Solarkamine: Eine sinnvolle Energielösung oder viel heiße Luft?

Wir gehen davon aus, dass der Strom, den wir erzeugen, aus all diesen unterschiedlichen Quellen stammt. Öl, Gas, Kohle, Atomkraft, Wind … so vielfältig! Und doch laufen sie alle im Wesentlichen darauf hinaus, ein Gas durch eine Turbine zu bewegen, um tatsächlich einen Generator anzutreiben und etwas Saft zu erzeugen. Sogar einige Solaranlagen funktionierten auf diese Weise und nutzten die Energie der Sonne, um Wasser zu Dampf zu erhitzen, um einige Rotorblätter anzutreiben und das Licht anzuhalten.

Ein Solaraufwindturm funktioniert ebenfalls nach diesen Grundprinzipien, allerdings in einer ziemlich einzigartigen Konfiguration. Seit Beginn des Industriezeitalters hat die Menschheit nicht mehr viele große Schornsteine ​​gebaut, und wenn diese Technologie sinnvoll ist, könnten wir es wieder tun. Lassen Sie uns herausfinden, wie es funktioniert und ob es die ganze Aufregung wert ist oder ob es nur ein Haufen heißer Luft ist.

Du drehst mich ganz nach oben, Baby, ganz nach oben

Das Konzept eines Solaraufwindturms ist relativ einfach zu verstehen. Die Idee besteht darin, eine große gewächshausartige Struktur zu schaffen, die einen hohen vertikalen Schornstein umgibt. Wenn Sonnenenergie durch das Glas des Gewächshauses dringt, erwärmt sie die Luft im Inneren sowie den Boden und andere Inhalte. Da das Gewächshaus im Großen und Ganzen nicht vollständig zur Atmosphäre hin offen ist, kann die Wärme nicht ohne weiteres durch Konvektion abgeleitet werden, sodass die Luft im Inneren tendenziell heißer wird als die Umgebungstemperatur. Das heißt, bis auf den Schornstein. Wenn die Luft unter dem Gewächshaus wärmer wird, wird sie weniger dicht und möchte aufgrund der Auftriebskräfte nach oben wandern, und der einzige Ausweg führt über den Schornstein. Daher ist es möglich, Turbinen am Fuß des Schornsteins zu installieren, um Energie aus dieser Luft zu gewinnen, während sie nach oben und aus dem Turm strömt.

Über die einfache Stromerzeugung hinaus bietet der Solaraufwindturm auch ein gewisses Potenzial zur Energiespeicherung, ähnlich wie ein Wasserkraftwerk. Die Sonne kann zum Erwärmen der Luft unter dem Gewächshaus genutzt werden, diese Luft muss jedoch nicht sofort durch den Schornstein strömen. Es kann einige Zeit gelagert werden, bevor es durch die Turbinen und den Kamin hinauf geleitet wird. Einige Konzepte schlagen vor, die Speicherkapazität durch den Einbau großer Wassertanks als Wärmesenken unter dem Gewächshaus weiter zu verbessern. Allerdings ist sie wie jede Wärmespeicherung zeitlich begrenzt, da die Luft im Gewächshaus beginnt, Energie zu verlieren, wenn die Sonne untergeht und die Umgebungstemperatur sinkt.

Eine einfache Technik zeigt uns, dass die potenzielle Leistungsabgabe in erster Linie davon abhängt, wie viel warme Luft man benötigt, um die Turbine anzutreiben, und wie viel man sie in Bewegung bringen kann. Somit bietet eine größere Gewächshaus-Kollektorfläche mehr Strompotenzial. Dies gilt auch für einen höheren Schornstein, der einen größeren Druckunterschied zwischen der heißen Luft am Boden und der kühleren Umgebungsluft oben erzeugt. Wie Sie sich vielleicht vorstellen können, ist keine große Energiemenge in der Luft gespeichert, die gerade dort war etwas aufgewärmt durch die Sonne. Um eine nennenswerte Leistung zu erzielen, benötigen Sie daher einen riesigen Kollektor und einen riesigen Schornstein. Wenn Sie sich über die Größe wundern, sollten Sie Schornsteine ​​in Betracht ziehen, die mehrere Hundert Meter hoch sind, und Gewächshäuser, die in Quadratkilometern gemessen werden.

Als Leitfaden, ein vorgeschlagenes Projekt in Westaustralien versprochen, 200 MW Strom zu erzeugen. Der Kompromiss? Der Bau eines 1 km hohen Turms und eines Kollektors mit 10 km Durchmesser kostete 1.67 Milliarden US-Dollar. Das Ingenieurteam hinter der Idee, Schlaich Bergermann und Partner, stellte fest, dass Solaraufwindtürme nur in diesen riesigen Größenordnungen wirklich Sinn machen. Kleinere Anlagen sind kostenmäßig nicht mit Photovoltaik-Solarmodulen konkurrenzfähig, größere jedoch schon. Große Anlagen produzieren genug Strom, um die enormen Baukosten auszugleichen, und die laufende Wartung ist kostengünstig, da sie eigentlich nur darin besteht, die Turbinen und den Generator am Laufen zu halten. Es müssen beispielsweise keine verschmutzten Platten gereinigt werden.

Im Großen und Ganzen sind solare Aufwindtürme weitgehend konzeptionell geblieben, und es wurden nur wenige reale Projekte realisiert. Das beste Beispiel für einen echten Solaraufwindturm war eine kleine Anlage in Manzanares, einem Standort südlich von Madrid, Spanien, im Jahr 1982. Es wurde für eine Leistung von 50 kW gebaut und war für eine Betriebsdauer von nur drei Jahren vorgesehen. Am Ende war es sieben Jahre lang in Betrieb, bevor es 3 aufgrund von Sturmwinden und korrodierten Abspannseilen, die den 7 Meter hohen Turm stützten, einstürzte. Der Schornstein wurde mit einem Kollektor mit 1989 Metern Durchmesser kombiniert, wobei eine Kombination aus Glas- und Kunststoffmembranen zur Schaffung des Gewächshauses verwendet wurde.

In jüngerer Zeit haben andere Pilotprojekte mit der Technologie experimentiert. Forscher in Botswana experimentierten mit einem kleinen Bau von nur 22 Metern Höhe und einem kleinen Kollektor mit 15 Metern Durchmesser. Stattdessen setzt das Land seitdem auf Photovoltaik- und konzentrierte Solarstromkonzepte.

Die chinesischen Bemühungen kamen etwas weiter, aber nicht viel. In Jinshawan sah ein 200-Millionen-Dollar-Projekt den Bau eines Solarturms auf Wüstengebieten vor zurück in 2010. Es kombinierte die Erzeugung von solarem Aufwind mit einer speziellen Lufteintrittstür, die es ermöglichte, auch Strom aus den vorherrschenden Winden zu gewinnen. Große Pläne bestanden darin, den Bau in mehreren Phasen zu erweitern, um schließlich 27.5 Megawatt zu erzeugen, aber das gelang nie. Es erreichte nur 200 Kilowatt und litt unter zersplitternden Glasscheiben im Gewächshauskollektor. Ursprünglich sollte es einen 200 Meter hohen Schornstein haben, doch aufgrund des nahegelegenen Flughafens konnte der Schornstein stattdessen nur auf 50 Meter Höhe gebaut werden. Dadurch wurde die Druckdifferenz, die zur Energieerzeugung aus der erhitzten Luft zur Verfügung stand, stark eingeschränkt. Das Projekt wurde fortgesetzt seit einigen Jahren, hat aber wenig Eindruck hinterlassen.

Auf jeden Fall sind Solaraufwindtürme ein interessantes Konzept. Sie basieren auf einfacher Physik und sind leicht zu verstehen. Um jedoch sinnvollen Strom zu erzeugen, sind riesige Landstriche und unglaublich hohe Türme erforderlich. Sie stellen eine Vielzahl von Herausforderungen dar, von denen viele lediglich mit der Bau- und Flächennutzung zusammenhängen und mit vielen Unbekannten verbunden sind.

Im Vergleich dazu haben wir jetzt gelernt, wie man Sonnenkollektoren auf jede freie Fläche kleben kann, und sind in der Lage, Strom zu erzeugen riesige Mengen Strom über diesen Weg. Verdammt, sie sind quitt Ich klebe sie jetzt auf Wasser. Nur wenige Regierungen oder Unternehmen würden ein Zukunftsprojekt zur Stromerzeugung mit Baumaßnahmen in großem Maßstab akzeptieren wollen, wenn es einfachere Wege gibt. Es scheint, dass die Technologie weit über den Punkt hinaus fortgeschritten ist, an dem solarbetriebene Aufwindkamine realisierbar sein könnten, aber wer weiß! Vielleicht könnte eines Tages jemand mit viel Geld und einer Vorliebe für Megaprojekte eines noch einmal in die Tat umsetzen.

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• Quelle: https://hackaday.com/2024/01/15/solar-chimneys-viable-energy-solution-or-a-lot-of-hot-air/