Saules augošais tornis (saules aerodinamiskā spēkstacija)

Saules augšupejošais tornis — viens no saules elektrostaciju veidiem. Gaiss tiek uzkarsēts milzīgā saules kolektorā (līdzīgi kā siltumnīcā), paceļas augšup un iziet caur augstu skursteņa torni. Kustīgais gaiss virza turbīnas, lai ražotu elektroenerģiju. Izmēģinājuma rūpnīca darbojās Spānijā 80. gados.

Saule un vējš ir divi neizsmeļami enerģijas avoti. Vai viņus var piespiest strādāt vienā komandā? Pirmais uz šo jautājumu atbildēja... Leonardo da Vinči. Jau 16. gadsimtā viņš izstrādāja mehānisku ierīci, ko darbina miniatūras vējdzirnavas. Tās asmeņi griežas augošā gaisa plūsmā, ko silda saule.

Spānijas un Vācijas eksperti kā vietu unikāla eksperimenta veikšanai izvēlējās Lamančas līdzenumu Jaunās Kastīlijas plato dienvidaustrumu daļā. Kā gan lai neatceramies, ka tieši šeit ar vējdzirnavām cīnījās brašais bruņinieks Dons Kihots, cita izcilā renesanses laika veidotāja Migela de Servantesa romāna galvenais varonis.

1903. gadāSpāņu pulkvedis Isidoro Cabanez publicēja saules torņa projektu. No 1978. līdz 1981. gadam šie patenti tika izdoti ASV, Kanādā, Austrālijā un Izraēlā.

1982. gadā netālu no Spānijas pilsētas Manzanares Tas tika uzbūvēts un pārbaudīts 150 km uz dienvidiem no Madrides saules vēja elektrostacijas demonstrācijas modelis, kurā tika realizēta viena no daudzajām Leonardo inženierzinātņu idejām.

Instalācija sastāv no trim galvenajiem blokiem: vertikāla caurule (tornis, skurstenis), saules kolektors, kas atrodas ap tās pamatni, un īpašs turbīnas ģenerators.

Saules vēja turbīnas darbības princips ir ārkārtīgi vienkāršs. Kolektors, kura lomu veic pārklāšanās no polimēra plēves, piemēram, siltumnīcas, labi pārraida saules starojumu.

Tajā pašā laikā plēve ir necaurredzama infrasarkanajiem stariem, ko izstaro zem tās esošās apsildāmās zemes virsmas. Rezultātā, tāpat kā jebkurā siltumnīcā, ir siltumnīcas efekts. Tajā pašā laikā galvenā saules starojuma enerģijas daļa paliek zem kolektora, sildot gaisa slāni starp zemi un grīdu.

Gaisam kolektorā ir ievērojami augstāka temperatūra nekā apkārtējā atmosfērā. Rezultātā tornī tiek ģenerēta jaudīga augšupplūsma, kas, tāpat kā Leonardo vējdzirnavu gadījumā, griež turbīnas ģeneratora lāpstiņas.

Saules vēja elektrostacijas shēma

Saules torņa energoefektivitāte ir netieši atkarīga no diviem faktoriem: kolektora izmēra un skursteņa augstuma. Ar lielu kolektoru tiek uzsildīts lielāks gaisa daudzums, kas izraisa lielāku tā plūsmas ātrumu caur skursteni.

Instalācija Manzanares pilsētā ir ļoti iespaidīga struktūra.Torņa augstums 200 m, diametrs 10 m, saules kolektora diametrs 250 m. Tā projektētā jauda ir 50 kW.

Šī izpētes projekta mērķis bija veikt lauka mērījumus, noteikt iekārtas raksturlielumus reālos inženiertehniskos un meteoroloģiskos apstākļos.

Instalācijas testi bija veiksmīgi. Eksperimentāli ir apstiprināta aprēķinu precizitāte, bloku efektivitāte un uzticamība, tehnoloģiskā procesa vadības vienkāršība.

Tika izdarīts vēl viens svarīgs secinājums: jau ar 50 MW jaudu saules vēja elektrostacija kļūst diezgan rentabla. Tas ir vēl svarīgāk, jo cita veida saules elektrostacijās (torņa, fotoelementu) saražotās elektroenerģijas izmaksas joprojām ir 10 līdz 100 reizes augstākas nekā termoelektrostacijās.

Šī spēkstacija Manzanaresā darbojās apmierinoši aptuveni 8 gadus, un 1989. gadā to iznīcināja viesuļvētra.

Plānotās struktūras

Spēkstacija «Ciudad Real Torre Solar» Siudadreālā Spānijā. Plānots, ka būvniecība aptvers 350 hektāru platību, kas kombinācijā ar 750 metrus augstu skursteni radīs 40 MW izejas jaudu.

Burongas saules tornis. 2005. gada sākumā EnviroMission un SolarMission Technologies Inc. 2008. gadā sāka vākt laikapstākļu datus Jaundienvidvelsā, Austrālijā, lai mēģinātu uzbūvēt pilnībā funkcionējošu saules elektrostaciju. Maksimālā elektriskā jauda, ​​ko šis projekts varēja attīstīt, bija līdz 200 MW.

Austrālijas varas iestāžu atbalsta trūkuma dēļ EnviroMission atteicās no šiem plāniem un nolēma būvēt torni Arizonā, ASV.

Sākotnēji plānotajam saules torņa augstumam bija jābūt 1 km, pamatnes diametram 7 km un platībai 38 km2. Tādā veidā saules tornis iegūst aptuveni 0,5% saules enerģijas (1 kW / m2), kas tiek izstarots slēgtā stāvoklī.

Augstākā dūmvada līmenī rodas lielāks spiediena kritums, ko izraisa t.s skursteņa efekts, kas savukārt izraisa lielāku gaisa plūsmas ātrumu.

Palielinot skursteņa augstumu un kolektora virsmas laukumu, palielināsies gaisa plūsma caur turbīnām un līdz ar to arī saražotās enerģijas daudzums.

Siltums var uzkrāties zem kolektora virsmas, kur tas tiks izmantots torņa atslēgšanai no saules, izkliedējot siltumu vēsā gaisā, liekot tam cirkulēt naktī.

Ūdens, kuram ir salīdzinoši augsta siltumietilpība, var piepildīt caurules, kas atrodas zem kolektora, nepieciešamības gadījumā palielinot atdotās enerģijas daudzumu.

Vēja turbīnas var uzstādīt horizontāli kolektora un torņa savienojumā, līdzīgi kā Austrālijas torņu plānos. Spānijā strādājošā prototipā turbīnas ass sakrīt ar skursteņa asi.

Fantāzija vai realitāte

Tātad saules aerodinamiskā iekārta apvieno procesus, kas saules enerģiju pārvērš vēja enerģijā, bet pēdējo - elektroenerģijā.

Tajā pašā laikā, kā liecina aprēķini, kļūst iespējams koncentrēt saules starojuma enerģiju no milzīgas zemes virsmas laukuma un iegūt lielu elektroenerģiju atsevišķās iekārtās, neizmantojot augstas temperatūras tehnoloģijas.

Gaisa pārkaršana kolektorā ir tikai daži desmiti grādu, kas būtiski atšķir saules vēja elektrostaciju no termoelektrostacijām, atomelektrostacijām un pat torņu saules elektrostacijām.

Saules vēja iekārtu neapstrīdamās priekšrocības ietver to, ka, pat ja tās tiek ieviestas plašā mērogā, tās neatstās kaitīgu ietekmi uz vidi.

Bet šāda eksotiska enerģijas avota radīšana ir saistīta ar vairākām sarežģītām inženiertehniskām problēmām. Pietiek pateikt, ka torņa diametram vien vajadzētu būt simtiem metru, augstumam - apmēram kilometram, saules kolektora laukumam - desmitiem kvadrātkilometru.

Ir acīmredzams, ka jo intensīvāks ir saules starojums, jo lielāku jaudu attīsta iekārta. Pēc ekspertu domām, visizdevīgāk ir būvēt saules vēja elektrostacijas apgabalos, kas atrodas starp 30 ° ziemeļu un 30 ° dienvidu platuma grādiem, uz zemēm, kas nav īpaši piemērotas citiem mērķiem. Uzmanību piesaista kalnainā reljefa izmantošanas iespējas. Tas krasi samazinās būvniecības izmaksas.

Taču rodas cita problēma, kas zināmā mērā raksturīga jebkurai saules elektrostacijai, bet īpašu aktualitāti iegūst, veidojot lielas saules aerodinamiskās instalācijas. Visbiežāk perspektīvās jomas to būvniecībai ir tālu no energoietilpīgiem patērētājiem. Tāpat, kā zināms, Saules enerģija uz Zemes ierodas neregulāri.

Mazie (mazjaudas) saules torņi var būt interesanta alternatīva enerģijas ražošanai jaunattīstības valstīm, jo ​​to celtniecībai nav nepieciešami dārgi materiāli un aprīkojums vai augsti kvalificēts personāls būves ekspluatācijas laikā.

Turklāt saules torņa celtniecība prasa lielus sākotnējos ieguldījumus, ko savukārt kompensē zemās uzturēšanas izmaksas, kas tiek panāktas ar degvielas izmaksu neesamību.

Tomēr vēl viens trūkums ir zemāka saules enerģijas pārveidošanas efektivitāte nekā piem saules elektrostaciju spoguļkonstrukcijās… Tas ir saistīts ar lielāku kolektora aizņemto platību un augstākajām būvniecības izmaksām.

Paredzams, ka saules torņa izveidei būs nepieciešams daudz mazāk enerģijas uzglabāšanas nekā vēja parkiem vai tradicionālajām saules elektrostacijām.

Tas ir saistīts ar siltumenerģijas uzkrāšanos, kas var izdalīties naktī, kas ļaus tornim darboties visu diennakti, ko nevar garantēt vēja parki vai fotoelementi, kuru nodrošināšanai energosistēmā ir jābūt enerģijas rezervēm tādā formā. tradicionālajām elektrostacijām.

Šis fakts nosaka nepieciešamību izveidot enerģijas uzglabāšanas vienības tandēmā ar šādām iekārtām. Zinātne vēl nezina labāku partneri šādiem mērķiem nekā ūdeņradis. Tāpēc speciālisti par vislietderīgāko uzskata iekārtas saražoto elektroenerģiju izmantot tieši ūdeņraža ražošanai. Šajā gadījumā saules vēja elektrostacija kļūst par vienu no galvenajām nākotnes ūdeņraža enerģijas sastāvdaļām.

Tātad jau nākamgad Austrālijā tiks īstenots pasaulē pirmais komerciālā mēroga cietās ūdeņraža enerģijas uzglabāšanas projekts. Saules enerģijas pārpalikums tiks pārveidots par cietu ūdeņradi, ko sauc par nātrija borhidrīdu (NaBH4).

Šis netoksiskais cietais materiāls var absorbēt ūdeņradi kā sūklis, uzglabāt gāzi līdz nepieciešamībai un pēc tam atbrīvot ūdeņradi, izmantojot siltumu. Pēc tam atbrīvotais ūdeņradis tiek izvadīts caur kurināmā elementu, lai ražotu elektroenerģiju. Šī sistēma ļauj lēti uzglabāt ūdeņradi augstā blīvumā un zemā spiedienā bez energoietilpīgas saspiešanas vai sašķidrināšanas.

Kopumā pētījumi un eksperimenti ļauj tuvākajā nākotnē nopietni apšaubīt saules vēja elektrostaciju vietu lielajā enerģētikas nozarē.