Solar Rising Tower (slnečná aerodynamická elektráreň)

Solar Ascending Tower — jeden z typov solárnych elektrární. Vzduch sa ohrieva v obrovskom slnečnom kolektore (podobne ako v skleníku), stúpa a vystupuje cez vysokú komínovú vežu. Pohybujúci sa vzduch poháňa turbíny na výrobu elektriny. Pilotný závod fungoval v Španielsku v 80. rokoch.

Slnko a vietor sú dva nevyčerpateľné zdroje energie. Môžu byť prinútení pracovať v rovnakom tíme? Prvý na túto otázku odpovedal ... Leonardo da Vinci. Už v 16. storočí skonštruoval mechanické zariadenie poháňané miniatúrnym veterným mlynom. Jeho lopatky sa točia v prúde stúpajúceho vzduchu ohrievaného slnkom.

Španielski a nemeckí odborníci si za miesto na uskutočnenie unikátneho experimentu vybrali planinu La Mancha v juhovýchodnej časti náhornej plošiny Nová Kastília. Ako si nepamätať, že práve tu bojoval s veternými mlynmi statočný rytier Don Quijote, hlavná postava románu Miguela de Cervantesa, ďalšieho vynikajúceho tvorcu renesancie.

V roku 1903Španielsky plukovník Isidoro Cabañez zverejnil projekt solárnej veže. V rokoch 1978 až 1981 boli tieto patenty vydané v USA, Kanade, Austrálii a Izraeli.

V roku 1982 neďaleko španielskeho mesta Manzanares Bol postavený a testovaný 150 km južne od Madridu demonštračný model solárnej veternej elektrárne, ktorá realizovala jeden z mnohých Leonardových inžinierskych nápadov.

Inštalácia obsahuje tri hlavné bloky: vertikálne potrubie (veža, komín), solárny kolektor umiestnený okolo jeho základne a špeciálny turbínový generátor.

Princíp činnosti solárnej veternej turbíny je mimoriadne jednoduchý. Kolektor, ktorého úlohu plní prekrytie z polymérového filmu, napríklad skleník, dobre prenáša slnečné žiarenie.

Fólia je zároveň nepriepustná pre infračervené lúče, ktoré vyžaruje zohriaty zemský povrch pod ňou. V dôsledku toho, ako v každom skleníku, existuje skleníkový efekt. Zároveň hlavná časť energie slnečného žiarenia zostáva pod kolektorom a ohrieva vzduchovú vrstvu medzi zemou a podlahou.

Vzduch v kolektore má výrazne vyššiu teplotu ako okolitá atmosféra. Výsledkom je, že vo veži vzniká silný stúpavý prúd, ktorý, ako v prípade veterného mlyna Leonardo, otáča lopatky turbínového generátora.

Schéma solárnej veternej elektrárne

Energetická účinnosť solárnej veže je nepriamo závislá od dvoch faktorov: veľkosti kolektora a výšky komína. Pri veľkom kolektore sa ohrieva väčší objem vzduchu, čo spôsobuje väčšiu rýchlosť jeho prúdenia komínom.

Inštalácia v meste Manzanares je veľmi pôsobivá stavba.Výška veže je 200 m, priemer je 10 m, priemer solárneho kolektora je 250 m. Jeho konštrukčný výkon je 50 kW.

Účelom tohto výskumného projektu bolo vykonať terénne merania, určiť charakteristiky inštalácie v reálnych technických a meteorologických podmienkach.

Inštalačné testy boli úspešné. Experimentálne bola potvrdená presnosť výpočtov, účinnosť a spoľahlivosť blokov, jednoduchosť riadenia technologického procesu.

Bol urobený ďalší dôležitý záver: už s kapacitou 50 MW sa solárna veterná elektráreň stáva pomerne ziskovou. Je to o to dôležitejšie, že náklady na elektrinu vyrobenú v iných typoch solárnych elektrární (vežové, fotovoltaické) sú stále 10 až 100-krát vyššie ako v tepelných elektrárňach.

Táto elektráreň v Manzanares fungovala uspokojivo asi 8 rokov a v roku 1989 ju zničil hurikán.

Plánované štruktúry

Elektráreň «Ciudad Real Torre Solar» v Ciudad Real v Španielsku. Plánovaná výstavba má zaberať plochu 350 hektárov, čo v kombinácii so 750 metrov vysokým komínom vygeneruje výkon 40 MW.

Solárna veža Burong. Začiatkom roku 2005 EnviroMission a SolarMission Technologies Inc. začal zbierať údaje o počasí v okolí Nového Južného Walesu v Austrálii, aby sa pokúsil postaviť plne funkčnú solárnu elektráreň v roku 2008. Maximálny elektrický výkon, ktorý by tento projekt mohol vyvinúť, bol až 200 MW.

Pre nedostatočnú podporu austrálskych úradov EnviroMission od týchto plánov upustila a rozhodla sa postaviť vežu v ​​Arizone v USA.

Pôvodne plánovaná solárna veža mala mať výšku 1 km, priemer základne 7 km a plochu 38 km2. Takto solárna veža odoberie asi 0,5 % slnečnej energie (1 kW / m2), ktorý je vyžarovaný pri zatvorenom.

Pri vyššej úrovni dymovodu nastáva väčší pokles tlaku, spôsobený tzv komínový efekt, ktorý následne spôsobuje vyššiu rýchlosť prechádzajúceho vzduchu.

Zväčšenie výšky komína a plochy kolektora zvýši prietok vzduchu cez turbíny a tým aj množstvo vyrobenej energie.

Teplo sa môže akumulovať pod povrchom kolektora, kde sa použije na napájanie veže zo slnka rozptýlením tepla do studeného vzduchu, ktorý ho núti cirkulovať v noci.

Voda, ktorá má relatívne vysokú tepelnú kapacitu, môže naplniť potrubia umiestnené pod kolektorom, čím sa v prípade potreby zvýši množstvo vrátenej energie.

Veterné turbíny môžu byť namontované horizontálne v spojení kolektor-veža, podobne ako plány austrálskej veže. V prototype prevádzkovanom v Španielsku sa os turbíny zhoduje s osou komína.

Fantázia alebo realita

Solárne aerodynamické zariadenie teda kombinuje procesy premeny slnečnej energie na veternú energiu a tú na elektrinu.

Súčasne, ako ukazujú výpočty, je možné sústrediť energiu slnečného žiarenia z obrovskej plochy zemského povrchu a získať veľkú elektrickú energiu v jednotlivých inštaláciách bez použitia vysokoteplotných technológií.

Prehrievanie vzduchu v kolektore je len niekoľko desiatok stupňov, čím sa solárna veterná elektráreň zásadne odlišuje od tepelných, jadrových a dokonca aj vežových solárnych elektrární.

Medzi nesporné výhody solárno-veterných zariadení patrí skutočnosť, že aj keď sa budú realizovať vo veľkom meradle, nebudú mať škodlivý vplyv na životné prostredie.

Ale vytvorenie takéhoto exotického zdroja energie je spojené s množstvom zložitých inžinierskych problémov. Stačí povedať, že priemer samotnej veže by mal byť stovky metrov, výška - asi kilometer, plocha slnečného kolektora - desiatky kilometrov štvorcových.

Je zrejmé, že čím intenzívnejšie je slnečné žiarenie, tým väčší výkon inštalácia vyvinie. Podľa odborníkov je najvýnosnejšie stavať solárne veterné elektrárne v oblastiach nachádzajúcich sa medzi 30° severnej a 30° južnej šírky na pozemkoch, ktoré nie sú príliš vhodné na iné účely. Pozornosť priťahujú možnosti využitia horského reliéfu. To výrazne zníži náklady na výstavbu.

Objavuje sa však ďalší problém, ktorý je do určitej miery charakteristický pre každú solárnu elektráreň, ale pri vytváraní veľkých solárnych aerodynamických zariadení nadobúda osobitnú naliehavosť. Sľubné oblasti pre ich výstavbu sú najčastejšie ďaleko od energeticky náročných spotrebiteľov. Tiež, ako viete, slnečná energia prichádza na Zem nepravidelne.

Malé (nízkoenergetické) solárne veže môžu byť zaujímavou alternatívou na výrobu energie pre rozvojové krajiny, keďže ich výstavba nevyžaduje drahé materiály a zariadenia ani vysoko kvalifikovaný personál počas prevádzky konštrukcie.

Okrem toho si výstavba solárnej veže vyžaduje veľkú počiatočnú investíciu, ktorá je zase kompenzovaná nízkymi nákladmi na údržbu dosiahnutými absenciou nákladov na palivo.

Ďalšou nevýhodou je však nižšia účinnosť premeny solárnej energie ako napr v zrkadlových štruktúrach solárnych elektrární… Je to spôsobené väčšou plochou kolektora a vyššími stavebnými nákladmi.

Očakáva sa, že solárna veža bude vyžadovať oveľa menej skladovania energie ako veterné farmy alebo tradičné solárne elektrárne.

Je to spôsobené akumuláciou tepelnej energie, ktorá sa môže uvoľniť v noci, čo umožní veži nepretržitú prevádzku, ktorú nedokážu zaručiť veterné parky alebo fotovoltaické články, na ktoré musí mať energetický systém energetické rezervy vo forme tradičných elektrární.

Táto skutočnosť si vyžaduje vytvorenie jednotiek na skladovanie energie v tandeme s takýmito inštaláciami. Veda zatiaľ nepozná lepšieho partnera na takéto účely ako vodík. Preto odborníci považujú za najúčelnejšie použiť elektrickú energiu vyrobenú v zariadení špeciálne na výrobu vodíka. V tomto prípade sa solárna veterná elektráreň stáva jednou z hlavných zložiek budúcej vodíkovej energie.

Takže už budúci rok bude v Austrálii realizovaný prvý projekt na ukladanie energie v komerčnom meradle na svete. Prebytočná slnečná energia sa premení na pevný vodík nazývaný borohydrid sodný (NaBH4).

Tento netoxický pevný materiál môže absorbovať vodík ako špongia, skladovať plyn, kým ho nebude potrebné, a potom uvoľniť vodík pomocou tepla. Uvoľnený vodík potom prechádza cez palivový článok na výrobu elektriny. Tento systém umožňuje lacné skladovanie vodíka pri vysokej hustote a nízkom tlaku bez potreby energeticky náročnej kompresie alebo skvapalňovania.

Vo všeobecnosti výskumy a experimenty umožňujú vážne spochybniť miesto solárnych veterných elektrární vo veľkom energetickom priemysle v blízkej budúcnosti.