Solar Yükselen Kule (Güneş Aerodinamik Enerji Santrali)

Yükselen Güneş Kulesi — güneş enerjisi santrali türlerinden biri. Hava, büyük bir güneş kollektöründe (seraya benzer) ısıtılır, yükselir ve uzun bir baca kulesinden çıkar. Hareket eden hava, elektrik üretmek için türbinleri çalıştırır. Pilot tesis 1980'lerde İspanya'da faaliyete geçti.

Güneş ve rüzgar tükenmez iki enerji kaynağıdır. Aynı ekipte çalışmaya zorlanabilirler mi? Bu soruya ilk cevap veren ... Leonardo da Vinci idi. 16. yüzyılın başlarında, minyatür bir yel değirmeni ile çalışan mekanik bir cihaz tasarladı. Kanatları, güneş tarafından ısıtılan yükselen hava akışında döner.

İspanyol ve Alman uzmanlar, benzersiz bir deney yapmak için Yeni Kastilya platosunun güneydoğu kesimindeki La Mancha ovasını seçtiler. Rönesans'ın bir başka önemli yaratıcısı olan Miguel de Cervantes'in romanının ana karakteri olan cesur şövalye Don Kişot'un burada yel değirmenleriyle savaştığını nasıl hatırlamayız?

1903'teİspanyol albay Isidoro Cabañez bir güneş kulesi projesi yayınladı. 1978 ile 1981 yılları arasında bu patentler ABD, Kanada, Avustralya ve İsrail'de yayınlandı.

1982'de bir İspanyol kasabasının yakınında Manzanareler Madrid'in 150 km güneyinde inşa edilmiş ve test edilmiştir. bir güneş rüzgar enerjisi santralinin gösteri modeli, Leonardo'nun birçok mühendislik fikrinden birini gerçekleştirdi.

Kurulum üç ana blok içerir: dikey bir boru (kule, baca), tabanının etrafına yerleştirilmiş bir güneş kollektörü ve özel bir türbin jeneratörü.

Bir güneş rüzgar türbininin çalışma prensibi son derece basittir. Rolü, örneğin bir sera gibi bir polimer filmden yapılmış bir üst üste binme ile gerçekleştirilen toplayıcı, güneş radyasyonunu iyi iletir.

Aynı zamanda film, altındaki ısıtılmış dünya yüzeyi tarafından yayılan kızılötesi ışınlara karşı opaktır. Sonuç olarak her serada olduğu gibi sera etkisi vardır. Aynı zamanda, güneş radyasyonu enerjisinin ana kısmı toplayıcının altında kalır ve zemin ile zemin arasındaki hava tabakasını ısıtır.

Kolektördeki hava, çevredeki atmosferden önemli ölçüde daha yüksek bir sıcaklığa sahiptir. Sonuç olarak, kulede, Leonardo yel değirmeninde olduğu gibi, türbin jeneratörünün kanatlarını döndüren güçlü bir yukarı hava akımı üretilir.

Bir güneş rüzgar enerjisi santralinin şeması

Bir güneş kulesinin enerji verimliliği dolaylı olarak iki faktöre bağlıdır: toplayıcının boyutu ve bacanın yüksekliği. Büyük bir toplayıcı ile, bacadan daha büyük bir akış hızına neden olan daha büyük bir hava hacmi ısıtılır.

Manzanares kasabasındaki kurulum çok etkileyici bir yapıdır.Kule yüksekliği 200 m, çapı 10 m, güneş kolektörü çapı 250 m, tasarım gücü 50 kw'dır.

Bu araştırma projesinin amacı saha ölçümleri yapmak, tesisatın özelliklerini gerçek mühendislik ve meteorolojik koşullarda belirlemekti.

Kurulum testleri başarılı oldu. Hesaplamaların doğruluğu, blokların etkinliği ve güvenilirliği, teknolojik sürecin kontrolünün basitliği deneysel olarak onaylanmıştır.

Bir başka önemli sonuca varıldı: 50 MW kapasiteli bir güneş rüzgar enerjisi santrali zaten oldukça karlı hale geliyor. Bu daha da önemli çünkü diğer güneş enerjisi santralleri (kule, fotovoltaik) tarafından üretilen elektriğin maliyeti hala termik santrallere göre 10 ila 100 kat daha yüksek.

Manzanares'teki bu elektrik santrali yaklaşık 8 yıl tatmin edici bir şekilde çalıştı ve 1989'da bir kasırga tarafından tahrip edildi.

Planlanan yapılar

İspanya'daki Ciudad Real'deki «Ciudad Real Torre Solar» elektrik santrali. Planlanan inşaat, 750 metre yüksekliğindeki bir baca ile birlikte 40 MW çıkış gücü üretecek olan 350 hektarlık bir alanı kapsayacaktır.

Burong Güneş Kulesi. 2005 yılının başlarında, EnviroMission ve SolarMission Technologies Inc. 2008 yılında tamamen çalışır durumda bir güneş enerjisi santrali inşa etmeye çalışmak için New South Wales, Avustralya çevresinde hava durumu verilerini toplamaya başladı. Bu projenin geliştirebileceği maksimum elektrik çıkışı 200 MW'a kadar çıktı.

Avustralya makamlarının desteğinin olmaması nedeniyle, EnviroMission bu planlardan vazgeçti ve ABD'nin Arizona eyaletinde bir kule inşa etmeye karar verdi.

Başlangıçta planlanan güneş kulesinin 1 km yüksekliğe, 7 km taban çapına ve 38 km2 alana sahip olması gerekiyordu. Bu sayede güneş kulesi güneş enerjisinin yaklaşık %0,5'ini (1 kW) çıkaracak. / m2) kapalı olarak yayılan.

Daha yüksek bir baca seviyesinde, sözde neden olduğu daha büyük bir basınç düşüşü meydana gelir. baca etkisi, bu da geçen havanın daha yüksek bir hızına neden olur.

Baca yüksekliğinin ve toplayıcının yüzey alanının arttırılması, türbinlerden geçen hava akışını ve dolayısıyla üretilen enerji miktarını artıracaktır.

Isı, kollektör yüzeyinin altında birikebilir ve burada, ısıyı soğuk havaya dağıtarak kuleyi güneşten uzaklaştırmak için kullanılacak ve onu geceleri dolaşmaya zorlayacaktır.

Nispeten yüksek bir ısı kapasitesine sahip olan su, kollektörün altında bulunan boruları doldurabilir ve gerektiğinde geri dönen enerji miktarını artırabilir.

Rüzgar türbinleri, Avustralya kule planlarına benzer şekilde, kollektörden kuleye bağlantıda yatay olarak monte edilebilir. İspanya'da faaliyet gösteren bir prototipte türbin ekseni baca ekseni ile çakışmaktadır.

Fantezi veya gerçeklik

Böylece, güneş aerodinamiği kurulumu, güneş enerjisini rüzgar enerjisine ve ikincisini de elektriğe dönüştürme işlemlerini birleştirir.

Aynı zamanda, hesaplamaların gösterdiği gibi, güneş radyasyonu enerjisini dünya yüzeyinin büyük bir alanından yoğunlaştırmak ve yüksek sıcaklık teknolojileri kullanılmadan tek kurulumlarda büyük elektrik enerjisi elde etmek mümkün hale geliyor.

Kollektördeki havanın aşırı ısınması sadece birkaç on derecedir, bu da güneş rüzgar santralini termik, nükleer ve hatta kule güneş enerjisi santrallerinden temel olarak ayırır.

Güneş-rüzgâr tesisatlarının tartışılmaz avantajları arasında, büyük ölçekte uygulansa bile çevreye zararlı bir etkisinin olmaması yer alıyor.

Ancak böyle egzotik bir enerji kaynağının yaratılması, bir dizi karmaşık mühendislik problemiyle ilişkilidir. Tek başına kulenin çapının yüzlerce metre, yüksekliğinin - yaklaşık bir kilometre, güneş kollektörünün alanının - onlarca kilometrekare olması gerektiğini söylemek yeterli.

Güneş radyasyonu ne kadar yoğun olursa, tesisatın o kadar fazla güç geliştirdiği açıktır. Uzmanlara göre güneş rüzgar enerjisi santrallerinin 30° kuzey ile 30° güney enlemleri arasında bulunan ve diğer amaçlara pek uygun olmayan arazilerde kurulması en karlı olanıdır. Dağlık rölyef kullanım seçenekleri dikkat çekiyor. Bu, inşaat maliyetlerini önemli ölçüde azaltacaktır.

Bununla birlikte, bir dereceye kadar herhangi bir güneş enerjisi santralinin özelliği olan, ancak büyük güneş enerjisi aerodinamik kurulumları oluştururken özel bir aciliyet kazanan başka bir sorun ortaya çıkar. Çoğu zaman, inşaatları için umut verici alanlar, enerji yoğun tüketicilerden uzaktır. Ayrıca bildiğiniz gibi güneş enerjisi Dünya'ya düzensiz bir şekilde geliyor.

Küçük (düşük güçlü) güneş kuleleri, yapımları pahalı malzeme ve ekipman veya yapının işletilmesi sırasında yüksek vasıflı personel gerektirmediğinden, gelişmekte olan ülkeler için enerji üretmek için ilginç bir alternatif olabilir.

Ek olarak, bir güneş enerjisi kulesinin inşası büyük bir başlangıç ​​yatırımı gerektirir ve bu da, yakıt maliyetlerinin olmamasıyla elde edilen düşük bakım maliyetleri ile telafi edilir.

Diğer bir dezavantaj, bununla birlikte, güneş enerjisi dönüşümünün örn. güneş enerjisi santrallerinin ayna yapılarında… Bunun nedeni, toplayıcı tarafından işgal edilen daha geniş alan ve daha yüksek inşaat maliyetleridir.

Güneş kulesinin rüzgar çiftlikleri veya geleneksel güneş enerjisi santrallerinden çok daha az enerji depolaması gerektirmesi bekleniyor.

Bunun nedeni, enerji sisteminin formda enerji rezervlerine sahip olması gereken rüzgar çiftlikleri veya fotovoltaik hücreler tarafından garanti edilemeyen, kulenin 24 saat çalışmasına izin verecek olan geceleri salınabilen termal enerjinin birikmesidir. geleneksel enerji santrallerinden

Bu gerçek, bu tür tesislerle birlikte enerji depolama ünitelerinin oluşturulması ihtiyacını belirler. Bilim henüz bu tür amaçlar için hidrojenden daha iyi bir ortak tanımıyor. Bu nedenle uzmanlar, tesis tarafından üretilen elektriğin özellikle hidrojen üretimi için kullanılmasının en uygun olduğunu düşünüyor. Bu durumda güneş rüzgar enerjisi santrali, geleceğin hidrojen enerjisinin ana bileşenlerinden biri haline geliyor.

Yani şimdiden gelecek yıl, dünyanın ilk ticari ölçekli katı hidrojen enerji depolama projesi Avustralya'da uygulanacak. Fazla güneş enerjisi, sodyum borohidrit (NaBH4) adı verilen katı hidrojene dönüştürülecektir.

Bu toksik olmayan katı malzeme, hidrojeni bir sünger gibi emebilir, gerekene kadar gazı depolayabilir ve ardından ısı kullanarak hidrojeni serbest bırakabilir. Serbest bırakılan hidrojen daha sonra elektrik üretmek için bir yakıt hücresinden geçirilir. Bu sistem, enerji yoğun sıkıştırma veya sıvılaştırmaya ihtiyaç duymadan hidrojenin yüksek yoğunlukta ve düşük basınçta ucuza depolanmasını sağlar.

Genel olarak araştırma ve deneyler, güneş rüzgar santrallerinin yakın gelecekte büyük enerji endüstrisindeki yerini ciddi bir şekilde sorgulamayı mümkün kılmaktadır.