Solar Rising Tower (Szoláris Aerodinamikus Erőmű)
Solar Ascending Tower — a naperőművek egyik fajtája. A levegőt egy hatalmas napkollektorban melegítik fel (hasonlóan egy üvegházhoz), amely egy magas kéménytornyon keresztül emelkedik fel és távozik. A mozgó levegő meghajtja a turbinákat, hogy villamos energiát termeljenek. A kísérleti üzem az 1980-as években Spanyolországban működött.
A nap és a szél két kimeríthetetlen energiaforrás. Kényszeríthetők ugyanabban a csapatban? Erre a kérdésre először ... Leonardo da Vinci válaszolt. Már a 16. században egy miniatűr szélmalommal hajtott mechanikus berendezést tervezett. Pengéi a nap által felmelegített felszálló levegőben forognak.
Spanyol és német szakértők az Új-Kasztília-fennsík délkeleti részén található La Mancha-síkságot választották egyedi kísérlet helyszínéül. Hogy ne emlékeznénk arra, hogy a bátor lovag Don Quijote, a reneszánsz másik kiemelkedő alkotója, Miguel de Cervantes regényének főszereplője itt harcolt a szélmalmokkal.
1903-banIsidoro Cabañez spanyol ezredes napelemes torony projektet tett közzé. 1978 és 1981 között ezeket a szabadalmakat az Egyesült Államokban, Kanadában, Ausztráliában és Izraelben adták ki.
1982-ben egy spanyol város közelében Manzanares Madridtól 150 km-re délre építették és tesztelték napszélerőmű bemutató modellje, amely megvalósította Leonardo számos mérnöki elképzelésének egyikét.
A telepítés három fő blokkból áll: egy függőleges csőből (torony, kémény), az alapja körül elhelyezett napkollektorból és egy speciális turbinás generátorból.
A napelemes szélturbina működési elve rendkívül egyszerű. A kollektor, amelynek szerepét egy polimer filmből készült átfedés látja el, például üvegház, jól továbbítja a napsugárzást.
Ugyanakkor a film átlátszatlan az alatta lévő felforrósodott földfelszín által kibocsátott infravörös sugarakkal szemben. Ennek eredményeként, mint minden üvegházban, van üvegházhatás. Ugyanakkor a napsugárzás energia nagy része a kollektor alatt marad, felmelegítve a talaj és a padló közötti légréteget.
A kollektorban lévő levegő hőmérséklete lényegesen magasabb, mint a környező atmoszféra. Ennek eredményeként a toronyban erőteljes felfelé irányuló áramlás keletkezik, amely – akárcsak a Leonardo szélmalom esetében – megforgatja a turbinagenerátor lapátjait.
Egy napelemes szélerőmű vázlata
A napelemtornyok energiahatékonysága közvetve két tényezőtől függ: a kollektor méretétől és a kémény magasságától. Egy nagy kollektorral nagyobb mennyiségű levegőt melegítenek fel, ami nagyobb sebességet okoz a kéményen keresztüli áramlásában.
A Manzanares városában található installáció nagyon lenyűgöző építmény.A torony magassága 200 m, átmérője 10 m, a napkollektor átmérője 250 m. Tervezési teljesítménye 50 kW.
Jelen kutatás célja terepi mérések elvégzése volt, a létesítmény jellemzőinek meghatározása valós mérnöki és meteorológiai körülmények között.
A telepítési tesztek sikeresek voltak. A számítások pontossága, a blokkok hatékonysága és megbízhatósága, a technológiai folyamat vezérlésének egyszerűsége kísérletileg igazolt.
Egy másik fontos következtetés is levonható: már 50 MW teljesítménnyel egy napszélerőmű meglehetősen jövedelmezővé válik. Ez még fontosabb, mert a más típusú naperőművek (torony, fotovoltaikus) által termelt villamos energia költsége még mindig 10-100-szor magasabb, mint a hőerőművekben.
Ez a manzanaresi erőmű körülbelül 8 évig kielégítően működött, és 1989-ben egy hurrikán elpusztította.
Tervezett szerkezetek
"Ciudad Real Torre Solar" erőmű a spanyolországi Ciudad Realban. A tervezett építkezés 350 hektáros területet fed le, amely egy 750 méter magas kéménnyel kombinálva 40 MW kimenő teljesítményt termel.
Burong napelemes torony. 2005 elején az EnviroMission és a SolarMission Technologies Inc. 2008-ban megkezdte az időjárási adatok gyűjtését Új-Dél-Wales (Ausztrália) környékén, hogy megpróbáljon építeni egy teljesen működőképes naperőművet. A projekt által kifejleszthető maximális elektromos teljesítmény elérte a 200 MW-ot.
Az ausztrál hatóságok támogatásának hiánya miatt az EnviroMission feladta ezeket a terveket, és úgy döntött, hogy az Egyesült Államokban, Arizonában épít egy tornyot.
Az eredetileg tervezett napelemtorony magassága 1 km, alapátmérője 7 km, területe 38 km2. Ily módon a napelemes torony a napenergia mintegy 0,5%-át (1 kW) fogja kitermelni. / m2), amely zárt állapotban sugárzik.
A füstelvezető magasabb szintjén nagyobb nyomásesés lép fel, amit az ún kéményhatás, ami viszont az áthaladó levegő nagyobb sebességét okozza.
A köteg magasságának és a kollektor felületének növelése növeli a turbinákon áthaladó légáramlást és ezáltal a termelt energia mennyiségét.
A hő felhalmozódhat a kollektor felszíne alatt, ahol a tornyot lekapcsolják a napfényről azáltal, hogy a hőt hideg levegőben oszlatják el, és éjszakai keringésre kényszerítik.
A viszonylag nagy hőkapacitású víz képes kitölteni a kollektor alatt elhelyezkedő csöveket, szükség esetén növelve a visszavezetett energia mennyiségét.
A szélturbinák vízszintesen, kollektor-torony kapcsolattal szerelhetők fel, hasonlóan az ausztrál toronytervekhez. Egy Spanyolországban működő prototípusnál a turbina tengelye egybeesik a kémény tengelyével.
Fantázia vagy valóság
Tehát a szoláris aerodinamikai berendezés egyesíti a napenergiát szélenergiává, az utóbbit pedig villamos energiává alakító folyamatokat.
Ugyanakkor, amint azt a számítások mutatják, lehetővé válik a napsugárzás energiájának koncentrálása a földfelszín hatalmas területéről, és nagy elektromos energia beszerzése egyetlen telepítésben, magas hőmérsékletű technológiák alkalmazása nélkül.
A kollektorban csak néhány tíz fokos a levegő túlmelegedése, ami alapjaiban különbözteti meg a napszélerőművet a hő-, az atom-, sőt a torony-naperőművektől.
A nap-szél rendszerek vitathatatlan előnyei közé tartozik, hogy még nagy léptékben való megvalósításuk sem lesz káros a környezetre.
De egy ilyen egzotikus energiaforrás létrehozása számos összetett mérnöki problémával jár. Elég, ha azt mondjuk, hogy a torony átmérője önmagában több száz méter, magassága - körülbelül egy kilométer, a napkollektor területe - több tíz négyzetkilométer.
Nyilvánvaló, hogy minél intenzívebb a napsugárzás, annál nagyobb teljesítményt fejleszt ki a berendezés. A szakértők szerint a legjövedelmezőbb a naperőművek építése az északi szélesség 30 ° és a déli szélesség 30 ° közötti területeken, olyan területeken, amelyek más célokra nem nagyon alkalmasak. A hegyvidéki dombormű használatának lehetőségei vonzzák a figyelmet. Ez drasztikusan csökkenti az építési költségeket.
Felmerül azonban egy másik probléma, amely bizonyos mértékig minden naperőműre jellemző, de különös sürgőssé válik a nagy napelemes aerodinamikai létesítmények létrehozásakor. Leggyakrabban az építésük ígéretes területei messze vannak az energiaigényes fogyasztóktól. Emellett, mint tudják, a napenergia rendszertelenül érkezik a Földre.
A kis teljesítményű (alacsony teljesítményű) napelemes tornyok érdekes alternatívát jelenthetnek a fejlődő országok energiatermelésére, mivel építésükhöz nincs szükség drága anyagokra és berendezésekre, illetve magasan képzett személyzetre a szerkezet működtetése során.
Emellett egy napelemes torony építése nagy kezdeti beruházást igényel, amit viszont kompenzál az üzemanyagköltségek hiánya által elért alacsony fenntartási költségek.
További hátránya viszont a napenergia átalakítás alacsonyabb hatásfoka, mint pl naperőművek tükörszerkezeteiben… Ennek oka a kollektor által elfoglalt nagyobb terület és a magasabb építési költségek.
A napelemtorony várhatóan sokkal kevesebb energiatárolást igényel, mint a szélerőművek vagy a hagyományos naperőművek.
Ennek oka az éjszaka felszabaduló hőenergia felhalmozódása, amely lehetővé teszi a torony éjjel-nappali működését, amit szélerőművek vagy fotovoltaikus cellák nem tudnak garantálni, amelyekhez az energiarendszernek energiatartalékkal kell rendelkeznie hagyományos erőművek.
Ez a tény azt diktálja, hogy energiatároló egységeket kell létrehozni az ilyen létesítményekkel párhuzamosan. A tudomány még nem ismer ilyen célokra jobb partnert, mint a hidrogén. Éppen ezért a szakemberek a legcélravezetőbbnek a létesítmény által termelt villamos energiát kifejezetten hidrogén előállítására használják fel. Ebben az esetben a napszélerőmű a jövő hidrogénenergiájának egyik fő összetevőjévé válik.
Így már jövőre Ausztráliában valósul meg a világ első kereskedelmi méretű szilárd hidrogénenergia-tárolási projektje. A felesleges napenergia szilárd hidrogénné, úgynevezett nátrium-bórhidriddé (NaBH4) alakul át.
Ez a nem mérgező szilárd anyag szivacsként képes felszívni a hidrogént, tárolni a gázt, amíg szükséges, majd hő hatására hidrogént bocsát ki. A felszabaduló hidrogént ezután tüzelőanyag-cellán vezetik át, hogy elektromosságot termeljenek. Ez a rendszer lehetővé teszi a hidrogén olcsó, nagy sűrűségű és alacsony nyomású tárolását anélkül, hogy energiaigényes tömörítésre vagy cseppfolyósításra lenne szükség.
Általánosságban elmondható, hogy a kutatások és kísérletek lehetővé teszik, hogy a közeljövőben komolyan megkérdőjelezzék a napszélerőművek helyét a nagy energiaiparban.