Sončni dvigajoči se stolp (sončna aerodinamična elektrarna)

Sončni vzpenjajoči se stolp — ena od vrst sončnih elektrarn. Zrak se segreva v ogromnem sončnem kolektorju (podobnem rastlinjaku), se dviga in izstopa skozi visok dimniški stolp. Gibajoči se zrak poganja turbine za proizvodnjo električne energije. Pilotni obrat je deloval v Španiji v osemdesetih letih prejšnjega stoletja.

Sonce in veter sta dva neusahljiva vira energije. Jih je mogoče prisiliti, da delajo v isti ekipi? Prvi, ki je odgovoril na to vprašanje, je bil ... Leonardo da Vinci. Že v 16. stoletju je zasnoval mehansko napravo, ki jo je poganjal miniaturni mlin na veter. Njegove lopatice se vrtijo v toku dvigajočega se zraka, ki ga segreva sonce.

Španski in nemški strokovnjaki so izbrali nižino La Mancha na jugovzhodnem delu planote Nove Kastilje kot kraj za izvedbo edinstvenega eksperimenta. Kako se ne spomniti, da se je prav tu z mlini na veter boril pogumni vitez Don Kihot, glavni junak romana Miguela de Cervantesa, še enega izjemnega ustvarjalca renesanse.

Leta 1903Španski polkovnik Isidoro Cabañez je objavil projekt solarnega stolpa. Med letoma 1978 in 1981 so bili ti patenti izdani v ZDA, Kanadi, Avstraliji in Izraelu.

Leta 1982 v bližini španskega mesta Manzanares Izdelali so ga in preizkusili 150 km južno od Madrida demonstracijski model sončne vetrne elektrarne, ki je uresničil eno od mnogih Leonardovih inženirskih idej.

Inštalacija vsebuje tri glavne bloke: navpično cev (stolp, dimnik), sončni kolektor, ki se nahaja okoli njegove baze, in poseben turbinski generator.

Princip delovanja solarne vetrne elektrarne je izjemno preprost. Kolektor, katerega vlogo opravlja prekrivanje iz polimernega filma, na primer rastlinjak, dobro prenaša sončno sevanje.

Hkrati je film neprosojen za infrardeče žarke, ki jih seva segreto zemeljsko površje pod njim. Posledično, kot v vsakem rastlinjaku, obstaja učinek tople grede. Hkrati glavnina energije sončnega sevanja ostane pod kolektorjem in segreva zračno plast med tlemi in tlemi.

Zrak v kolektorju ima bistveno višjo temperaturo kot okoliško ozračje. Posledično se v stolpu ustvari močan navzgor, ki, tako kot v primeru vetrnice Leonardo, obrača lopatice turbinskega generatorja.

Shema sončne vetrne elektrarne

Energetska učinkovitost solarnega stolpa je posredno odvisna od dveh dejavnikov: velikosti kolektorja in višine dimnika. Pri velikem kolektorju se segreje večji volumen zraka, kar povzroči večjo hitrost njegovega pretoka skozi dimnik.

Postavitev v mestu Manzanares je zelo impresivna struktura.Višina stolpa je 200 m, premer 10 m, premer sončnega kolektorja 250 m, njegova projektirana moč je 50 kW.

Namen te raziskovalne naloge je bila izvedba terenskih meritev, določitev značilnosti naprave v realnih inženirskih in meteoroloških pogojih.

Preizkusi namestitve so bili uspešni. Natančnost izračunov, učinkovitost in zanesljivost blokov, enostavnost nadzora tehnološkega procesa so bili eksperimentalno potrjeni.

Sledil je še en pomemben zaključek: že z zmogljivostjo 50 MW postane sončna vetrna elektrarna precej donosna. To je še toliko bolj pomembno, ker so stroški električne energije, proizvedene z drugimi vrstami sončnih elektrarn (stolp, fotovoltaika), še vedno 10- do 100-krat višji kot v termoelektrarnah.

Ta elektrarna v Manzanaresu je zadovoljivo delovala približno 8 let in jo je leta 1989 uničil orkan.

Načrtovane strukture

Elektrarna «Ciudad Real Torre Solar» v Ciudad Realu v Španiji. Predvidena gradnja naj bi obsegala 350 ha površine, ki bo v kombinaciji s 750 metrov visokim dimnikom proizvedla 40 MW izhodne moči.

Sončni stolp Burong. V začetku leta 2005 sta EnviroMission in SolarMission Technologies Inc. je leta 2008 začel zbirati vremenske podatke okoli Novega Južnega Walesa v Avstraliji, da bi poskušal zgraditi popolnoma delujočo sončno elektrarno. Največja električna moč, ki bi jo lahko razvil ta projekt, je bila do 200 MW.

Zaradi pomanjkanja podpore avstralskih oblasti je EnviroMission te načrte opustil in se odločil zgraditi stolp v Arizoni v ZDA.

Prvotno načrtovani sončni stolp naj bi imel višino 1 km, osnovni premer 7 km in površino 38 km2. Na ta način bo sončni stolp pridobil približno 0,5 % sončne energije (1 kW). / m2), ki se seva pri zaprtem.

Pri višjem nivoju dimne cevi pride do večjega padca tlaka, ki ga povzroči t.i učinek dimnika, kar posledično povzroči večjo hitrost prehajajočega zraka.

Povečanje višine dimnika in površine kolektorja bo povečalo pretok zraka skozi turbine in s tem količino proizvedene energije.

Toplota se lahko akumulira pod površino kolektorja, kjer se bo uporabila za napajanje stolpa od sonca z odvajanjem toplote v hladen zrak, ki ga prisili, da kroži ponoči.

Voda, ki ima razmeroma visoko toplotno kapaciteto, lahko napolni cevi pod kolektorjem in po potrebi poveča količino vrnjene energije.

Vetrne turbine je mogoče namestiti vodoravno v povezavo kolektor-stolp, podobno kot načrti avstralskih stolpov. Pri prototipu, ki deluje v Španiji, os turbine sovpada z osjo dimnika.

Fantazija ali resničnost

Torej, solarna aerodinamična instalacija združuje procese pretvorbe sončne energije v vetrno energijo in slednjo v električno energijo.

Hkrati, kot kažejo izračuni, postane mogoče koncentrirati energijo sončnega sevanja z velikega območja zemeljske površine in pridobiti veliko električne energije v posameznih napravah brez uporabe visokotemperaturnih tehnologij.

Pregrevanje zraka v kolektorju je le nekaj deset stopinj, kar bistveno razlikuje sončno vetrno elektrarno od termo, jedrske in celo stolpne sončne elektrarne.

Nesporne prednosti sončno-veternih naprav vključujejo dejstvo, da tudi če bodo izvedene v velikem obsegu, ne bodo imele škodljivega vpliva na okolje.

Toda ustvarjanje tako eksotičnega vira energije je povezano s številnimi kompleksnimi inženirskimi težavami. Dovolj je reči, da mora biti premer samega stolpa več sto metrov, višina - približno kilometer, površina sončnega kolektorja - več deset kvadratnih kilometrov.

Očitno je, da intenzivnejše kot je sončno sevanje, večjo moč razvija naprava. Po mnenju strokovnjakov se sončne vetrne elektrarne najbolj splača graditi na območjih med 30° severne in 30° južne zemljepisne širine na zemljiščih, ki niso preveč primerna za druge namene. Možnosti uporabe gorskega reliefa pritegnejo pozornost. To bo drastično zmanjšalo stroške gradnje.

Vendar pa se pojavi še ena težava, ki je do neke mere značilna za vsako sončno elektrarno, vendar pridobi posebno nujnost pri ustvarjanju velikih solarnih aerodinamičnih naprav. Najpogosteje so obetavna območja za njihovo gradnjo daleč od energetsko intenzivnih potrošnikov. Poleg tega, kot veste, sončna energija prihaja na Zemljo neredno.

Majhni (z nizko močjo) sončni stolpi so lahko zanimiva alternativa za pridobivanje energije za države v razvoju, saj njihova gradnja ne zahteva dragih materialov in opreme ali visoko usposobljenega osebja med delovanjem strukture.

Poleg tega izgradnja solarnega stolpa zahteva veliko začetno naložbo, ki se nadomesti z nizkimi stroški vzdrževanja, ki jih dosežemo z odsotnostjo stroškov goriva.

Druga slabost pa je manjši izkoristek pretvorbe sončne energije kot npr v zrcalnih strukturah sončnih elektrarn… To je posledica večje površine, ki jo zavzema kolektor, in višjih stroškov gradnje.

Sončni stolp naj bi zahteval veliko manj shranjevanja energije kot vetrne elektrarne ali tradicionalne sončne elektrarne.

To je posledica akumulacije toplotne energije, ki se lahko sprosti ponoči, kar bo stolpu omogočilo neprekinjeno delovanje, česar pa ne morejo zagotoviti vetrne elektrarne ali fotonapetostne celice, za katere mora imeti energetski sistem rezervo energije v obliki tradicionalnih elektrarn.

To dejstvo narekuje potrebo po ustvarjanju enot za shranjevanje energije v tandemu s takimi napravami. Znanost še ne pozna boljšega partnerja za tovrstne namene od vodika. Zato strokovnjaki menijo, da je najbolj smotrno električno energijo, ki jo proizvaja naprava, porabiti prav za proizvodnjo vodika. V tem primeru postane sončna vetrna elektrarna eden glavnih sestavnih delov bodoče vodikove energije.

Tako bo že naslednje leto v Avstraliji izveden prvi komercialni projekt shranjevanja energije trdnega vodika na svetu. Odvečna sončna energija se bo pretvorila v trdni vodik, imenovan natrijev borohidrid (NaBH4).

Ta nestrupen trdni material lahko absorbira vodik kot goba, shrani plin, dokler ni potreben, in nato sprosti vodik s pomočjo toplote. Sproščeni vodik gre nato skozi gorivno celico za proizvodnjo električne energije. Ta sistem omogoča poceni shranjevanje vodika pri visoki gostoti in nizkem tlaku brez potrebe po energijsko intenzivnem stiskanju ali utekočinjenju.

Na splošno raziskave in poskusi omogočajo resno vprašanje mesta sončnih vetrnih elektrarn v veliki energetski industriji v bližnji prihodnosti.