Menara Meningkat Suria (Loji Kuasa Aerodinamik Suria)

Menara Menaik Suria — salah satu jenis loji tenaga solar. Udara dipanaskan dalam pengumpul suria yang besar (serupa dengan rumah hijau), naik dan keluar melalui menara cerobong yang tinggi. Udara yang bergerak memacu turbin untuk menjana elektrik. Kilang perintis itu beroperasi di Sepanyol pada tahun 1980-an.

Matahari dan angin adalah dua sumber tenaga yang tidak habis-habisnya. Bolehkah mereka dipaksa bekerja dalam pasukan yang sama? Yang pertama menjawab soalan ini ialah ... Leonardo da Vinci. Seawal abad ke-16, beliau mereka bentuk peranti mekanikal yang dikuasakan oleh kincir angin kecil. Bilahnya berputar dalam aliran udara meningkat yang dipanaskan oleh matahari.

Pakar Sepanyol dan Jerman memilih dataran La Mancha di bahagian tenggara dataran tinggi Castile Baru sebagai tempat untuk menjalankan eksperimen yang unik. Bagaimana kita tidak ingat bahawa di sinilah kesatria pemberani Don Quixote, watak utama novel karya Miguel de Cervantes, seorang lagi pencipta Renaissance yang cemerlang, melawan kincir angin.

Pada tahun 1903Kolonel Sepanyol Isidoro Cabañez menerbitkan projek untuk menara solar. Antara 1978 dan 1981, paten ini telah dikeluarkan di AS, Kanada, Australia dan Israel.

Pada tahun 1982 berhampiran sebuah bandar Sepanyol Manzanares Ia dibina dan diuji 150 km ke selatan Madrid model demonstrasi loji kuasa angin suria, yang merealisasikan salah satu daripada banyak idea kejuruteraan Leonardo.

Pemasangan mengandungi tiga blok utama: paip menegak (menara, cerobong), pengumpul suria yang terletak di sekitar pangkalannya, dan penjana turbin khas.

Prinsip operasi turbin angin solar adalah sangat mudah. Pengumpul, peranan yang dilakukan oleh pertindihan yang diperbuat daripada filem polimer, sebagai contoh, rumah hijau, menghantar sinaran suria dengan baik.

Pada masa yang sama, filem itu adalah legap kepada sinar inframerah yang dipancarkan oleh permukaan bumi yang dipanaskan di bawahnya. Akibatnya, seperti mana-mana rumah hijau, terdapat kesan rumah hijau. Pada masa yang sama, bahagian utama tenaga sinaran suria kekal di bawah pengumpul, memanaskan lapisan udara antara tanah dan lantai.

Udara dalam pengumpul mempunyai suhu yang jauh lebih tinggi daripada atmosfera sekeliling. Akibatnya, aliran naik yang kuat dijana di menara, yang, seperti dalam kes kincir angin Leonardo, memutar bilah penjana turbin.

Skema loji kuasa angin suria

Kecekapan tenaga menara suria secara tidak langsung bergantung kepada dua faktor: saiz pengumpul dan ketinggian timbunan. Dengan pengumpul yang besar, isipadu udara yang lebih besar dipanaskan, yang menyebabkan kelajuan alirannya yang lebih besar melalui cerobong.

Pemasangan di bandar Manzanares adalah struktur yang sangat mengagumkan.Ketinggian menara ialah 200 m, diameternya ialah 10 m, dan diameter pengumpul suria ialah 250 m Kuasa reka bentuknya ialah 50 kW.

Tujuan projek penyelidikan ini adalah untuk menjalankan pengukuran lapangan, untuk menentukan ciri-ciri pemasangan dalam keadaan kejuruteraan dan meteorologi sebenar.

Ujian pemasangan berjaya. Ketepatan pengiraan, kecekapan dan kebolehpercayaan blok, kesederhanaan kawalan proses teknologi telah disahkan secara eksperimen.

Satu lagi kesimpulan penting dibuat: sudah dengan kapasiti 50 MW, loji tenaga angin solar menjadi agak menguntungkan. Ini adalah lebih penting kerana kos elektrik yang dijana oleh loji kuasa solar jenis lain (menara, fotovoltaik) masih 10 hingga 100 kali lebih tinggi daripada loji kuasa terma.

Loji janakuasa di Manzanares ini beroperasi dengan memuaskan selama kira-kira 8 tahun dan telah dimusnahkan oleh taufan pada tahun 1989.

Struktur terancang

Loji janakuasa «Ciudad Real Torre Solar» di Ciudad Real di Sepanyol. Pembinaan yang dirancang adalah meliputi kawasan seluas 350 hektar, yang digabungkan dengan cerobong setinggi 750 meter akan menjana 40 MW kuasa keluaran.

Menara Suria Burong. Pada awal tahun 2005, EnviroMission dan SolarMission Technologies Inc. mula mengumpul data cuaca di sekitar New South Wales, Australia untuk mencuba membina loji tenaga solar yang beroperasi sepenuhnya pada tahun 2008. Output elektrik maksimum yang boleh dibangunkan oleh projek ini ialah sehingga 200 MW.

Disebabkan kekurangan sokongan daripada pihak berkuasa Australia, EnviroMission telah meninggalkan rancangan ini dan memutuskan untuk membina sebuah menara di Arizona, Amerika Syarikat.

Menara solar yang dirancang pada asalnya sepatutnya mempunyai ketinggian 1 km, diameter tapak 7 km dan keluasan 38 km2.. Dengan cara ini, menara solar akan mengekstrak kira-kira 0.5% daripada tenaga suria (1 kW / m2) yang dipancarkan pada tertutup.

Pada tahap serombong yang lebih tinggi, penurunan tekanan yang lebih besar berlaku, disebabkan oleh apa yang dipanggil kesan cerobong, yang seterusnya menyebabkan halaju udara yang lebih tinggi.

Meningkatkan ketinggian timbunan dan luas permukaan pengumpul akan meningkatkan aliran udara melalui turbin dan oleh itu jumlah tenaga yang dihasilkan.

Haba boleh terkumpul di bawah permukaan pengumpul, di mana ia akan digunakan untuk menghidupkan menara dari matahari dengan menghilangkan haba ke udara sejuk, memaksanya untuk beredar pada waktu malam.

Air, yang mempunyai kapasiti haba yang agak tinggi, boleh mengisi paip yang terletak di bawah pengumpul, meningkatkan jumlah tenaga yang dikembalikan jika perlu.

Turbin angin boleh dipasang secara mendatar dalam sambungan pengumpul-ke-menara, serupa dengan rancangan menara Australia. Dalam prototaip yang beroperasi di Sepanyol, paksi turbin bertepatan dengan paksi cerobong.

Fantasi atau realiti

Jadi, pemasangan aerodinamik suria menggabungkan proses menukar tenaga suria kepada tenaga angin, dan yang terakhir kepada elektrik.

Pada masa yang sama, seperti yang ditunjukkan oleh pengiraan, adalah mungkin untuk menumpukan tenaga sinaran suria dari kawasan yang besar di permukaan bumi dan untuk mendapatkan tenaga elektrik yang besar dalam pemasangan tunggal tanpa menggunakan teknologi suhu tinggi.

Terlalu panas udara dalam pengumpul hanya beberapa puluh darjah, yang secara asasnya membezakan loji janakuasa angin suria daripada loji kuasa solar terma, nuklear dan juga menara.

Kelebihan pemasangan solar-wind yang tidak dapat dipertikaikan termasuk fakta bahawa walaupun dilaksanakan secara besar-besaran, ia tidak akan memberi kesan berbahaya kepada alam sekitar.

Tetapi penciptaan sumber tenaga eksotik itu dikaitkan dengan beberapa masalah kejuruteraan yang kompleks. Cukuplah untuk mengatakan bahawa diameter menara sahaja harus beratus-ratus meter, ketinggian - kira-kira satu kilometer, kawasan pengumpul suria - berpuluh-puluh kilometer persegi.

Adalah jelas bahawa semakin sengit sinaran suria, semakin banyak kuasa pemasangan itu berkembang. Menurut pakar, adalah paling menguntungkan untuk membina loji kuasa angin suria di kawasan yang terletak antara 30 ° utara dan 30 ° latitud selatan di tanah yang tidak begitu sesuai untuk tujuan lain. Pilihan untuk menggunakan relief pergunungan menarik perhatian. Ini akan mengurangkan kos pembinaan secara drastik.

Walau bagaimanapun, masalah lain timbul, sedikit sebanyak ciri-ciri mana-mana loji tenaga solar, tetapi memperoleh keperluan segera apabila membuat pemasangan aerodinamik solar yang besar. Selalunya, kawasan yang menjanjikan untuk pembinaannya jauh dari pengguna intensif tenaga. Juga, seperti yang anda tahu, tenaga suria tiba di Bumi secara tidak teratur.

Menara suria kecil (berkuasa rendah) boleh menjadi alternatif yang menarik untuk menjana tenaga bagi negara membangun, kerana pembinaannya tidak memerlukan bahan dan peralatan yang mahal atau kakitangan berkemahiran tinggi semasa operasi struktur.

Di samping itu, pembinaan menara solar memerlukan pelaburan awal yang besar, yang seterusnya dikompensasikan oleh kos penyelenggaraan yang rendah yang dicapai dengan ketiadaan kos bahan api.

Kelemahan lain, bagaimanapun, adalah kecekapan penukaran tenaga suria yang lebih rendah daripada cth dalam struktur cermin loji tenaga solar… Ini disebabkan oleh kawasan yang lebih besar yang diduduki oleh pengumpul dan kos pembinaan yang lebih tinggi.

Menara suria dijangka memerlukan penyimpanan tenaga yang jauh lebih sedikit daripada ladang angin atau loji tenaga suria tradisional.

Ini disebabkan oleh pengumpulan tenaga haba yang boleh dilepaskan pada waktu malam, yang akan membolehkan menara beroperasi sepanjang masa, yang tidak dapat dijamin oleh ladang angin atau sel fotovoltaik, yang mana sistem tenaga mesti mempunyai rizab tenaga dalam bentuk loji janakuasa tradisional.

Fakta ini menentukan keperluan untuk mencipta unit simpanan tenaga seiring dengan pemasangan sedemikian. Sains belum mengetahui rakan kongsi yang lebih baik untuk tujuan sedemikian daripada hidrogen. Itulah sebabnya pakar menganggap ia paling suai manfaat untuk menggunakan tenaga elektrik yang dihasilkan oleh pemasangan khusus untuk pengeluaran hidrogen. Dalam kes ini, loji kuasa angin suria menjadi salah satu komponen utama tenaga hidrogen masa hadapan.

Jadi pada tahun hadapan, projek penyimpanan tenaga hidrogen pepejal berskala komersial pertama di dunia akan dilaksanakan di Australia. Tenaga suria yang berlebihan akan ditukar kepada hidrogen pepejal yang dipanggil natrium borohidrida (NaBH4).

Bahan pepejal bukan toksik ini boleh menyerap hidrogen seperti span, menyimpan gas sehingga diperlukan, dan kemudian membebaskan hidrogen menggunakan haba. Hidrogen yang dibebaskan kemudiannya disalurkan melalui sel bahan api untuk menjana elektrik. Sistem ini membolehkan hidrogen disimpan dengan murah pada ketumpatan tinggi dan tekanan rendah tanpa memerlukan pemampatan atau pencairan intensif tenaga.

Secara umum, penyelidikan dan eksperimen memungkinkan untuk mempersoalkan secara serius tempat loji kuasa angin suria dalam industri tenaga besar dalam masa terdekat.