Соларни торањ (Соларна аеродинамичка електрана)
Соларни узлазни торањ — један од типова соларних електрана. Ваздух се загрева у огромном соларном колектору (слично стакленику), диже се и излази кроз висок торањ оџака. Покретни ваздух покреће турбине за производњу електричне енергије. Пилот постројење је радило у Шпанији 1980-их.
Сунце и ветар су два неисцрпна извора енергије. Могу ли бити приморани да раде у истом тиму? Први који је одговорио на ово питање био је ... Леонардо да Винчи. Још у 16. веку дизајнирао је механички уређај који покреће минијатурна ветрењача. Његове оштрице се окрећу у млазу ваздуха који се диже загрејан од сунца.
Шпански и немачки стручњаци изабрали су равницу Ла Манча у југоисточном делу висоравни Нове Кастиље као место за извођење јединственог експеримента. Како да се не сетимо да се баш овде са ветрењачама борио храбри витез Дон Кихот, главни лик романа Мигела де Сервантеса, још једног изузетног творца ренесансе.
Године 1903Шпански пуковник Исидоро Кабањез објавио је пројекат соларног торња. Између 1978. и 1981. ови патенти су издати у САД, Канади, Аустралији и Израелу.
1982. близу шпанског града Манзанарес Изграђен је и тестиран 150 км јужно од Мадрида демонстрациони модел соларне електране на ветар, који је реализовао једну од многих Леонардових инжењерских идеја.
Инсталација садржи три главна блока: вертикалну цев (торањ, димњак), соларни колектор који се налази око његове основе и специјални турбински генератор.
Принцип рада соларне турбине на ветар је изузетно једноставан. Колектор, чију улогу обавља преклапање направљено од полимерног филма, на пример, стакленика, добро преноси сунчево зрачење.
Истовремено, филм је непрозиран за инфрацрвене зраке које емитује загрејана земљина површина испод њега. Као резултат тога, као иу сваком стакленику, постоји ефекат стаклене баште. Истовремено, главни део енергије сунчевог зрачења остаје испод колектора, загревајући ваздушни слој између земље и пода.
Ваздух у колектору има знатно вишу температуру од околне атмосфере. Као резултат тога, у торњу се ствара снажан узлазни струј, који, као иу случају ветрењаче Леонардо, окреће лопатице турбинског генератора.
Шема соларне електране на ветар
Енергетска ефикасност соларног торња индиректно зависи од два фактора: величине колектора и висине димњака. Код великог колектора се загрева већа запремина ваздуха, што узрокује већу брзину његовог струјања кроз димњак.
Инсталација у граду Манзанарес је веома импресивна структура.Висина торња је 200 м, пречник 10 м, а пречник соларног колектора 250 м. Пројектна снага му је 50 кВ.
Сврха овог истраживачког пројекта била је извођење теренских мерења, утврђивање карактеристика инсталације у реалним инжењерским и метеоролошким условима.
Тестови инсталације су били успешни. Експериментално је потврђена тачност прорачуна, ефикасност и поузданост блокова, једноставност контроле технолошког процеса.
Донет је још један важан закључак: већ са капацитетом од 50 МВ, соларна електрана на ветар постаје прилично профитабилна. Ово је још важније јер је цена електричне енергије коју производе друге врсте соларних електрана (торањска, фотонапонска) и даље 10 до 100 пута већа него у термоелектранама.
Ова електрана у Манзанаресу радила је на задовољавајући начин око 8 година и уништена је у урагану 1989. године.
Планиране структуре
Електрана «Циудад Реал Торре Солар» у Сиудад Реалу у Шпанији. Планирана изградња је на површини од 350 хектара, која ће у комбинацији са димњаком високим 750 метара производити 40 МВ излазне снаге.
Соларни торањ Буронг. Почетком 2005. године, ЕнвироМиссион и СоларМиссион Тецхнологиес Инц. је почео да прикупља податке о времену око Новог Јужног Велса у Аустралији како би покушао да изгради потпуно оперативну соларну електрану 2008. Максимална електрична снага коју је овај пројекат могао да развије била је до 200 МВ.
Због недостатка подршке аустралијских власти, ЕнвироМиссион је одустала од ових планова и одлучила да изгради торањ у Аризони, САД.
Првобитно планирани соларни торањ је требало да има висину од 1 км, основни пречник 7 км и површину од 38 км2. На овај начин ће соларни торањ извлачити око 0,5% сунчеве енергије (1 кВ). / м2) који се зрачи при затвореном.
На вишем нивоу димњака долази до већег пада притиска узрокованог тзв ефекат димњака, што заузврат изазива већу брзину пролазног ваздуха.
Повећање висине димњака и површине колектора ће повећати проток ваздуха кроз турбине, а самим тим и количину произведене енергије.
Топлота се може акумулирати испод површине колектора, где ће се користити за напајање торња од сунца расипањем топлоте у хладан ваздух, присиљавајући га да циркулише ноћу.
Вода, која има релативно висок топлотни капацитет, може напунити цеви које се налазе испод колектора, повећавајући количину енергије која се враћа ако је потребно.
Ветротурбине се могу монтирати хоризонтално у везу колектор-торањ, слично аустралијским плановима кула. У прототипу који ради у Шпанији, оса турбине се поклапа са осом димњака.
Фантазија или стварност
Дакле, соларна аеродинамичка инсталација комбинује процесе претварања сунчеве енергије у енергију ветра, а ове друге у електричну.
Истовремено, како показују прорачуни, постаје могуће концентрисати енергију сунчевог зрачења са огромне површине земљине површине и добити велику електричну енергију у појединачним инсталацијама без употребе високотемпературних технологија.
Прегријавање ваздуха у колектору је само неколико десетина степени, што суштински разликује соларну електрану на ветар од термалних, нуклеарних и чак и торањских соларних електрана.
Неоспорне предности соларно-ветар инсталација укључују чињеницу да чак и ако се имплементирају у великим размерама, неће имати штетан утицај на животну средину.
Али стварање таквог егзотичног извора енергије повезано је са низом сложених инжењерских проблема. Довољно је рећи да би само пречник торња требао бити стотине метара, висина - око километар, површина соларног колектора - десетине квадратних километара.
Очигледно је да што је интензивније сунчево зрачење, то инсталација развија више снаге. Према мишљењу стручњака, најисплативије је градити електране на соларни ветар у подручјима која се налазе између 30 ° северне и 30 ° јужне географске ширине на земљиштима која нису баш погодна за друге намене. Пажњу привлаче могућности коришћења планинског рељефа. Ово ће драстично смањити трошкове изградње.
Међутим, јавља се још један проблем, донекле карактеристичан за сваку соларну електрану, али добија посебну хитност при креирању великих соларних аеродинамичких инсталација. Најчешће су перспективна подручја за њихову изградњу далеко од енергетски интензивних потрошача. Такође, као што знате, сунчева енергија нередовно стиже на Земљу.
Мали соларни торњеви (мале снаге) могу бити интересантна алтернатива за производњу енергије за земље у развоју, јер њихова изградња не захтева скупе материјале и опрему или високо квалификовано особље током рада структуре.
Поред тога, изградња соларног торња захтева велику почетну инвестицију, која је заузврат надокнађена ниским трошковима одржавања постигнутим одсуством трошкова горива.
Други недостатак је, међутим, нижа ефикасност конверзије соларне енергије од нпр у структурама огледала соларних електрана… То је због веће површине коју заузима колектор и већих трошкова изградње.
Очекује се да ће соларни торањ захтевати много мање складиштења енергије него ветроелектране или традиционалне соларне електране.
То је због акумулације топлотне енергије која се може ослободити ноћу, што ће омогућити да торањ ради нон-стоп, што не могу да гарантују ветропаркови или фотонапонске ћелије, за које енергетски систем мора имати резерве енергије у облику традиционалних електрана.
Ова чињеница диктира потребу за стварањем јединица за складиштење енергије у тандему са оваквим инсталацијама. Наука још не познаје бољег партнера за такве сврхе од водоника. Због тога стручњаци сматрају да је најцелисходније да се електрична енергија коју производи постројење користи управо за производњу водоника. У овом случају, соларна електрана на ветар постаје једна од главних компоненти будуће енергије водоника.
Тако ће већ следеће године први комерцијални пројекат складиштења енергије водоника на свету бити спроведен у Аустралији. Вишак сунчеве енергије ће се претворити у чврсти водоник који се зове натријум борохидрид (НаБХ4).
Овај нетоксични чврсти материјал може да апсорбује водоник попут сунђера, складишти гас док не буде потребан, а затим ослобађа водоник користећи топлоту. Ослобођени водоник се затим пропушта кроз горивну ћелију да би се произвела електрична енергија. Овај систем омогућава јефтино складиштење водоника при високој густини и ниском притиску без потребе за енергетски интензивном компресијом или течношћу.
Генерално, истраживања и експерименти омогућавају да се озбиљно доведе у питање место соларних ветроелектрана у великој енергетској индустрији у блиској будућности.