Saulės kylantis bokštas (saulės aerodinaminė elektrinė)
Saulės kylantis bokštas — viena iš saulės elektrinių rūšių. Oras šildomas didžiuliame saulės kolektoriuje (panašiame į šiltnamį), pakyla ir išeina per aukštą kamino bokštą. Judantis oras varo turbinas, kad generuotų elektrą. Bandomoji gamykla veikė Ispanijoje devintajame dešimtmetyje.
Saulė ir vėjas yra du neišsenkantys energijos šaltiniai. Ar jie gali būti priversti dirbti toje pačioje komandoje? Pirmasis į šį klausimą atsakė... Leonardo da Vinci. Dar XVI amžiuje jis sukūrė mechaninį įrenginį, varomą miniatiūriniu vėjo malūnu. Jo ašmenys sukasi kylančio oro srove, kurią šildo saulė.
Ispanijos ir Vokietijos ekspertai unikaliam eksperimentui atlikti pasirinko La Mančos lygumą pietrytinėje Naujosios Kastilijos plokščiakalnio dalyje. Kaip neprisiminsime, kad būtent čia su vėjo malūnais kovojo drąsus riteris Don Kichotas, pagrindinis kito iškilaus Renesanso epochos kūrėjo Migelio de Servanteso romano veikėjas.
1903 metaisIspanijos pulkininkas Isidoro Cabañez paskelbė saulės bokšto projektą. 1978–1981 m. šie patentai buvo išduoti JAV, Kanadoje, Australijoje ir Izraelyje.
1982 m. prie Ispanijos miestelio Manzanares Jis buvo pastatytas ir išbandytas 150 km į pietus nuo Madrido demonstracinis saulės vėjo jėgainės modelis, kuri įgyvendino vieną iš daugelio Leonardo inžinerinių idėjų.
Instaliaciją sudaro trys pagrindiniai blokai: vertikalus vamzdis (bokštas, kaminas), aplink jo pagrindą esantis saulės kolektorius ir specialus turbininis generatorius.
Saulės vėjo jėgainės veikimo principas itin paprastas. Kolektorius, kurio vaidmenį atlieka perdanga iš polimerinės plėvelės, pavyzdžiui, šiltnamis, gerai praleidžia saulės spinduliuotę.
Tuo pačiu metu plėvelė yra nepermatoma infraraudoniesiems spinduliams, kuriuos skleidžia po ja esantis įkaitęs žemės paviršius. Dėl to, kaip ir bet kuriame šiltnamyje, atsiranda šiltnamio efektas. Tuo pačiu metu pagrindinė saulės spinduliuotės energijos dalis lieka po kolektoriumi, šildant oro sluoksnį tarp žemės ir grindų.
Oras kolektorius turi žymiai aukštesnę temperatūrą nei aplinkinė atmosfera. Dėl to bokšte susidaro galinga pakilimo srovė, kuri, kaip ir Leonardo vėjo malūno atveju, suka turbinos generatoriaus mentes.
Saulės vėjo elektrinės schema
Saulės bokšto energijos vartojimo efektyvumas netiesiogiai priklauso nuo dviejų veiksnių: kolektoriaus dydžio ir kamino aukščio. Su dideliu kolektoriumi šildomas didesnis oro tūris, dėl to jo srautas per kaminą yra didesnis.
Instaliacija Manzanareso mieste yra labai įspūdinga struktūra.Bokšto aukštis – 200 m, skersmuo – 10 m, saulės kolektoriaus skersmuo – 250 m. Jo projektinė galia – 50 kW.
Šio tyrimo projekto tikslas buvo atlikti lauko matavimus, nustatyti įrenginio charakteristikas realiomis inžinerinėmis ir meteorologinėmis sąlygomis.
Diegimo testai buvo sėkmingi. Eksperimentiškai patvirtintas skaičiavimų tikslumas, blokų efektyvumas ir patikimumas, technologinio proceso valdymo paprastumas.
Daryta svarbi išvada: jau turėdama 50 MW galią saulės vėjo jėgainė tampa gana pelninga. Tai dar svarbiau, nes kitų tipų saulės jėgainėse (bokštinėse, fotovoltinėse) pagamintos elektros savikaina vis dar yra 10–100 kartų didesnė nei šiluminėse elektrinėse.
Ši Manzanareso elektrinė patenkinamai veikė apie 8 metus ir buvo sunaikinta uragano 1989 m.
Planuojamos konstrukcijos
Elektrinė „Ciudad Real Torre Solar“ Ciudad Real mieste, Ispanijoje. Numatyta statyba užims 350 hektarų plotą, kuri kartu su 750 metrų aukščio kaminu generuos 40 MW išėjimo galios.
Burongo saulės bokštas. 2005 m. pradžioje EnviroMission ir SolarMission Technologies Inc. 2008 m. pradėjo rinkti orų duomenis Naujajame Pietų Velse, Australijoje, kad pabandytų pastatyti visiškai veikiančią saulės elektrinę. Didžiausia šio projekto elektros galia siekė 200 MW.
Nesant paramos iš Australijos valdžios, „EnviroMission“ atsisakė šių planų ir nusprendė statyti bokštą Arizonoje, JAV.
Iš pradžių planuotas saulės bokštas turėjo būti 1 km aukščio, 7 km pagrindo skersmens ir 38 km2 ploto. Tokiu būdu saulės bokštas išgaus apie 0,5 % saulės energijos (1 kW). / m2), kuris spinduliuojamas uždarant.
Aukštesniame dūmtakio lygyje atsiranda didesnis slėgio kritimas, kurį sukelia vadinamoji kamino efektas, kuris savo ruožtu sukelia didesnį pratekančio oro greitį.
Padidinus kamino aukštį ir kolektoriaus paviršiaus plotą, padidės oro srautas per turbinas, taigi ir pagaminamos energijos kiekis.
Šiluma gali kauptis po kolektoriaus paviršiumi, kur ji bus naudojama bokštui apsaugoti nuo saulės, išsklaidydama šilumą į vėsų orą, priversdama jį cirkuliuoti naktį.
Vanduo, turintis gana didelę šiluminę galią, gali užpildyti vamzdžius, esančius žemiau kolektoriaus, prireikus padidindamas grąžinamos energijos kiekį.
Vėjo turbinos gali būti montuojamos horizontaliai kolektoriaus ir bokšto jungtyje, panašiai kaip Australijos bokšto planuose. Ispanijoje veikiančiame prototipe turbinos ašis sutampa su kamino ašimi.
Fantazija ar realybė
Taigi saulės aerodinaminė instaliacija apjungia saulės energijos pavertimo vėjo energija, o pastarosios – elektra, procesus.
Tuo pačiu metu, kaip rodo skaičiavimai, tampa įmanoma sutelkti saulės spinduliuotės energiją iš didžiulio žemės paviršiaus ploto ir gauti didelę elektros energiją pavieniuose įrenginiuose, nenaudojant aukštos temperatūros technologijų.
Oro perkaitimas kolektoriuje siekia vos keliasdešimt laipsnių, kas iš esmės skiria saulės vėjo elektrinę nuo šiluminių, atominių ir net bokštinių saulės elektrinių.
Neginčijami saulės vėjo įrenginių pranašumai yra tai, kad net ir įdiegus dideliu mastu, jie neturės žalingo poveikio aplinkai.
Tačiau tokio egzotiško energijos šaltinio sukūrimas yra susijęs su daugybe sudėtingų inžinerinių problemų. Pakanka pasakyti, kad vien bokšto skersmuo turėtų būti šimtai metrų, aukštis - apie kilometrą, saulės kolektoriaus plotas - dešimtys kvadratinių kilometrų.
Akivaizdu, kad kuo intensyvesnė saulės spinduliuotė, tuo instaliacija išvysto daugiau galios. Specialistų teigimu, saulės vėjo jėgaines pelningiausia statyti vietovėse, esančiose tarp 30° šiaurės ir 30° pietų platumos, kitose paskirties vietose nelabai tinkamose žemėse. Dėmesį patraukia kalnuoto reljefo panaudojimo galimybės. Tai drastiškai sumažins statybos išlaidas.
Tačiau iškyla kita problema, kuri tam tikru mastu būdinga bet kuriai saulės jėgainei, tačiau įgauna ypatingą aktualumą kuriant didelius saulės aerodinaminius įrenginius. Dažniausiai perspektyvios sritys jų statybai yra toli nuo daug energijos naudojančių vartotojų. Be to, kaip žinote, saulės energija į Žemę patenka nereguliariai.
Maži (mažos galios) saulės bokštai gali būti įdomi energijos gamybos alternatyva besivystančioms šalims, nes jų statybai nereikia brangių medžiagų ir įrangos ar aukštos kvalifikacijos personalo eksploatuojant konstrukciją.
Be to, saulės bokšto statyba reikalauja didelių pradinių investicijų, kurias savo ruožtu kompensuoja mažos priežiūros sąnaudos, pasiekiamos nesant kuro sąnaudų.
Tačiau dar vienas trūkumas yra mažesnis saulės energijos konversijos efektyvumas nei pvz saulės elektrinių veidrodinėse konstrukcijose… Taip yra dėl didesnio kolektoriaus užimamo ploto ir didesnių statybos sąnaudų.
Tikimasi, kad saulės bokštui reikia daug mažiau energijos kaupti nei vėjo jėgainėms ar tradicinėms saulės elektrinėms.
Taip yra dėl susikaupusios šiluminės energijos, kuri gali išsiskirti naktį, o tai leis bokštui veikti visą parą, ko negali garantuoti vėjo jėgainės ar fotovoltiniai elementai, kuriems energijos sistema turi turėti tokios formos energijos atsargų. tradicinių elektrinių.
Šis faktas lemia poreikį kartu su tokiais įrenginiais kurti energijos kaupimo įrenginius. Mokslas kol kas nežino geresnio partnerio tokiems tikslams nei vandenilis. Būtent todėl specialistai mano, kad įrenginio pagamintą elektros energiją tikslingiausia naudoti būtent vandenilio gamybai. Šiuo atveju saulės vėjo jėgainė tampa vienu pagrindinių ateities vandenilio energijos komponentų.
Tad jau kitais metais Australijoje bus įgyvendintas pirmasis pasaulyje komercinio masto kietojo vandenilio energijos kaupimo projektas. Saulės energijos perteklius bus paverstas kietu vandeniliu, vadinamu natrio borohidridu (NaBH4).
Ši netoksiška kieta medžiaga gali sugerti vandenilį kaip kempinė, laikyti dujas, kol to prireiks, o tada panaudodama šilumą išleisti vandenilį. Tada išleistas vandenilis perduodamas per kuro elementą elektros energijai gaminti. Ši sistema leidžia pigiai laikyti vandenilį esant dideliam tankiui ir žemam slėgiui, nereikalaujant daug energijos reikalaujančio suspaudimo ar skystinimo.
Apskritai tyrimai ir eksperimentai leidžia artimiausiu metu rimtai suabejoti saulės vėjo jėgainių vieta didelėje energetikos pramonėje.