Solar Rising Tower (aurinkoaerodynaaminen voimalaitos)
Auringon nouseva torni — yksi aurinkovoimaloiden tyypeistä. Ilma lämmitetään valtavassa aurinkokeräimessä (samanlainen kuin kasvihuone), nousee ja poistuu korkean savupiipputornin kautta. Liikkuva ilma käyttää turbiineja tuottamaan sähköä. Koetehdas toimi Espanjassa 1980-luvulla.
Aurinko ja tuuli ovat kaksi ehtymätöntä energianlähdettä. Voidaanko heidät pakottaa työskentelemään samassa tiimissä? Ensimmäinen, joka vastasi tähän kysymykseen... Leonardo da Vinci. Hän suunnitteli jo 1500-luvulla mekaanisen laitteen, jonka voimanlähteenä oli minituulimylly. Sen terät pyörivät auringon lämmittämässä nousevassa ilmavirrassa.
Espanjalaiset ja saksalaiset asiantuntijat valitsivat La Manchan tasangon Uuden Kastilian tasangon kaakkoisosassa ainutlaatuisen kokeen suorittamispaikaksi. Miten emme muista, että urhea ritari Don Quijote, toisen renessanssin erinomaisen luojan, Miguel de Cervantesin romaanin päähenkilö, taisteli tuulimyllyjä vastaan.
Vuonna 1903Espanjalainen eversti Isidoro Cabañez julkaisi aurinkotornin projektin. Vuosina 1978-1981 nämä patentit myönnettiin Yhdysvalloissa, Kanadassa, Australiassa ja Israelissa.
Vuonna 1982 lähellä espanjalaista kaupunkia Manzanares Se rakennettiin ja testattiin 150 km Madridista etelään aurinkotuulivoimalan esittelymalli, joka toteutti yhden Leonardon monista suunnitteluideoista.
Asennus sisältää kolme päälohkoa: pystyputken (torni, savupiippu), sen pohjan ympärillä sijaitsevan aurinkokeräimen ja erityisen turbiinigeneraattorin.
Aurinkotuuliturbiinin toimintaperiaate on erittäin yksinkertainen. Keräin, jonka roolia suorittaa polymeerikalvosta valmistettu limitys, esimerkiksi kasvihuone, siirtää auringonsäteilyä hyvin.
Samalla kalvo on läpinäkymätön infrapunasäteille, joita sen alla oleva lämmitetty maanpinta lähettää. Tämän seurauksena, kuten missä tahansa kasvihuoneessa, on kasvihuoneilmiö. Samanaikaisesti suurin osa auringon säteilyenergiasta jää keräimen alle lämmittäen maan ja lattian välistä ilmakerrosta.
Kerääjän ilman lämpötila on huomattavasti korkeampi kuin ympäröivän ilmakehän lämpötila. Tämän seurauksena tornissa syntyy voimakas ylävirtaus, joka, kuten Leonardon tuulimyllyssä, kääntää turbiinigeneraattorin siipiä.
Kaavio aurinkotuulivoimalaitoksesta
Aurinkotornin energiatehokkuus riippuu epäsuorasti kahdesta tekijästä: keräimen koosta ja pinon korkeudesta. Suurella keräimellä lämmitetään suurempi määrä ilmaa, mikä saa aikaan suuremman nopeuden sen virtaamiseksi savupiipun läpi.
Manzanaresin kaupungin installaatio on erittäin vaikuttava rakennelma.Tornin korkeus on 200 m, halkaisija 10 m ja aurinkokeräimen halkaisija 250 m. Sen suunnitteluteho on 50 kW.
Tämän tutkimusprojektin tarkoituksena oli tehdä kenttämittauksia, selvittää laitoksen ominaisuudet todellisissa teknisissä ja sääolosuhteissa.
Asennustestit onnistuivat. Laskelmien tarkkuus, lohkojen tehokkuus ja luotettavuus, teknologisen prosessin ohjauksen yksinkertaisuus on varmistettu kokeellisesti.
Toinen tärkeä johtopäätös tehtiin: jo 50 MW:n teholla aurinkotuulivoimalasta tulee varsin kannattava. Tämä on sitäkin tärkeämpää, koska muuntyyppisten aurinkovoimaloiden (torni, aurinkosähkö) tuotetun sähkön hinta on edelleen 10-100 kertaa korkeampi kuin lämpövoimaloissa.
Tämä Manzanaresin voimalaitos toimi tyydyttävästi noin 8 vuotta ja tuhoutui hurrikaanissa vuonna 1989.
Suunnitellut rakenteet
Voimalaitos «Ciudad Real Torre Solar» Ciudad Realissa Espanjassa. Suunniteltu rakentaminen kattaa 350 hehtaarin alueen, joka yhdessä 750 metriä korkean savupiipun kanssa tuottaa 40 MW tehoa.
Burongin aurinkotorni. Vuoden 2005 alussa EnviroMission ja SolarMission Technologies Inc. aloitti säätietojen keräämisen Australian New South Walesissa yrittääkseen rakentaa täysin toimivan aurinkovoimalan vuonna 2008. Suurin sähköteho, jonka tämä projekti pystyi kehittämään, oli jopa 200 MW.
Australian viranomaisten tuen puutteen vuoksi EnviroMission hylkäsi nämä suunnitelmat ja päätti rakentaa tornin Arizonaan, Yhdysvaltoihin.
Alunperin suunnitellun aurinkotornin piti olla 1 km korkea, pohjan halkaisija 7 km ja pinta-ala 38 km2. Tällä tavalla aurinkotorni ottaa talteen noin 0,5 % aurinkoenergiasta (1 kW / m2), joka säteilee suljettuna.
Korkeammalla hormin tasolla tapahtuu suurempi painehäviö, joka johtuu ns savupiippuilmiö, joka puolestaan aiheuttaa suuremman ilmavirran nopeuden.
Pinon korkeuden ja keräimen pinta-alan lisääminen lisää ilmavirtausta turbiinien läpi ja siten myös tuotetun energian määrää.
Lämpö voi kerääntyä keräimen pinnan alle, missä sitä käytetään tornin sammuttamiseen auringosta haihduttamalla lämpö viileään ilmaan pakottaen sen kiertämään yöllä.
Suhteellisen korkean lämpökapasiteetin omaava vesi voi täyttää kollektorin alapuolella olevat putket, mikä lisää tarvittaessa palautettavan energian määrää.
Tuulivoimalat voidaan asentaa vaakasuoraan kollektorin ja tornin välisessä yhteydessä, kuten Australian tornisuunnitelmissa. Espanjassa toimivassa prototyypissä turbiinin akseli on sama kuin savupiipun akseli.
Fantasiaa vai todellisuutta
Joten aurinkoenergian aerodynaaminen asennus yhdistää prosessit, joissa aurinkoenergia muunnetaan tuulienergiaksi ja jälkimmäinen sähköksi.
Samanaikaisesti, kuten laskelmat osoittavat, on mahdollista keskittää auringon säteilyn energia valtavalta alueelta maan pinnalla ja saada suuria sähköenergiaa yksittäisissä asennuksissa ilman korkean lämpötilan tekniikoita.
Keräimen ilman ylikuumeneminen on vain muutamia kymmeniä asteita, mikä erottaa aurinkotuulivoimalaitoksen perusteellisesti lämpö-, ydin- ja jopa torniaurinkovoimaloista.
Aurinkotuulilaitteistojen kiistattomiin etuihin kuuluu se, että vaikka ne toteutettaisiin suuressa mittakaavassa, niillä ei ole haitallisia vaikutuksia ympäristöön.
Mutta tällaisen eksoottisen energialähteen luomiseen liittyy useita monimutkaisia teknisiä ongelmia. Riittää, kun totean, että tornin halkaisijan tulisi olla pelkästään satoja metrejä, korkeus - noin kilometri, aurinkokeräimen pinta-ala - kymmeniä neliökilometrejä.
On selvää, että mitä voimakkaampaa auringon säteily on, sitä enemmän tehoa laitteisto kehittää. Asiantuntijoiden mukaan on kannattavinta rakentaa aurinkotuulivoimaloita alueille, jotka sijaitsevat 30° pohjoisen ja 30° eteläisen leveysasteen välillä maille, jotka eivät ole kovin sopivia muihin tarkoituksiin. Vuoristoisen kohokuvion käyttövaihtoehdot herättävät huomiota. Tämä vähentää merkittävästi rakennuskustannuksia.
Esiin tulee kuitenkin toinen ongelma, joka on jossain määrin tyypillinen mille tahansa aurinkovoimalaitokselle, mutta saa erityisen kiireellisen, kun luodaan suuria aurinkoenergian aerodynaamisia asennuksia. Useimmiten lupaavat alueet niiden rakentamiselle ovat kaukana energiaintensiivisistä kuluttajista. Lisäksi, kuten tiedätte, aurinkoenergia saapuu Maahan epäsäännöllisesti.
Pienet (pienitehoiset) aurinkotornit voivat olla mielenkiintoinen vaihtoehto energiantuotantoon kehitysmaille, sillä niiden rakentaminen ei vaadi kalliita materiaaleja ja laitteita tai korkeasti koulutettua henkilöstöä rakenteen toiminnassa.
Lisäksi aurinkotornin rakentaminen vaatii suuren alkuinvestoinnin, jonka puolestaan kompensoivat polttoainekustannusten puuttuessa saavutettavat alhaiset ylläpitokustannukset.
Toinen haittapuoli on kuitenkin aurinkoenergian muuntamisen pienempi hyötysuhde kuin esim aurinkovoimaloiden peilirakenteissa… Tämä johtuu keräimen käyttämästä suuremmasta alueesta ja korkeammista rakennuskustannuksista.
Aurinkotornin odotetaan vaativan paljon vähemmän energian varastointia kuin tuulipuistot tai perinteiset aurinkovoimalat.
Tämä johtuu lämpöenergian kertymisestä, joka voi vapautua yöllä, mikä mahdollistaa tornin toiminnan vuorokauden ympäri, mitä ei voida taata tuulipuistoilla tai aurinkokennoilla, joita varten energiajärjestelmällä on oltava energiavarat muodossa perinteisistä voimalaitoksista.
Tämä tosiasia sanelee tarpeen luoda energian varastointiyksiköitä rinnakkain tällaisten laitosten kanssa. Tiede ei vielä tiedä parempaa kumppania sellaisiin tarkoituksiin kuin vety. Siksi asiantuntijat pitävät tarkoituksenmukaisimpana käyttää laitoksen tuottamaa sähköä erityisesti vedyn tuotantoon. Tässä tapauksessa aurinkotuulivoimalasta tulee yksi tulevaisuuden vetyenergian pääkomponenteista.
Joten jo ensi vuonna maailman ensimmäinen kaupallisen mittakaavan kiinteän vetyenergian varastointiprojekti toteutetaan Australiassa. Ylimääräinen aurinkoenergia muunnetaan kiinteäksi vedyksi, jota kutsutaan natriumboorihydridiksi (NaBH4).
Tämä myrkytön kiinteä materiaali voi imeä vetyä kuin sieni, varastoida kaasua kunnes sitä tarvitaan ja vapauttaa sitten vetyä lämmön avulla. Vapautunut vety johdetaan sitten polttokennon läpi sähkön tuottamiseksi. Tämän järjestelmän avulla vetyä voidaan varastoida edullisesti suuressa tiheydessä ja alhaisessa paineessa ilman energiaintensiivistä puristamista tai nesteyttämistä.
Yleisesti ottaen tutkimusten ja kokeiden avulla voidaan vakavasti kyseenalaistaa aurinkotuulivoimaloiden paikka suuressa energiateollisuudessa lähitulevaisuudessa.