المداخن الشمسية: حل فعال للطاقة أم الكثير من الهواء الساخن؟

نحن نعتقد أن الطاقة التي نولدها تأتي من كل هذه الأنواع المختلفة من المصادر. النفط والغاز والفحم والطاقة النووية وطاقة الرياح... متنوعة جدًا! ومع ذلك، فإنهم جميعًا يتلخصون بشكل أساسي في تحريك الغاز عبر التوربينة لتدوير مولد وإنتاج بعض العصير. حتى أن بعض محطات الطاقة الشمسية عملت بهذه الطريقة، حيث استخدمت طاقة الشمس لتسخين الماء وتحويله إلى بخار لتدوير بعض الشفرات وإبقاء الأضواء مضاءة.

يعمل برج التيار الشمسي الصاعد وفقًا لهذه المبادئ الأساسية أيضًا، ولكن بتكوين فريد إلى حد ما. منذ فجر العصر الصناعي لم تقم البشرية ببناء الكثير من المداخن الكبيرة، وإذا كانت هذه التكنولوجيا منطقية، فقد نعود مرة أخرى. دعونا نتعرف على كيفية عمله وما إذا كان الأمر يستحق كل هذا التهديد أم أنه مجرد حفنة من الهواء الساخن.

أنت تدور لي للأعلى، يا عزيزي، للأعلى

إن مفهوم برج التيار الشمسي سهل الفهم نسبيًا. تتمثل الفكرة في إنشاء هيكل كبير من نوع الدفيئة يحيط بمدخنة عمودية طويلة. عندما تمر الطاقة الشمسية عبر زجاج الدفيئة، فإنها تعمل على تسخين الهواء بالداخل وكذلك الأرضية والمحتويات الأخرى. نظرًا لأن الدفيئة، بشكل عام، ليست مفتوحة تمامًا للغلاف الجوي، فإن الحرارة لا يمكن أن تمر بسهولة عن طريق الحمل الحراري، وبالتالي يميل الهواء داخلها إلى أن يصبح أكثر سخونة من درجة الحرارة المحيطة. وهذا هو، باستثناء المدخنة. عندما يصبح الهواء الموجود تحت الدفيئة أكثر دفئًا، يصبح أقل كثافة، وبالتالي بسبب قوى الطفو، يرغب في التحرك لأعلى، والطريق الوحيد للخروج هو عبر المدخنة. وبالتالي من الممكن تركيب توربينات في قاعدة المدخنة لالتقاط الطاقة من هذا الهواء أثناء انتقاله لأعلى وخارج البرج.

إلى جانب توليد الطاقة البسيط، يوفر برج التيار الشمسي أيضًا بعض الإمكانات لتخزين الطاقة، تمامًا مثل السد الكهرومائي. يمكن استخدام الشمس لتسخين الهواء الموجود تحت الدفيئة، ولكن ليس من الضروري السماح لهذا الهواء بالمرور عبر المدخنة على الفور. يمكن تخزينها لبعض الوقت قبل تمريرها عبر التوربينات وأعلى المكدس. تقترح بعض المفاهيم زيادة تحسين القدرة على التخزين عن طريق إضافة خزانات مياه كبيرة كمغاسل حرارية أسفل الدفيئة. ومع ذلك، مثل جميع عمليات التخزين الحراري، فهي محدودة بالوقت، حيث يبدأ الهواء الموجود في الدفيئة بفقد الطاقة عندما تغرب الشمس وتنخفض درجة الحرارة المحيطة.

تخبرنا الهندسة البسيطة أن إنتاج الطاقة المحتمل يعتمد في المقام الأول على كمية الهواء الدافئ لديك لتشغيل التوربين، ومقدار ما يمكنك تحريكه. وبالتالي، فإن مساحة تجميع الدفيئة الأكبر ستكون لديها إمكانات طاقة أكبر. وكذلك الأمر بالنسبة للمدخنة الأطول، مما سيخلق فرقًا أكبر في الضغط بين الهواء الساخن عند مستوى الأرض والهواء المحيط البارد في الأعلى. كما قد تتخيل، لا توجد كمية كبيرة من الطاقة الموجودة في الهواء استعد قليلا بواسطة الشمس. وبالتالي، للحصول على إنتاج كبير، ستحتاج إلى مجمع ضخم ومدخنة ضخمة. إذا كنت تتساءل عن الحجم، فيجب أن تفكر في المداخن التي يبلغ ارتفاعها عدة مئات من الأمتار، والدفيئات الزراعية التي يبلغ ارتفاعها كيلومترًا مربعًا.

كدليل، أحد المشاريع المقترحة في غرب أستراليا ووعدت بتوليد 200 ميغاواط من الطاقة. المقايضة؟ ويتضمن المشروع برجًا يبلغ ارتفاعه كيلومترًا واحدًا ومجمعًا قطره 1 كيلومترات، بتكلفة قدرها 10 مليار دولار. وأشار الفريق الهندسي الذي يقف وراء هذه الفكرة، شلايش بيرجرمان وشريكه، إلى أن أبراج التيار الكهربائي الصاعد الشمسية لا معنى لها إلا في هذه المقاييس الضخمة. لا تعتبر المنشآت الصغيرة قادرة على المنافسة من حيث التكلفة مع الألواح الشمسية الكهروضوئية، ولكن يمكن أن تكون المنشآت الأكبر حجمًا. تنتج المرافق الكبيرة ما يكفي من الطاقة لتعويض تكاليف البناء الضخمة، كما أن الصيانة المستمرة رخيصة الثمن، لأنها تتضمن فقط الحفاظ على تشغيل التوربينات والمولدات وتشغيلها. على سبيل المثال، لا توجد ألواح متسخة يجب تنظيفها.

على العموم، ظلت أبراج التيار الكهربائي الصاعد الشمسية مفاهيمية إلى حد كبير، مع بناء عدد قليل من المشاريع في العالم الحقيقي. أفضل مثال على برج التيار الشمسي الفعلي هو جهد صغير الحجم بني في مانزاناريس، وهي منطقة جنوب مدريد بإسبانيا في عام 1982. وقد تم بناؤها لإنتاج 50 كيلووات، ومن المقرر أن تعمل لمدة 3 سنوات فقط. واستمر لمدة 7 سنوات في النهاية، قبل أن ينهار في عام 1989 بسبب الرياح العاصفة والأسلاك المتآكلة التي كانت تحمل البرج الذي يبلغ ارتفاعه 194 مترًا. تم إقران المدخنة بمجمع قطره 244 مترًا، باستخدام مزيج من الأغشية الزجاجية والبلاستيكية لإنشاء الدفيئة.

وفي الآونة الأخيرة، قامت مشاريع تجريبية أخرى بتجربة هذه التكنولوجيا. قام الباحثون في بوتسوانا بتجربة بناء صغير الحجم يبلغ ارتفاعه 22 مترًا فقط مع مجمع صغير بقطر 15 مترًا. وبدلاً من ذلك، نظرت البلاد إلى مفاهيم الطاقة الشمسية الكهروضوئية والمركزة منذ ذلك الحين.

وقد قطعت الجهود الصينية شوطا أبعد قليلا، ولكن ليس كثيرا. وفي جينشاوان، شهد مشروع بقيمة 200 مليون دولار بناء برج للطاقة الشمسية على الأراضي الصحراوية ظهر في 2010. لقد جمعت بين توليد التيارات الشمسية الصاعدة وباب دخول الهواء الخاص الذي يسمح لها بالتقاط الطاقة من الرياح السائدة أيضًا. وكانت الخطط الكبيرة تهدف إلى توسيع البناء على مراحل متعددة لتوليد 27.5 ميجاوات في النهاية، لكنه لم يقترب من ذلك أبدًا. لقد حققت 200 كيلووات فقط، وتعرضت لتحطم الألواح الزجاجية في مجمع الدفيئة. كان من المفترض في الأصل أن تحتوي على مدخنة بارتفاع 200 متر، ولكن وجود مطار قريب يعني أنه لا يمكن بناؤها إلا بارتفاع 50 مترًا بدلاً من ذلك. أدى هذا إلى الحد بشكل كبير من فرق الضغط المتاح للمساعدة في توليد الطاقة من الهواء الساخن. استمر المشروع لعدة سنوات، لكنها لم تترك انطباعًا يذكر.

من المؤكد أن أبراج التيار الكهربائي الصاعد هي مفهوم مثير للاهتمام. أنها تعتمد على الفيزياء البسيطة وسهلة الفهم. ومع ذلك، لتوليد طاقة ذات معنى، فإنها تتطلب مساحات شاسعة من الأرض وأبراجًا شاهقة بشكل لا يصدق. إنها تطرح عددًا كبيرًا من التحديات، يرتبط الكثير منها ببساطة بالبناء واستخدام الأراضي، وتأتي مع الكثير من الأمور المجهولة.

وبالمقارنة، تعلمنا الآن كيفية لصق الألواح الشمسية على كل سطح مستوٍ، وأصبحنا قادرين على توليد الطاقة كميات هائلة من الطاقة عبر هذا الطريق. تبا، إنهم متساوون لصقها على الماء الآن. قد يرغب عدد قليل من الحكومات أو الشركات في قبول مشروع توليد الطاقة المستحيل الذي يتضمن البناء على نطاق واسع عندما تكون هناك طرق أسهل للذهاب. يبدو أن التكنولوجيا قد تجاوزت النقطة التي قد تكون فيها مداخن التيارات الشمسية الصاعدة قابلة للحياة، ولكن من يدري! ربما في يوم من الأيام، قد يتمكن شخص لديه قدر كبير من المال وذوق في المشاريع العملاقة من تحويل هذا المشروع إلى حقيقة مرة أخرى.

• محتوى مدعوم من تحسين محركات البحث وتوزيع العلاقات العامة. تضخيم اليوم.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. تمكين نفسك. الوصول هنا.
• أفلاطونايستريم. ذكاء Web3. تضخيم المعرفة. الوصول هنا.
• أفلاطون كربون، كلينتك ، الطاقة، بيئة، شمسي، إدارة المخلفات. الوصول هنا.
• أفلاطون هيلث. التكنولوجيا الحيوية وذكاء التجارب السريرية. الوصول هنا.
• المصدر https://hackaday.com/2024/01/15/solar-chimneys-viable-energy-solution-or-a-lot-of-hot-air/