Solar Rising Tower (aërodynamische energiecentrale op zonne-energie)

Zonne stijgende toren - een van de soorten zonne-energiecentrales. De lucht wordt verwarmd in een enorme zonnecollector (vergelijkbaar met een broeikas), stijgt op en gaat naar buiten via een hoge schoorsteentoren. De bewegende lucht drijft turbines aan om elektriciteit op te wekken. De proeffabriek was in de jaren tachtig in bedrijf in Spanje.

De zon en de wind zijn twee onuitputtelijke bronnen van energie. Kunnen ze gedwongen worden om in hetzelfde team te werken? De eerste die deze vraag beantwoordde was ... Leonardo da Vinci. Al in de 16e eeuw ontwierp hij een mechanisch apparaat dat werd aangedreven door een miniatuurwindmolen. De bladen draaien in een stroom stijgende lucht die wordt verwarmd door de zon.

Spaanse en Duitse experts kozen de La Mancha-vlakte in het zuidoostelijke deel van het plateau van Nieuw-Castilië als een plek om een ​​uniek experiment uit te voeren. Hoe kunnen we ons niet herinneren dat het hier was dat de dappere ridder Don Quichot, de hoofdpersoon van de roman van Miguel de Cervantes, een andere opmerkelijke schepper van de Renaissance, tegen de windmolens vocht.

1903De Spaanse kolonel Isidoro Cabañez publiceerde een project voor een zonnetoren. Tussen 1978 en 1981 werden deze patenten uitgegeven in de VS, Canada, Australië en Israël.

In 1982 in de buurt van een Spaanse stad Manzanares Het werd gebouwd en getest 150 km ten zuiden van Madrid demonstratiemodel van een zonnewindenergiecentrale, die een van Leonardo's vele technische ideeën realiseerde.

De installatie bestaat uit drie hoofdblokken: een verticale pijp (toren, schoorsteen), een zonnecollector rond de basis en een speciale turbinegenerator.

Het werkingsprincipe van een zonnewindturbine is uiterst eenvoudig. De collector, waarvan de rol wordt vervuld door een overlapping gemaakt van een polymeerfilm, bijvoorbeeld een kas, laat zonnestraling goed door.

Tegelijkertijd is de film ondoorzichtig voor infrarode stralen die worden uitgezonden door het verwarmde aardoppervlak eronder. Als gevolg hiervan is er, zoals in elke kas, een broeikaseffect. Tegelijkertijd blijft het grootste deel van de zonnestralingsenergie onder de collector, waardoor de luchtlaag tussen de grond en de vloer wordt verwarmd.

De lucht in de collector heeft een aanzienlijk hogere temperatuur dan de omringende atmosfeer. Als gevolg hiervan wordt in de toren een krachtige opwaartse luchtstroom gegenereerd, die, zoals in het geval van de Leonardo-windmolen, de wieken van de turbinegenerator doet draaien.

Schema van een zonne-windenergiecentrale

De energie-efficiëntie van een zonnetoren is indirect afhankelijk van twee factoren: de grootte van de collector en de hoogte van de stapel. Met een grote collector wordt een groter luchtvolume verwarmd, waardoor de luchtstroom door de schoorsteen sneller gaat.

De installatie in de stad Manzanares is een zeer indrukwekkend bouwwerk.De hoogte van de toren is 200 m, de diameter is 10 m en de diameter van de zonnecollector is 250 m. Het ontwerpvermogen is 50 kW.

Het doel van dit onderzoeksproject was om veldmetingen uit te voeren om de kenmerken van de installatie in werkelijke technische en meteorologische omstandigheden te bepalen.

Installatietesten waren succesvol. De nauwkeurigheid van de berekeningen, de efficiëntie en betrouwbaarheid van de blokken, de eenvoud van de besturing van het technologische proces zijn experimenteel bevestigd.

Een andere belangrijke conclusie werd getrokken: al met een vermogen van 50 MW wordt een zonnewindenergiecentrale behoorlijk rendabel. Dit is des te belangrijker omdat de kosten van elektriciteit die wordt opgewekt door andere soorten zonne-energiecentrales (toren, fotovoltaïsche energie) nog steeds 10 tot 100 keer hoger zijn dan in thermische energiecentrales.

Deze energiecentrale in Manzanares werkte ongeveer 8 jaar naar tevredenheid en werd in 1989 verwoest door een orkaan.

Geplande structuren

Elektriciteitscentrale «Ciudad Real Torre Solar» in Ciudad Real in Spanje. De geplande constructie beslaat een oppervlakte van 350 hectare, wat in combinatie met een 750 meter hoge schoorsteen 40 MW aan uitgangsvermogen zal opleveren.

Burong Zonnetoren. In het begin van 2005, EnviroMission en SolarMission Technologies Inc. begon met het verzamelen van weergegevens rond New South Wales, Australië om te proberen in 2008 een volledig operationele zonne-energiecentrale te bouwen. Het maximale elektrische vermogen dat dit project kon ontwikkelen was tot 200 MW.

Door een gebrek aan steun van de Australische autoriteiten liet EnviroMission deze plannen varen en besloot een toren te bouwen in Arizona, VS.

De oorspronkelijk geplande zonnetoren zou een hoogte hebben van 1 km, een basisdiameter van 7 km en een oppervlakte van 38 km2. Op deze manier zal de zonnetoren ongeveer 0,5% van de zonne-energie (1 kW / m2) die bij gesloten wordt uitgestraald.

Op een hoger niveau van het rookkanaal treedt een grotere drukval op, veroorzaakt door de zgn schoorsteeneffect, dat op zijn beurt een hogere snelheid van de passerende lucht veroorzaakt.

Door de hoogte van de schoorsteen en het oppervlak van de collector te vergroten, zal de luchtstroom door de turbines toenemen en daarmee de hoeveelheid geproduceerde energie.

De warmte kan zich ophopen onder het oppervlak van de collector, waar deze zal worden gebruikt om de toren van de zon af te drijven door de warmte af te voeren in koele lucht, waardoor deze 's nachts moet circuleren.

Water, dat een relatief hoge warmtecapaciteit heeft, kan de leidingen onder de collector vullen, waardoor de hoeveelheid teruggevoerde energie indien nodig wordt verhoogd.

Windturbines kunnen horizontaal worden gemonteerd in een collector-torenverbinding, vergelijkbaar met de Australische torenplannen. In een prototype dat in Spanje werkt, valt de as van de turbine samen met de as van de schoorsteen.

Fantasie of werkelijkheid

De aerodynamische installatie op zonne-energie combineert dus de processen van het omzetten van zonne-energie in windenergie en de laatste in elektriciteit.

Tegelijkertijd wordt het, zoals de berekeningen laten zien, mogelijk om de energie van zonnestraling van een enorm deel van het aardoppervlak te concentreren en grote elektrische energie te verkrijgen in afzonderlijke installaties zonder het gebruik van hoge-temperatuurtechnologieën.

De oververhitting van de lucht in de collector is slechts enkele tientallen graden, wat de zonne-windenergiecentrale fundamenteel onderscheidt van thermische, nucleaire en zelfs torenzonne-energiecentrales.

De onbetwistbare voordelen van zonne-windinstallaties zijn onder meer dat ze, zelfs als ze op grote schaal worden geïmplementeerd, geen schadelijke impact hebben op het milieu.

Maar het creëren van zo'n exotische energiebron gaat gepaard met een aantal complexe technische problemen. Het volstaat te zeggen dat de diameter van de toren alleen al honderden meters zou moeten zijn, de hoogte - ongeveer een kilometer, het oppervlak van de zonnecollector - tientallen vierkante kilometers.

Het spreekt voor zich dat hoe intenser de zonnestraling, hoe meer vermogen de installatie ontwikkelt. Volgens deskundigen is het het meest rendabel om zonnewindenergiecentrales te bouwen in gebieden tussen 30° noorderbreedte en 30° zuiderbreedte op gronden die voor andere doeleinden niet erg geschikt zijn. De opties voor het gebruik van het bergachtige reliëf trekken de aandacht. Dit zal de bouwkosten drastisch verminderen.

Er doet zich echter een ander probleem voor, tot op zekere hoogte kenmerkend voor elke zonne-energiecentrale, maar krijgt een bijzondere urgentie bij het creëren van grote aerodynamische zonne-installaties. Meestal zijn veelbelovende gebieden voor hun constructie verre van energie-intensieve consumenten. Ook, zoals u weet, arriveert zonne-energie onregelmatig op aarde.

Kleine (laag vermogen) zonnetorens kunnen een interessant alternatief zijn voor het opwekken van energie voor ontwikkelingslanden, aangezien voor de bouw ervan geen dure materialen en apparatuur of hooggekwalificeerd personeel nodig zijn tijdens de werking van de constructie.

Daarnaast vereist de bouw van een zonnetoren een grote initiële investering, die weer wordt gecompenseerd door de lage onderhoudskosten die worden gerealiseerd door het ontbreken van brandstofkosten.

Een ander nadeel is echter het lagere rendement van de omzetting van zonne-energie dan b.v in de spiegelstructuren van zonne-energiecentrales… Dit komt door het grotere oppervlak dat de collector inneemt en de hogere bouwkosten.

De zonnetoren heeft naar verwachting veel minder energieopslag nodig dan windmolenparken of traditionele zonne-energiecentrales.

Dit komt door de accumulatie van thermische energie die 's nachts kan worden vrijgegeven, waardoor de toren de klok rond kan werken, wat niet kan worden gegarandeerd door windparken of fotovoltaïsche cellen, waarvoor het energiesysteem energiereserves moet hebben in de vorm van traditionele elektriciteitscentrales.

Dit feit dicteert de noodzaak om samen met dergelijke installaties energieopslageenheden te creëren. De wetenschap kent daarvoor nog geen betere partner dan waterstof. Deskundigen vinden het daarom het meest zinvol om de door de installatie opgewekte elektriciteit specifiek in te zetten voor de productie van waterstof. In dit geval wordt de zonne-windenergiecentrale een van de belangrijkste componenten van de toekomstige waterstofenergie.

Dus al volgend jaar zal 's werelds eerste commerciële energieopslagproject voor vaste waterstof in Australië worden geïmplementeerd. Overtollige zonne-energie zal worden omgezet in vaste waterstof genaamd natriumboorhydride (NaBH4).

Dit niet-giftige vaste materiaal kan waterstof absorberen als een spons, het gas opslaan tot het nodig is en vervolgens waterstof vrijgeven met behulp van warmte. De vrijgekomen waterstof wordt vervolgens door een brandstofcel geleid om elektriciteit op te wekken. Met dit systeem kan waterstof goedkoop worden opgeslagen bij hoge dichtheid en lage druk zonder dat er energie-intensieve compressie of liquefactie nodig is.

Over het algemeen maken onderzoek en experimenten het mogelijk om de plaats van zonnewindenergiecentrales in de grote energie-industrie in de nabije toekomst serieus in twijfel te trekken.