كلية الرياضيات وعلوم المادة قسم الفيزياء تخصص: فيزياء طاقوية مقدمة من طرف الطالبتين : بالعيد فريحة و بن عزوز الزهرة

Transcript

1 جامعة قاصدي مرباح ورقلة كلية الرياضيات وعلوم المادة قسم الفيزياء مذكرة مقدمة لنيل شهادة ماستر أكاديمي تخصص: فيزياء طاقوية مقدمة من طرف الطالبتين : بالعيد فريحة و بن عزوز الزهرة بعنوان: د ارسة مقارنة بين أنظمة تخزين الطاقة الح اررية : 3502/ 50 / 32 علنا يوم نوقشت : تحت إش ارف اللجنة محسن حسين أ محاضر أ. جامعة قاصدي مرباح ورقلة رئيسا بوغالي سليمان أ محاضر أ. جامعة قاصدي مرباح ورقلة ممتحنا جمال بشكي أ محاضر أ. جامعة قاصدي مرباح ورقلة مؤط ار - بوقطاية حمزه التعليم العالي أ. جامعة قاصدي مرباح ورقلة مساعد مؤطر /1026

2 إهدإء إمحلد هلل إذلي بنعمته تمت إلصاحلات محدإ كثريإ طيبا مباراك فيه كام ينبغي جلالل وهجه وعظمي سلطانه وكام يليق بعظمي نعمه علينا. إمحلد هلل إذلي هدإان إىل طريق إلعمل وإملعرفة. 2 إمحلد هلل إذلي وفقنا لجناز هذه إملذكرة و إ متام هذإ إلبحث إلعلمي إملتوإضع : إىل وإذلي أهديه أيم إحلبيبة إليت أحاطتين بدعوإهتا إخلالصة وإىل أيب إلغايل إذلي علمين حرويف إلوىل واكن قدوات يل يف إلعمل وإملثابرة أدإم هللا علهيام نعمة إلصحة. وإلعافية إىل أبو بنايت محمد إذلي ساندين يف إجناز هذإ إلعمل جزإه هللا عنا لك إخلري وأدإمه ذخرإ وعوان لنا. إىل بنايت إحلبيبات : سارة إميان أسامء مرمي و أسيا. سائةل إملوىل عز وجل أن يوفقهن للعمل وإلعمل. إىل إخويت إلعزإء : أمحد ليىل زينب عبد هللا خدجية يونس عبد إلسالم حلمية وهاجر. إىل لك من ساعدين أو دعى يل بن عزوز زهرة بظهر إلغيب

3 إهدإء إمحلد هلل إذلي أانر لنا درب إلعمل وإملعرفة وأعاننا عىل أدإء هذإ إلوإجب ووفقنا إىل إجناز هذإ إلعمل إىل من ل ميكن لللكامت أن تويف حقهام إىل من ل ميكن للرقام أن حتيص فضائلهام إىل وإدلي إلعزيزين أدإهمام هللا يل إىل أفرإد أرسيت سندي يف إدلنيا لك ابمسه إىل أساتذيت إلكرإم إذلين هلم إلفضل يف وصولنا إىل ما حنن عليه إىل لك طلبة ماسرت فزيايء طاقوية دفعة 6102/6102 إىل لك من سقط من قلمي سهوإ أهدي هذإ إلعمل ويف إلخري أتوجه جبزيل إلشكر والامتنان إىل لك من ساعدين من قريب أو من بعيد عىل إجناز هذإ إلعمل ويف تذليل ما وإهجته من صعوابت ابلعيد فر حية 3

4 نتقدم ابلشكر إجلزيل للك أساتذة دفعة ماسرت فزيايء طاقوية / وللستاذ إملؤطر. كام نتقدم ابلشكر إىل لك إلزمالء يف هذه إدلفعة ولك من سامه من قريب أو بعيد يف إجناز هذإ إلعمل. ابلعيد فرحية وبن عزوز إلزهرة 4

5 الفهرس 5

6 الفهرس : قائمة األشكال و اجلداول...5 قائمة املقادير الفيزيائية... 7 قائمة الرموز واإلختصارات...8 املقدمة...01 الفصل األول : عموميات حول التيرموديناميك واالنتقال الح ارري I..0 النظام الديناميكي احلراري Iالنظام الديناميكي احلراري...01 I.1.0. خصائص اديناميكا احلرارية I.احلرارة احملسوسة واحلرارة الكامنة...01 I.1.0. احلالة وتغري احلالة I.أنواع تغري احلالة I.الطاقة الداخلية I.األنتاليب I.االنرتويب I.احلرارة...08 I الغاز املثايل I العمل I.القانون االول للديناميكا احلرارية I.القانون الثاين للديناميكا احلرارية...11 I.01.0 اإلجراءات االنعكاسية وغري اإلنعكاسية...10 I.1. اإلنتقال احلراري I.إنتقال احلرارة بالتوصيل...11 I.1.1. إنتقال احلرارة باحلمل I.إنتقال احلرارة باإلشعاع...11 I.1. األعداد الالبعدية يف االنتقال احلراي الفصل الثاني : تحويل وتخزين الطاقة.0.II مقدمة II أشكال الطاقة II.الطاقة الكيميائية II.الطاقة امليكانيكية II.الطاقة احلرارية II.الطاقة النووية II.الطاقة الكهربائية

7 1.1.II.الطاقة الضوئية II الطاقة األولية والطاقة الثانوية II مصادر الطاقة II مصادر الطاقة غري اجملددة II.مصادر الطاقة املتجددة II حتويل الطاقة II ختزين الطاقة II ختزين الطاقة امليكانيكية II ختزين الطاقة الكيميائية II.ختزين الطاقة احلرارية II ختزين الطاقة الكهربائية...11 الفصل الثالث : تخزين الطاقة الح اررية 0.III مقدمة III ختزين الطاقة احلرارية III فوائد التخزين الطاقة احلرارية III أنظمة التخزين احلراري III ختزين الطاقة باحلرارة احملسوسة III ختزين احلرارة احملسوسة مع املواد السائلة III ختزين احلرارة احملسوسة مع املراد الصلبة III حلول تكنولوجيا التخزين باحلرارة احملسوسة III ختزين الطاقة باحلرارة الكامنة III مفهوم التخزين باحلرارة الكامنة MCP املواد متغرية الطور III III.إجيابيات و سلبيات أشكال متغرية الطور III بعض الظواهر اليت تؤثر يفكفاءة التخزين MCP ال III.إختيار III أكثر املواد متغرية الطور إستخدما MCP لتكييف مواد متغرية الطور III.تقنيات III التغليف الكلي III تغليف صغري MCP دمج بنيات معدنية مع III 51...MCP توزيع املواد ذات توصيلية عالية يف III 15...MCP تطبيقات ال III III.تطبيقات مواد ال MCP يف الصناعة III تطبيقات مواد ال MCP يف التربيد احلرارو الكيميائي

8 III.تطبيقات ال MCP يف حمركات ذات اإلحرتاق الداخلي III.تطبيقات ال MCP يف بطارية الليثيوم III تطبيقات ال MCP يف التربيد اإللكرتوين III تطبيقات ال MCP يف املباين III تطبيقات ال MCP يف التخزين الشمسي احلراري III التخزين احلراروكيميائي III بعض التفاعالت الكيميائية اإلنعكاسية...15 الفصل ال اربع : مقارنة بين انظمة التخزين الح ارري 0.IV مقدمة IV.معايري إختيار وتصميم نظم التخزين IV.مقارنة بني أنظمة النخزين احلراري IV.من حيثكثافة الطاقة ودرجة احلرارة وزمن النخزين IV.كثافة الطاقة يف التخزين احملسوس IVكثافة الطاقة يف التخزين الكامن IV كثافة الطاقة يف التخزين احلراروكيميائي IV حيث خصائص مواد التخزين املستعملة IV مواد التخزين احلساس السائلة IV.مواد التخزين احلساس الصلبة MCP التخزين الكامن IV.مواد IV مواد التخزين احلراروكيميائي IV.اجلانب االقتصادي والنضج التكنولوجي IV.تكنولوجيات التخزين احلساس IV.تكنولوجيات التخزين الكامن IV.تكنولوجيات التخزين احلراروكيميائي IV.ملخص للميزات االجيابية لكل نظام والتطبيقات االكثر مناسبة إلستخدامها...11 اخلامتة...15 املراجع

9 قائمة األشكال دورة رانكني دورةكارنو العمل االزاحي ملكبس التوصيل احلراري خالل جدار مكون من طبقة واحدة انتقال احلرارة باحلمل على سطح مستوي الطاقة األولية والطاقة الثانوية حمطة طاقةكهرومائية القط الطاقة الشمسية ( solaires 11...)capteurs أحواض ذو قطع مكافئ (paraboliques) لتجميع الطاقة الشمسية خاليا ضوئية الكتلة احليوية طاحونات هوائية احلرارة اجلوفية حتول وضياع الطاقة نظام الضخ املائي نظام اهلواء املضغوط دوالب املوازنة بطارية الرصاص احلمضية مبدأ عمل مضخة حراروكيميائية منوذج لوحة مسطحة ملكثفة عدد األحباث املنشورة سنويا عن ختزين الطاقة احلرارية خمطط تصنيف أنظمة ختزين الطاقة احلرارية خمطط يوضح تقنيات ختزين الطاقة احلرارية منحىن يوضح اخلطوات املختلفة خالل ختزين احلرارة الكامنة )الصلبة / السائلة( اإلختالف يف احملتوى احلراري حمدد على أساس درجة حرارة )ملادة نقية و خليط (...51 خمطط يوضح تصنيف مواد متغرية الطور 51...MCP منحىن يوضح ظاهرة فرط الربودة أشكال خمتلفة من التغليف الكلي تكييف ال MCP يف عقيدات خمتلف أنواع التغليف الصغري وصف للتغليف الصغري متثيل خمتلف انواع ادماج ال MCP عن طريق بنيات معدنية البطارية احلرارية سكوتركهربائي أنبوب TSA الشمسية باستخدام 11...MCP 9

10 خمطط يوضح مبدأ التخزين احلراروكيميائي التطور الزمين لنشر املقاالت وبراءات االخرتاع على التخزين احلراروكيميائي تصنيف التفاعالت الكيميائية كثرية االستعمال يف التخزين احلراروكيميائي معايري اختيار نظام التخزين احلراري منحىن درجة احلرارة -األنتاليب لنظام ختزين حرارةكامنة احلجم الالزم لنفسكمية الطاقة احملسوسة املخزنة ملواد ختزين خمتلفة بيانات توازن التفاعل العكسي هليدريد املغنيزيوم بيانات توازن التفاعل العكسي لكربونات الكالسيوم بيانات توازن التفاعل العكسي للهيدروكسيدات خمتلف تقنيات التخزين باحلرارة باحلرارة احملسوسة حتت األرض حمطة مشسية حرارية لتخزين مومسي Hambourg( (...87 صورة ملبىن باألبعاد( 2.4mx2.4mx2.4m ) 81...)béton+MCP( مبىن بعازل من البوليوريثان polyuréthane( ) و 81...MCP مضخة حراروكيميائية 11...CaO/CO2/PbO منوذج MODESTORE للتخزين احلراري املومسي قائمة الجداول اجلدول I.0. اجلدول.0.II اجلدول.1.II اجلدول.0.III اجلدول.1.III اجلدول.0.IV اجلدول.1.IV اجلدول.1.IV اجلدول.1.IV اجلدول.5.IV اجلدول.1.IV اجلدول.7.IV اجلدول.8.IV اجلدول.1.IV اجلدول.01.IV يقدم أهم املعامالت الالبعدية يف االنتقال احلرارة يقدم خصائص منوذجية لفحوم خمتلفة يقدم بعض عمليات وأجهزة حتويل الطاقة يوضح احللول التكنولوجية لتخزين باحلرارة احلساسة يقدم اجيابيات وسلبيات خمتلف متغريات احلالة يف التخزين الكامنة يقدم بعض اخلصائص احلرارية ألنظمة التخزين احلراري يقدم خصائص MCP )خالت هيدرات الصوديوم( يقدم خصائص بعض مواد التخزين احلساس السائلة يقدم بعض مواد التخزين احلساس الصلب يقدم اعتبارات اختيار مادة MCP للتخزين احلراري الكامن يقدم بعض خواص مواد تغيري الطور )صلب-سائل( العضوية وغري العضوية يقدم خصائص حرارية لبعض أهم مواد MCP غري العضوية يقدم خصائص بعض أهم مواد التخزين العضوية يقدم اخلصائص احلرارية ألكثر التفاعالت استعماال يف التخزين احلراروكيميائي يلخص مقارنة بني اجيابيات أنظمة التخزين احلراري وتطبيقاهتا املناسبة

11 قائمة المقادير الفيزيائية املقادير T M P N ρ u S γ µ U V تعريف املقدار درجة احلرارة الوحدة C Kg Pa / جسيمات m 3 kg/m 3 J J kg/m.s m 2 /s m/s M 3 k -1 J J.kg J/kg.K J J.kg -1 kj/kg.k Kg kj/mol.k kg//m 3 M m/s 2 N m 2 W/m. K W/m²C W/m 2. K 4 الكتلة الضغط اجلسيمات كثافة الكتلة احلجمية الطاقة الداخلية االنرتوبية اللزوجة التحركية اللزوجة احلريكية السرعة احلجم معامل التمدد احلجمي كمية احلرارة املخزنة احلرارة الكامنة ملرحلة تغري الطور السعة احلرارية العمل األنتالبية ثابت الغاز النوعي الكتلة اجلزئية ثابت الغاز بداللة الوزن اجلزيئي احلجم النوعي املسافة ثابت اجلاذبية األرضية القوة مساحة السطح ثابت املوصلية احلرارية معامل انتقال احلرارة باحلمل معامل إنتقال احلرارة باإلشعاع Β Q L C W H R M Y G F A K H 11

12 قائمة الرموز الرموز واإلختصا ارت الداللية عكوس ميكانيكي صلب غاز مائع درجة حرارة احلالة االبتدائية درجة حرارة احلالة النهائية حتت ضغط ثابت الداخلة اخلارجة Rev Mech S g f T1 T2 P In Out قائمة االختصا ارت مواد تغري الطور درجة حرارة منخفضة درجة حرارة مرتفعة عدد غارشوف الالبعدي عدد نيوسالت الالبعدي عدد براندل الالبعدي عدد رينولدز الالبعدي ختزين الطاقة احلرارية كيلواط ساعي MCP TC TH Gr Nu Pr Re TES kwh الرموز التغري يف الكمية التفاضل التام التكامل التغري) تفاضل غري تام ) d ρ 12

13 المقدمة 13

14 مقدمة : تعترب الطاقة من أهم املقومات الرئيسية للمجتمعات املتحضرة. وحتتاج إليهاكافة قطاعات اجملتمع باإلضافة إىل احلاجة املاسة إليها يف تسيري احلياة اليومية فالطلب العاملي على الطاقة هو يف مستوى 01.5Gtep وهو يف تزايد مستمر وقد يصل بني 11 و 15 يف آفاق ]1[ 1151 لكن العامل اليوم مير مبرحلة حتول يف جمال الطاقة. ألن املوارد الطاقوية تنخفض Gtep ويتزايد التلوث ويتغري املناخ. فالوقود األحفوري على وشك النفاذ يف العقود القليلة القادمة اذا اصبح من الضروري إجياد حلول و بدائل من شأهنا أن تضمن وفرة مستمرة للطاقة اليت حنتاجها من جهة وكذلك إستغالل الطاقة الضائعة من جهة أخرى. ومن بني هذه احللول إعتماد أنظمة لتخزين الطاقة يف شىت أشكاهلا فالتخزين يهتم بالدرجة األوىل باملوارد الطاقوية أو بسهولة الوصول اليها فهو يوازن اإلنتاج مع اإلستهال كما أنه حيد من ضياع الطاقة ويعترب مهم حىت يف حالة الطاقات املتجددة فاحلاجة للتخزين هي إستجابة إلعتبارات إقتصادية وبيئية وجيوسياسية وتكنولوجية.ومن أنواع التخزين جند التخزين احلراري فهو واحد من التكنولوجيات الرئيسية للحفاظ على الطاقة وانطالقا من هذه األمهية جاء اختيارنا ملوضوع حبثنا هذا وهو التعرف على التخزين احلراري وأنظمته احملسوسة والكامنة واحلراروكيميائية كما نركز على التخزين احلراري بالنسبة ليوم أو عدة أشهر والذي يعترب حال مهما فيما خيص تثمني الطاقة الشمسية احلرارية والصناعية.فماهو النظام األنسب واألحسن للتخزين احلراري لكل تطبيق مقرتح إن اهلدف املرجو من الدراسة هو إختيار نظام التخزين احلراري املناسب على حسب حاجة وظروف التخزين املعطى. وهذا بإعتماد طريقة املقارنة بني أنظمة التخزين احلراري )احملسوسة والكامنة واحلراروكيميائية ) بإعتبار جمموعة من املعايري املقرتحة. خالل هذا البحث سنتطرق اىل أربع فصول لدراسة مقارنة بني أنظمة التخزين احلراريه احلساسة والكامنة واحلراروكيميائية بداية بالفصل األول الذي يعطي ملخص لعموميات التريموديناميك واإلنتقال احلراري مقدما اجلوانب التمهيدية للديناميكا احلرارية من تعاريف أساسية للحرارة احملسوسة والكامنة واحلالة وتغرياهتا واالنتاليب ألمهيتهم يف أنظمة التخزين احلراريكما أشرنا للقانون األول والثاين لديناميكا احلرارية ومن مث طرق اإلنتقال احلراري الثالث وهي : 14

15 إنتقال احلرارة بالتوصيل وباإلشعاع وباحلمل أما الفصل الثاين يرتكز على جزئني أوهلما التعرف على الطاقة وأشكاهلا ومصادرها وأنواعها مع توضيح حتوالت الطاقة أما اجلزء الثاين فخصص لتخزين الطاقة بأنواعها : الطاقة الكهربائية وامليكانيكية والطاقة احلرارية والطاقة الكيميائية.الفصل الثالث يركز على ختزين الطقة احلرارية والتفصيل يف أنظمتها احملسوسة والكامنة واحلراروكيميائية حيث تقدم املواد املستعملة يفكل نظام وأهم تقنياته املطبقة وأخريا الفصل الرابع نتطرق فيه ملقارنة بني أنظمة التخزين احلراري احملسوسة والكامنة واحلراروكيميائية بإعتماد معاير حمددة هيكثافة التخزين احلراري مدة التخزين خصائص مواد التخزين ( الفيزيائية الكيميائية واحلرارية...( اجلانب التكنولوجي واالقتصادي مسافة نقل الطاقة. ومن خالل مناقشة وحتليل النتائج احملصل عليها يتم إختيار النظام األنسب. 15

16 الفصل األول عموميات حول الترموديناميك واإلنتقال الح ارري 16

17 .2. I عموميات حول الديناميكا الح اررية.2.2. I النظام الديناميكي الح ارري هو جسم أو جمموعة من األجسام املادية اليت تتبادل الطاقة واملادة فيما بينها أو مع الوسط احمليط هبا )األجسام الواقعة خارج حدود النظام الدينامي احلراري واملسماة بالوسط احمليط أو الوسط اخلارجي(. وتصنف األنظمة الديناميكية احلرارية حسب شروط التبادل للطاقة واملادة مع الوسط اخلارجي إىل ما يلي: الجملة الدينامية الحرارية المعزولة : وهي النظام الذي ال يتم تبادل ال للطاقة وال للمادة مع الوسط احمليط. الجملة الدينامية الحرارية المغلقة : وهي النظام الذي ال حيدث تبادل للمادة بينه وبني الوسط احمليط ولكن حيدث بينهما تبادل للطاقة. الجملة الدينامية الحرارية المفتوحة: وهي النظام الذي حيدث بينه وبني الوسط احمليط تبادل للمادة. نظام ثابت الحرارة ( Adiabatique ):اليوجد تبادل للحرارة مع الوسط احمليط. نظام متساوي حراريا ( Isotherme ):له درجة حرارة موحدة)متجانس( داخل حدود النظام. (Isobare نظام متساوي الضغط) نظام متساوي الحجم :له ضغط موحد داخل حدود النظام. :(isochore) له حجم ثابت داخل حدود النظام. نظام مستقر:( stable ):خصائصه مستقلة عن الزمن. ]0[.1.2. خصائص الديناميكا الح اررية I توضح لنا الديناميكا احلرارية اعتماد احلرارة والشغل امليكانيكي عند حدود النظام على دوال احلالة اليت تصف حالة النظام. ومن هذه الدوال جند : درجة احلرارة T والضغط p وهذه تسمى "خواص مكثفة" وصفات أخرى مثل الطاقة الداخلية U وإنرتوبيا S واحلجم V وعدد اجلسيمات N وقد جرى العرف على تسميتهاكميات مشولية. الفرق بني الكميات املكثفة والكميات الشمولية ينحصر يف كون الدوال املكثفة ال تتغري بتضخيم النظام )إضافة جزء جديد( مثل الكثافة واحلرارة النوعية أما الدوال الشمولية أو الكميات الشمولية فهي تزداد بتضخيم النظام مثل عدد اجلسيمات والطاقة الداخلية )احملتوي احلراري يف النظام( ]0[. 17

18 .1.2. الح اررة المحسوسة والح اررة الكامنة I الح اررة المحسوسة : هيكمية احلرارة الالزمة لرفع درجة 1kg من املادة 1 C دون حدوث تغري يف حاله املادة. وحلسابكمية احلرارة الكامنة ت ستعمل املعادلة( 1.I ) ]0[. (1.I) الح اررة الكامنة : هيكمية من احلرارة الالزمة لتحويل املادة من حالة إىل أخرى لكل 1Kgمن املادة وتعترب من اخلصائص املميزة للمادة وحدة قياسها هي اجلول. املميز لذلك التحول من حالة إىل حالة أنه حيدث دائما عند درجة حرارة ثابتة. وحلسابكمية احلرارة الكامنة ت ستعمل املعادلة( 2.I ) ]0[. (2.I) حيث: : كمية الطاقة امل متصة أو الصادرة من املادة أثناء حتوهلا من حالة إىل حالة )J ) : كتلة املادة (kg) : احلرارة الكامنة للمادة ختتلف من مادة ملادة (J/kg( : الفرق يف درجة احلرارة (C ) )J/ kg. K(. السعة احلرارية :C I. 1.2.الحالة وتغيير الحالة حالة ترموديناميكية ) thermodynamique (état : هي عدة خواص لنظام ترمويناميكي جيب تعيينها يف صيغة قيم حمددة تصف النظام بدقة. وتسمى أي من تلك الكميات "متغري للحالة " أو "إحداثية للحالة " أو "متغري ترموديناميكي ". مثال على ذلك تغري درجة حرارة النظام أو تغيري حجمه أو تغيري ضغطة : كل تلك اإلحداثيات هي متغريات حلالة النظام ومعرفتها بالضبط يتيح لنا معرفة "حالة النظام " بدقة. وبتعيني عدد معني من املتغريات الرتموديناميكية لنظام تساعدنا على تعيني مجيع خواصه األخرى. وعدد للخواص أو املتغريات الواجب تعيينها للنظام لوصف حالته بدقة يعتمد على نوع النظام ]0[. 18

19 I. 1.2.أنواع تغير الحالة تحول عكوس : حتول يتم ببطء شديد ميكن للنظام احلراري يف أي نقطة منه العودة يف االجتاه املعاكس معيدا وبدقة تامة مجيع الشروط اليت قد مرت به يف التحول األصلي املباشر. تحول العكوس : حتول سريع غري قابل للعكس. وتتصف مجيع التحوالت الطبيعية بأهنا العكوسية. الدورة المغلقة : حتول يعود فيه النظام إىل نقطة البدء بعد أن يكون قد مر بعدة مراحل خمتلفة. ]0[ وميكن إعطاء أمثلة عن بعض دورات إنتاج احملركات وهي أنظمة تستخدم إلنتاج الطاقة الصافية. فمعظم احملركات وظيفتها انتاج طاقة مع عملية دورية باستخدام مائع العمل. حمطات توليد الطاقة البخارية تستخدم املياهكمائع للعمل. دورات احملركات احلقيقية معقدة التحليل. ولذلك فإنه من الشائع لتحليل دورات افرتاض أهنا تعمل دون احتكا وفقدان احلرارة والتعقيدات األخرى. فتحليل احملر املثايل ينتج معايري التشغيل األساسية اليت حتكم أداء الدورة ]1[. دورة كارنو :احملر احلراريكارنو ينفذ حتويل احلرارة إىل طاقة ميكانيكية من خالل ختفيض درجة حرارة مائع العمل من درجة حرارة عليا Tإىل H درجة حرارة دنيا T) C الشكل I.1(. T. H يف درجة احلرارة ثابتة q in العملية 1-0: إكتساب حرارة.S 2 = العملية :1-1 متدد ثابت األنرتويب S 3. T C يف درجة احلرارة يف درجة حرارة ثابتة. q out عملية 1-1: فقدان حرارة.S 4 = عملية :0-1 انضغاط ثابت األنرتويب S 1 الشكل I.1. دورةكارنو] 1 [ دورة ارنكين : دورة رانكني حيول احلرارة إىل العمل )الشكل 2.I (. و يولد حوايل 81 من مجيع الطاقة الكهربائية املستخدمة يف مجيع أحناء العامل. 19

20 ا. عملية 1-0: يدخل السائل مرتفع الضغط داخل املرجل حيث يتم تسخينه حتت ضغط ثابت من مصدر حرارة خارجي q in تكاثف. ليصبح خبار جاف مشبع. العملية 1-1: يتمدد البخار املشبع اجلاف من خالل التوربني. هذا يقلل من درجة احلرارة وضغط البخار و قد حيدث العملية 1-1: يدخل البخار الرطب الذي يتم تفريغه من التوربني إىل مكثف حيث يتم تكثيفها يف ضغط ثابت لتصبح سائل مشبع ويفقد حرارة q out. عملية 0-1: يتم ضخ املاء من الضغط املنخفض إىل العايل لبدء دورة جديدة. الشكل I.2. دورة رانكني] 1 [.6.2 I لطاقة الداخلية الطاقة الداخلية هي جمموع الطاقات اليت حتتويها جزيئات أي نظام وهي ترجع إىل الرتكيب اجلزيئي للمواد ودرجة نشاط تلك املادة.فالطاقة الداخلية تعترب إحدى خصائص النظام الرتموديناميكي وحدهتا اجلول (J) ويعطى تغريها بالعالقة (I.3) ]1[. (I.3) حيث : : العمل الذي يؤديه النظام (J) : كمية احلرارة اليت يكتسبها النظام (J) أي أن الطاقة الداخلية لنظام تزيد عند إمداده حبرارة أو عند زيادة الضغط عليه فالطاقة املسلطة عليه من اخلارج ختتزن فيه ( ىلإ حني تسريبها وأداء شغل(.هتمنا الطاقة الداخلية لنظام يف الرتموديناميكا احلرارية ألهنا متكننا من حسابكفاءة عمل اآلالت مثل حمر االحرتاق الداخلي آلة خبارية حمر كهربائي حمر نفاث وغريها ]1[. 20

21 I. 7.2.األنتالبي يف الديناميكا احلرارية والكيمياء اجلزيئية احملتوى احلراري أو األنتالبية أو السخانة )يرمز هلا ب ) هي تعبري عن الكمون الدينامي احلراري للنظام وتعترب مقياس للطاقة الكلية لظام ترموديناميكي وحدته هي اجلول )J (]1[. ال ميكن قياس األنثاليب الكلي ( ) لنظام. ولكننا نستخدم التغري يف األنثاليب ( ) وهيكمية ميكن قياسها واالستفادة هبا أكثر من تعيني قيمتها املطلقة] 1 [ فإذاكان : تغري تغري موجب اإلشارة : فيكون حتول ماص احلرارة )endothermique( سالب اإلشارة : فيكون حتول ناشر للحرارة exothermique( ) فيمكنكتابته بالعالقة (4.I).]1[ (I.4) يتكون األنثاليب لنظام من جزئني طاقة داخلية وشغل ناشئ عن تغري احلجم بإجراء التفاضل على املعادلة أعاله حنصل على املعادلة (I.5). (I.5) I. 1.2.األنتروبي األنرتوبيا أو العشوائية أصل الكلمة مأخوذ عن اليونانية ومعناها "حتول" وهو مفهوم هام يف التحريك احلراري. يف الرتموديناميكا نقوم بوصف التبادل احلراري )تبادل طاقة( بني النظام والوسط احمليط باألنرتوبيا فإما تستبدل حرارة بينهما أو يستبدل شغل ويف كال احلالتني أنرتوبيا النظام يتغري. ي رمز عادة لألنرتوبيا باحلرف) ) S ووحدته (J/K) حيث يعطى تغريه يف حالة التحوالت العكوسة reversible( ) بالعالقة (6.I).]1[ (I.6) حيث : : التغري يف مقدار احلرارة النظام (J) : درجة حرارة النظام (K) 21

22 1.2.I.الح اررة احلرارة يف الفيزياء والكيمياء هي إحدى أشكال الطاقة يرتافق معها حركة الذرات أو اجلزيئات أو أي جسيم يدخل يف تركيب املادة. ممكن توليد احلرارة عن طريق التفاعالت الكيماوية مثل االحرتاق أو التفاعالت النوويةكاالندماج النووي احلادث يف الشمس أو اإلشعاع الكهروطيسيكاحلاصل يف املواقد الكهرطيسية أو احلركة مثل احتكا أجزاء اآلالت. تتنقل احلرارة بني األجسام باإلشعاع والتوصيل حراري واحلمل احلراري. وتنتقل احلرارة تلقائيا من درجة احلرارة األعلى لألدىن. فدرجة احلرارة هي مقياس مدى سخونة جسم ما أو برودته وهي اليت حتدد اجتاه انتقال احلرارة تلقائيا إال أنه ممكن استنفاذ شغل لنقلها يف االجتاه املعاكس.يعرب عن درجة احلرارة مبقاييس خمتلفة. سلم درجة الح اررة المطلقة : سلم معياري لدرجات احلرارة يستخدم وحدةكلفن) K (.حيث الصفر املطلق يساوي C سلم س ليس يوس( C): سلم معياري لدرجات احلرارة املئوي مماثل يف تدرجيه لسلم درجة احلرارة املطلقة لكن يعطي الصفر لنقطة التجمد و 011 C نقطة التبخر للماء. يسمى أيضا السلم املئوي لدرجة احلرارة. سلم فهرنهايت( ): F سلم قدمي تعطى فيه درجة 32 F لنقطة التجمد و 212 F لنقطة التبخر للماء. هذا السلم هو نظام إنكليزي وقلما يستعمل هذا السلم يف األغراض العلمية. ومن بني احلقائق التجريبية اليت اعتمد علها العلماء يف اجناز هذه املقاييس القانون الصفري للديناميكا احلرارية الذي ينص على "إذاكان جسمان يف حالة اتزان حراري مع جسم ثالثكل على حدا فإهنما يكونان يف حالة اتزان حراري فيما بينهما"] 1 [. I الغاز المثالي هو عبارة عن منوذج مبسط للحالة الغازية ويسمى بالغاز الكامل وهو عبارة عن جمموعة من الذرات أو اجلزيئات املتماثلة واملستقلة عن بعضها البعض مهملة األبعاد )نقطية( ذات حجم مهمل أمام احلجم الكلي ال متارس أي تفاعالت فيما بينها وخاضعة حلركة جزيئية مستمرة وعشوائية.و يوصف من حيث املقادير الثالث: احلجم الذي حيتله ضغطه ودرجة حرارته. يف الواقعكل الغازات أو األخبرة مبا يف ذلك خبار املاء عند ضغوط منخفضة جدا يسلك سلو الغاز املثايل. الفائدة العملية ملعاجلة الغازات احلقيقيةكما املثالية هي إمكانية تطبيق عليه معادلة بسيطة للحالة مع ثابت واحد فقط حنو املعادلتني (I.7) ]1[. (7.I) حيث: : حجم الغاز : كتلة الغاز : ضغط الغاز 22

23 : ثابت الغازات املثالية وهو خيتلف حسبكل غاز اعتمادا على الوزن اجلزيئي حسب العالقة (I.8) : (8.I) kj/kg.k تعطى قيمة الثابت ميكنكتابة املعادلتني (7.I) بالشكل (9.I) : عدد موالت الغاز حيث : I العمل الشغل امليكانيكي هو الطاقة املبذولة للتغلب على قوة ما أو مقاومة. فمثال عند بذل طاقة لرفعكتلة فإن اإلحساس العضلي للتغلب على اجلذب األرضي للكتلة )أي وزهنا( هو شعور بوجود قوة. وعند بذل طاقة لضغط نابض باليد سيولد شعورا بوجود مقاومة. فالشغل ينجز حني تتحر قوة عرب مسافة معينة من الوضعية) 0 ( إىل الوضعية) 1 (. يعرب عنه بالعالقة.I( )01.]1[ (11.I) كما يعرف العمل االزاحي على انه العمل املنجز عند تعرض جزء من حدود النظام إىل اإلزاحة حتت تأثري الضغط مثال إذا فرضنا وجودكمية من غاز حجمه ) ( وضغطه ) ( يف اسطوانة حمكمة يتحر بداخلها مكبس مساحة مقطعه العرضي ) ( عدمي التسرب واالحتكا تؤثر فيه قوة ) ( تزحيه من احلالة )0( إىل احلالة ) 1 (مبسافة متناهية الصغر ) ( )الشكل. 1.I (. الشكل 3.I.االعمل االزاحي ملكبس 23

24 فان العمل االزاحي العنصري يعطى بالعالقة( 11.I ). (11.I) وبالتكامل نتحصل على العمل االزاحي.العالقة( 12.I ). (12.I) I القانون األول للديناميكا الح اررية يربط القانون األول للديناميكا احلرارية بني الطاقات املختلفة وهو تعبري خاص عن قانون احنفاظ الطاقة الذى ينص على " نأ الطاقة ال تفىن وال تستحدث ولكن ميكن حتويلها من صورة إىل أخرى".وميكن التعبري عنه عند التغري من احلالة االبتدائية إىل احلالة النهائية بالعالقة.( 13.I ( ]1[. (13.I) مبا أن الطاقة الداخلية هي دالة حالة فيمكنكتابة العالقة (I.14). (14.I) I القانون الثاني للديناميكا الح اررية : القانون الثاين للديناميكا احلرارية يلعب دورا يف حتديد أوجه القصور يف األنظمة وتشري إىل أنه من املستحيل أن يكونكفاءة 011 يف حتويل الطاقة. بعض العمليات حتصل بشكل تلقائي وقسم منها بشكل غري تلقائي فمثال يربد اجلسم الساخن ولكن ال يسخن اجلسم البارد مطلقا وميكن للغاز أن يتمدد من املكان اململوء إىل الفارغ وال حيصل العكس. وبشكل عام تسري مجيع النظم إىل حالة التوازن و عكس هذه العمليات حيتاج إىل قوة خارجية أي جيب أن ننجز عمل والتعترب التغريات يف الطاقة الداخلية أو األنثاليب مؤشرات يعول عليها للداللة على قابلية سري العملية فهي ال تدلنا على موضع االتزان هلذا حنتاج إىل قانون ثاين يعطينا تفسريا لذلك وهلذا القانون صيغتان] 1 [. 24

25 و. الصيغة األولى )صيغة كلفن( من املستحيل إجراء عملية دورية تؤخذ فيها حرارة وحتول إىل شغل دون نقل حرارة يف الوقت نفسه من منبع ساخن إىل منبع بارد فمثال اآللة البخارية ال ميكن أن تقوم بشغل إذا مل يتوفر الضغط العايل ودرجة احلرارة العالية للبخار بالنسبة للوسط احمليط هبا. (Processus réversibles et irréversibles) اإلج ارءات االنعكاسية والالانعكاسية I إن اإلجراءات أو العمليات اليت حتدث آليا يف اجتاه معني وال ميكن هلا أن حتدث يف االجتاه املعاكس لتعود اىل الوضع االبتدائي تسمى العمليات الالانعكاسية. أما اإلجراء االنعكاسي هو إمكانية عكس العملية احلرارية حبيث إذا أجرينا عملية حرارية على نظام وعكسناها ال حيدث أي تغري يف النظام أو احمليط] 1 [. عمليا ال يوجد عمليات معكوسة وإمنا حناول االقرتاب من جعلهاكذلك ومن األسباب اليت جتعل اإلجراء ال انعكاسي هي املعوقات ونذكر منها : االحتكا والتمدد الغري حمكوم ( امتزاج الغازات(. التمدد يف املعادن التفاعالت الكيميائية ]1[. I.1. االنتقال الح ارري تعترب احلرارة شكل من أشكال الطاقة تعرب على مدى حركية الذرات داخل جسم ما وهي غري مرئية لكن ميكن اإلحساس هبا من حولنا حني عند متاس جسمان خمتلفان يف درجة احلرارة يالحظ أن الفرق بني درجيت احلرارة فيهما يتناقص مع مرور الزمن حىت ينعدم فيقال إن احلرارة قد انتقلت من اجلسم األعلى حرارة إىل اجلسم األقل حرارة. وحيدث مثل ذلك يف اجلسم الواحد إذاكان جزآن منه يف درجتني من احلرارة خمتلفتني فتنتقل احلرارة من اجلزء الساخن إىل اجلزء البارد. من األمثلة على ذلك عند وضع قطع ثلج )احلرارة هلا تكون صفر مئوية أو أقل( إىل داخل وعاء به ماء بدرجة حرارة 30 C يبدأ الثلج بالذوبان إىل أن يصبح للماء داخل الوعاء درجة حرارة واحدة ذوبان الثلج ينتج عن اكتساب جزيئات املاء املتجمدة حرارة وحتصل عليها من املاء احمليط. هنا جيب التأكيد على أن الطاقة احلرارية مرتبطة بانتقال الطاقة بني األجسام وليست مقياسا لدرجة حرارة األجسام لذا جيب التفريق بني الطاقة احلرارية جلسم ما ودرجة حرارته ]1[ هنا ثالث طرق رئيسية النتقال احلرارة. 25

26 2.1.I.انتقال الح اررة بالتوصيل عرف على أنه اإلنتقال التلقائي للطاقة احلرارية عرب املادة من منطقة ذات درجة حرارة مرتفعة إىل منطقة أخرى ذات درجة حرارة أقل من سابقتها سعيا وراء الوصول إىل جتانس حراري. ففي األجسام الصلبة رديئة التوصيل الكهربائي )العوازل( يتم انتقال احلرارة بفضل قوى املرونة اليت تربط بني الذرات اليت هتتز حول أوضاع توازهنا فاألمر هنا يقتصر على انتقال الطاقة االهتزازية عرب الشبكة البلورية للجسم الصلب بشكل فوتونات photons( (. أما يف املوائع )السوائل والغازات( فيتم انتقال احلرارة بفضل اصطدام اجلزيئات األكثر طاقة حركية بأقلها طاقة. ويف األجسام الصلبة اجليدة التوصيل الكهربائي )املعادن( يتم انتقال احلرارة بفضل عاملني مها: قوى املرونة اليت أشري إليها يف حالة األجسام الرديئة التوصيل الكهربائي واإللكرتونات احلرة وهي إلكرتونات حرة احلركة يف املعادن وتسلك سلو اجلزيئات يف الغازات وتنتشر خالل املعدن من املنطقة األكثر حرارة إىل أقلها حرارة ناقلة الطاقة. ونعتمد يف االنتقال احلراري بالتوصيل على قانون فورييه] 2 [. :)Loi de Fourier قانون فورييه لالنتقال الح ارري) أثبتت التجارب انه ومبجرد وجود فرق يف درجات احلرارة بني سطحني فإن هنا انتقاالت يف الطاقة احلرارية بينهما وتنتقل هذه الطاقة من السطح الساخن إىل السطح البارد وقد استنتج الفيزيائي فورييه أن معدل التدفق احلراري عرب سطح مادة ما يتناسب مع الفرق يف درجة احلرارة ومع مساحة السطح القائم الذي يعربه وقد مسي بقانون فورريه للتوصيل احلراري ميكن توضيحه باملعادلة.]1[ (15.I) (15.I) بفصل املتغريات يف املعادلة وإجراء عملية التكامل احملدودة ميكن استنتاج قانون فورييه للتوصيل.العالقة (I.16(. (16.I) :ثابت املوصلية احلرارية للمادة واليت هي عبارة عن كمية احلرارة املتدفقة بالثانية الواحدة عند اختالف درجة حرارة اجلسم درجة حرارة مطلقة واحدة وهي مقدار ثابت لكل نوع من أنواع املواد. : درجة احلرارة عند النقطة 1 : املسافة بني نقطة 0 ونقطة 1 درجة احلرارة عند النقطة 0 مساحة سطح التبادل : : 26

27 الشكل I...التوصيل احلراري خالل جدار مكون من طبقة واحدة ]2[ 1.1.I.انتقال الح اررة بالحمل يتم انتقال احلرارة يف طريقة احلمل نتيجة اختالفكتلة احلجمية للمائع من منطقة إىل أخرى بسبب اختالف درجة احلرارة إذ إن ازدياد درجة احلرارة يرافقه نقصان يف الكتلة احلجمية ملعظم املوائع )السوائل والغازات( فإذا ز و د املائع باحلرارة من األسفل ارتفع املائع األقلكثافة وحل حمله األكربكثافة فتحدث تيارات احلمل نقال ل طل اقة احلرارية. ويوصف احلمل حينئذ بأنه طبيعي وإذا استعملت مروحة أو مضخة لتوليد تيارات احلمل واحملافظة عليهاكما هي احلال يف التدفئة املركزية عادة حينئذ يعترب انتقال احلرارة باحلمل قسري. وللتعبري عن انتقال احلرارة باحلمل بني سطح ما ومائع يسري حوله نستخدم قانون نيوتن للتربيد ]1[. ) Loi de Newton du refroidissement( قانون نيوتن للتبريد يعطى بالعالقة (I.17) ]1[. (17.I) حيث: : هي مساحة سطح الشرحية اليت تنتقل خالهلا احلرارة )m²( : درجة حرارة املائع :هو معامل انتقال احلرارة باحلمل )K. )W/m² : درجة حرارة سطح الشرحية 27

28 الشكل 5.I.انتقال احلرارة باحلمل على سطح مستوي] 2 [ 3.2.I.االنتقال الح ارري باإلشعاع إذا وضع طرف قضيب معدين يف هلب فإن احلرارة تصل لليد املمسكة به من الطرف اآلخر فإن انتقال احلرارة يكون بالتوصيل عرب القضيب وإذا وضعت يد فوق اللهب فإن احلرارة تصل اىل يد فانتقال احلرارة هنا يكون عن طريق تيارات احلمل املتجهة إىل أعلى وعند وضع اليد على احد جانيب اللهب نقول أن احلرارة انتقلت عن طريق اإلشعاع فجميع األجسام تشع طاقة حراريه تسمى بطاقة اإلشعاع و حتمل هذه الطاقة بواسطة موجاتكهرومغناطيسية فأشعة الراديو وأشعة حتت احلمراء واألشعة فوق البنفسجية واألشعة السينيةكلهاكهرومغناطيسية حتمل طاقة حرارية وختتلف عن بعضها يف طول املوجات هذه املوجات تنتقل يف خطوط مستقيمة وبسرعة الضوء وال حتتاج إىل وسيط لالنتقال فيه. كما أن انتقال احلرارة باإلشعاع ميكن أن يتم بني جسمني مفصولني بواسطة درجة حرارة منخفضة جدا والدليل على ذلك أن اإلشعاع احلراري يصل من الشمس إىل سطح األرض بعد أن مير بطبقات باردة جدا من اهلواء يف طبقات اجلو العليا وللتعبري عن انتقال احلرارة باإلشعاع نعتمد قانون ستيفان بولتزمان] 1 [. )Loi de Stefan Boltzmann( قانون ستيفان بولتزمان وجد ستيفان بولتزمان بالتجربة أن الطاقة املنبعثة من اجلسم األسود لكل مرت مربع ولكل وحدة زمن تتناسب طرديا مع القوة الرابعة لدرجة جرارة اجلسم مقاسة بالكلفن ويعطى بالعالقه (I.18( ]1[. 28

29 (18.I) حيث : :كمية احلرارة املنتقلة باالشعاع (s. (J/m 2 = W/m 2. K 4 1.I.األعداد الالبعدية في االنتقال الح ارري وقد مت حتديد العديد من العالقات عمم استخدامها يف العمليات احلسابية لنقل احلرارة يعين حتليل األبعاد واالعتبارات التجريبية. وقد وجد أن بعض املعايري تظهر جمموعة أبعاد مرارا وتكرارا يف املعادالت النهائية. التعرف على بعض أهم املعامالت الالبعدية و األكثر استخداما ]0[ مبينة يف )اجلدول. I.0(. االسم الرمز التعريف التطبيق GβTY 3 /ν 2 العدد غارشوف Gr احلمل احلراري الطبيعي hy/kf cpμ/k UY/ν Nu Pr Re العدد نيوسالت العدد برانت العدد رينولدز احلمل احلراري الطبيعي أو القسري والغليان أو التكثيف احلمل احلراري الطبيعي أو القسري والغليان أو التكثيف احلمل القسري الجدول 1.I.أهم املعامالت الالبعدية يف االنتقال احلرارة ]0[ 29

30 الفصل الثاني تحويل وتخزين الطاقة 30

31 .1.II مقدمة الطاقة هي كيان جمرد ال يعرف إال من خالل صوره و حتوالته وهلا تعاريف خمتلفة ميكن من خالهلا تقريب مفهومها فهي : قدرة املادة على إعطاء قوى قادرة على إجناز عمل معني. مقدرة نظام ما على إنتاج فاعلية أو نشاط خارجي )ماكس بالنك ) عبا رة عنكمية فيزيائية تظهر على شكل حرارة أو شكل حركة ميكانيكية أو طاقة ربط يف أنوية الذرة بني الربوتون والنيرتون. وتوجد الطاقة على أشكال خمتلفة )كيميائية ميكانيكية حرارية كهربائية...(.]18[.2.II أشكال الطاقة توجد العديد من أشكال الطاقة يف الفيزياء نذكر أمهها ]1[ :.1.1.II الطاقة الكيميائية : وهي الطاقة اليت تربط بني ذرات اجلزيئ الواحد بعضها ببعض يف املركبات الكيميائية وهذا النوع من الطاقة متوفر في الطبيعة ومن أهم أنواعه النفط والفحم والغاز الطبيعي واخلشب..2.1.II الطاقة الميكانيكية : وهي الطاقة ا لناجتة عن حركة األجسام من مكان آلخر حيث أهنا قادرة نتيجة هلذه احلركة على بذ ل شغل واألمثلة الطبيعية هلذا النوع من الطاقة هي حركة الرياح وظاهرة املد واجلزر..3.1.II الطاقة الح اررية : وتعترب من الصور األساسية للطاقة وال تتوفر الطاقة احلرارية بصورة مباشرة يف الطبيعة إال في مصادر احلرارة اجلوفية II الطاقة النووية : وهي الطاقة اليت تربط بني مكونات النواة ( الربوتونات أو النيرتونات ) وهي تنتج نتيجة تكسر تلك الرابطة وتؤدي إىل إنتاج طاقة حراريةكبرية جدا. 31

32 .5.1.II الطاقة الكهربائية : حيث ال يوجد مصدر طبيعي للكهرباء والسبب يف ذ لك أن مجيع املواد تكون متعادلة كهربائيا والطاقة الكهربائية ال تنشأ إ ال بتحويل نوع من أنواع الطاقة إىل طاقةكهربائية.6.1.II الطاقة الضوئية : هي عبارة عن موجاتكهرو مغناطيسية حتتويكل منها على حزم من الفوتونات وختتلف املوجات الكهرو مغناطيسية يف خواصها الفيزيائية باختالف األطوا ل املوجية ومن األمثلة عليها األشعة السينية وكذلك أشعة جاما. هذة القائمة غريكاملة فيوجد أشكال عديدة من الطاقة مل يتم ذكرها. فمثال احلرارة والش غل مها صورتان من صور الطاقة فهما ليسا من خصائص النظام ولكنهما يعتربان من حاالت نقل الطاقة. فبشكل عام ال ميكن قياس مقدار احلرارة أو الشغل املوجود يفكائن ما وإمنا يتم قياس مقدار الطاقة اليت ميكن نقلها بني األجسام بطرق معينة أثناء وقوع عملية معينة. ويتم إضافة إشارة موجب أو سالب أثناء قياسكل من احلرارة والش غل كإشارة على اجتاه إنتقال احلرارة أو أن اجلسم قد قام بشغل أم تعرض له. وهتتم امليكانيكا الكالسيكية بتوضيح الفرق بني الطاقة احلركية وهي الطاقة اليت ميتلكها اجلسم بسبب حركتة وتساوي الشغل الالزم لتسريع جسم ما من حالة السكون إىل سرعة مع ينة سواءكانت سرعة مستقيمة أو زاوية وطاقة الوضع و تسمي أيضا طاقة االرتفاع وهي طاقةكامنة يكتسبها اجلسم بسبب وقوعه حتت تأثري جاذبية مثل اجلاذبية األرضية أو حتت تأثري جمالكهربائي إذا كان له شحنةكهربائية وتتغري طاقة وضع اجلسم بتغري ارتفاعه عن سطح األرض. والطاقة النووية بأنواعهاكالقوة النووية والقوة النووية الضعيفة. والطاقة الكهربية واليت حتدث نتيجة تعرض اجلسم للمجاالت الكهربية. والطاقة املغناطيسية واليت حتدث نتيجة تعرض جسم ما جملال مغناطيسي..3.II الطاقة األولية والطاقة الثانوية الطاقة األولية هي اليت يتم استخراجها مباشرة من الطبيعة مثل النفط وميكن حتويل الطاقة األولية بطرق معينة إىل أشكال أخرى للطاقة وتسمى طاقات ثانوية مثل الكهرباء واحلرارة. )الشكل 0.II ( ]1[. 32

33 الشكل.1.II الطاقة األولية والطاقة الثانوية ].[.1.II مصادر الطاقة: تقسم مصادر الطاقة إىل مصادر طبيعية دائمة متجددة كالشمس والرياح واملياه والنباتات ومصادر غري متجددة وقابلة للنفاذ كالوقود األحفوري جبميع أنواعه] 1 [..2.1.II مصادر الطاقة غير المتجددة : الطاقة غري املتجددة أو ما يعرف بالوقود األحفوري هي اليت تنفذ عند استخدامها إذ تكون ذات كميات حمدودة املصدر وتكون قد تكونت يف األرض منذ ماليني السنني وهلا خمزون حمدد سينتهي باستهالكه وال ميكن جتديدها يف فرتة زمنيه قصرية.تكون هذا النوع من الوقود يف العصور اجليولوجية القدمية وخاصة يف العصر الكربوين era( )Carboniferous منذ ما يزيد عن 111 مليون سنة. ويعتقد أهنا تكونت من بقايا الكائنات احلية النباتية واحليوانية الكبري منها واجملهرية اليت دفنت حتت طبقات القشرة األرضية وتأحفرت. وساعد عامال الضغط واحلرارة عرب ماليني السنني على حتوهلا إىل الفحم والنفط والغاز الطبيعي ويتم ختزينها يف الصخور اخلازنة. ونبني فيما يلي املصادر الرئيسية للطاقة غري املتجددة] 1 [ : الفحم: الفحوم هي الصخور الرسوبية اليت حتتوي على مواد قابلة لالشتعال. وخيتلف الفحم يف تكوينه وحمتواه الطاقوي على حسب املصدر والنوع. ويبني )اجلدول )0.II أدناه بعض اخلصائص النموذجية للفحوم املختلفة... 33

34 فحم االنرتسيت( Anthracite ) فحم البتيوميين (Bituminous) فحم الليجينيت Lignite) ( _11.1 نسبة الكربون الثابت من الوزن)%( 81.5_ _ _1.8 نسبة الرطوبة من الوزن)%( 00.7_ _ _1.7 نسبة الرماد من الوزن)%( _ _1.1 نسبة الكربيت من الوزن)%( جدول. 1.II.يقدم خصائص نموذجية لفحوم مختلفة ].[ النفط: )النفط اخلام( النفط هو سائل قابل لالشتعال بشكل طبيعي يتكون من خليط معقد من اهليدروكربونات من خمتلف األوزان اجلزيئية واملختلفة اخلصائص الفيزيائية والكيميائية مثل قيمة التدفئة واللون واللزوجة. الغاز الطبيعي: الغاز الطبيعي خليط طبيعي ويتكون من خليط من املركبات الغازية أمهها غاز امليثان واإليثان والربوبان والبيوتان ويد خل الغاز الطبيعيكوقود يف الصناعات ذات اإلستخدام الكثيف للطاقة مثل صناعة اإلمسنت وإنتاج الكهرباء وصناعة احلد يد والصلب وغريها. الطاقة النووية: حمطات الطاقة النووية تولد الطاقة عن طريق انشطار الوقود النووي مثل اليورانيوم. االنشطار النووي هو التفاعل النووي الذي يتم فيه تقسيم نواة الذرة إىل أجزاء أصغر وغالبا ما تنتج النيوترونات والفوتونات احلرة يف شكل أشعة غاما وحترر كمياتكبرية من الطاقة. الوقود النووي خيضع لالنشطار عندما يضرب بالنيوترونات احلرة فتحرر طاقة مبعدل التحكم يف املفاعل النووي ]1[. وتستخدم هذه احلرارة مثال إلنتاج البخار من أجل تدوير التوربينات..1.1.II مصادر الطاقة المتجددة الط اقة املتجددة هي الط اقة املستمدة من املوارد الطبيعية اليت تتجدد أي ال يت ال تنفذ. ختتلف جوهريا عن الوقود األحفوري من برتول وفحم وغاز الطبيعي أو الوقود النووي ال ذي يستخدم يف املفاعالت النووية. وال تنشأ عن الط اقة املتجددة عادة خمل فات كثنائي أكسيد الكربون ( 2 )CO األحفوري أو املخلفات الذرية الض ارة الن اجتة عن املفاعالت النووي ة. أو غازات ضارة أو تعمل على زيادة االحتباس احلراريكما حيدث عند احرتاق الوقود 34

35 وتنتج الط اقة املتجددة من الرياح واملياه والشمس كما ميكن إنتاجها من حركة األمواج واملد واجلزر أو من طاقة حرارية أرضية وكذلك من احملاصيل الزراعية واألشجار املنتجة للزيوت. إال أن تلك األخرية هلا خملفات تعمل على زيادة االحتباس احلراري. حاليا أكثر إنتاج للط اقة املتجددة ي نتج يف حمطات القوى الكهرمائية بواسطة الس دود العظيمة أينما وجدت األماكن املناسبة لبنائها على األهنار ومساقط املياه وتستخدم الط رق اليت تعتمد على الرياح والط اقة الشمسي ة طرق على نطاق واسع يف البلدان املتقد مة وبعض البلدان الن امية لكن وسائل إنتاج الكهرباء باستخدام مصادر الط اقة املتجددة أصبح مألوفا يف اآلونة األخرية وهنا بلدان عديدة وضعت خططا لزيادة نسبة إنتاجها للط اقة املتجددة مصادرها الرئيسية ] 1 [هي: الطاقة الكهرومائية: تعتمد حمطات الطاقة املائية على الطاقة الكامنة للمياه املنحصرة. حيث ان استطاعة املياه املستخرجة تعتمد على احلجم وفرق االرتفاع بني مصدر املياه ومستوى تدفقها.ومنه فكمية الطاقة الكامنة للماء تتناسب مع االرتفاع. ومن املزايا الرئيسية لتوليد الطاقة الكهرومائية هو التخلص من الوقود امللوث. ألنه ال يوجد احرتاق للوقود وبالتايل تلوث قليل مقارنة مع الوقود األحفوري وتلوث حمدود باملقارنة مع حمطات الطاقة النووية. عادة تستعمل حمطات الطاقة الكهرومائية السدود الكهرومائية الكبرية )الشكل 1.II (. الشكل 2.II.محطة طاقةكهرومائية الطاقة الشمسية: الطاقة الشمسية تستمد من الشمس على شكل إشعاع مشسي. ومن بني استعماالهتا تدفئة وتربيد احمليط واملباين من خالل اهلندسة املعمارية الشمسية اإلضاءة النهارية تسخني املاء والطبخ الشمسي والصناعات احلرارية بدرجات حرارة مرتفعة.وتعتمد تقنيات الطاقة الشمسية على استخدام الالقطات الشمسية solaires( )capteurs احلرارية او اخلاليا الشمسية. سنعرض بعض األنظمة اليت تعمل بالطاقة الشمسية] 1 [: 35

36 نظام تسخين المياه بالطاقة الشمسية : يعتمد على القط الطاقة الشمسية )الشكل )1.II الذي يعمل مع مضخة ومبدالت حرارية باإلضافة إىل صهريج أو أكثر لتخزين احلرارة. وهذه اللواقط عموما تتكون )0( لوح مسطح داكن المتصاص الطاقة الشمسية )1( غطاء شفاف يسمح للطاقة الشمسية باملرور ولكنه يقلل من فقدان احلرارة )1( سائل لنقل احلرارة )اهلواء مضاد التجمد أو املاء( إلزالة احلرارة من لوح االمتصاص )1( داعم أو غطاء لعزل احلرارة. ويتكون لوح االمتصاص من صحيفة امتصاص رقيقة )من بوليمرات ثابتة حراريا ألومنيوم صلب أو حناس واليت يتم طالئها بطالء أسود المع أو انتقائي( مدعومة يف كثري من األحيان بشبكة أو ملف من أنابيب هبا سائل موضوعة يف غالف معزول من الزجاج أو غطاء من البويل كربونات. ويف ألواح تسخني املياه عادة ما يتم مترير السائل خالل أنابيب لنقل احلرارة من لوح االمتصاص إىل خزان مياه معزول. وقد يتحقق ذلك مباشرة أو عن طريق مبادل حراري الشكل.3.II ال طق الطاقة الشمسية) )capteurs solaires ].[ : يقوم على نظام توليد الكهرباء باستخدام مركزات اسطوانية قطع مكافئة paraboliques( )Collecteurs استخدام مركزات اسطوانية قطع مكافئة ( collectors )parabolic trough جلمع الطاقة الشمسية من اجل توليد البخار )الشكل.)1.II 36

37 الشكل...II أحواض ذو قطع مكافئ (Paraboliques) لتجميع الطاقة الشمسية ].[ نظام الطاقة الشمسية الضوئية )Photovoltaïque( : يتم فيه حتويل الضوء باستخدام مواد أنصاف نواقل )اخلاليا الضوئية او اخلاليا الشمسية( )الشكل 5.II ). فاخلاليا الشمسية هي عبارة عن حموالت فولتضوئية تقوم بتحويل ضوء الشمس املباشر إيلكهرباء وهي شبه موصلة وحساسة ضوئيا وحماطة بغالف أمامي وخلفي موصل للكهرباء تصنع اخلاليا الكهروضوئية عادة من السليكون املعاجل كيميائي ا ( السليكون هو نفس مادة الرمل املوجودة على الشواطئ والصحاري يف مجيع أحناء العامل( وهي تعمل على حتويل ضوء الشمس مباشرة إىل طاقة كهربائية فعندما يقع الضوء الشمسي على اخللية الكهروضوئية يتحرر منها الكرتون وجت م ع االلكرتونات احملررة يف أسال موصلة باخللية فتنتج تيار ا كهربي ا. الشكل 5.II.خاليا ضوئية ].[ طاقة الكتلة الحيوية: الكتلة احليوية هي املواد العضوية املصنوعة من النباتات مبا يف ذلك احليوانات اجملهرية. حيث متتص النباتات طاقة الشمس يف عملية الرتكيب الضوئي وختزن الطاقة على شكلكتلة حيوية. الكتلة احليوية هي مصدر الطاقة املتجددة أساسها دورة الكربون. بعض األمثلة عن وقود الكتلة احليويةكاخلشب احملاصيل والطحالب.عند احرتاقها يتم حترير الطاقة الكيميائية املوجودة يف الكتلة احليوية على شكل حرارة ( الشكل )1.II. 37

38 الشكل.6.II الكتلة الحيوية ].[ طاقة الرياح: الرياح هي مصدر متجدد للطاقة متاما دون ملوثات حيث تعتمد على استعمال طاحونات هوائية توجد على أشكال خمتلفة )الشكل )7.II. معظم الطاقة املخزنة يف حركات الرياح تكون على ارتفاعات عالية حيث سرعة الرياح املستمرة ألكثر من 011 كم / ساعة )11 ميال يف الساعة(. ولكن مشكلة هذا املصدر هو عدم القدرة على التنبؤ احلقيقي بالرياح. الشكل.7.II طاحونات هوائية الطاقة احلرارية األرضية هي احلرارة الناجتة من التحلل اإلشعاعي للمعادن والنشاط الربكاين وكذا )الشكل 8.II (.السطح الطاقة احلرارية األرضية هي طاقة مستدامة وحترتم البيئة. طاقة الحرارة األرضية: الطاقة املمتصة على السطح 38

39 الشكل.8.II احلرارة اجلوفية ]1[ طاقة المحيطات )المد والجزر(: تعتمد على الطاقة الناجتة من ظاهرة حركة األمواج )املد واجلزر( وهي تكنولوجيا متجددة وغري ملوثة. الطاقة الهيدروجينية: اهليدروجني هو أبسط ذرة حيث تتواجد ذرات اهليدروجني يف قلب الشمس تتجمع لتشكل ذرات اهلليوم )وتسمى عملية الصهر( وتوفر الطاقة املشعة حتافظ هذه الطاقة اإلشعاعية على احلياة على وجه األرض ويتم ختزينها كمصدر من مصادر الطاقة الكيميائية. فاهليدروجني لديه حمتوى طاقوي عايل وهذا راجع لوزنه. ومن ميزاته انه ينقل الطاقة يف شكل قابل لالستعمال من مكان إىل آخر و احرتاقه نظيف فهو ينتج املاء )O ( H 2 ويعترب طاقة متجددة مثل الطاقات األخرى املتجددة..1.II تحويل الطاقة يف معظم العمليات الطاقة يف تغري مستمر من شكل إىل آخر ويدعى ذلك بتحويل الطاقة. وميكن ان حتدث عدة حتويالت خمتلفة ومتسلسلة للطاقة من شكل إىل آخر للوصول إىل شكل الطاقة الذي نستعمله مباشرة.حيث خالل مجيع أشكال التحويل تبقى الطاقة حمفوظة يف النظام.ميكن حتويلها مجيع أشكال الطاقة بالكامل إىل حرارة ولكن التحويل إىل شكل غري احلراري من الطاقة ال ميكن أن تكونكاملة نظرا لعدم الكفاءة مثل االحتكا والضياع يف احلمولة وعوامل أخرى فمعكل حتويل طاقوي 39

40 جزء من الطاقة يضيع على شكل حتويل غري مفيد يف شكل طاقة حرارية ميكن ختزينهاكما هو موضح يف ( الشكل )1.II. وهذا يدل على أن هنا حدودا لكفاءة حتويل الطاقة. ]1[ الشكل.9.II تحول وضياع الطاقة ].[ هنا العديد من العمليات واألجهزة املختلفة اليت حتول الطاقة من شكل إىل آخر. ويعرض )اجلدول 2.II (. قائمة قصرية من هذه العمليات واألجهزة. 40

41 من الطاقة حرارية حرارية حرارية مشسية جاذبيةكامنة ميكانيكية ميكانيكية ميكانيكية كيميائية كيميائية كيميائية كيميائية كيميائية كيميائية كهربائية كهربائية كهربائية حركية اجهادية اىل الطاقة املفيدة ميكانيكية كهربائية كهربائية كيميائية كهربائية كهربائية كهربائية كهربائية ميكانيكية ميكانيكية كهربائية كهربائية كهربائية ضوئية ميكانيكية حرارية ضوئية+حرارية حرارية كهربائية عملية او جهاز التحويل احملر البخاري حرارة احمليطات احلرارة اجلوفية الرتكيب الضوئي السدود الكهرومائية املنوب الكهربائي أو الدينامو الطواحني اهلوائية االمواج البحرية حمر الديزل النشاط العضلي البطارية خاليا الوقود النبض العصيب التأللؤ البيولوجي احملر الكهربائي املقاومة احلرارية املصباح الكهربائي االحتكا الكهروضغطية اجلدول.2.II بعض عمليات وأجهزة حتويل الطاقة ]1[ 41

42 .6.II تخزين الطاقة السباق العاملي على الطاقةكبري جدا بسبب الطلب العاملي على الطاقة إىل جانب وجود استعداد خلفض انبعاث غازات الدفيئة. الفرتة احلالية هي فرتة انتقالية للطاقة تتمحور حول تنويع مصادر الطاقة حيث توفر الطاقة واستقرار الشبكات هي شرط ال غىن عنه مليزان النظام الكهربائي. أي بصيغة أخرى مفهوم املرونة أو املوازنة بني اإلنتاج واالستهال ضروري أيضا لتغطية االحتياجات يف الوقت احلايل. ونظرا إىل االستنزاف السريع ملوارد الطاقة األحفورية والطلب الزائد للطاقة بدأت الكثري من األحباث حول العامل توجيه النظر واالهتمام بالطاقات املتجددة وأنظمة ختزين الطاقة. بشكل عام ختزين الطاقة هو وضع الطاقة يف مكان حمدد خالل فرتات الوفرة بالزيادة أو األقل تكلفة )طاقة الشمس ومعدالت الليل...( الستخدامها لفرتة الطلب أو أكثر تكلفة ]5[ وإذا تكلمنا عن ختزين الطاقة عموما فانه ميكن ختزين الطاقة بأشكال خمتلفة أمهها : ختزين على شكل طاقة ميكانيكية طاقة كيميائية طاقة كهربائية و طاقة حرارية ]0[..2.6.II تخزين الطاقة الميكانيكية : الطاقة امليكانيكية ميكن ختزينها يف شكل طاقة حركية انسحابية أو حركة دورانية او يف شكل طاقة كامنة )مثل طاقة ضغط أو تشوه مادة مرنة أو طاقة ضغط يف الغاز(. من الصعب ختزين كمياتكبرية من الطاقة يف حركة إنسحابية لكن من السهل ختزين الطاقة احلركية الدورانية. يف الواقع عجلة اخلزاف رمبا هي أول شكل من أشكال ختزين الطاقة اليت يستخدمها اإلنسان وهنا ثالث أنظمة رئيسية لتخزين الطاقة امليكانيكية. نظام الضخ المائي يف الليل عندما يكون الطلب على الطاقة منخفض املضخات تضخ املياه عرب أنابيب إىل اخلزان العلوي. خالل النهار عندما يكون الطلب على الطاقة عايل املياه املوجودة يف اخلزان يسمح هلا بالتدفق إىل اخلزان السفلي فتعمل املياه املتدفقة على تدوير التوربينات لتوليد الكهرباء. املضخة اليت تضخ املاء إىل األعلى ميكن أن تعمل بالطاقة الشمسية خالل النهار. كفاءة حمطة ختزين املياه حوايل 51. عندما يتم ضخ املياه يفقد حنو 11 من الطاقة و عندما يتدفق املاء إىل أسفل يتم فقدان حوايل 11 أخرى من الطاقة. استعملت لعدة آالف من السنني املاضية وال يزال استخدامها حلد اآلن. )الشكل )01.II. 42

43 الشكل.11.II نظام الضخ المائي ]1[ نظام الهواء المضغوط يف هذا النظام يتم ضغط اهلواء أثناء ساعات الذروة وختزينها يف خزانات كبرية حتت األرض واليت قد تكون من الكهوف اليت حتدث بشكل طبيعي وقباب امللح وأعمدة املناجم املهجورة وحقول الغاز والنفط املستنفذة أو الكهوف اليت من صنع اإلنسان. خالل ساعات الذروة يتم حترير اهلواء لتشغيل مولد توربينات الغاز. ونستفيد من تقنية ختزين اهلواء املضغوط بشكل عام من قدرة توليد الكهرباء خارج الذروة باستخدام التوربينات الغازية بنفس الطريقة اليت تستخدم فيها خمزونات تدوير التوربينات املائية. ومع ذلك مع أنظمة الغاز فاحلرارة املتولدة عندما يتم ضغط اهلواء قد يتم ختزينها واستخدامها لتسخني اهلواء وبالتايل زيادة الكفاءة )الشكل )00.II. الشكل 00.II. نظام اهلواء املضغوط ]1[ نظام الحذافة )دوالب الموازنة( استخدمت منذ فرتة طويلة عجلة دوالب املوازنة وهي عجلة ذاتكتلةكبرية نسبيا ختزن الطاقة احلركية الدورانية. ميكن تصميم هذا اجلهاز للعمل على حد سواءكمحر عندما تغذيه الطاقة الكهربائية ومولد عندما حيول الطاقة امليكانيكية. وميكن استخدام احلذافات لتخزين الطاقة يف وسائل النقل خاصة يف املركبات الربية )مثل احلافالت(. كما ميكن أن يكون للحذافات ميزةكبرية يف السيارات اليت ختضع لعمليات) انطالق / إيقاف( متكررةكما هو احلال يف حركة املرور يف املناطق احلضرية. الفكرة األساسية 43

44 هي أنه مع حذافة حيدث تباطؤ لتحويل الطاقة امليكانيكية إىل حرارة عند احتكا الفرامل. بدال من ذلك يتم ختزين الطاقة احلركية عن طريق احلذافة. وتبني )الصورة )01.II دوالب املوازنة اليت مت تصميمها بنجاح وبنيت يف معهد النقل بنسلفاين. الصورة 12.II. دوالب الموازنة].[ تخزين الطاقة.1.6.II الكيميائية قد يتم ختزين الطاقة يف أنظمة تتألف من واحد أو أكثر من املركبات الكيميائية اليت حترر أو امتصاص الطاقة عندما تتفاعل لتشكيل مركبات أخرى. تعترب البطاريات هي أساس ختزين الطاقة الكيميائية. وغالبا ما يشار إىل الطاقة املخزنة يف البطاريات بالطاقة الكهروكيميائية ألن التفاعالت الكيميائية يف البطارية سببها الطاقة الكهربائية مث تنتج الحقا طاقة كهربائية. بعض أنظمة ختزين املواد الكيميائية يتم شحنها حراريا وتفريغها. فالعديد من التفاعالت الكيميائية هي ماصة للحرارة وبالتايل عندما تكون درجة حرارة النظام منخفض عن قيمة معينة الطاقة املخزنة يف النظام خالل التفاعل األصلي يتم حتريرها عند التفاعل العكسي وهكذا يتم ختزين الطاقة عن طريق استخدام حرارة تفاعل املواد الكيميائية. البطاريات متوفرة جتاريا يف العديد من األنواع واألحجام ختتلف حسب الوزن خصائص األداء والتكلفة.فنجد مثال ( بطاريات الرصاص احلمضية بطاريات كربيتيد ليثيوم احلديد بطاريات الصوديوم والكربيت...( لكن النوع األكثر شيوعا هو بطاريات الرصاص احلمضية. )الشكل )01.II. الشكل.13.II بطارية الرصاص الحمضية ]1[ 44

45 ويعد إنتاج مادةكيميائية قابلة للتخزين تقنية مهمة جدا ويعترب أبسط عنصركيميائي للتخزين هو اهليدروجني. اهليدروجني ميكن أن ينتج عن طريق التحليل الكهربائي للماء أو عن طريق التفاعالت الكيميائية املباشرة هذا اهليدروجني ميكن استخدامه كوسيلة للتخزين.ووقود لتوليد الكهرباء. باإلضافة إىل البطاريات يوجد نظام ختزين كيميائي آخر وهو املضخة احلرارية الكيميائية حيث يستند مبدأ مضخة احلرارة الكيميائية على اقرتان اثنني من التفاعالت الكيميائية هذه التفاعالت حتدث يف خزانني منفصلني يتصلكل خزان مع مصدر حراري. الطور الغازي يضمن نقل الطاقة بني اخلزانني )التحلل يف خزان وامتصاص يف اآلخر يف درجات احلرارة املختلفة(. لذلك يف وجود وتعمل مضخة احلرارة ميكن استخدامها يف التخزين عن طريق اختيار بعناية عزم الدوران وإمكانية نقل احلرارة من مصدر بارد إىل ساخن ]1[. )الشكل 01.II (. الشكل 1..II. مبدأ عمل مضخة حراروكيميائية ]6[ )TES( تخزين الطاقة الح اررية.3.6.II يف الوقت احلايل ينظر إىل ختزين الطاقة احلراريةكطاقة جديدة يتم تطوير تقنياهتا وتطبيقاهتا املوسعة. )TES( هو التخزين املؤقت لطاقة عالية أو منخفضة احلرارة الستخدامها يف وقت الحق. أمثلة على ذلك هي ختزين الطاقة الشمسية للتدفئة من حرارة الصيف الستخدامها يف الشتاء أو من اجلليد الشتوي لتربيد احمليط يف الصيف واستخدامها لتوليد الكهرباء خالل ساعات خارج الذروة الستخدامها خالل ساعات الذروة الالحقة عند الطلب. الطاقة الشمسية على عكس الوقود األحفوري غري متوفر يف مجيع األوقات )TES( ميكن أن يكون وسيلة هامة لتعويض عدم التوافق بني توافر الطاقة احلرارية والطلب. تعتمد أنواع ختزين الطاقة املدروسة سابقا على الطاقة الكهربائية يف أنظمة توليد الكهرباء باحلرارة )TES( يوفر إمكانية ختزين الطاقة من قبل وحتويلها إىل كهرباء.حيث ان جودة الطاقة تقاس بدرجات حرارة املواد اليت تدخل. على سبيل املثال ختزين كيلوواط ساعة واحدة من الطاقة بتسخني 01kg من املاء عند درجة حرارة. 86 C 45

46 جيدر اإلشارة إىل أن جودة الطاقة املخزنة يف النظام التخزين امليكانيكي أعلى من ذلك على سبيل املثال ميكن أيضا ختزين كيلوواط ساعة واحدة من الطاقة عن طريق رفع طن واحد من املياه إىل ارتفاع حوايل 101 م. وختتلف طلبات الطاقة يف القطاعات التجارية والصناعية واملرافقية والسكنية على أساس يومي أسبوعي ومومسي. لذا يتطلب استخدام تقنيات ختزين الطاقة احلرارية أن تكون متوافقة بدقة لكل تطبيق حمدد. استخدام مثل هذه التقنيات احلرارية ألغراض التدفئة وتسخني املياه والتربيد وتكييف اهلواء تلقى مؤخرا اهتماماكبريا وتطور على مدى العقود القريبة املاضية يف البلدان الصناعية ]0[. هذه التقنيات ستناقش بالتفصيل يف الفصل املوايل. 6.II...تحزين الطاقة الكهربائية: بطريقة مباشرة : باستعمال املكثفات وهي جهاز لتخزين الشحنة الكهربائية واستخدامهاكجزء من األنظمة الكهربائية. أشكال املكثفات العملية ختتلف على نطاق واسع حيث تعتمد يف عملها على احلقل الكهربائي الناشئ يف وجود فرق يف اجلهد ويبني ]0[. الكهربائي )الشكل )05.II منوذج لوحة مسطحة ملكثفة. الشكل.05.II منوذج لوحة مسطحة ملكثفة] 0 [ بطريقة غري مباشرة : عند وجود فائض يف الشبكة الكهربائية ميكن ختزين هذه الطاقة الكهربائية الزائدة خراج ساعات الذروة يف شكل آخر من أشكال الطاقة الستغالهلا يف ساعات زيادة الطلب. حيث ختزن يف عدة أشكال من أمهها التخزين يف شكل ميكانيكي )الضخ املائي اهلواء املضغوط ( وكيميائي)البطاريات التفاعالت الكيميائية املاصة للحرارة( أو حراري كما سبق شرحها سلفا. 46

47 الفصل الثالث: أنظمة التخزين الح ارري 47

48 .0. III مقدمة : عندما بلغت أزمة البيرتول ذروهتها إثر أزمة 0171 بدأ ختزين الطاقة احلرارية يف الظهور و اإلزدهار يف الثمانينات لكن سرعان ماتراجعت فوائد ختزين الطاقة احلرارية باخنفاض سعر البيرتول كما إزدادت عدد الدراسات املنشورة يف هذا اجملال منذ بداية هذه األلفية ( الشكل )0-III.من جهة أخرى وبسبب إزدياد الطلب العاملي على الطاقة وتذبذب املوارد الطاقوية األحفورية والتغري املناخي يف العشريات األخرية أصبح من الضروري ترشيد إستهال الطاقة يف جمتمعنا فتخزين الطاقة يبدو عامال واعدا بالنسبة ملستقبل الطاقة املنخفضة الكربون وباخلصوص ختزين احلرارة بالنسبة ليوم أو عدة شهور والذي يعترب حال مهما يف ماخيص تثمني الطاقة. الشكل 1.III. عدد األبحاث المنشورة سنويا عن تخزين الطاقة الحرارية ]9 ]. تخزين الطاقة الح اررية : 1. III يقوم على عدد من التقنيات اليت ختزن الطاقة احلرارية يف مستودعات ختزين الطاقة ليتم استخدامها الحق ا. وتستخدم تلك الطاقة املخزنة يف معادلة الطلب على الطاقة بني النهار و الليل. و ميكن حفظ املخزون احلراري عند درجة حرارة أعلى )أسخن( أو أقل )أبرد( من درجة احلرارة احمليطة. ومن إستخدامات الطاقة املخزنة اليوم جند إنتاج الثلج أو املاء املربد أو احملاليل سهلة االنصهار يف الليل أو املاء الساخن الذي يستخدم الحق ا يف البيئات الباردة أو الساخنة أثناء النهار. 48

49 جت مع الطاقة احلرارية يف الغالب من جممع الطاقة الشمسية احلرارية النشط أو يف األغلب يف ترسانات احلرارة والطاقة مث تنقل إىل مستودعات معزولة لتستخدم الحق ا يف التطبيقات املختلفة مثل أجهزة التدفئة أو التدفئة املنزلية أو يف سخانات تدفئة املياه فتخزين الطاقة احلرارية يعين اساسا احلرارة الصادرة من الشمس كما تعين أيضا احلرارة الناجتة صناعيا مثل : الغاز املركزي و مفاعل - اإلحرتاق و إستخراج املعادن. ميكن تقسيم تقنيات ختزين الطاقة احلرارية اىل عدة أقسام ( الشكل -III 1( وذالك حسب معايري خمتلفة : ]1[ املعيار : 0 اذاكان املعيار هو درجة احلرارة فإن انظمة التخزين تنقسم إىل قسمني مها : أنظمة ختزين احلرارة و أنظمة ختزين الربودة املعيار : 1 اذاكان املعيار هو مدة التخزين جند قسمني من أنظمة ختزين احلرارة مها : ختزين مدى طويل و ختزين مدى قصري. املعيار 1: من جهة اخرى إذاكان املعيار هو نظام التخزين املخزنة فإنه يوجد ثالث انواع من ختزين الطاقة احلرارية و هي : التخزين باحلرارة احلساسة. التخزين باحلرارة الكامنة. التخزين باحلراروكيمائية. -كما ميكن تصنيف أنظمة ختزين الطاقة احلرارية إىل صنفني مها : النشط ويستعمل يف حالة مادة التخزين تتحر يف النظام و غريالنشط تكون املادة املستعملة يف التخزين خاملة ال تتحر يف النظام. الشكل.1.III :خمطط تصنيف معاير أنظمة ختزين الطاقة احلرارية ]1[ 49

50 .1. III فوائد تخزين الطاقة الح اررية : إن ختزين الطاقة على شكلها "احلراري" هو األداة اليت ميكن أن تشار يف القدرة التنافسية للكثري من اجملاالت والتقنيات مثل شبكات احلرارة والربودة و حمطات الطاقة الشمسية األعمال الزراعية واإلسكان واإللكرتونيات... اخل كما ميكن إحصاء بعض اجيابيات ختزين الطاقة احلرارية يف النقاط التالية : عندما يكون فائض االنتاج قابل للتخزين فإن ذروة االستهال تكون مضمونة لتفريغ الطاقة املخزنة. إدماج الطاقة املتجددة يكون سهل خاصة يف حالة احلرارة الشمسية اليت تصادف اإلختالف الليل والنهار واإلختالف -0-1 بني الفصول حيث تسمح انظمة التخزين بتنظيمها و التقليل من هذا املشكل. 1- تثمني الطاقة الضائعة وهي الطاقة غري املستعملة أثناء اإلجراء او بعد االنتهاء منه حيث ان اهلدف هنا ليس احلصول على حرارة.فتنتعش املنشآت الصناعية لكون احلرارة املفقودة خالل مدة العملية ختزن و تستخدم الحقا لغريها من اإلحتياجات مثل : بعض العمليات الصناعية كحرق الفضالت املنزلية و تربيد مركز املعطيات. أنظمة ختزين الطاقة تسمح بالتقليل من مشكل عدم إنسجام و توفر الطاقة يف الوقت املناسب إلستعماهلا وطلبها ضمان القدرة على توفري الطاقة يف حاالت االستهال األقصى ويف حالة الصيانة املساعدة على معاجلة إزدحام شبكة احلرارة فهذه االخرية وجب تطويرها بصفة مستمرة الن بعض القنوات قد تصبح غري كافية ملرور الطاقة فالتخزين احلراري يسمح بالتخلص من هذا اإلحتقان. ميكن التزاوج بني ختزين الطاقة احلرارية و مراكز توليد الطاقة إلستغالل الطاقة احملولة هنارا بتخزينها ومن مث تفريغها ليال -7 )ختزين اليومي ) و باملثل تستغل الطاقة احملولة صيفا لتخزن وتفرغ شتاءا )ختزين مومسي ). ربح الطاقة بإسرتجاع وتثمني الطاقة الضائعة وهذا بتحسني املردود. إمكانية إختيار مصدر الطاقة املراد استعماهلا حسب سعرها. ]1[

51 1. أنظمة تخزين الطاقة الح اررية :.III حناول خالل هذا الفصل التعريف بأنظمة ختزين الطاقة احلرارية حيث أن الطاقة احلرارية هي جمموع الطاقة الكامنة واحلركية للذرات واجلزيئات اليت تشكل املادة. فبعد هذه اإلهتزازات الذرية واجلزيئية تتكون الطاقة احلرارية يف املواد.وهكذا فإن الطاقة احلرارية ميكن ختزينها على أهنا تغيري يف الطاقة الداخلية للمادة على شكل حرارة حمسوسة او حرارةكامنة اوحراروكيميائية أومزيج من هذه األنظمة. ]1[ )الشكل )1.III يظهر حملة عامة عن تقنيات ختزين الطاقة احلرارية الرئيسية ليتم التفصيل فيها خالل هذا الفصل. الشكل.1.III مخطط يوضح تقنيات تخزين الطاقة الحرارية.2.1.III تخزين الطاقة بالح اررة المحسوسة : يف ختزين احلرارة احملسوسة تتجمع الطاقة احلرارية و ختزن بإرتفاع درجة حرارة املادة املخزنة الصلبة أو السائلة بشرط عدم تغري يف احلالة الفيزيائية او البنية اجلزئية ملواد التخزين حيث أن املادة تفقد او ختزن حرارة يف جمال معني من درجة احلرارة فدورات التخزين وإستعادة احلرارة املرتاكمة ميكن أن تكرر عدة مرات بإستخدام نظام ختزين احلرارة احملسوسة دون أي مشاكل. وهذه هي أهم ميزة هلذه الطريقة.ومع ذلك فإن إشرتاط وجود حجمكبري من وسائل التخزين ميكن إعتبارهكعيب يف هذا النظام. فكمية احلرارة املخزنة يف هذا النظام تعتمد على : 51

52 - السعة احلرارية لوسيلة التخزين - التغري يف درجة حرارة - كتلة مواد التخزين. حبيث اذاكان ضغط ثابت وقمنا بتسخني جسم صلب او سائل ذوكتلة m وسعة حرارية كتلية C(T) من درجة حرارة T 1 ابتدائية إىل درجة حرارة هنائية. كمية الطاقة املخزنة يف هذه احلالة تعطى بالعالقة التالية : (1- III) Q = T 2.) J/ kg K : كمية احلرارة املخزنة ( J (. احلرارة النوعية اخلاصة مبادة التخزين ( : Q : التغري يف درجة احلرارة أثناء عملية التخزين. : كتلة مادة التخزين ( )kg وبإعتبار ان احلرارة النوعية ثابتة يف جمال درجات احلرارة بني T1 و ) C(T) = (C : T2 ومنه : (2- III) Q = ( 2 1) من املالحظ أنكمية الطاقة املخزنة تتناسب مع الفرق يف درجة احلرارة اذا فهذا النوع من التخزين يكون مهم ومعترب فقط عند الفروق الكبرية يف درجة احلرارة.و منيز احلالتني التاليتني: T 2 > T 1 يف هذه احلالة نتكلم عن التخزين الساخن. اذاكان : T 2 T> 1 يف هذه احلالة نتكلم عن التخزين البارد. اذاكان : كما ميكننا تصنيف وسائل ختزين احلرارة احملسوسة على النحو التايل : - وسائل ختزين بإستعمال مواد سائلة : مثل املاء و األمالح املنصهرة. - وسائل ختزين بإستعمال مواد صلبة : مثل الصخور و ااملعادن. ]01-1-8[.III تخزين الح اررة المحسوسة مع المواد السائلة : تخزين الماء : يعترب املاء أفضل وسيط للتخزين يف درجات احلرارة املنخفضة وهذا يرجع للسعة احلرارية الكبرية اليت متيزه 250 kj/ kg 1085 عند )11 C مقارنة مع االجسام االخرى ( K /J kg وهكذا فاملاء يستطيع ختزين حوايل :. إظافة اىل أن املاء غري مكلف وهو موجود بكثرة وميكن احلصول عليه بسهولة. عند تغري احلرارة ب 11C 52

53 لكن ارتفاع ضغط خباره بالنسبة للتطبيقات يف درجة احلرارة عالية يستوجب عملية عزل املاء وهو مكلف فاخلزان جيب أن يقاوم الضغوط العالية. كما أن املاء ال يعترب فقطكوسيط لتخزين لكن يستعملكوسيط لنقل الطاقة. حاليا املاء الساخن هو الوسيلة األكثر إستخدام يف أنظمة تطبيقات الطاقة الشمسية وهي مستعملة يف درجة حرارة ترتاوح بني. ) 11 C 15C ( -كما توجد وسائل اخرى لتخزين املياه مثل : املياه اجلوفية الطبيعية حتت األرض واخلزان. ]01[ تخزين عن طريق سوائل أخرى : السوائل األخرى اليت تستعمل يف ختزين احلرارة عن طريق احلرارة احلساسة هي عموما: زيوت عضوية و أمالح معدنية ذائبة. وتكون عموما سعتها احلرارة من %15 اىل % 11 مقارنة بسعة املاء فنجد : 111C زيوت عضوية : لديها ضغط خبار أضعف من املاء كما ميكن استعماهلا يف درجات حرارة عليا أكثر من لكن - أقل من 151 C لتجنب تفككها. - أمالح معدنية ذائبة : يعترب هيدروكسيد الصوديوم هو األكثر استعماال لديه درجة انصهار قيمتها 111 C ومن املمكن إستعمالة يف درجة اكرب من 811C لكنه يسبب تآكل ويصعب ختزينه يف درجة حرارة عالية. ]01[.1.2.1: تخزين الح اررة المحسوسة مع المواد الصلبة : III على عكس ختزين السائل فإن ختزين يف املواد الصلبة ميكن أن يستعمل يف التطبيقات عالية أو منخفظة احلرارة دون وجود مشكل الضغط املطروحة يف حالة املاء كما جتنبنا مشاكل أخرى تسببها بعض السوائل مثل : التآكل و اإلستقرار واألمن. يوجد تنوع كبري يف مواد الصلبة املستعملة فنجد مثال : مادة حديد الزهر ( fonte )la هي املادة االكثر مالئمة نظرا لكثافة ختزينها اليت تتعدى املاء. لكن هذه املادة تبقى مكلفة مقارنة باملواد االخرى مثل : اخلرسانة الطوب احلجر الرمل - بالنسبة لتطبيقات الشمسية جند اخلرسانة و احلجر هي األكثر إستعمال يف جمال السكن. وهذا التخزين يستعمل عند درجة حرارة أكرب من 011C بالتعاون مع تدفئة اهلواء بالطاقة الشمسية علما أن احلصى ميكن أن يستعل يف درجة حرارة تفوق حىت 0111C. من أكثر املواد املستعملة يف ختزين احلرارة احلساسة عند الدرجة 11 C جند : الطني والطوب واحلجر الرملي و اخلشب و اخلرسانة و الزجاج و األملنيوم و احلديد والنحاس. ]8[ 53

54 .1.2 حلول تكنولوجيا التخزين بالح اررة الحساسة: 1. III التقنية التخزين غري نشط يف وسط صلب ختزين نشط خبزانني ختزين نشط يف خزان التخزين بالبخار املبدأ الطاقة احلرارية تنتقل عن طريق سائل تربيد يف و سط صلب حاوية لتخزين السائل اخلارج من حمطة الطاقة الشمسية واليت تغذى يف فرتة عدم توفر أشعة الشمس مبولد البخار. بعد ااخلروج منها يربد السائل ويوجه إىل خزان آخر للتخزين قبل أن تعود مرة أخرى إىل احملطة الشمسية. يف هذا النوع من التخزين يستخدم سائل واحد فقط وخزان واحد. السائل الساخن والبارد موجودة يف اخلزان نفسه مع تدرج حراري بينهما. السائل املستخدم يف اخلزان هو سائل نقل احلرارة يتم ختزين البخار املسخن يف خزان ماء حتت ضغط حبيث يتكثف. يف مرحلة التفريغ ينتج البخار عن طريق التوسع يف املاء املشبع الجدول 1.III. جدول يوضح الحلول التكنولوجية لتخزين بالحرارة الحساسة ]11[ 1. تخزين الطاقة بالح اررة الكامنة :.1.III مفهوم التخزين بالح اررة الكامنة : III احلرارة الكامنة وكما سبق تعريفها هيكمية احلرارة الالزمة لتحويل املادة من حالة إىل أخرى لكل واحدكيلو جرام من املادة وتعترب من اخلصائص املميزة للمادة فخالل مرحلة تغري احلالة للمواد من الصلبة إىل السائلة أو من السائلة اىل الغازية ميكن أن ختزن الطاقة احلرارية بدون تغري يف درجة حرارهتا بطريقة إيزوتارم فعند حدوث التحول ال بد من تزويد املادة حبرارة من اخلارج. وهلذا يعترب هذا النوع من العمليات املاصة للحرار وبالعكس. وتدعى املواد املستعملة يف هذا النوع باملواد املتغرية الطور MCP فسرعة جزيئات هذه املواد ال تزداد باحلرارة املقدمة خالل عملية اإلنصهار وإمنا تزداد بزيادة الطاقة الكامنة اخلاصة. وهذا هو السبب يف ثبوت درجة حرارة طوال عملية التحول وهي درجة حرارة املرحلة االنتقالية. تعطىكمية احلرارة املخزنة بالعالقة التالية: 54

55 إذاكانت Tf هي درجة حرارة تغري الطور ملادة نقية و الذي تتغري درجة حرارته من حيث : اىل T1 T2 T1 Tf T2 فإن الطاقة املخزنة خالل هذا التحول تعطى بالعالقة التالية واليت متثل حدين مها احلرارة احملسوسة و احلرارة الكامنة للكتلة : m = + m L + احلرارة املخزنة = احلرارة احملسوسة الصلبة + احلرارة الكامنة + احلرارة احملسوسة السائلة : احلرارة النوعية جلسم يف حالة صلبة. : احلرارةالنوعية جلسم يف حالة سائلة. : احلرارة الكامنة لتغيري الطور. L (T( (T( يف حالة استعمال مادة نقية يكون منحىن التغري يف درجات احلرارة مماثل ملا هو موضح يف )الشكل 1.III.) خالل تسخني املادة وقبل الوصول اىل درجة حرارة انصهارها نالحظ ان منحىن تغري درجة احلرارة مع الزمن يكون خطي بينما خالل التغري يف احلالة تبقى درجة احلرارة ثابتة. إذا أتينا اىل تغري االنتاليب النوعي بداللة درجة احلرارة فسنحصل على املنحىن التايل فمن املالحظ ان االنقطاع يسببه تغري احلالة )وليس لتغري يف درجة احلرارة( ]8[ 55 الشكل..III منحنى يوضح الخطوات المختلفة خالل تخزين الحرارة الكامنة )الصلبة / السائلة(] 11 [

56 لذلك نالحظ ما يلي: - 0 احلرارة الكامنة أكرب بكثري من حرارة حمسوسة )للفجوة درجة احلرارة ليست مهمة جدا(. - 1 تعتمد نقطة االنصهار على املواد املستخدمة يسمح هذا املعيار باستخدام مواد خمتلفة تبعا لدرجات احلرارة املطلوبة. هذه املواد هي: )MCP( يف حالة وجود خليط )سبيكة...( منحىن تغري االنتاليب ال يوجد فيه انقطاع منحىن )b( ]8[ إال يف احلالة اليت يكون فيها تشكيل مكون معروف ويف حالة انصهار او جتمد منسجم.)الشكل )5.III الشكل 5.III :اإلختالف في المحتوى الحراري محدد على أساس درجة حرارة ))a( لمادة نقية )b( إلى الخليط( ]8[ : المواد المتغيرة الطورMCP III تدعىكل مادة قادرة على تغري حالتها الفيزيائية يف جمال حرارة ضيق باملادة متغرية الطور يرمز هلا ب MCP وتبقى مرحلة تغيري حيث ان هذا اجملال ينحصر عموما بني C 01 و 81C ( Materiais )Phase Change السائدة هي االنصهار / التصلب. درجات احلرارة هذه متوفرة طبيعيا وموجودة يفكل مكان يف حياتنا اليومية على سبيل املثال CaCl 2 6H 2 O حيث حتتوي على نقطة انصهار تقدر ب 17C ميكن دجمها يف هيكل املبىن لتخفيف التقلبات النهارية يف درجة احلرارة احمليطة. فمواد متغريت الطور ميكن ان يكون يف األشكال التالية : صلب - صلب صلب - سائل صلب غازي سائل - غاز أو العكس ]01[ املخطط )الشكل )1.III يوضح تصنيف مواد متغرية الطور : MCP 56

57 الشكل 6.III مخطط يوضح تصنيف مواد متغيرة الطور ]8[ MCP III.إيجابيات وسلبيات أشكال متغيرة الطور يف حالة تغري الطور سائل /غاز : يطرح هنا مشكل أساسي هو التخزين كونه يعتمد على درجة حرارة عالية من أجل تغري احلالةكما يالزمه تغري حجميكبري مما جيعل التطبيقات غري عملية ألجل إحتواء مشكل الطور الغازي ميكن ختزينه باإلمتصاص ( Br ) H2O/Li او activé( )H 2 O/zéolite, CO 2 / carbone أو تفاعل ( sels. (NH 3 / لديه بعض الفوائد اخلاصة مثل : توظيف احلرارة احمليطة أما سلبياته فنجد أنه معقد وبه التسمميه وتآكل مع احلاوية واحلاجة اىل الفعالية الكبرية للتبادل احلراري.]01[ يف حالة تغري الطور صلب / صلب : تتميز بإجيابية إمتصاص وإعطاء احلرارة مع عدم التحول اىل سائل يف الظروف العادية فهي تصبح صلبة أو قاسية نوعا ما.أما سلبياهتا فنجد احلرارة الكامنة ضعيفة مع صعوبة إجياد مستويات درجة حرارة لتغري احلالة متناسقة مع التطبيقات. ومن أهم املواد جند احملاليل العضوية الصلبة التالية : ) 111 ثريتول ( 088C = T f احلرارة الكامنة لالنصهار kj/ kg T f = 578C احلرارة الكامنة لالنصهار ) 101 kj/ kg ( Li 2 SO 4 57

58 T f = 011C احلرارة الكامنة لالنصهار ) 015kJ/ kg ]01[ ( KHF 2 يف حالة تغري الطور صلب / سائل : ينتج عن استعماله طاقةكامنة متوسطةكما انه اليؤدي اىل تغري حجمي لذالك التخزين فيه أسهل. إضافة اىل ذالك لدينا خيار مهم يف املواد املستعملة يف التطبيقات حيث أن مستوى درجة احلرارة لتغري احلالة هلا قيم متوافقة مع عدة تطبيقات.[12] اجلدول التايل يقدم بإختصار أهم اجيابيات وسلبيات خمتلف متغريات احلالة. متغريات احلالة االجيابيات السلبيات - سائل / غاز - قيمة كبرية للحرارة الكامنة تغري كبري يف احلجم - - صلب /صلب - تغري طفيف يف احلجم قيمة ضعيفة للحرارة الكامنة - - ال يتكون السائل - صلب /سائل - تغري ضعيف يف احلجم قيمة متوسطة للحرارة الكامنة - جدول -III 2 جدول يعطي ايجابيات وسلبيات مختلف متغيرات الحالة ]11[ ]12[ III بعض الظواهر التي تؤثر على كفاءة التخزين: : عند تربيد السائل لبعض املواد عموما ال يالحظ تصلبه عند حلظة الوصول ) La surfusion): فرط البرودة اىل درجة حرارة إندماج املادة حيث ميكن ان تبقى يف احلالة السائلة طيلة عشرات درجات حرارة تغري احلالة وعند بداية عملية التصلب تطرد احلرارة واذاكان السائلكبريا نوعا ما وكان التبادل مع اخلارج ضعيف فإن بداية التصلب تسبب ارتفاع يف درجة حرارة املادة اىل غاية الوصول اىل درجة حرارة تغري الطور.هذه الظاهرة تقلل من الفعالية احلرارية لوحدات التخزين عن طريق احلرارة الكامنة باملقارنة مع ختزين باحلرارة احلساسة يف احلقيقة فقدان احلرارة اثناء التصلب تكون يف درجات حرارة دنيا اقل من تلك املتعلقة ببداية التخزين اذا لدينا فرق بني احلرارة املمتصة أثناء التخزين وتلك املسرتجعة اثناء التربيد.حيث ال جند هذا املشكل اال عند البعض من مواد MCP مثل مواد غري العضوية ( أمالح مائية ). أما عن احللول املقرتحة فنجد : -إدراج مواد إضافية نشطة على سطح. تسهيل تنويه nucleation) ) la بواسطة بلورات صلبة ثابته او مستقرة حول درجة حرارة التبلور. حنافظ على منطقة باردة داخل املادة

59 ففرط التربيد مينع استعمال احلرارة الكامنة لتغري الطور عند درجة احلرارة املرغوب فيها.و قد يكون فرط التربيد إجيابيا لبعض التطبيقات مثال يف التخزين ملدة طويلة فهذه الظاهرة تسمح بتخزين MCP عند درجة حرارة أعلى من درجة حرارة انصهار جسم صلب. ]01 00[ ' الشكل -7 III منحنى يوضح ظاهرة فرط البرودة ]11[ : ( La surchauffe( التسخين فرط فرط التسخني جلسم معني هو اإلستمرار يف تسخينه بعد تغري حالته اي حىت بعد إنصهاره او بعد تبخره.فإذاكان الفرط يف التسخني يف مدة زمنية قصرية فاحلرارة املخزنة يف النظام تعترب حساسة وإذاكان فرط التسخني يف مدة طويلة فتخزين احلرارة هنا باحلرارة الكامنة يفقد أهم إجيابياته مقارنة باحلرارة احلساسة. ]01 00[ :)La dilatation) التمدد أثناء تغري الطور من الصلب اىل السائل املادة تغري من كثافتها وبالتايل يتغري حجمها وهنا يطرح مشكل التخزين يف بعض التطبيقات خاصة اليت يستعمل فيها حاويات مغلقة أين يتطلب ]00[ األمر زيادة حتمل يف الضغط. التآكل corrosion) )La :نقص اإلستقرار على املدى الطويل لنظام حاوية ال MCP كثريا ما قللت من توسع إستخدام التخزين باحلرارة الكامنة وميكن إختصار أسباب هذه الضاهرة يف عاملني مها : 59

60 نقص اإلستقرار الكيميائي للمادة يف حد ذاهتا او التأكل بني املادة MCP ومادة صنع احلاوية وهبذا اخلصوص يعترب البريافني مناسب للمحافظة على خصائصه الكيميائية خالل أطوار الشحن والتتفريغ. ويف املقابل الطبيعة األيونية لألمالح املائية تسبب مشكلة التآكل مع احلاويات املعدنية. 00[11 [ (: الكثافة العالية لتخزين أمالح املائية تنقص عموما مع عدد الدورات بسبب فصل La corrosion) فصل المرحلة مراحل األطوار هذه الظاهرة مرتبطة بتكوين متبادل ل اهليدرات (1-n ) أثناء إنصهار املركب n مرة اهليدرات n جيعل السريورة غري قابلة لالنعكاس وتأثر سلبا على فاعلية النظام ميكن التغلب على املشكل بإضافة مادة لل MCP متنع سقوط الطور األكثر كثافة يف عمق احلاوية أو بداخلها وجيعل MCP أكثر لزوجة هنا جتارب على صوديوم الثالثي املائي ]00[ ( O ) NaCH 3 COO.3H 2 بينت أن إظافة الطني )%11 من الكتلة ) مثال تسمح بتجنب هذه السلسلة. MCP.إختيار III لتسهيل إختيار MCP بالنسبة لتطبيق معني نأخد بعني ااعتبار بعض املعاير أمهها : اعتبارات حرارية اخلصائص الفيزيائية االعتبارات احلركية اعتبارات الكيميائية اعتبارات إقتصادية سوف تاخذ بالتفصيل يف الفصل التايل. ]01[ III أكث ارلمواد متغيرة الطور إستخداما ميكن تصنيف مواد متغرية الطور MCP عادة يف ثالث فئات: املواد غري العضوية: هيدرات امللح واألمالح واملعادن والسبائك. املواد العضوية: البارافني البارافني اجسام غري البارافينية. املواد سهلة اإلنصهار )Eutectic( : األجسام غري العضوية أو / و العضوية. سوف نتطرق بالتفصيل هلذه املواد يف الفصل التايل. 60

61 MCP.تقنيات لتكييف مواد تغيير الطور III تكييف ال MCP يقوم على عدة مبادئ للتوافق بني مادة اخلزان ( احلاوية( و مواد تغيري الطور MCP فعندما تصبح ال MCP سائلة وبسبب لزوجتها الضعيفة نسبة التسرب تزداد بقوة فنجد اشكال مع حاوية التخزين يف األخري ميكن القول أن تغيري الطور يسبب تغري يف احلجم ممكن أن يؤدي اىلكسر احلاوية إذاكانت هذه االخرية ال تستطيع إستعاب هذا التغري. يوجد عدة تقنيات لتكييف مواد تغري الطور منها : : )Macro encapsulation) تغليف الكلي III هي آلية تكون فيها مادة تغيري الطور مغلفة على شكل ( انابيب -كريات أكياس أسطوانات ألواح...( )الشكل )1.III هنا عمليات صناعية تستعمل عقيدات تأخذ ثالث أقطار ) mm ) تستعمل على حسب درجات حرارة حتول مادة ال MCP )الصورة )8.III يطرح هنا مشكل ضعف التوصيلية ملادة تغري الطور فيحد من التحويالت. إظافة اىل أنه جيب اإلنتباه إلمكانية إنفصال قد يقع بني ال MCP وغالفها والذي ميكن ان يضهر بعد عدة دورات من اإلنصهار والتصلب. يفو بعض احلاالت التحول احلراري والتسربات تسبب مشكل. ] [ الشكل. 8.III أشكال مختلفة من التغليف الكلي ]11[ الشكل. 1.III تكييف ال MCP في عقيدات ]11[ 61

62 1000μm تأخد عدة أشكال مثل )Micro encapsulation) تغليف صغير III هي جمموعة تقنيات تسمح باحلصول على جسيمات من حجم 10nm إىل ( كريات أسطوانات صغرية عمودية( حتتوي على مادة MCP يف حويصالت مغلفة وميكن إستخدامها بعد ذلك يف نظام ختزين الطاقة الكامنة اليت يتم تطبيقها يف جمموعات يتم ختزين الطاقة بتمرير املائع يف الناقل )اهلواء أو املاء( الشكل.III( 00 (خالل هذه الكتلة. وميزة هذه اهلندسة الداخلية يف جمموعات من MCP املغلف هو أنه يوفر سطح التبادل كبرية ( مساحة كروية ) تقنية ميكروكبسويل ل MCP تتم عن طريق : - إضافة الغرافيت - إضافة )SiC) سيليكونكاربيد - دهن كرية حناس حتتوي على ال MCP بشريط من مادة النيكل ] [ الشكل. 11.III مختلف أنواع التغليف الصغير] 11 [ الشكل. 11.III وصف للتغليف الصغير ]11[ MCP دمج بنيات معدنية مع III هذه الطريقة تستعمل بنيات معدنية على شكل اسطواين أوكروي من الفوالذ )الشكل. )01.III أعطت هذه الطريقة اإلجيابيات التالية : -حتسني توصيلية احلرارية لل. MCP -ختفيظ وقت االنصهار / التصلب.[10] 62

63 الشكل. 12.III تمثيل مختلف انواع ادماج ال MCP عن طريق بنيات معدنية ]11[ MCP من أجل حتسني توصيلية هذه املواد MCP توزيع المواد ذات توصيلية عالية في III يف هذه الطريقة تضاف جسيمات معدنية مثل: النحاس األملنيوم -... يف وزيادةكمية الطا قةاملخزنة ]01[ MCP تطبيقات ال III تطبيقات مواد ال MCP في الصناعة III التكييف: يستعمل يف البنو و املستشفيات و املكاتب... إجراءات ( العمليات ) : مصانع احلليب واجلنب. احلماية : قاعات املراقبة واآلعالم االيل.[12] III تطبيقات مواد ال MCP في تبريد ح ارروكيميائي استعمال التربيد احلراروكيميائي مع ال MCP املغلفة واملدجمة مع صمام حراري thermostatiqe) vavlve )هذا النظام يوظف بإستعمال طاقات متجددة خاصة بالطاقة الشمسية الضوئية املعنية بتوليد الكهرباء على شكل تيار مستمركما أن هذا النوع من التربيد لديه جمال تطبيق واسع يف ختزين االغذية واألدوية إذا كان استعمال MCP يطور او حيسن بشكل واضح نسبة األداء فإن إظافة الصمام احلراري ليس ضروري ]01[ III تطبيقات مواد ال MCP في محركات ذات االحت ارق الداخلي إستعمال الطاقة الكامنة من أجل تسخني احملركات ذات االحرتاق الداخلي مثل حمركات الديزل قبل التشغيل حيث يعمل النظام على طرد احلرارة أثناء تغري حالة ال MCP من السائل اىل الصلب مما يساعد على جتنب الكثري من السلبيات اليت تتسبب فيها تشغيل احملركات وهي باردة. مثل زيادة استهال والوقود وزيادة تركيز الغازات املنبعثة ل CC 1 غازات. CnΗn 63

64 فال MCP يعمل مثل بطارية التخزين حلرارة الكامنة هذه البطارية متصلة مبربد حيث ختزن حرارة إضافية عندما يدور احملر يف درجة حرارة عمله او وظيفته ( الشكل 01.III ( هذه احلرارة نافعة لبداية تشغيل البارد للمحر او حىت اثناء الربودة يف االشتغال فهي تفيد اإلمحاء السريع.]01[ الشكل. 13.III البطارية الحرارية III تطبيقات ال MCP في بطارية أيون الليثيوم تستعمل MCP هنا من أجل احملافظة على ثبات درجة احلرارة يف البطاريات دون إستعمال مكونات التربيد النشطة مثل املروحية جندها تستعمل يف السكوتر الكهربائي )الشكل 01-III ) هلذا التطبيق اجيابيات هي اهنا مضغوطة و وزهنا خفيف - بطارية أيون الليثيوم اجلديدة حتتوي عللى خلية Li-ion حماطة ب MCP مع فتحة درجة احلرارة بني ( 10 C و C 11( شكل جديد للتربيد احلراري ]01[ الصورة 1.-III سكوتركهربائي ]11[ 64

65 III تطبيقات ال MCP في تبريد الكتروني : جند االعديد من البحوث احلديثة العلمية مهتمة بإستعمال ال MCP يف األنظمة اإللكرتونية وهي يف تزايد مستمر نظرا لزيادة احلاجة للطاقة وحملاولة تصغري األجهزة قدر اإلمكان فكان الرتكيز أكثر على مالئمة حرارة األجهزة اإللكرتونية,فإستعمال التقنية غري النشطة يف التربيد يعطي إجيابية الصيانة. كما جند يف بعض التطبيقات اخلاصة بتكييف قطع حاويات أو علب حتتوي على أجهزة الكرتونية ]01[. : تطبيقات ال MCP في المباني III تعترب الراحة احلرارية هي إحدى حاجات البديهية الالزمة يفكل املنشأت املبنية حيث وجب تزويدها بأنظمة تسمح بتدفئة أو تربيد اجلو الداخلي من بني املواد املستعملة هي ال MCP فعندما تزداد درجة احلرارة اخلارجية أو يزداد نشاط السكان فإن ال MCP تتدخل بتغري حالتها للحفاظ على الراحة والتوازن احلراري حيث تطرح أربع طرق إقتصادية لتكييف ال MCP يف املباين هي: دمج مباشر ل MCP يف خليط رطب ملواد املبىن. دمج مباشر عن طريق إمتصاص ال MCP الذائب أو املنصهر يف مواد البناء. دمج مباشر ل MCP عن طريق الكبسلة. دمج ال MCP يف مواد التغليف أو التلبيس وهو األكثر إستعماال ألن مساحة التبادلكبرية ]01 01[ MCP ال III.تطبيقات في التخزين الشمسي الح ارري املشكلة الرئيسية املرتبطة بإستعمال الطاقة الشمسية احلرارية تتعلق بالتخزين فإنتاج املاء الصحي الساخن عن طريق تنقل املاء عرب الواح مشسية مرتبط مباشرة بوجود الشمس هذه الطاقة ميكن احلصول عليها حىت أثناء عدم احلاجة اليها حيث تستعمل ال MCP بتخزين هذه الطاقة باحلرارة الكامنة يسمح بتجاوز هذه املشكلة جزئيا.فكمية الطاقة املخزنة يف بالون من نفس احلجم تكون أكرب بإستعمال ال MCP من إستخدام املاء فقط. وكمثال على ذالك جند تطبيق سوكولوف وكيزمان )0110( لل MCP لتسخني املياه. حيتوي النظام على أنبوب مشسي يتكون من أنبوبني متحدة املركز مع املسافة بينهما مليئة ب MCP )الشكل 05.III (. يتم إمتصاص اإلشعاع الشمسي مباشرة على السطح اخلارجي وبعد ذلك تنتقل اىل الMCP حيث يتم ختزينهاكحرارة حساسة وكامنة. البناء بسيطة. وهلذا النظام مزايا تشمل : 65

66 احلرارة الكامنة كبرية. التخلص من املكونات املكلفة مثل خزان املياه واملضخة وأجهزة التحكم. مالئمة النظام لبناء وحدات وتركيب. احلماية من التجمد. ]01-0 ] ]1[ الشكل. 15.III أنبوب TSA الشمسية باستخدام MCP 1.1.III.التخزين الح ارروكيميائي: الطاقة احلراروكيميائية هي احلرارة املمتصة أو احملررة أثناء حدوث تفاعلكيميائي ماص للحرارة أو ناشر للحرارة. ويعتمد ختزين الطاقة احلراروكيميائية على طاقة الروابط الكيميائية خالل تفاعلكيميائي عكوس. يف هذا النظام سعة ختزين احلرارة مرتفعة عموما ألن الطاقة الكيميائية تكون مرتفعة عندكسر الروابط الكيميائية واعادة تركيبها يف تفاعلكيميائي عكوس. ويعترب هذا النظام اكثر تعقيدا من التخزين احملسوس والكامن.كما جيب يف هذا النظام ان تكون املركبات الكيميائية املستخدمة تكون غري ضارة وغري قابلة للتآكل و يعتمد هذا النظام على الطاقة املمتصة وحتريرها يف بداية الشوط الثاين وإصالح العالقات اجلزيئية عكسها متاما التفاعل الكيميائي.يف هذه احلالة تعتمد على احلرارة املخزنة علىكمية من ختزين املواد واحلرارة رد فعل ماص 66. للحرارة ومنطقة التحويل. ]0[ تعطى حرارة التخزين احلراروكيميائي بالعالقة التالية :

67 )kg( : كمية الطاقة املخزنة )J( : كتلة املادة املتفاعلة عدد املوالت ) للمركب الكيميائي )A( mol( : : أنتاليب التفاعل ). (J. مصطلح ختزين حراروكيميائي يغطي ظاهرتني: اإلمتصاص والتفاعل الكيميائي. التخزين احلراري باالمتصاص يناسب ختزين يف درجات احلرارة املنخفضة )C T( 80 يف حني تطبيقات مراكز الطاقة الشمسية )C T( هنا تفاعالت تركيبات كيميائية تبدو األكثر مالءمة. التخزين احلراروكيميائي يستغل حالة اإلنعكاسية يف التفاعالت الكيميائية لتخزين الطاقة. بشكل عام فالتفاعالت حتدث بالنموذج التايل : A + B + Hr C + D التفاعالت األكثر شيوعا اليت نواجهها هي من الشكل التايل: هذا النوع من التخزين جيب أن يكون التفاعالت انعكاسية متاما حىت ال تفقد العملية قدرة التخزين خالل دورات. يظهر الرسم البياين) الشكل )01.III مبدأ ختزين حراروكيميائي. ]1[ الشكل. 16.III مخطط يوضح مبدأ التخزين الحراروكيميائي ]9[ 67

68 المنشورات عدد من أجل مراقبة تطور ختزين حراروكيميائي من خالل أوائل القرن 11 إىل اليوم مت تعيني التطور الزمين لعدد من املقاالت املنشورة وبراءات االخرتاع. ]11[ الصورة.17.III التطور الزمني المقاالت لنشر وبراءات االختراع على التخزين الحراروكيميائي. ]22[ خمتلف التفاعالت اليت درست أو ما زالت قيد الدراسة لتطوير أسلوب التخزين احلراروكيميائي. يتم تصنيفها يف ست فئات: هدريدات املعادن والكربونات هيدروكسيدات تفاعالت األكسدة واالختزال وأنظمة األمونيا والتفاعالت العضوية بشكل موجز يف )الشكل.08 III (: تخزين الطاقة الحراري مختلف التفاعالت التي درست أو ما زالت قيد الدراسة لتطوير أسلوب التخزين الحراروكيميائي. يتم تصنيفها في ست فئات: هدريدات المعادن والكربونات هيدروكسيدات تفاعالت األكسدة السنوات واالختزال وأنظمة األمونياك والتفاعالت العضوية بشكل الشكل 18.III.. : تصنيف التفاعالت المعمول بها ]22[ 68

69 1.3...III.بعض التفاعالت الكيميائية اإلنعكاسية نلخص فيما يلي بعض البيانات من اجل تخزين الطاقة الحرارية في ارتفاع درجة الحرارة بواسطة التفاعالت الكيميائية االنعكاسية ]5[ اهليدريدات الكربونات 69

70 اهليدروكسيدات 70

71 االمونيا HYDRURES االكسيدات 71

72 العضويات SO 3 72

73 الفصل ال اربع مقارنة بين أنظمة التخزين الح ارري 73

74 1.IV.مقدمة تستخدم مجيع أنظمة التخزين احلراري املعرفة من قبل )احلساس الكامن احلراروكيميائي ) يف ثالث خطوات رئيسية: التخزين الشحن والتفريغ.و ميكن التعرف على عدد كبري من وسائل التخزين وفقا )خلصائصها ودرجة حرارة استخدامها النوع املطلوب من التخزين و جمال التطبيق املستهدف(.وبالتايل اختيار نظام التخزين يقوم وفق معايري ]01[..2.IV معايير اختيار وتصميم نظم التخزين كمية الطاقة املخزنة واملستعادة ترتبط بالسعة احلرارية فهي النقطة الرئيسية يف تصميم نظام التخزين لكن اختيار تكنولوجيا التخزين أمر بالغ األمهية يقوم على عدة معايري أخرى تعتمد على احلاجة و ترتبط مبجموعة من املواصفات والقيود التنظيمية واالقتصادية والبيئية وكدا عامل الزمن وعدة عوامل أخرى ميكن تلخيصها فيما يلي: )الشكل 1.IV ( ]1[. كثافة الطاقة درجة حرارة وزمن التخزين )ختزين يومي ختزين مومسي(. خصائص مواد التخزين : وتشمل املعايري التالية : معايري ترموديناميكية ( درجة حرارة انصهار السعة احلرارية واملوصلية احلرارية...(. معايري فيزيائية وكيميائية ( االستقرار الكيميائي احلجم املستنفذ عدم حدوث التحلل والتآكل...(. معيار بيئي: درجة التلوث وجود او عدم وجود تسمم... املعيار االقتصادي )تكلفة التصميم التشغيل الصيانة وإعادة التدوير( والنضج التكنولوجي. 74

75 استطاعة أو) سعة(ومدة حياة التخزين التأثير على البيئة نظمة التخزين احلراري تكلفة االستثمار والتشغيل والصيانة معدالت التحصيل من عمليات إعادة التدوير أنظمة السالمة الشكل 1.IV. معايير اختيار نظام التخزين الحراري] 9 [ مقارنة بين.3.IV أنظمة التخزين الح ارري.2.1.IV من حيث كثافة الطاقة, درجة ح اررة وزمن التخزين يقدم اجلدول )0.IV( بعض اخلصائص احلرارية ألنظمة التخزين احلراري )كثافة الطاقة درجات حرارة التشغيل لكل نظام مدة التخزين( ]1[. التخزين احلساس التخزين الكامن التخزين احلراروكيميائي الكثافة الطاقوي الكتلية الكثافة الطاقوية الحجمية حرارة التخزين درجة حرارة الشحن درجة حرارة الشحن درجة حرارة الشحن او احمليط مدة التخزين حمدودة )ساعات- يوم شهر ) حمدودة )ساعات- يوم شهر ) غري حمدودة الجدول 1.IV. يقدم بعض الخصائص الحرارية ألنظمة التخزين الحراري] 9 [ 75

76 الطاقة في IV كثافة التخزين المحسوس تحليل ومناقشة لديه كثافة الطاقة ترتاوح ) kwh.m )وتعترب ضعيفة باملقارنة مع األنظمة األخرى. حيث يتم استخدام تقنيات لتمكن سائل النقل أن مير مباشرة من خالل مواد التخزين. و فإذاكنا نرغب يف زيادة كثافة الطاقة فمن املمكن زيادة التدرج يف درجة احلرارةT. ولكن مواد التخزين هلا يف الغالب درجة حرارة تشغيل قصوى ال ميكن جتاوزها. IV كثافة الطاقة في التخزين الكامن تحليل ومناقشة كثافة الطاقة بني ) 3- (50-100kwh.m وهيكثافة عالية باملقارنة مع النظام احملسوس. ميزة أخرى هي استعادة احلرارة يف درجة حرارة ثابتة ]01[. )الشكل 1.IV ( ففي هذا النوع من التخزين كمية الطاقة املخزنة واملسرتدة تعتمد فقط على كتلة املواد وحرارهتا الكامنة) H = ml f ) وحنتاج فقط إىل احلد األدىن من التدرج يف درجة الحرارة بين مائع النقل ودرجة حرارة لضمان نقل احلرارة. يف كثري من األحيان التدرج يف درجة احلرارة بني سائل النقل ودرجة حرارة االنصهار حوايل MCP 15 C. قد يكون يف الواقع رفع يف درجات احلرارة للمواد وبالتايل ختزين جزء من احلرارة احملسوسة يكون غري مهمل. الشكل 2.IV. منحنى درجة الحرارة -األنتالبي لنظام تخزين حرارةكامنة] 13 [ يقدم )اجلدول 01[)1.IV [ مثال تطبيقي يقارنكثافة الطاقة املخزنة بني التخزين الكامن واحملسوس لنفس حجم التخزين. 76

77 خالت هيدرات الصوديوم خصائصه )Acétate trihydrate de sodium( )MCP( Tfusion Lf c P MCP solide c P MCP liquide C 242, J/Kg 3, J/Kg à30 C 3, J/Kg à70 C iquide 1279Kg/m 3 à70 C solide 3Kg/m 3 à30 C ]11[ الجدولIV.2. يقدم خصائص MCP )خالت هيدرات الصوديوم( بني 30 C وC 70 هي : حساب الكثافة الطاقوية: الطاقة E MCP 30-70C املخزنة يف 1m 3 على نفس جمال درجة احلرارة ونفس احلجم من املاء ( 3 1m( ختزن الكمية التالية: النتيجة - جند ان MCP يسمح بتخزين أكثر من 1 مرات بالزيادة لنفس احلجم باملقارنة مع املاء. ولذلك لديهاكثافة طاقة أعلى. 77

78 IV كثافة الطاقة في التخزين الح اررو كيميائي تحليل ومناقشة أعاله. حتقق نظريا كثافة ختزين جوهرية متفوقة على األنظمة احملسوسة والكامنة كما يوضحه )اجلدول 0.IV ( أو الكتلية هي على التوايل 5-01 أضعاف باملقارنة مع األنظمة األخرى. ( 3- ) kw.m فكثافة الطاقة احلجمية كما أن ختزين الطاقة يف روابط املركبات الكيميائية الحيتاج إىل درجة حرارة معينة فيمكن ختزينها حىت يف درجات حرارة الغرفة العادية دون احلاجة إىل عزل وميزة أخرى مبكن أن نلحظها من خالل مدة التخزين وطول مسافة نقل احلرارة غري احملدودة. حوصلة: التخزين الكامن لديه أفضلية من حيثكثافة الطاقة العالية وعالوة على ذلك استعادة احلرارة يف درجة حرارة ثابتة يبسط استخدامها وضمان جودة طاقة مستقلة عن التدرج يف درجة احلرارة بني سائل النقل ومواد التخزين إذا ما قورن بالتخزين احلساس لكن نظرياكثافة التخزين بالنسبة للنظام احلراروكيميائي تعترب عالية جدا باملقارنة معكال النظامني )احلساس والكامن ) باإلضافة إىل ميزة طول مدة ومسافة النقل فهذا يؤهل نظام التخزين احلراروكيميائي من األفضل يكون أن يف حيث التخزين املومسي..1.1.IV من حيث خصائص مواد التخزين المستعملة IV.مواد التخزين الحساس السائلة بعض مواد التحزين احلساس الصلبة ملخصة يف )اجلدول 1.IV ( ]05[. وسط التخزين درجة حرارة التخزين (k) الكثافة ) 3 (kg/m التوصيلية احلرارية (W/m.K) السعة احلرارية (kj/kg.k) امللح الشمسيHITEC الزيوت املعدنية الزيوت الصناعية زيت السيليكون أمالح النرتيت امالح النرتات أمالح الكربونات الصوديوم السائل الجدول 3.IV.يقدم خصائص بعض مواد التخزين الحساس السائلة ]15[ 78

79 تحليل ومناقشة يتضح من خالل اجلدول اتساع نطاق درجة حرارة التخزين. فمثال املاء يعترب وسط جيد للتخزين يف درجات حرارة منخفضة فله حرارة نوعية مرتفعة باملقارنة مع املواد األخرى إال انه حيتاج إىل عزل جيد وخزان مقاوم للضغط املرتفع. الزيوت املعدنية مثال على الرغم من أهنا غري مكلفة نسبيا حوايل ( $/kwh 4.2(]01[ لديها درجة حرارة ختزين عالية األمر.111 جينب الذي استخدامها لدرجات حرارة أقل من C الزيوت االصطناعية ميكن يف املقابل أن تستخدم ما يزيد على لكن لديها مشاكل تسمم. أمالح وكذلك النرتات املنصهرة لديها درجة حرارة تغريها عالية األمر الذي يتطلب 400 C سيطرة كاملة على الظروف احلرارية للرتكيب وذلك لتجنب البقع الباردة يف الرتكيب الذي ميكن ان تؤدي إىل تصلب األمالح واحلد من التآكل عند استخدامها IV.مواد التخزين الحساس الصلبة بعض مواد التحزين احلساس الصلبة ملخصة يف )اجلدول 1.IV ( ]01[. وسط التخزين األملنيوم الكثافة ) 3 (kg/m احلرارة النوعية( J/kg.K ) السعة احلرارية( kj/kg.k ) التوصيلية احلرارية (W/m.K) 204(à20 C) (à19 C) (à20 C) - 385(à20 C) أكسيد األملنيوم كربيتات األملنيوم الطوب طوب املغنيزيوم االمسنت الفوالذ احلديد الصايف كلوريد الكالسيوم النحاس طني رطب طني جاف كلوريد البوتاسيوم كربيتات البوتاسيوم كربونات الصوديوم حجر الغرانيت حجر الكلس حجر الرخام حجر رملي الجدولIV... يقدم بعض مواد التخزين الحساس الصلب] 19 [ 79

80 تحليل ومناقشة مثال يف حالة املواد طوب و االمسنت والرملكثافة الطاقة منخفضة باملقارنة مع باقي املواد إال أن وفرهتا وقلة تكاليفها جيعل تطبيقها واسع ومتاح. كذلك لديها توصيلية حرارية منخفضة إذا ما قورنت مبواد ختزين معدنية أخرى لديهاكثافة طاقة مرتفعة ال سيما بعض املعادن مثل الفوالذ أو احلديد الذي ميكن أن تصل إىل قيم 400 ن w/m 3 على نطاق درجة حرارة للحديد 7897 للحديد kg/m kg/m 3 للفوالذ(. ومع ذلك و 100 C وكذلككثافته احلجمية العالية ( التكلفة العالية حتد تنميتها ورحبيتها] 01 [. وخالفا للتخزين يف الوسط السائل التخزين يف الوسط الصلب ميكن أن تستخدم للتطبيقات مرتفعة ومنخفضة درجة احلرارة ودون احلاجة إىل القلق حول مشكلة ضغط البخار يف حالة املاء والقيود املفروضة على تقدمي سوائل أخرى للتخزين )التآكل واالستقرار والسالمة...(. يتم استخدام جمموعة واسعة من املواد الصلبة. احلديد الزهر هو املادة األكثر فعالية فيما يتعلق بكثافة التخزين اليت تتجاوز املاء ]07[. ومع ذلك هذه املادة هي مكلفة جدا كما ذكرنا سابقا مقارنة مع غريها من املواد )اخلرسانة والطوب واحلجر والرمل...( وفرتة االسرتجاع هلا معتربة جدا. لتطبيقات الطاقة الشمسية اخلرسانة واحلجر هي املواد األكثر استغالال واألكثر مناسبة للتطبيقات يف قطاع البناء ]08[. على سبيل املثال من اجل تغري يف درجة احلرارة 50 C اخلرسانة واحلجر ختزن حوايل 11. kj/kg يوضح )الشكل 3.IV ( ]1[ املقارنة املثالية للحجم املطلوب لتخزين نفس الكمية من الطاقة املخزونة )J 143,4.10(. 8 الشكل 3.IV. الحجم الالزم لنفسكمية الطاقة المحسوسة المخزنة ]9[ 80

81 يتضح لنا أن التخزين احلساس يف الوسط الصلب يتطلب حجم أكرب من التخزين يف الوسط السائل احلساس التخزين يف حوصلة: مواد التخزين متاحة ومتوفرة بشكل كبري إال أن احلاجة إىل العزل وكثافة الطاقة املنخفضة جتعلنا نسعى لتطوير طرق أخرى تضمن لناكثافة طاقة عالية وتقلل الضياع الطاقوي. MCP IV.مواد التخزين الكامن يتم عن طريق استخدام مواد تغيري الطوركما ذكر سابقا لذلك سنعرض جمموعة من االعتبارات واليت يتم من خالهلا اختيار مادة التخزين املناسبة للتخزين املعطى )اجلدول.5( IV ]01[. - مستوى درجة احلرارة مرحلة تغيري الذي يعتمد على التطبيق - قيمة احلرارة الكامنة النصهار 130kJ/kg> (لتكون قادرة على املنافسة( - املوصلية احلرارية العالية حلركية الشحن والتفريغ بسرعة - ضغط البخار منخفض لتقليل مشاكل مقاومة ضغط أنظمة التخزين اختيار مادة التخزين املناسبة يقوم على جمموعة من املعايري اخلصائص الفيزيائية: - تغيري طفيف على مستوى احلجم أثناء تغيري احلالة من اجل أبعاد تصميم التخزين ومقاومة الضغط -كثافة عالية حبيث MCP قد توفر ختزينكايف يف أصغر حجم ممكن - انصهار منسجم عند استخدام جسم مركب..اعتبارات حرارية: - حركية الشحن والتفريغ بشكل أسرع - جتنب الربودة الفائقة تضعف احلركية و قدرة التخزين البارد. اعتبارات االستقرار والتوافق مع غريها من املواد - استقرار اجلسم يف الدورات احلرارية - التوافق مع مواد حاوية التخزين من اجلكل األطوار لتفادي مشاكل التآكل التفاعالت الكيميائية أو التفاعل الكهروكيميائي - االستقرار الكيميائي يف اجلسم مع مرور الوقت ودرجات احلرارة - معدل تبلور جيد - القابلية لالشتعال - غري سامة. اعتبارات احلركية: االعتبارات الكيميائية: االعتبارات االقتصادية: - تكلفة معقولة و تكون متوافرة. الجدول 5.IV. اعتبارات اختيار مادة MCP للتخزين الحراري الكامن 81

82 يقدم )اجلدول )1.VI بعض خواص مواد تغيري الطور )صلب- سائل( العضوية وغري العضوية ]01[. اخلصائص MCPعضوية MCPغري عضوية احلرارة النوعية (kj/kg) 1 1 احلرارة الكامنة (kj/kg) كتلة ختزين kg) (10J en حجم ختزين ]11[ (10J en m 3 ) الجدول.6. IV بعض خواص مواد تغيير الطور )صلب-سائل( العضوية وغير العضوية تحليل ومناقشة يتضح من اجلدول الكثافة العالية واخنفاض حجم التخزين للمواد MCP باملقارنة مع مواد التخزين احلساس خاصة مواد MCP غري العضوية وهذا يعترب فائدة للتقليل من التكاليف بتوفري طاقة عالية حبجم أقل. وميكن توضيح ذلك بالرجوع إىل املثال يف ( اجلدولIV.1( ملقارنة حجم ختزين نفس الكمية من الطاقة بني التخزين الكامن واحلساس ]01[. لتخزين مثال 100kwh يف اجملال 58 C - 55 C حنتاج إىل حجم املاء وMCPكالتايل : النتيجة حوصلة: حجم MCP املستخدم أكثر ختزين. للتخزين بني الدرجتني 58 C - 55 C اصغر من حجم املاء ب 11 مرة. فهي 82

83 مواد MCP غير العضوية يقدم )اجلدول 7.IV ( خصائص حرارية لبعض أهم مواد MCPغري العضوية ]11.01[. (kj/kg) نوع املادة املركبات درجة حرارة االنصهار التوصيلية احلرارية (W.m -1.K -1 ) الكثافة (kg.m -3 ) (W.m -1.K -1 ) 988 liq à20 C liq à20 C مواد غري H 2 O 917 sol à0 C عضوية 1562 liq à32 C liq à38.7 C C a Cl 2. 6H 2 O 1802 sol à24 C sol à 23 C 1550 liq à94 C liq à95 C Mg(NO 3 ) 2.6H 2 O 1636sol à25 C sol à37 C 1450 liq à120 C liq à120 C MgCl 2.6H 2 O 1569 sol à20 C sol à90 C liq à50 C liq à85 C % Mg(NO 3 ).6H 2 O 1630 sol à24 C sol à38 C +41.3%MgCl 2.6H 2 O مواد غري عضوية سهلة االنصهار الجدول 7.IV. خصائص حرارية لبعض أهم مواد MCP غير العضوية ].21.1[ تحليل ومناقشة يتضح من اجلدول ثالث ميزات هلذه املواد : التوصيلية احلرارية العالية الكثافة الطاقوية العالية نقطة االنصهار الصافية وهذه اخلصائص من أهم خصائص التخزين اجليد باإلضافة إىل مزايا أخرى و بعض العوائق اليت ميكن مواجهتها يف هذا التخزين. مزايا أخرى : احلرارة الكامنة عالية متاحة بكميات عالية] [. كبرية منخفضة التكلفة قابل لالشتعال السعة احلرارية الكتلية المعوقات : العزل التآكل الربودة الفائقة الشيخوخة السريعة] [. 83

84 مواد MCP العضوية يقدم )اجلدولIV.8( خصائص حرارية لبعض أهم مواد MCP العضوية ].11.01[. نوع املادة مواد عضوية مواد عضوية سهلة االنصهار أمحاض دهنية املركبات برافني C 21 -C 50 نافتالنب نافتالنب 67.1% + محض البنزويك 32.9% محض الكابريك محض الستياريك درجة حرارة االنصهار (kj/kg) (W.m -1.K -1 ) التوصيلية احلرارية الكثافة (kg.m -3 ) 0.83 liq à70 C sol à20 C 976 liq à84 C 1145 sol à20 C n.d. 878 liq à45 C 1004 sol à24 C 848 liq à100 C 965 sol à24 C 0.21 sol (W.m -1.K -1 ) liq à83.8 C sol à49.9 C liq à100 C sol à38 C liq à38.5 C liq à70 C الجدول 8.IV. خصائص بعض أهم مواد التخزين العضوية] [ تحليل ومناقشة يتضح من خالل معطيات اجلدول ميزة اتساع جمال درجة حرارة االنصهار هلذه املواد لكن باملقارنة مع املواد غري العضوية لديها توصيلية حرارية منخفضة وكثافة طاقوية أقل وهذا سيؤثر علىكثافة التخزين والتبادل احلراري بني مواد التخزين وسائل نقل احلرارة عموما ميكن حصر مزاياها وعيوب استعماهلا. المزايا : متاحة يف نطاق واسع من درجة احلرارة ال حتتاج إىل فصل مستقرةكيميائيا ال يوجد تآكل قابلة إلعادة التدوير ] [. العيوب : املوصلية احلرارية املنخفضة احلرارة الكامنة منخفضة غري قابل لالشتعال احلرارة النوعية الكتلية املنخفضة التكلفة العالية كثافة منخفضة ] [. بالنسبة للمواد سهلة االنصهار العضوية وغري العضوية لديها ميزة نقطة االنصهار املشاهبة ملادة نقية غري أهناكذلك تعاين من بعض مشاكل اليت تعيق استخدامها ]28[ وهي : قلة البيانات املعروفة على اخلصائص احلرارية هلذه املواد االستخدام احملدود يف النظم الصناعية. 84

85 حوصلة: التخزين يف MCP حيتوي على مزاياكثافة الطاقة املرتفعة وصغر حجم التخزين مقارنة بالنظام احملسوس أي احلد من حجوم التخزين وبالتايل التقليل من تكاليف التصميم.كذلك إمكانية التخزين يف درجات حرارة منخفضة إال أن مشكلة العزل اليت تبقى قائمةكذلك يف هذا النظامكذلك بعض مشاكل تغري الطور البسيط كالتخزين احملسوس. كزيادة الضغط جيعل تطبيقها ليس باألمر IV.التخزين الح اررو كيميائي: من أجل حتديد التفاعل املناسب لنظام ختزين حراروكيميائي معايري النظام مت تعريفها من قبل) Wentworth و Chen عام 0171( ]10[. املعايري هيكالتايل: - تفاعل ماص للحرارة: درجة احلرارة أقل >0111 درجة مئوية. - تفاعل الناشر للحرارة : نطاق درجة حرارة. 320 C T> 1000 C> Hr كبري وحجم مويل صغرية لزيادةكثافة التخزين. - التفاعل عكسي متاما. - تفاعل سريع. - جيب أن تكون النواتج سهلة الفصل ومستقر ة )اقل تفاعل مع املاء واألكسجني(خالل فرتة التخزين. - املنتجات املستخدمة جيب معاجلتها بسهولة ( مفهوم السالمة (. - جيب أن تكون العملية مرحبة بقوة. - إعادة التجربة متاح. - نعرض بعض خصائص التخزين احلراري لبعض هذه التفاعالت املستعملة بكثرة يف )اجلدولIV.1( ]10[. التفاعل درجة حرارة التفاعل C الكثافة الطاقوية ) 3 (kwh/m 580 Charge380/décharge230 P H2 (0.14 /0.44 )MPa 692 Charg750/décharge750 P CO2 (0 /20200 ) Pa MgH 2 + H Mg+H 2 CaCO 3 + Hr CaO+CO Charge350/décharge P H2O (0 / ) Pa Mg(OH) 2 + Hr MgO+H 2 O الجدولIV.9. الخصائص الحرارية ألكثر التفاعالت استعماال في التخزين الحراروكيميائي ]21[ يالحظ من اجلدول ارتفاعكثافة الطاقة ودرجة حرارة التفاعل وهذه تعترب أهم مزايا هذا النظام لكن لكل تفاعل من هذه التفاعالت ميزات أخرى وباملقابل بعض املشاكل اليت تواجه استخداماته. 85

86 MH n(s) + ΔHr M (s) +(n/2) H 2(g) تفاعل هدريدات المعادن MgH 2(s) + ΔHr Mg (s) +H 2(g ). مثال:هيدريد املغنيزيوم بيانات توازن هذا التفاعل مقدمة يف )الشكل 4.IV (] 10[. الشكل 4.IV. بيانات توازن التفاعل العكسي لهيدريد المغنيزيوم] 21[ تحليل ومناقشة. H 2 غاز يتضح من املنحىن ميزة ارتفاع درجة حرارة التفاعل )450 C-350 C( لكن يف نفس الوقت معرض خلطورة ارتفاع ضغط مزايا أخرى للتفاعل : عكس اجتاه التفاعل )مقدار 111 دورة ممكن( ال توجد نواتج ثانوية فصل النواتج )غاز /.]10 [ الصلبة( ميكن إعادة التفاعل ختدير املواد احلديد مع Fe أو النيكل Ni عيوب التفاعل : ختزين H2 حركية التفاعل تبقى بطيئة )عدة ساعات( التكلس ضغط التشغيل bar( )100 bar- 50 االنتقال احلراري )الصلب / اجلدار( [ 10[. 86

87 MCO 3(S) + Hr MO (S) +CO 2(g) تفاعل الكربونات CaCO 3 + Hr. بيانات توازن التفاعل مقدمة يف مثال : تفاعل كربونات الكالسيوم 2(g) CaO (s) +CO )الشكل 5.IV ( ]10[. الشكل 5.IV. بيانات توازن التفاعل العكسي لكربونات الكالسيوم] 21 [ تحليل ومناقشة يتضح من املنحىن ميزة االرتفاع الكبري لدرجة حرارة التفاعل احلرارة بني ( 600 C C( إال أن هذا التفاعل مرتبط خبطورة ارتفاع ضغط غاز.CO 2 مزايا أخرى للتفاعل : ال حيتاج إىل حتفيز ال توجد نواتج ثانوية فصل النواتج)غاز / الصلب( توافر املنتج وسعره يف املتناول إنتاج أكسيد الكالسيوم الذي يطور استعماله يف اجملال الصناعي ميكن إعادة التفاعل [ 10[. ختدير املواد [.]10 التكلس ختزين CO2 املوصلية احلرارية املنخفضة عيوب التفاعل : M(OH) 2(S) + Hr MO (S) +H 2 O (g) تفاعل الهيدروكسيدات مثال : تفاعل هيدروكسيد املغنيزيوم (g).mg(oh) (S) + Hr MgO (S) +H 2 O بيانات توازن التفاعل مقدمة يف) الشكل 6.IV ( ]10[. 87

88 ضغط H2O(atm ) درجة احلرارة ) C ) درجة احلرارة العكسية (K -1 ) 1000/T الشكل 6.IV. بيانات توازن التفاعل العكسي للهيدروكسيدات] 21 [ تحليل ومناقشة يتضح من املنحىن ميزة ارتفاع درجة حرارة التفاعل) 500 C-200 C ( إال أن هذا التفاعل مرتبط خبطورة ارتفاع ضغط خبار املاء. ~ مزايا أخرى للتفاعل : ال حيتاج إىل أي حمفز ال توجد نواتج ثانوية فصل النواتج )غاز / الصلب( عودة التجربة - 05 عاما] 10 [. عيوب التفاعل : درجة حرارة الرطوبة )200 C( تفاعل النو جات ) 51( ختدير املواد اخنفاض املوصلية] 10 [. - حوصلة: يظهر لنا اجيابية التخزين احلراروكيميائي وذلك بفضلكثافة الطاقة العالية الرتفاع درجات حرارة التشغيل وعدم حاجته إىل العزل فاملنتجات ميكن ختزينها يف درجة حرارة الغرفة دون أي ضياع للحرارة. 88

89 .1.1.IV الجانب االقتصادي والنضج التكنولوجي 2.تكنولوجيات التخزين الحساس.1.1.IV يف العادة تستعمل خمازن حتت األرض SETS( (. Stockage d'énergie thermique souterraine. حيث أن الشروط اهليدروجيولوجية ملوقع البناء املطلوبة يفكثري من األحيان جترب على اختيار التقنية املناسبة ]01[ )الشكل 7.IV (. تقنية مخازن الماء الساخن chaude( :)Stockage de chaleur à eau يتكون من خزان مياه مدفون جزئيا يف خرسانة مسلحة. تقنية التخزين في مستودعات المياه الجوفية souterraines( :)Stockage des eaux يتم عن طريق اثنني من اآلبار اليت مت حفرها يف طبقة من الصخور املسامية )احلصى والرمل واحلجر اجلريي( اليت حتتوي على املياه اجلوفية. يف مرحلة الشحن املياه اجلوفية املستخرجة من احلوض البارد ( البارد جدا( يسخن بواسطة الطاقة الشمسية ومن مث حقنها يف البئر الساخن ( الساخن جدا(. ومعرفة تامة للمعادن واجليوكيمياء وعلم األحياء الدقيقة لباطن األرض أمر ضروري هلذا النوع من التثبيت. وتقع أهم إجنازات هذا النوع من التخزين يف أملانيا يف روستو وبرلني مقر الربملان األملاين. تقنية تخزين حصى- ماء l'eau( )Stockage de Grit - أو املياه اجلوفية االصطناعية: خلق التبادالت يف طبقة املياه اجلوفية الطبيعية باستعمال مواد التخزين وهي عبارة عن خليط من احلجر واملاء. يتم ختزين احلرارة و اسرتدادها عن طريق تبادل مباشر مع املاء أو عن طريق نظام األنابيب البالستيكية يتم إدراجها يف طبقات خمتلفة يف وسط التخزين. ونظرا لسعتها احلرارية الضعيفة مقارنة مع املاء هذا النوع من التخزين يتطلب حجم 51 أكرب من ختزين نظام املاء الساخن من اجل احلصول على سعة التخزين نفسها. تقنية آبار التخزين ( conduit )Stockage de chaleur à : تتطلب الرتبة اليت تتكون من الصخور املشبعة باملاء. يف هذا النوع من التثبيت يتم ختزين احلرارة مباشرة يف الرتبة. التبادل احلراري يكون داخل بئر حمفور على عمق يصل إىل 100m. يف مرحلة الشحن يتم توجيه تدفق احلرارة من ختزين متساوية وهذا التخزين يتطلب حجم 5-1 مرات أكرب من ختزين املاء الساخن. الوسط حنو حواف النظام ويف االجتاه املعاكس أثناء التفريغ. مع سعة 89

90 آبار التخزين التخزين حصى - ماء ختزين املاء الساخن التخزين يف مست ودعات املياه اجلوفية الشكل 7.IV. مختلف تقنيات التخزين بالحرارة بالحرارة المحسوسة تحت األرضى] 14.5 [. تستخدم أنظمة التخزين احلساس صناعيا يف العديد من حمطات الطاقة الشمسية احلرارية. فمنذ عام 0115 ظهرت مثاين حمطات أوروبية لتوليد الطاقة احلرارية الشمسية ] 11 [.و غريها من احملطا ت اليت تستخدم اثنني من صهاريج التخزين باألمالح املنصهرة. أحد هذه احملطات الشمسية )وضع عمليا يف عام 0181 وتوقف 0185 ( ووكالة الطاقة الدولية SSPS )للتشغيل( تستخدم على التوايل خزان حراري ( النفط / الصخور ) وخزان حراري )زيت نقي / االفوالذ(. يف اآلونة األخرية يف solaire/héliostats(( )GEMASOLAR (Tour يوجد نظام ختزين نشط خبزانني ومولد طاقةكهربائية مستمر حلوايل 20MW وقد مت تنفيذه ملدة 18 ساعة )7-1 يونيو 1100( هذا يثبت أمهية توليد الطاقة املستمرة يف حمطة للطاقة الشمسية مزودة بتخزين حرارة حمسوسة ويسلط الضوء على متانة الطريقة و تطويرها ]1[. ويظهر تشغيلحمطة للطاقة الشمسية احلرارية )Hambourg( )الشكل 8.IV ( ]5[. 90

91 الشكل.8.IV محطة شمسية حرارية لتخزين موسمي Hambourg( ) ]5[ يتم نقل احلرارة بتجميع الطاقة الشمسية إىل املركز عرب جمموعة الشمسية )شبكة الطاقة الشمسية(.ويستعمل خزان 4500m 3 من املاء الساخن للتخزين املومسي لتخزين احلرارة الزائدة. و يف فصل الشتاء يتم توفري احلرارة للمنازل عرب شبكة التوزيع )توزيع الشبكة(.حيث ميكن تثبيت مرجل الغاز يف املركز ليلعب دور تدفئة مساعدة. تحليل ومناقشة تعترب تكنولوجيا التخزين احلساسة بسيطة واقتصادية وناضجة نسبيا باختيار مواد التخزين املناسبة و االستخدام األكثر شيوعا للحرارة احملسوسة ختزين املاء الساخن ]01[ مما يسمح بتخزين احلرارة على أساس يومي واليت حتدث يف محولة شبكة الكهرباء فرتة "الذروة". أما يف حالة ختزين احلرارة املومسية الكثافة املنخفضة الطاقوية ملواد التخزين تتضمن حجوم ختزينكبرية. وبالتايل تنفيذ النظام يكون على نطاق واسع. كذلك تعترب وحدات التخزين الالزمة للتخزين املومسي يفكثري من األحيان باهظة لالستخدام يف املنزل. وهذا هو السبب التخزين احلراري احملسوس املومسي نادر يف املساكن الفردية. وهكذا على حافز الربح اجيابية التخزين املومسي تكون عند تثبيت النظام يف املناطق السكنية أو املساكن اجلماعية. 91

92 و تكنولوجيات 1. التخزين الكامن.1.1.IV هنا تقنيات خمتلفة لتطبيق نظام ختزين احلرارة الكامنة نذكر أمهها : تطبيق تقنية تخزين الجليد : املستخدمة يف التدفئة والتهوية وتكييف اهلواء )نظام :HVAC التدفئة التهوية وتكييف اهلواء(. ختزين اجلليد اليومي يهدف إىل تسهيل ذروة االستهال خالل أيام الصيف احلارة. ففي البلدان ذات املناخ البارد درجات احلرارة يف فصل الشتاء ختزن مومسيا اجلليد حيث ميكن إنشاء هذا اجلليد من تدفق اهلواء البارد أوتراكم الثلج ]01[. تطبيقات MCP في المباني: مغلفات من MCP جتعل مهمتها أسهل يف بعض التطبيقات مبا يف ذلك املباىن. يتم تغليف MCP يف مظاريف بأشكال خمتلفة )لوحات اسطوانات كرات(كما ذكر سابقا. هذا احلل يعطي من املزايا زيادة نسبة )سطح / حجم ) احلد من مسافات نقل احلرارة داخل MCP للخارج مما يقلل أيضا حجم حاوية التخزين اخنفاض واحدة من نقاط الضعف يف املباين هو اجلمود أي اخنفاض العطالة احلرارية مما أدى إىل تفاعل MCP املباشر مع البيئة. تقلباتكبرية يف درجة احلرارة الداخلية. االندماج داخل عناصر بناء لل MCP املغلفة قد تسمح بتخفيف هذه الظاهرة ]28.24[ )الشكلa.9.IV ( و )الشكلb.9.IV (. إدخال MCP يف عناصر املبىن يسمح لتسهيل إعطاء حملات لدرجات احلرارة الداخلية. وتعتمد هذه التقنية يف حالة التخزين اليومي للحرارة. تستخدم تطبيقات MCP يف املبىن أيضا يف تسخني املاء بالطاقة الشمسية. ففي خزان املاء الساخن عدم وجود الطبقات احلرارية وهذا يعين أن درجة احلرارة موحدة يف مجيع أحناء اخلزان وميكن أن يكون مشكلة. إذاكانت درجة احلرارة منخفضة جدا فاملياه ال ميكن أن تستخدم لدورة تسخني املياه احمللية. إدماجكبسوالت MCP خمتلفة تعمل على خلق طبقات حرارية للماء درجة حرارة الطبقة تتوافق مع درجة حرارة انصهار املواد املختلفة. لذلك يتم زيادة السعة التخزينية مع تقليل حجم خزان املاء الساخن ]15[. 92

93 الشكلa.9.IV. صورة لمبنى باألبعاد( 2.4mx2.4mx2.4m ) )béton+mcp( ]28.25[ الشكلb.9.IV. مبنى بعازل من البوليوريثان polyuréthane( ) وMCP ]28.24[ تطبيقMCP في التخزين الموسمية : يتطلب التخزين احلراري على املدى الطويل حجوم ختزينكبرية ومن هنا جاء اختيار املواد ذاتكثافة طاقوية كبرية ضروري لضمان متاسك النظام. يف هذا الصدد اختيار من امللح الرطب ميثل خيارا أكثر جاذبية إال أهنا متيزها بفصل املرحلة والتآكل بني امللح ومواد احلاوية حيد من تطوير مشاريع التخزين املومسية للحرارة الكامنة. استخدام MCP هو أكثر مالءمة لتخزين احلرارة اليومية] 01 [. ولقد بذلت غالبية الدراسات على هذه التكنولوجيا على نطاق املخترب أو منوذجي. أمهها مشروعني مشروع DISTOR (2004/2007) ومشروع )2010 )ITES ونفذت مناذجكبرية منوذج أويل احلجم 100 kwth بسعة ختزين فعلية 93

94 يف 0 58 kwth باستعمال 2100kg من خليط %51( 3 NaNO و 46% ) KNO 3 مت اختباره يف مصنع الطاقة الشمسية يف إسبانيا. ومنوذج DISTOR[ ](d Almería (centrale à capteurs cylindro-paraboliques( لتخزين ( d Endesa )la centrale يف إسبانيا يف عام 1111 وحدة )حمسوس / كامن/ حمسوس ) بقدرة MWth ختزين احلرارة الكامنة حتتوي على 01 طنا من [ NaNO 3 1[. تحليل ومناقشة : تكنولوجيا التخزين عن طريق احلرارة الكامنة مل يتطور بعد صناعيا.لدلك جيب أن يتم بذل جهد حبثيكبري وتكلفة على حتسني نقل احلرارة على هذا النوع من األنظمة اجملدية والفعالة. واقرتحت بعض احللول لتحقيق هذه األهداف هي: زيادة سطح التبادل بني ناقل احلرارة ومواد تغيري الطور استخدام مواد مركبة بتوصيلية جيدة. استخدام وسيلة وسيطية لنقل حرارة سائل نقل احلرارة. تكنولوجيات التخزين الح ارروكيميائي IV غالبية الدراسات اليت أجريت أواخر 0111 إىل بداية 1111 وحماكاة مضخات حرار وكيميائية وأنظمة ختزين مومسية لتسخني املاء وتدفئة املنازل. من قبل خمتربات معاهد يابانية وأوروبية ]01[. مسحت بتطوير المضخة الحرارية الكيميائية: هذه األنظمة اليت تعمل يف درجات حرارة عالية وأكثر توجها ختزين احلرارة الضائعة األوساط الصناعية ]7.14[ ( الشكل 01.IV ( تفريغ شحن الشكل 11.IV. مبدأ مضخة حراروكيميائية ]7.14[ CaO/CO 2 /PbO 94

95 يف البداية ميتلئ املفاعلني بكربونات الكالسيوم CaCO 3 من جهة وأكسيد الرصاصPbO من جهة أخرى. يف وضع التخزين كربونات الكالسيوم CaCO 3 تستقبل احلرارة من مصدر Qd1 فيسمح هلا أن تتحلل إىل أكسيد الكالسيوم و غاز.CO 2 يتفاعل CO 2 معPbO ويتم اسرتداد احلرارة املستهلكة يف تفاعل الكربونات. يف مرحلة التفريغ يتم عكس األدوار ويتم اسرتداد احلرارة من الكربونات] 7.14 [. مشروع : MODESTORE ويهدف املشروع MODESTORE لتطوير نظام التخزين احلراري املومسي لتسخني املاء يف املنازل والتدفئة املنزلية الفردية )الشكل 01.IV ( ]26.14[. الشكل 11.IV. ]26.14[ MODESTORE نموذج يتم جتميع وحدة امتصاص وحدة املبخر / مكثف يف نفس احلامل. اجلزء العلوي من اجلهاز حيتوي على مبادل حراري والذي ينقل الطاقة من مصدر احلرارة )اهلواء اخلارجي وتدفئة مساعدة( إىل هالم السيليكا )أكسيد السيليكون( خالل مرحلة الشحن )الصيف(. نقل احلرارة حيدث من هالم السيليكا إىل داخل اإلسكان يف الفرتة التفريغ )الشتاء(. اجلزء السفلي يضم املبادالت احلرارية يف وجود املبخر خالل التفريغ و مكثف أثناء الشحن. يتم ختزين املاء املكثف يف خزان.. يف فرتات الربد يتم ضخ كمية صغرية من املاء املبخر لالمتصاص على هالم السيليكا عند احلاجة. امتزاز هالم السيليكا اليت حتدث يف حوايل 100 C واستخدام األلواح الشمسية التقليدية احلرارية )مستوية( كافية لتشحن التخزين. 95