Solar Rising Tower (solar aerodynamisk kraftverk)
Solar Ascending Tower — en av typerna av solkraftverk. Luften värms upp i en enorm solfångare (liknande ett växthus), stiger upp och ut genom ett högt skorstenstorn. Den rörliga luften driver turbiner för att generera elektricitet. Pilotanläggningen var i drift i Spanien på 1980-talet.
Solen och vinden är två outtömliga energikällor. Kan de tvingas arbeta i samma team? Den första att svara på denna fråga var ... Leonardo da Vinci. Redan på 1500-talet designade han en mekanisk anordning som drevs av en väderkvarn i miniatyr. Dess blad snurrar i en ström av stigande luft som värms upp av solen.
Spanska och tyska experter valde La Mancha-slätten i den sydöstra delen av Nya Kastiliens platå som en plats för att genomföra ett unikt experiment. Hur kan vi inte komma ihåg att det var här som den modige riddaren Don Quijote, huvudpersonen i romanen av Miguel de Cervantes, en annan framstående skapare av renässansen, slogs mot väderkvarnarna.
År 1903Den spanske översten Isidoro Cabañez publicerade ett projekt för ett soltorn. Mellan 1978 och 1981 utfärdades dessa patent i USA, Kanada, Australien och Israel.
1982 nära en spansk stad Manzanares Den byggdes och testades 150 km söder om Madrid demonstrationsmodell av ett solkraftverk, som förverkligade en av Leonardos många ingenjörsidéer.
Installationen innehåller tre huvudblock: ett vertikalt rör (torn, skorsten), en solfångare placerad runt basen och en speciell turbingenerator.
Principen för driften av ett solkraftverk är extremt enkel. Samlaren, vars roll utförs av en överlappning gjord av en polymerfilm, till exempel ett växthus, överför solstrålning bra.
Samtidigt är filmen ogenomskinlig för infraröda strålar som sänds ut av den uppvärmda jordytan under den. Som ett resultat, som i alla växthus, finns det en växthuseffekt. Samtidigt förblir huvuddelen av solstrålningsenergin under kollektorn och värmer upp luftskiktet mellan marken och golvet.
Luften i kollektorn har en betydligt högre temperatur än den omgivande atmosfären. Som ett resultat genereras en kraftfull uppströmning i tornet, som, som i fallet med Leonardo väderkvarn, vrider turbingeneratorns blad.
Schematisk bild av ett solkraftverk
Energieffektiviteten hos ett soltorn är indirekt beroende av två faktorer: storleken på solfångaren och höjden på stapeln. Med en stor kollektor värms en större volym luft upp, vilket orsakar en högre hastighet på dess flöde genom skorstenen.
Installationen i staden Manzanares är en mycket imponerande struktur.Tornets höjd är 200 m, diametern är 10 m, och diametern på solfångaren är 250 m. Dess designeffekt är 50 kW.
Syftet med detta forskningsprojekt var att utföra fältmätningar, för att bestämma anläggningens egenskaper under verkliga tekniska och meteorologiska förhållanden.
Installationstesterna lyckades. Noggrannheten i beräkningarna, blockens effektivitet och tillförlitlighet, enkelheten i kontrollen av den tekniska processen har bekräftats experimentellt.
En annan viktig slutsats drogs: redan med en kapacitet på 50 MW blir ett solkraftverk ganska lönsamt. Detta är ännu viktigare eftersom kostnaden för el som genereras av andra typer av solkraftverk (torn, solcellsanläggningar) fortfarande är 10 till 100 gånger högre än i värmekraftverk.
Detta kraftverk i Manzanares fungerade tillfredsställande i cirka 8 år och förstördes av en orkan 1989.
Planerade strukturer
Kraftverk «Ciudad Real Torre Solar» i Ciudad Real i Spanien. Det planerade bygget ska täcka ett område på 350 hektar, vilket i kombination med en 750 meter hög skorsten kommer att generera 40 MW uteffekt.
Burong Solar Tower. I början av 2005, EnviroMission och SolarMission Technologies Inc. började samla in väderdata runt New South Wales, Australien för att försöka bygga ett fullt fungerande solkraftverk 2008. Den maximala eleffekt som detta projekt kunde utveckla var upp till 200 MW.
På grund av bristande stöd från de australiska myndigheterna övergav EnviroMission dessa planer och bestämde sig för att bygga ett torn i Arizona, USA.
Det ursprungligen planerade soltornet var tänkt att ha en höjd på 1 km, en basdiameter på 7 km och en yta på 38 km2. På så sätt kommer soltornet att utvinna cirka 0,5 % av solenergin (1 kW) / m2) som utstrålas vid stängd.
Vid en högre nivå av rökkanalen uppstår ett större tryckfall, orsakat av s.k skorstenseffekt, vilket i sin tur orsakar en högre hastighet för den passerande luften.
Att öka höjden på stapeln och ytan på kollektorn kommer att öka luftflödet genom turbinerna och därmed mängden producerad energi.
Värmen kan ackumuleras under ytan på kollektorn, där den kommer att användas för att strömma tornet från solen genom att sprida värmen till sval luft, vilket tvingar den att cirkulera på natten.
Vatten, som har en relativt hög värmekapacitet, kan fylla rören som ligger under kollektorn, vilket ökar mängden energi som återförs vid behov.
Vindkraftverk kan monteras horisontellt i en kollektor-till-torn-förbindelse, liknande de australiensiska tornplanerna. I en prototyp som är verksam i Spanien sammanfaller turbinens axel med skorstenens axel.
Fantasy eller verklighet
Så den aerodynamiska solenergianläggningen kombinerar processerna för att omvandla solenergi till vindenergi och den senare till elektricitet.
Samtidigt, som beräkningarna visar, blir det möjligt att koncentrera energin från solstrålning från ett stort område av jordens yta och att erhålla stor elektrisk energi i enstaka installationer utan användning av högtemperaturteknik.
Överhettningen av luften i kollektorn är bara några tiotals grader, vilket i grunden skiljer solvindkraftverket från termiska, nukleära och till och med tornsolkraftverk.
De obestridliga fördelarna med sol-vind-installationer inkluderar det faktum att även om de implementeras i stor skala, kommer de inte att ha en skadlig inverkan på miljön.
Men skapandet av en sådan exotisk energikälla är förknippad med ett antal komplexa tekniska problem. Det räcker med att säga att enbart tornets diameter bör vara hundratals meter, höjden - ungefär en kilometer, området för solfångaren - tiotals kvadratkilometer.
Det är uppenbart att ju mer intensiv solstrålningen är, desto mer kraft utvecklar installationen. Enligt experter är det mest lönsamt att bygga solvindkraftverk i områden som ligger mellan 30 ° nord och 30 ° sydlig latitud på landområden som inte är särskilt lämpade för andra ändamål. Alternativen för att använda den bergiga reliefen lockar uppmärksamhet. Detta kommer att drastiskt minska byggkostnaderna.
Emellertid uppstår ett annat problem, till viss del karakteristiskt för alla solkraftverk, men får en särskild brådska när man skapar stora aerodynamiska solenergianläggningar. Oftast är lovande områden för deras konstruktion långt ifrån energiintensiva konsumenter. Dessutom, som ni vet, kommer solenergi till jorden oregelbundet.
Små (lågeffekt) soltorn kan vara ett intressant alternativ för att generera energi för utvecklingsländer, eftersom deras konstruktion inte kräver dyra material och utrustning eller högutbildad personal under driften av strukturen.
Dessutom kräver byggandet av ett soltorn en stor initial investering, som i sin tur kompenseras av de låga underhållskostnader som uppnås genom frånvaron av bränslekostnader.
En annan nackdel är dock den lägre verkningsgraden av solenergiomvandlingen än t.ex i solkraftverkens spegelstrukturer… Detta beror på den större ytan som upptas av samlaren och de högre byggkostnaderna.
Soltornet förväntas kräva mycket mindre energilagring än vindkraftsparker eller traditionella solkraftverk.
Detta beror på ackumuleringen av termisk energi som kan frigöras på natten, vilket gör att tornet kan fungera dygnet runt, vilket inte kan garanteras av vindkraftsparker eller solcellsceller, för vilka energisystemet måste ha energireserver i form av av traditionella kraftverk.
Detta faktum dikterar behovet av att skapa energilagringsenheter tillsammans med sådana installationer. Vetenskapen känner ännu inte till en bättre partner för sådana ändamål än väte. Det är därför experter anser att det är mest ändamålsenligt att använda den el som genereras av anläggningen specifikt för produktion av vätgas. I det här fallet blir solvindkraftverket en av huvudkomponenterna i framtidens väteenergi.
Så redan nästa år kommer världens första kommersiella projekt för lagring av fast väteenergi att genomföras i Australien. Överskott av solenergi kommer att omvandlas till fast väte som kallas natriumborhydrid (NaBH4).
Detta icke-giftiga fasta material kan absorbera väte som en svamp, lagra gasen tills den behövs och sedan släppa ut väte med hjälp av värme. Det frigjorda vätet leds sedan genom en bränslecell för att generera elektricitet. Detta system gör att väte kan lagras billigt vid hög densitet och lågt tryck utan behov av energikrävande kompression eller kondensering.
Generellt sett gör forskning och experiment det möjligt att på allvar ifrågasätta solvindkraftverkens plats i den stora energiindustrin inom en snar framtid.