکتریکی ۲۰ مگاواتی مجهز است که می‌تواند برق مازاد بخش فتوولتائیک را به گرما تبدیل کند و در سامانه نمک مذاب ذخیره سازد. این قابلیت راه دیگری برای استفاده از برق خورشیدی در زمان‌هایی فراهم می‌کند که تولید لحظه‌ای از نیاز شبکه بیشتر است.
با این حال، یک نکته فنی اهمیت ویژه‌ای دارد: ظرفیت ذخیره‌سازی هشت‌ساعته به بخش ۱۰۰ مگاواتی خورشیدی حرارتی مربوط است، نه کل نیروگاه یک گیگاواتی. در نتیجه، این مشخصه به معنای امکان تأمین یک گیگاوات برق برای هشت ساعت پس از غروب خورشید نیست.
ظرفیت تولید سالانه ۲٫۲ میلیارد کیلووات‌ساعت
برآوردهای اعلام‌شده نشان می‌دهند که نیروگاه گونگهه در ظرفیت مورد انتظار می‌تواند سالانه حدود ۲٫۲ میلیارد کیلووات‌ساعت برق تولید کند.
بر اساس همین برآوردها، فعالیت مجموعه می‌تواند از مصرف حدود ۶۹۰ هزار تن زغال‌سنگ استاندارد جلوگیری کند و انتشار سالانه دی‌اکسیدکربن را حدود ۲٫۰۷ میلیون تن کاهش دهد. این ارقام پیش‌بینی‌های اعلام‌شده برای پروژه هستند و نباید با نتایج عملیاتی تأییدشده در بلندمدت اشتباه گرفته شوند.
این نیروگاه بخشی از برنامه چین برای توسعه پایگاه‌های بزرگ انرژی بادی و خورشیدی در مناطق دارای منابع غنی انرژی تجدیدپذیر است. هدف از این توسعه، افزایش تولید برق پاک و بهبود امکان انتقال و استفاده از آن در شبکه برق کشور است.
طراحی نیروگاه و توجه به کاربری زمین
پروژه در فلات تالاتان، در منطقه‌ای مرتفع با شرایط آب‌وهوایی دشوار ساخته شده است. دمای پایین زمستان و شرایط محیطی منطقه از جمله چالش‌های مهندسی و اجرای پروژه بوده‌اند.
در بخش فتوولتائیک، از سازه‌های نصب با ارتفاع‌های متفاوت استفاده شده است تا پوشش گیاهی مرتعی منطقه حفظ شود و امکان چرای دام در زیر پنل‌ها وجود داشته باشد.
این رویکرد نشان می‌دهد که طراحی نیروگاه‌های خورشیدی بزرگ تنها به انتخاب پنل و تجهیزات الکتریکی محدود نیست. نحوه استفاده از زمین، شرایط اقلیمی و سازگاری پروژه با محیط محلی نیز می‌توانند بخشی از ملاحظات طراحی باشند.
ذخیره‌سازی حرارتی در مقایسه با ذخیره سازهای برق
توسعه چنین پروژه‌هایی این پرسش را مطرح می‌کند که برای افزایش انعطاف‌پذیری انرژی خورشیدی، چه فناوری ذخیره‌سازی مناسب‌تر است.
باتری‌های الکتروشیمیایی، به‌ویژه سامانه‌های مبتنی بر لیتیوم، برق را ذخیره می‌کنند و در زمان نیاز دوباره به شکل برق تحویل می‌دهند. این سامانه‌ها برای پاسخ سریع به تغییرات بار، کاهش پیک مصرف و انتقال انرژی از ساعات تولید به ساعات مصرف اهمیت دارند.
در مقابل، سامانه ذخیره‌سازی حرارتی نیروگاه‌های خورشیدی متمرکز، انرژی را به شکل گرما نگه می‌دارد. این گرما بعداً برای تولید بخار و راه‌اندازی توربین استفاده می‌شود. چنین ساختاری می‌تواند برای برخی نیروگاه‌های بزرگ و کاربردهای نیازمند ذخیره‌سازی چندساعته گزینه‌ای قابل بررسی باشد.
البته مقایسه اقتصادی این فناوری‌ها به عواملی مانند هزینه سرمایه‌گذاری، راندمان چرخه، مدت ذخیره‌سازی، شرایط اقلیمی، تجهیزات موجود و شیوه بهره‌برداری وابسته است. بنابراین، نمی‌توان نتیجه گرفت که ذخیره‌سازی حرارتی در تمام کاربردها از باتری‌ها ارزان‌تر یا کارآمدتر است.
نکته اصلی، انتخاب فناوری متناسب با نیاز شبکه است. در برخی کاربردها باتری‌ها مناسب‌تر هستند و در برخی دیگر، ذخیره‌سازی حرارتی یا ترکیب چند فناوری می‌تواند ارزش بیشتری ایجاد کند.
آینده انرژی خورشیدی فقط به پنل‌ها وابسته نیست
پروژه یک‌گیگاواتی گونگهه نشان می‌دهد که توسعه انرژی خورشیدی تنها به افزایش ظرفیت نصب پنل‌ها محدود نمی‌شود. امکان ذخیره انرژی، مدیریت زمان تولید و پاسخ‌گویی به نیاز شبکه در ساعات مختلف روز نیز اهمیت فزاینده‌ای پیدا کرده‌اند.
ترکیب ۹۰۰ مگاوات فتوولتائیک با ۱۰۰ مگاوات خورشیدی حرارتی و ذخیره‌سازی نمک مذاب، نمونه‌ای از تلاش برای افزایش انعطاف‌پذیری تولید برق تجدیدپذیر است. در آینده، چنین راهکارهایی می‌توانند در کنار باتری‌ها، توسعه شبکه و مدیریت مصرف، به استفاده مؤثرتر از برق خورشیدی کمک کنند.
برای توسعه نیروگاه‌های خورشیدی بزرگ، پرسش مهم دیگر صرفاً میزان برق تولیدشده نیست؛ بلکه این است که چه مقدار از این انرژی، در چه زمانی و با چه هزینه‌ای می‌تواند به‌صورت قابل اتکا در اختیار شبکه و مصرف‌کنندگان قرار گیرد.
منبع: