من المعروف ان محطات التوليد الحرارية (البخارية ) التي تعتمد على الوقود الاحفوري تعمل وفق مبدأ تسخين المياه واستخلاص البخار لتدوير عنفات بخارية تقوم باستخراج الطاقة الحرارية من ضغط البخار، وتحويلها إلى حركة دوارة .
يعمل الباحثون في كلية الهندسة الميكانيكية في جورجيا الامريكية في أحد المشاريع الخاصة بمحطات التوليد الحرارية حيث يتم استبدال بخار الماء التقليدي الذي يستخدم لتدوير العنفات بثاني أكسيد الكربون فوق الحرج (supercritical carbon dioxide (SCCO2 لتشغيل التوربينات وإنتاج الكهرباء.
يتم الحصول على SCCO2 عندما يتعرض ثاني أكسيد الكربون لضغط أعلى من 7.4 ميغاباسكال ودرجة حرارة تزيد عن 31 درجة مئوية. هذه الحالة السحرية هي حالة وسيطة بين الحالة السائلة والغازية ، وتتميز بكثافة عالية وناقلية حرارية عالية ، واستطاعة حرارية عالية .
يستخدم SCCO2 حاليًا في اعمال التنظيف الجاف الصديق للبيئة واعمال إزالة الكافيين من القهوة . اما في تطبيقات الطاقة ، فإن كثافته العالية وقابليته للانضغاط ستمكنان المولدات من استخراج كميات أكبر من الطاقة الكهربائية من التوربينات ، كما أوضح ( ديفيش رانجان ) ، الأستاذ في مادة ميكانيك السوائل في جامعة جورجيا حيث قال :
التقنية تستلزم تصنيع تجهيزات من مواد بمواصفات افضل من المستخدمة حاليا" ، لكنها أصغربكثير من ناحية الحجم ، مما يقلل من تكاليف الإنتاج.
اما (أسيجون هنري )، الأستاذ المساعد في مجال نقل الحرارة ، والاحتراق ، وأنظمة الطاقة ، فيرى ان هذه التقنية واعدة ولكن هذا يتطلب درجات حرارة تشغيل أعلى من 800 درجة مئوية مقارنة بدرجات الحرارة الحالية التي هي أقل من 600 درجة وبالتالي فالمبادلات الحرارية الحالية لا يمكن أن تتحمل ذلك .
وهناك ميزة أخرى حيث يتمتع SCCO2 بخصائص تبريد فريدة حيث ان معظم محطات التوليد الحرارية تقع بالقرب من بحيرة أو نهر لأنها تحتاج إلى الكثير من الماء للتبريد ونظرًا لأن عامل نقل الحرارة مرتفع جدًا باستخدام SCCO2 ، فيمكننا القيام بالتبريد الجاف في بيئة قاحلة مثل البيئة الصحراوية ، وبالتالي فان SCCO2 مفيد جدا" اذا استخدم في محطات الطاقة الشمسية المركزة حيث انه سيرفع قيمة الكفاءة الحرارية من 45 إلى 60 بالمائة ،
ولحل مشكلة استخدام درجات حرارة بحدود 800 مئوية ، يعمل الاستاذان هنري ورانجان مع باحثين من جامعة بوردو الفرنسية لتطوير سلالة جديدة من المبادلات الحرارية التي يمكنها تحمل درجات حرارة وضغوط مرتفعة للغاية ، حيث تم تطوير مادة مقاومة للحرارة واقتصادية في ذات الوقت وبالنتيجة ستصبح وفق هذه التقنية محطات الطاقة الشمسية أكثر قدرة على المنافسة ،
وكذلك سترتفع كفاءة محطات التوليد الحرارية من الوقود الأحفوري فالمزيد من الكفاءة يعني انخفاض انبعاثات ثاني أكسيد الكربون لكل كيلووات يتم إنتاجه.
المصدر:صفحة افاق جديدة في هندسة الطاقة الكهربائية