الدورات المقفلة لإستخدام الطاقة الحرارية في البحار والمحيطات

المؤلف:  د. سعود يوسف عياش

المصدر:  تكنولوجيا الطاقة البديلة

الجزء والصفحة:  82

3-6-2021

2106

تسمى هذه الدورات بالمقفلة لأن الغاز المستعمل فيها يمر في المبخر فالتوربين فالمكثف ومرة أخرى الى المبخر وهكذا، وهذا يعني أن الغاز يمر خلال مجموعة من المراحل وتتغير خصائصه من سائل الى بخار الى سائل مرة أخرى وهكذا دواليك، ويختلف هذا عن الدورات المفتوحة حيث إن الماء المتبخر لا يعاد استعماله مرة أخرى بل هناك جريان مستمر للمياه من البحر الى المبخر.

وتعتمد فكرة الدورات المقفلة على استعمال الغازات التي تتبخر ويرتفع ضغطها على درجات الحرارة المنخفضة، فلو أخذنا الأمونيا مثلا نيد أن ضغطها على .٧ درجة فهرنهايت يساوي ١٢٨٨ رطل على البوصة المربعة، ويكون حجم الباوند الواحد من الأمونيا في هذه الحالة 2.3 قدم مكعب، بالمقارنة فان حجم الباوند الواحد من بخار لماء على .٧ درجة فهرنهايت ولكن على ضغط ٣٦ر٠ رطل على البوصة المربعة (درجة غليان الماء على هذا الضغط ) يساوي ٨٦٨ قدماً مكعباً. من الواضح أن حجم التوربين المطلوب في حالة الأمونيا سيكون أصغر بكثير منه في حالة بخار اماء بسبب الفارق في الأحجام.

ويستعمل الغاز المتبخر على هذا الضغط العالي في تشغيل التوربين، وعند خروجه من التوربين يكون قد فقد جزءاً من طاقته وينخفض ضغطه ودرجة حرارته، بعد ذلك يرسل الغاز الى المكثف ومن ثم الى المبخر مرة أخرى وهكذا. وفي الشكل التالي رسم تخطيطي لنظام يعمل على الدورة المقفلة.

إن إحدى المشكلات الرئيسية في أنظمة الدورات المقفلة تكمن في المبادلات الحرارية (المبخر والمكثف) وذلك لأن أحجامها المطلوبة كبيرة جدا، ولو قمنا بعملية حسابية لحجم واحد من المبادلات الحرارية لمحطة قوتها ٢٥ ميغاواط وتعمل على كفاءة مقدارها 2.5% ولو فرضنا بعض القيم العملية للفروق في درجات الحرارة بين اماء والغاز في المبادل الحراري وكذلك لمعامل انتقال الحرارة لوجدنا أن مساحة السطح المطلوب حوالي مائة الف متر مربع، إن هذه المساحة أكبرمن مساحة أي مبادل حراري تمت صناعته الى الآن.

المشكلة الأخرى هنا هي تلك الناتجة عن وجود هذه المبادلات في البحر، اذ بالإضافة الى تأثير أملاح البحر على المعادن المصنوعة منا هذه المبادلات فان هناك أيضا تأثير الكائنات البحرية التي تنمو على أي سطح موجود في مياه البحر، اذ من المتوقع أن تنمو الكثير من الكائنات البحرية على سطح المبادلات الحرارية وتكون طبقات تعزل سطح المبادل عن مياه البحر، ولا يعرف إلى الآن مدى تأثير وجود هذه الكائنات على سطح المبادلات الحرارية على معدلات انتقال الحرارة بين المبادلات الحرارية والماء، فاذا نتج مثلا تقليل معدلات انتقال الحرارة فان هذا سيؤثر بدوره على كفاءة المحطة ويؤدي الى تقليل كمية الطاقة المنتجة، وعليه فمازال مطلوبا الحصول على معلومات أكثر عن تأثير نمو هذه الكائنات البحرية على سطوح المبادلات الحرارية من أجل العمل على تلافي آثارها السلبية المحتملة إن أحد الحلول المطروحة هو أن تتحرك المنصة في عرض البحر لتقليل امكانية نمو الكائنات البحرية وتراكمها على المبادلات الحرارية ولمنع ارتفاع درجة حرارة المياه المحيطة بالمجادلات وهو أمر يؤدي الى انخفاض كفاءة عمل المحطة.