هلیوژن، جدیدترین نوع نیروگاه خورشیدی متمرکز

هلیوژن یکی از انواع نیروگاه خورشیدی متمرکز است که می‌تواند حرارتی معادل 2700 درجۀ فارنهایت تولید کند. در این مقاله درمی‌یابیم که چطور یک استارتاپ جدید توانسته از پرتوهای خورشید به‌صورت انرژی خورشیدی متمرکز، برای رسیدن به درجۀ حرارت 2700 فارنهایت به طور موفق و چشمگیر استفاده کند.

 از گرمای تولید شده توسط این نیروگاه CSP می‌توان برای تولید برق، تولید سوخت پاک یا تامین انرژی در فرآیندهای صنعتی استفاده کرد. پایه‌گذار این فناوری “بیل گروس” این طرح را قدمی برای حذف اهمیت نفت در جهان تلقی کرد. نیاز به منابع انرژی پاک، سازگار با محیط و تجدیدپذیر همیشه وجود داشته است؛ چرا که افزایش قیمت انرژی، تهدیدی برای شروع تورم و کاهش رشد اقتصادی است.

کنترل ها و سیاست های دسترسی به سوخت‌های فسیلی در طول تاریخ بارها باعث وقوع جنگ‌هایی شده و ممکن است این اتفاق دوباره تکرار شود. سوزاندن سوخت‌های فسیلی همچنین باعث ایجاد و نشر گازهای گلخانه‌ای می‌شود و سبب مسئله تغییر اکوسیستم نیز می‌گردد.

درحالی‌که امروز بیش ‌از هر زمان دیگری از منابع کم کربن و تجدیدپذیر انرژی استفاده می‌شود، هیچ کدام از انواع انرژی های نوین پیشنهاد شده هنوز یک طرح کامل نیست. انرژی خورشیدی و بادی بسیار پاک و ارزان می‌باشند اما دارای مشکل ذخیره انرژی می‌باشند. باتری‌های مورد نیاز برای ذخیره این انرژی، فلزات کمیاب قلیایی هستند که استخراج آن‌ها بسیار سخت است. انرژی برق نیز آبی بسیار خوب است اما می‌تواند تاثیر منفی بر اکوسیستم رودخانه ها بگذارد. انرژی هسته‌ای نیز با توجه به مسائل سیاسی و ایمنی مختص خود، با مشکلات متعددی مواجه است.

اگر بخواهیم مشکلات مربوط به انرژی را حل کنیم یا باید راهی جدید برای تولید انرژی در مقیاس بزرگ پیدا کنیم یا مشکلات مربوط به منابع موجود را حل کنیم.

یک شرکت فناوری انرژی‌های تجدیدپذیر با حمایت “بیل گیتس” تأسیس‌شده که توسط کارآفرین بزرگ “بیل گروس” رویکرد جدیدی به نام هلیوژن را ارائه داده است. این طرح که از یک ذره‌بین غول‌پیکر بسیار دقیق ساخته‌شده، گرمای بسیار زیادی را تولید می‌کند.

انرژی خورشیدی متمرکز

پروژۀ هلیوژن که یک نسخۀ کوچک از پالایشگاه خورشیدی موردنظر است در لنکستر کالیفرنیا شهری با مساحت متوسط در صحرای موهاو و ساخته شده‌است. نکته ای که باید دانست این است که انرژی خورشیدی متمرکز چیز جدیدی نیست و از دهه 1960 به‌صورت تجاری وارد بازار شده است. همچنین گفته می‌شود که این سیستم اولین‌بار توسط ارشمیدس برای ایجاد یک اشعۀ گرمایی بسیار زیاد طراحی شد تا با تمرکز نور خورشید و ایجاد حرارت بسیار بالا، سبب سوزاندن ناوگان دشمن شود؛ اما طرح جدید هلیوژن با نتایج خیره‌کننده‌ای به شدت این مفهوم را بهبود داده ‌است.

 این طرح به شکلی است که تعداد زیادی آینه به‌صورت دایره‌ای، نور خورشید را منعکس می‌کنند. این انرژی خورشیدی متمرکز نهایتاً در دمای بسیار بالا برای گرم کردن آب، نمک مذاب یا حتی ماده ای جامد مورد استفاده قرار می‌گیرد. وقتی‌که این گرما برای چیز دیگری غیر از تولید برق استفاده شود آن را انرژی حرارتی خورشیدی متمرکز می‌نامند.

پالایشگاه آزمایشگاه فعلی هلیوژن دارای چهارصد آئینه است. هرچند اندازه این پالایشگاه یک دهم طرح پیشنهادی است ولی نتیجه خیلی چشمگیر بوده‌است. دمای 1500 درجه سانتی‌گراد معادل 2732 درجه فارنهایت، دمایی بوده که این نیروگاه تولید کرده است؛ درحالی‌که اکثر نیروگاه‌های برق خورشیدی متمرکز نمی‌توانند بیشتر از 400 الی 500 درجه سانتی‌گراد حرارت تولید کنند.

پیشرفت طرح هلیوژن توسط نرم‌افزارهای پیشرفته خیلی خوب امکان پذیر شده است. با استفاده از هوش مصنوعی و یک سری دوربین‌ها، از طریق تنظیمات میکرو، آیینه ها در طول روز و در موقعیت خود تا آنجا که ممکن است روی هدف زوم می‌کنند. با نگه‌داشتن آیینه‌ها روبه هدف، بیشترین میزان تابش و گرما تولید می‌شود.

انرژی خورشیدی متمرکز فقط برای تولید برق نیست!

 مهم است که به یاد داشته باشید که این طرح از نظر فنی یک سیستم حرارتی خورشیدی است؛ برخلاف پنل های خورشیدی در این پروژه از اثر فتوولتائیک برای تبدیل مستقیم نور خورشید به برق استفاده نمی‌شود. این پروژه در واقع روشی برای تولید گرماست. سپس این گرما می‌تواند برای تولید برق هم مورداستفاده قرار گیرد.

دمای بالا کارایی بسیار زیادی دارد و می تواند کاربردهایی فراتر از تولید برق نیز داشته باشد. بسیاری از صنایع از گرمای خیلی زیاد در فرآیندهای تولید خود مانند ذوب یا سیمان‌سازی استفاده می‌کنند. مشکل این جاست که اغلب این صنایع برای ایجاد درجۀ حرارت بالا، سوخت فسیلی را می‌سوزانند. پالایشگاه هلیوژن اما قادر است دمای مشابهی را بدون سوزاندن سوخت تولید کند. علاوه ‌بر این، گرمای تولید شده به‌اندازه ای بالاست که از طریق الکترولیز می‌توان سوخت هیدروژن تولید کرد.

گروس در مصاحبه با سی‌ان‌ان درباره این طرح گفت: «اگر بتوانیم هیدروژن سبز بسازید، این کار می‌تواند بازی را تغییر دهد و ما در درازمدت قصد داریم که یک شرکت تولید هیدروژن سبز باشیم».

در صورتی که افراد قصد استفادۀ بلافاصله از گرمای تولیدی نداشته باشند، می توانند از چند روز تا یک هفته، آن را در منابع ذخیره سازی از جنس جامدات عایق بندی شده ذخیره کرده و در زمان نیاز فراخوانی کنند. واقعیت این است که در مقایسه با مشکلات ذخیرۀ برق این یک بازی کودکان است.

چگونه می‌توان برق خورشیدی متمرکز را در مقیاس بزرگ تولید کرد؟

آقای گروس امیدوار است با دستیابی به همان نتایجی که در مقیاس کوچک هلیوژن به‌دست‌آمده بتواند این روند را بهبود ببخشد. اندازۀ پالایشگاه کنونی از حد معمول کوچک‌تر است، اما امید است که این اصلاح همراه با سایر اصلاحات به کاهش هزینه تولید انرژی خورشیدی متمرکز کمک کند تا این نوع از انرژی بتواند ارزان‌تر از سوخت فسیلی تولید شود.

در حال حاضر انرژی حاصل از CSP کمی گران‌تر از انرژی حاصله از منابع فسیلی می‌باشد. نیروگاه برق خورشیدی متمرکز نسبت‌به ساخت و بهره‌برداری از پالایشگاه‌های خورشیدی کلاسیک نیز کمی گران‌تر است. البته به دلیل ذخیرۀ ساده تر انرژی خورشیدی در این روش نسبت به روش برق خورشیدی سنتی، کاهش هزینه ها قابل پیش بینی می باشد؛ علاوه‌براین مقیاس وسیعی از عملیات انرژی خورشیدی متمرکز قبلا در اسپانیا، خاورمیانه و جنوب غربی آمریکا وجود داشته‌است.

انرژی خورشیدی متمرکز می‌تواند معادلات تولید انرژی را کاملا تغییر دهد

 چشم‌انداز بزرگ گروس ساخت پالایشگاه‌های CSB در سراسر جهان  است تا با استفاده از حرارت تولیدی آن بتوان انرژی فرآیندهای صنعتی مختلف را تامین کرد.  برق تولیدشده توسط پالایشگاه‌های دیگر، مقادیر زیادی پیل‌های سوختنی ارزان را که از هیدروژن تولید می‌شود ایجاد می‌کنند. ازآنجاکه پیل‌های سوختنی هیدروژن بسیار کارآمد هستند و می‌تواند از زیردریایی تا لپ‌تاپ را راه بیندازند، این طرح می تواند یک گام بزرگ در جهت پاک ساختن منبع انرژی باشد. این فرآیند صنعتی به‌طور معمول برای ایجاد دمای بالا به سوزاندن سوخت‌های فسیلی نیاز دارد. کاهش انتشار کربن به دلیل گسترش استفاده از انرژی خورشیدی متمرکز، می‌تواند قابل‌توجه باشد.

در نظر بگیرید که تولید بتن به‌تنهایی 8 تا ده‌درصد از کل سهم انتشار گازهای گلخانه‌ای را برعهده دارد. تقریباً 40 درصد این گازهای انتشاریافته ناشی از سوزاندن سوخت‌های فسیلی مورد نیاز برای ایجاد گرما جهت فرآیند تولید بتن است. ریاضیات ذهنی سریع نشان می‌دهد که اگر انرژی خورشیدی متمرکز جایگزین سوخت‌های فسیلی برای تولید این گرما شود، فقط در تولید بتن انتشار کربن در جهان 4 درصد کاهش می‌یابد.

ایده‌های مشابه ایدۀ هلیوژن وجود دارد که در سایر نقاط برای تولید سوخت پاک مورد استفاده قرار گرفته‌است.