Päikeseenergia tõusev torn (päikese aerodünaamiline elektrijaam)
Päikese tõusev torn — üks päikeseelektrijaamade tüüpidest. Õhk soojendatakse tohutus päikesekollektoris (sarnaselt kasvuhoonega), tõuseb ja väljub kõrge korstna torni kaudu. Liikuv õhk ajab turbiine elektrit tootma. Katsetehas töötas Hispaanias 1980. aastatel.
Päike ja tuul on kaks ammendamatut energiaallikat. Kas neid saab sundida ühes meeskonnas töötama? Esimesena vastas sellele küsimusele ... Leonardo da Vinci. Juba 16. sajandil konstrueeris ta mehaanilise seadme, mida toidab minituulik. Selle terad pöörlevad päikese poolt kuumutatud tõusva õhuvoolus.
Hispaania ja Saksa eksperdid valisid ainulaadse katse läbiviimise kohaks La Mancha tasandiku Uus-Kastiilia platoo kaguosas. Kuidas me ei mäleta, et just siin võitles tuuleveskitega vapper rüütel Don Quijote, teise renessansiajastu silmapaistva looja Miguel de Cervantese romaani peategelane.
Aastal 1903Hispaania kolonel Isidoro Cabañez avaldas päikesetorni projekti. Aastatel 1978–1981 anti need patendid välja USA-s, Kanadas, Austraalias ja Iisraelis.
1982. aastal ühe Hispaania linna lähedal Manzanares Seda ehitati ja katsetati Madridist 150 km lõuna pool päikesetuuleelektrijaama näidismudel, mis realiseeris ühe Leonardo paljudest inseneriideest.
Installatsioon sisaldab kolme põhiplokki: vertikaalne toru (torn, korsten), selle aluse ümber paiknev päikesekollektor ja spetsiaalne turbiingeneraator.
Päikesetuuliku tööpõhimõte on äärmiselt lihtne. Kollektor, mille rolli täidab polümeerkilest valmistatud ülekate, näiteks kasvuhoone, edastab päikesekiirgust hästi.
Samal ajal on kile läbipaistmatu infrapunakiirte suhtes, mida kiirgab selle all olev kuumutatud maapind. Selle tulemusena, nagu igas kasvuhoones, on kasvuhooneefekt. Samal ajal jääb põhiosa päikesekiirguse energiast kollektori alla, soojendades maa ja põranda vahelist õhukihti.
Kollektoris olev õhk on ümbritsevast atmosfäärist oluliselt kõrgema temperatuuriga. Selle tulemusena tekib tornis võimas ülesvool, mis, nagu Leonardo tuuliku puhul, pöörab turbiini generaatori labasid.
Päikese tuuleelektrijaama skeem
Päikesetorni energiatõhusus sõltub kaudselt kahest tegurist: kollektori suurusest ja korstna kõrgusest. Suure kollektoriga soojendatakse suuremat õhuhulka, mis põhjustab selle suurema kiiruse läbi korstna liikumise.
Manzanarese linna installatsioon on väga muljetavaldav struktuur.Torni kõrgus on 200 m, läbimõõt 10 m, päikesekollektori läbimõõt 250 m. Projekteerimisvõimsus on 50 kW.
Selle uurimisprojekti eesmärk oli teostada välimõõtmisi, määrata käitise omadused reaalsetes insenertehnilistes ja meteoroloogilistes tingimustes.
Paigaldustestid olid edukad. Arvutuste täpsus, plokkide efektiivsus ja töökindlus, tehnoloogilise protsessi juhtimise lihtsus on katseliselt kinnitatud.
Tehti veel üks oluline järeldus: juba 50 MW võimsusega päikesetuulejaam muutub üsna tulusaks. See on veelgi olulisem, sest muud tüüpi päikeseelektrijaamade (torn-, fotogalvaanilised) toodetud elektri maksumus on endiselt 10–100 korda kõrgem kui soojuselektrijaamades.
See Manzanarese elektrijaam töötas rahuldavalt umbes 8 aastat ja hävis 1989. aastal orkaanis.
Planeeritud struktuurid
Elektrijaam «Ciudad Real Torre Solar» Ciudad Realis Hispaanias. Kavandatav ehitus hõlmab 350 hektari suuruse maa-ala, mis koos 750 meetri kõrguse korstnaga toodab 40 MW väljundvõimsust.
Burongi päikesetorn. 2005. aasta alguses said EnviroMission ja SolarMission Technologies Inc. alustas ilmaandmete kogumist Austraalias Uus-Lõuna-Walesi ümbruses, et proovida ehitada täielikult töötav päikeseelektrijaam 2008. aastal. Selle projekti maksimaalne elektrivõimsus oli kuni 200 MW.
Austraalia võimude toetuse puudumise tõttu loobus EnviroMission nendest plaanidest ja otsustas ehitada torni USA-sse Arizonasse.
Algselt kavandatud päikesetorni kõrgus pidi olema 1 km, aluse läbimõõt 7 km ja pindala 38 km2. Nii ammutab päikesetorn umbes 0,5% päikeseenergiast (1 kW). / m2), mis kiirgub suletud juures.
Lõõri kõrgemal tasemel tekib suurem rõhulangus, mis on põhjustatud nn korstnaefekt, mis omakorda põhjustab suuremat läbiva õhu kiirust.
Korstna kõrguse ja kollektori pindala suurendamine suurendab õhuvoolu läbi turbiinide ja seega ka toodetava energia hulka.
Soojus võib koguneda kollektori pinna alla, kus seda kasutatakse torni päikesest väljalülitamiseks, hajutades soojuse jahedasse õhku, sundides seda öösel ringlema.
Suhteliselt suure soojusmahuga vesi suudab täita kollektori all paiknevaid torusid, suurendades vajadusel tagastatava energia hulka.
Tuuleturbiine saab paigaldada horisontaalselt kollektori-torni ühenduses sarnaselt Austraalia torniplaanidele. Hispaanias töötaval prototüübil langeb turbiini telg kokku korstna teljega.
Fantaasia või reaalsus
Niisiis ühendab päikeseenergia aerodünaamiline installatsioon päikeseenergia tuuleenergiaks ja viimase elektrienergiaks muutmise protsessid.
Samal ajal, nagu arvutused näitavad, on võimalik koondada päikesekiirguse energiat tohutult maapinnalt ja saada üksikutes paigaldistes suurt elektrienergiat ilma kõrgtemperatuurseid tehnoloogiaid kasutamata.
Õhu ülekuumenemine kollektoris on vaid mõnikümmend kraadi, mis eristab päikesetuuleelektrijaama põhimõtteliselt soojus-, tuuma- ja isegi tornpäikeseelektrijaamadest.
Päikese-tuulepaigaldiste vaieldamatud eelised hõlmavad tõsiasja, et isegi suuremahulise rakendamise korral ei avalda need keskkonnale kahjulikku mõju.
Kuid sellise eksootilise energiaallika loomine on seotud mitmete keerukate inseneriprobleemidega. Piisab, kui öelda, et ainuüksi torni läbimõõt peaks olema sadu meetreid, kõrgus - umbes kilomeeter, päikesekollektori pindala - kümneid ruutkilomeetreid.
On ilmne, et mida intensiivsem on päikesekiirgus, seda rohkem võimsust installatsioon arendab. Ekspertide sõnul on kõige tulusam rajada päikesetuuleelektrijaamu piirkondadele, mis jäävad 30° põhja ja 30° lõunalaiuskraadi vahele maadele, mis muuks otstarbeks eriti ei sobi. Tähelepanu köidavad mägise reljeefi kasutamise võimalused. See vähendab oluliselt ehituskulusid.
Siiski kerkib esile veel üks probleem, mis on teatud määral omane igale päikeseelektrijaamale, kuid omandab erilise kiireloomulisuse suurte päikeseenergia aerodünaamiliste seadmete loomisel. Enamasti on nende ehitamiseks paljulubavad piirkonnad kaugel energiamahukatest tarbijatest. Samuti, nagu teate, jõuab päikeseenergia Maale ebaregulaarselt.
Väikesed (väikese võimsusega) päikesetornid võivad olla arengumaade jaoks huvitav alternatiiv energia tootmiseks, kuna nende ehitamine ei nõua ehitise töötamise ajal kalleid materjale ja seadmeid ega kõrgelt kvalifitseeritud personali.
Lisaks nõuab päikesetorni ehitamine suurt alginvesteeringut, mille omakorda kompenseerivad kütusekulude puudumisega saavutatavad madalad ülalpidamiskulud.
Teiseks puuduseks on aga päikeseenergia muundamise madalam efektiivsus kui nt päikeseelektrijaamade peegelstruktuurides… Selle põhjuseks on kollektori suurem pindala ja kõrgemad ehituskulud.
Eeldatakse, et päikesetorn vajab palju vähem energiasalvestust kui tuulepargid või traditsioonilised päikeseelektrijaamad.
Selle põhjuseks on öösel eralduva soojusenergia kogunemine, mis võimaldab tornil ööpäevaringselt töötada, mida ei suuda tagada tuulepargid ega fotogalvaanilised elemendid, mille jaoks peavad energiasüsteemil olema energiavarud kujul. traditsioonilistest elektrijaamadest.
See asjaolu tingib vajaduse luua selliste rajatistega paralleelselt energiasalvestid. Teadus ei tea sellistel eesmärkidel veel paremat partnerit kui vesinik. Seetõttu peavad eksperdid kõige otstarbekamaks käitise toodetud elektrienergia kasutamist spetsiaalselt vesiniku tootmiseks. Sel juhul saab päikesetuuleelektrijaam tulevase vesinikuenergia üheks põhikomponendiks.
Nii et juba järgmisel aastal viiakse Austraalias ellu maailma esimene kaubandusliku mastaabiga tahke vesinikuenergia salvestamise projekt. Liigne päikeseenergia muundatakse tahkeks vesinikuks, mida nimetatakse naatriumboorhüdriidiks (NaBH4).
See mittetoksiline tahke materjal võib absorbeerida vesinikku nagu käsn, säilitada gaasi kuni vajaduseni ja seejärel vabastada vesinikku kuumuse abil. Vabanenud vesinik juhitakse seejärel läbi kütuseelemendi, et toota elektrit. See süsteem võimaldab säilitada vesinikku odavalt suure tihedusega ja madalal rõhul, ilma et oleks vaja energiamahukat kokkusurumist või vedeldamist.
Üldiselt võimaldavad uuringud ja katsed lähitulevikus tõsiselt kahtluse alla seada päikesetuuleelektrijaamade koha suures energiatööstuses.