Слънчева издигаща се кула (слънчева аеродинамична електроцентрала)

Слънчева възходяща кула — един от видовете слънчеви електроцентрали. Въздухът се нагрява в огромен слънчев колектор (подобен на оранжерия), издига се и излиза през висока коминна кула. Подвижният въздух задвижва турбините за генериране на електричество. Пилотният завод работи в Испания през 80 -те години.

Слънцето и вятърът са два неизчерпаеми източника на енергия. Могат ли да бъдат принудени да работят в един и същ екип? Първият, който отговори на този въпрос, беше … Леонардо да Винчи. Още през 16 век той проектира механично устройство, задвижвано от миниатюрна вятърна мелница. Остриетата му се въртят в поток от възходящ въздух, нагрят от слънцето.

Испанските и германските експерти избраха равнината Ла Манча в югоизточната част на плато Новокастилски като място за провеждане на уникален експеримент. Как да не помним, че именно тук смелият рицар Дон Кихот, главният герой на романа на Мигел де Сервантес, друг изключителен създател на Ренесанса, се бори с вятърните мелници.

През 1903 г. испанският полковник Исидоро Кабанес публикува проект за слънчева кула. Между 1978 и 1981 г. тези патенти са издадени в САЩ, Канада, Австралия и Израел.

През 1982 г. близо до испански град Мансанарес На 150 км южно от Мадрид е построен и изпитан демонстрационен модел на слънчева аеродинамична електроцентрала, който реализира една от многото инженерни идеи на Леонардо.

Инсталацията съдържа три основни блока: вертикална тръба (кула, комин), слънчев колектор, разположен около основата му, и специален турбинен генератор.

Принципът на действие на соларна аеродинамична електроцентрала е изключително прост. Колекторът, чиято роля се изпълнява от припокриване, направено от полимерен филм, например оранжерия, предава добре слънчевата радиация.

В същото време филмът е непрозрачен за инфрачервените лъчи, излъчвани от нагрятата под него земна повърхност. В резултат на това, както във всяка оранжерия, има парников ефект. В същото време основната част от енергията на слънчевата радиация остава под колектора, загрявайки въздушния слой между земята и пода.

Въздухът в колектора е със значително по -висока температура от околната атмосфера. В резултат на това в кулата се генерира мощен нагорен поток, който, както в случая с вятърната мелница Леонардо, върти лопатките на турбинния генератор.

Схема на слънчева аеродинамична електроцентрала

Енергийната ефективност на слънчевата кула е косвено зависима от два фактора: размера на колектора и височината на комина. При голям колектор се нагрява по -голям обем въздух, което причинява по -голяма скорост на потока му през комина.

Инсталацията в град Manzanares е много впечатляваща структура. Височината на кулата е 200 м, диаметърът е 10 м, а диаметърът на слънчевия колектор е 250 м. Проектната му мощност е 50 kW.

Целта на този изследователски проект беше да се проведат полеви измервания, да се определят характеристиките на инсталацията в реални инженерни и метеорологични условия.

Инсталационните тестове бяха успешни. Точността на изчисленията, ефективността и надеждността на блоковете, простотата на контрола на технологичния процес са потвърдени експериментално.

Направен е друг важен извод: вече с мощност от 50 MW, слънчева аеродинамична електроцентрала става доста печеливша. Това е още по -важно, тъй като цената на електроенергията, генерирана от други видове слънчеви електроцентрали (кула, фотоволтаични), все още е 10 до 100 пъти по -висока, отколкото в ТЕЦ.

Тази електроцентрала в Мансанарес работи задоволително около 8 години и е разрушена от ураган през 1989 г.

Планирани структури

Електроцентрала «Ciudad Real Torre Solar» в Ciudad Real в Испания. Планираното строителство трябва да обхваща площ от 350 хектара, което в комбинация с комин с височина 750 метра ще генерира 40 MW изходна мощност.

Слънчева кула Буронг. В началото на 2005 г. EnviroMission и SolarMission Technologies Inc. започна да събира метеорологични данни около Нов Южен Уелс, Австралия, за да се опита да построи напълно работеща слънчева електроцентрала през 2008 г. Максималната електрическа мощност, която този проект може да развие, беше до 200 MW.

Поради липса на подкрепа от австралийските власти, EnviroMission се отказа от тези планове и реши да построи кула в Аризона, САЩ.

Първоначално планираната слънчева кула е трябвало да има височина 1 км, основен диаметър 7 км и площ от 38 км.2… По този начин слънчевата кула ще извлече около 0,5% от слънчевата енергия (1 kW / m2), който се излъчва на закрито.

При по-високо ниво на димоотвода се получава по-голям спад на налягането, причинен от т.нар. коминен ефект, което от своя страна причинява по -висока скорост на преминаващия въздух.

Увеличаването на височината на комина и повърхността на колектора ще увеличи въздушния поток през турбините и следователно количеството произведена енергия.

Топлината може да се натрупва под повърхността на колектора, където ще се използва за захранване на кулата извън слънчевата енергия, като разсейва топлината в хладен въздух, принуждавайки я да циркулира през нощта.

Водата, която има относително висок топлинен капацитет, може да запълни тръбите, разположени под колектора, увеличавайки количеството върната енергия, ако е необходимо.

Вятърните турбини могат да бъдат монтирани хоризонтално при връзка колектор-кула, подобно на плановете на австралийската кула. В прототип, работещ в Испания, оста на турбината съвпада с оста на комина.

Фантазия или реалност

И така, слънчевата аеродинамична инсталация комбинира процесите на преобразуване на слънчевата енергия във вятърна енергия, а последната в електрическа.

В същото време, както показват изчисленията, става възможно да се концентрира енергията на слънчевата радиация от огромна площ на земната повърхност и да се получи голяма електрическа енергия в единични инсталации без използването на високотемпературни технологии.

Прегряването на въздуха в колектора е само на няколко десетки градуса, което фундаментално отличава слънчевата аеродинамична електроцентрала от топлинните, ядрените и дори куловите слънчеви електроцентрали.

Безспорните предимства на слънчево-вятърните инсталации включват факта, че дори при мащабно изпълнение те няма да имат вредно въздействие върху околната среда.

Но създаването на такъв екзотичен източник на енергия е свързано с редица сложни инженерни проблеми. Достатъчно е да се каже, че само диаметърът на кулата трябва да бъде стотици метри, височината — около километър, площта на слънчевия колектор — десетки квадратни километри.

Очевидно е, че колкото по -интензивна е слънчевата радиация, толкова повече мощност развива инсталацията. Според експерти най -изгодно е да се строят слънчеви аеродинамични централи в райони, разположени между 30 ° северна и 30 ° южна ширина на земи, които не са много подходящи за други цели. Вариантите за използване на планинския релеф привличат вниманието. Това ще намали драстично разходите за строителство.

Възниква обаче друг проблем, до известна степен характерен за всяка слънчева електроцентрала, но придобива специална спешност при създаването на големи слънчеви аеродинамични инсталации. Най-често обещаващите зони за тяхното изграждане са отдалечени от енергоемките потребители. Освен това, както знаете, слънчевата енергия пристига на Земята нередовно.

Малките (с ниска мощност) слънчеви кули могат да бъдат интересна алтернатива за генериране на енергия за развиващите се страни, тъй като тяхното изграждане не изисква скъпи материали и оборудване или висококвалифициран персонал по време на експлоатацията на конструкцията.

В допълнение, изграждането на слънчева кула изисква големи първоначални инвестиции, които от своя страна се компенсират от ниските разходи за поддръжка, постигнати от липсата на разходи за гориво.

Друг недостатък обаче е по -ниската ефективност на преобразуването на слънчевата енергия, отколкото например в огледалните структури на слънчевите електроцентрали… Това се дължи на по -голямата площ, заета от колектора и по -високите разходи за строителство.

Очаква се слънчевата кула да изисква много по -малко съхранение на енергия от вятърните паркове или традиционните слънчеви електроцентрали.

Това се дължи на натрупването на топлинна енергия, която може да се отделя през нощта, което ще позволи на кулата да работи денонощно, което не може да бъде гарантирано от вятърни паркове или фотоволтаични клетки, за които енергийната система трябва да има енергийни запаси в форма на традиционни електроцентрали.

Този факт диктува необходимостта от създаване на блокове за съхранение на енергия в тандем с такива инсталации. Науката все още не познава по -добър партньор за такива цели от водорода. Ето защо експертите смятат за най -целесъобразно да се използва електричеството, генерирано от инсталацията, специално за производството на водород. В този случай слънчевата аеродинамична електроцентрала се превръща в един от основните компоненти на бъдещата водородна енергия.

Така че вече следващата година в Австралия ще бъде реализиран първият в света проект за съхранение на енергия на твърд водород в търговски мащаб. Излишната слънчева енергия ще се преобразува в твърд водород, наречен натриев борхидрид (NaBH4).

Този нетоксичен твърд материал може да абсорбира водород като гъба, да съхранява газ до необходимост и след това да отделя водород, използвайки топлина. След това освободеният водород се прекарва през горивна клетка за генериране на електричество. Тази система позволява водородът да се съхранява евтино при висока плътност и ниско налягане, без да е необходимо енергоемко компресиране или втечняване.

Като цяло изследванията и експериментите дават възможност сериозно да се постави въпросът за мястото на слънчевите аеродинамични електроцентрали в голямата енергийна индустрия в близко бъдеще.