Ηλιακές Καμινάδες: Λύση βιώσιμης ενέργειας ή πολύ ζεστό αέρα;

Θεωρούμε ότι η δύναμη που παράγουμε προέρχεται από όλα αυτά τα διαφορετικά είδη πηγών. Πετρέλαιο, φυσικό αέριο, άνθρακας, πυρηνικά, άνεμος… τόσο ποικίλα! Και όμως, όλα βασικά καταλήγουν στο να μετακινούν ένα αέριο μέσα από έναν στρόβιλο για να περιστρέψουν πραγματικά μια γεννήτρια και να βγάλουν λίγο χυμό. Ακόμη και μερικά ηλιακά φυτά λειτουργούσαν με αυτόν τον τρόπο, χρησιμοποιώντας την ενέργεια του ήλιου για να θερμάνουν το νερό σε ατμό για να περιστρέψουν μερικές λεπίδες και να κρατήσουν τα φώτα αναμμένα.

Ένας πύργος ηλιακής ανόδου λειτουργεί επίσης σύμφωνα με αυτές τις βασικές αρχές, αλλά σε μια μάλλον μοναδική διαμόρφωση. Δεν είναι από την αυγή της Βιομηχανικής Εποχής που η ανθρωπότητα τριγυρνούσε φτιάχνοντας πολλές μεγάλες καμινάδες, και αν αυτή η τεχνολογία έχει νόημα, θα μπορούσαμε να είμαστε και πάλι λόγω. Ας μάθουμε πώς λειτουργεί και αν αξίζει τον κόπο ή αν είναι απλά ένα μάτσο ζεστό αέρα.

You Spin Me Right Up, μωρό μου, Right Up

Η έννοια ενός πύργου ηλιακού ανοδικού ρεύματος είναι σχετικά απλή στην κατανόηση. Η ιδέα είναι να δημιουργηθεί μια μεγάλη δομή τύπου θερμοκηπίου που θα περιβάλλει μια ψηλή κάθετη καμινάδα. Καθώς η ηλιακή ενέργεια περνά μέσα από το τζάμι του θερμοκηπίου, θερμαίνει τον αέρα μέσα καθώς και το δάπεδο και άλλα περιεχόμενα. Δεδομένου ότι το θερμοκήπιο, σε γενικές γραμμές, δεν είναι εντελώς ανοιχτό στην ατμόσφαιρα, η θερμότητα δεν μπορεί να περάσει εύκολα μέσω μεταφοράς, και έτσι ο αέρας μέσα τείνει να γίνει θερμότερος από τη θερμοκρασία περιβάλλοντος. Δηλαδή εκτός από την καμινάδα. Καθώς ο αέρας κάτω από το θερμοκήπιο θερμαίνεται, γίνεται λιγότερο πυκνός, και έτσι λόγω των δυνάμεων άνωσης, επιθυμεί να ταξιδέψει προς τα πάνω και η μόνη διέξοδος είναι μέσω της καμινάδας. Είναι επομένως δυνατό να εγκατασταθούν τουρμπίνες στη βάση της καμινάδας για να συλλάβουν ενέργεια από αυτόν τον αέρα καθώς ταξιδεύει προς τα πάνω και έξω από τον πύργο.

Πέρα από την απλή παραγωγή ενέργειας, ο ηλιακός πύργος ανοδικού ρεύματος προσφέρει επίσης κάποιες δυνατότητες αποθήκευσης ενέργειας, όπως ένα υδροηλεκτρικό φράγμα. Ο ήλιος μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη θέρμανση του αέρα κάτω από το θερμοκήπιο, αλλά αυτός ο αέρας δεν χρειάζεται να αφεθεί αμέσως να περάσει μέσα από την καμινάδα. Μπορεί να αποθηκευτεί για κάποιο χρονικό διάστημα πριν το περάσει μέσα από τις τουρμπίνες και επάνω στη στοίβα. Ορισμένες έννοιες προτείνουν την περαιτέρω βελτίωση της ικανότητας αποθήκευσης με την προσθήκη μεγάλων δεξαμενών νερού ως θερμικών καταβόθρων κάτω από το θερμοκήπιο. Ωστόσο, όπως κάθε θερμική αποθήκευση, είναι χρονικά περιορισμένη, καθώς ο αέρας στο θερμοκήπιο αρχίζει να χάνει ενέργεια όταν ο ήλιος δύει και η θερμοκρασία περιβάλλοντος πέφτει.

Η απλή μηχανική μας λέει ότι η δυνητική ισχύς εξόδου εξαρτάται κυρίως από το πόσο ζεστό αέρα έχετε για να περιστρέψετε τον στρόβιλο και πόσο μπορείτε να τον μετακινήσετε. Έτσι, ένας μεγαλύτερος χώρος συλλογής θερμοκηπίου θα έχει μεγαλύτερο δυναμικό ισχύος. Το ίδιο ισχύει και για μια ψηλότερη καμινάδα, η οποία θα δημιουργήσει μεγαλύτερη διαφορά πίεσης μεταξύ του ζεστού αέρα στο επίπεδο του εδάφους και του ψυχρότερου αέρα του περιβάλλοντος στην κορυφή. Όπως μπορείτε να φανταστείτε, δεν υπάρχει μια τεράστια ποσότητα ενέργειας συσκευασμένη στον αέρα που μόλις έγινε ζεστάθηκε λίγο από τον ήλιο. Έτσι, για να έχετε σημαντική απόδοση, θα θέλατε έναν τεράστιο συλλέκτη και μια τεράστια καμινάδα. Εάν αναρωτιέστε για την κλίμακα, θα θέλατε να εξετάσετε τις καμινάδες ύψους πολλών εκατοντάδων μέτρων και τα θερμοκήπια μετρημένα σε τετραγωνικά χιλιόμετρα.

Ως οδηγός, ένα προτεινόμενο έργο στη Δυτική Αυστραλία υποσχέθηκε να παράγει ισχύ 200 MW. Το αντάλλαγμα; Περιλάμβανε έναν πύργο ύψους 1 χιλιομέτρου και έναν συλλέκτη διαμέτρου 10 χιλιομέτρων, που θα κατασκευαστεί με κόστος 1.67 δισεκατομμύρια δολάρια. Η ομάδα μηχανικών πίσω από την ιδέα, Schlaich Bergermann and Partner, σημείωσε ότι οι πύργοι ηλιακής ανοδικής ροής έχουν πραγματικά νόημα μόνο σε αυτές τις τεράστιες κλίμακες. Οι μικρότερες εγκαταστάσεις δεν είναι ανταγωνιστικές στο κόστος με τα φωτοβολταϊκά ηλιακά πάνελ, αλλά οι μεγαλύτερες μπορεί να είναι. Οι μεγάλες εγκαταστάσεις παράγουν αρκετή ισχύ για να αντισταθμίσουν το τεράστιο κόστος κατασκευής και η συνεχής συντήρηση είναι φθηνή, καθώς στην πραγματικότητα περιλαμβάνει απλώς τη διατήρηση και λειτουργία των στροβίλων και της γεννήτριας. Δεν υπάρχουν βρώμικα πάνελ για καθαρισμό, για παράδειγμα.

Σε γενικές γραμμές, οι πύργοι ηλιακής ανοδικής ροής έχουν παραμείνει σε μεγάλο βαθμό εννοιολογικοί, με λίγα έργα στον πραγματικό κόσμο. Το καλύτερο παράδειγμα ενός πραγματικού πύργου ηλιακού ανοδικού ρεύματος ήταν μια μικρής κλίμακας προσπάθεια που χτίστηκε στις Μανζανάρες, μια τοποθεσία νότια της Μαδρίτης, Ισπανία το 1982. Κατασκευάστηκε για ισχύ 50 kW και προοριζόταν να λειτουργήσει για μόλις 3 χρόνια. Στο τέλος λειτούργησε για 7 χρόνια, πριν καταρρεύσει το 1989 λόγω των θυελλωδών ανέμων και των διαβρωμένων καλωδίων που κρατούσαν ψηλά τον πύργο των 194 μέτρων. Η καμινάδα συνδυάστηκε με έναν συλλέκτη διαμέτρου 244 μέτρων, χρησιμοποιώντας έναν συνδυασμό γυάλινων και πλαστικών μεμβρανών για τη δημιουργία του θερμοκηπίου.

Πιο πρόσφατα, άλλα πιλοτικά έργα έχουν πειραματιστεί με την τεχνολογία. Ερευνητές στη Μποτσουάνα πειραματίστηκαν με μια κατασκευή μικρής κλίμακας ύψους μόλις 22 μέτρων με έναν μικρό συλλέκτη διαμέτρου 15 μέτρων. Αντίθετα, η χώρα στράφηκε σε ιδέες φωτοβολταϊκών και συγκεντρωμένης ηλιακής ενέργειας από τότε.

Οι κινεζικές προσπάθειες προχώρησαν λίγο παραπέρα, αλλά όχι πολύ. Στο Jinshawan, ένα έργο 200 εκατομμυρίων δολαρίων είδε την κατασκευή ενός ηλιακού πύργου σε εδάφη της ερήμου πίσω στο 2010. Συνδύαζε την παραγωγή ηλιακού ανοδικού ρεύματος με μια ειδική πόρτα εισόδου αέρα που του επέτρεπε να συλλαμβάνει την ισχύ και από τους επικρατούντες ανέμους. Τα μεγάλα σχέδια ήταν να δουν την κατασκευή να επεκτείνεται σε πολλαπλές φάσεις για να παράγει τελικά 27.5 μεγαβάτ, αλλά ποτέ δεν πλησίασε. Πέτυχε μόλις 200 κιλοβάτ και μαστίστηκε από γυάλινες πλάκες που έσπασαν στον συλλέκτη θερμοκηπίου. Αρχικά υποτίθεται ότι είχε μια καμινάδα ύψους 200 μέτρων, αλλά ένα κοντινό αεροδρόμιο σήμαινε ότι θα μπορούσε να κατασκευαστεί μόνο στα 50 μέτρα. Αυτό περιόρισε σημαντικά τη διαφορά πίεσης που είναι διαθέσιμη για να βοηθήσει στην παραγωγή ενέργειας από τον θερμαινόμενο αέρα. Το έργο συνεχίστηκε για πολλά χρόνια, αλλά έχει κάνει ελάχιστη εντύπωση.

Οι ηλιακοί πύργοι ανόδου είναι σίγουρα μια ενδιαφέρουσα ιδέα. Βασίζονται στην απλή φυσική και είναι εύκολα κατανοητές. Ωστόσο, για να παράγουν ουσιαστική ισχύ, απαιτούν τεράστιες εκτάσεις γης και απίστευτα ψηλούς πύργους. Θέτουν έναν μεγάλο αριθμό προκλήσεων, πολλές από τις οποίες σχετίζονται απλώς με την κατασκευή και τη χρήση γης, και συνοδεύονται από πάρα πολλά άγνωστα.

Συγκριτικά, τώρα μάθαμε πώς να κολλάμε ηλιακούς συλλέκτες σε κάθε επίπεδη επιφάνεια που είναι εφεδρική και μπορούμε να παράγουμε τεράστια ποσά ενέργειας μέσω αυτής της διαδρομής. Είναι ίσοι κολλώντας τα στο νερό τώρα. Λίγες κυβερνήσεις ή επιχειρήσεις θα ήθελαν να αποδεχτούν ένα έργο παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας που θα περιλαμβάνει την κατασκευή σε μαζική κλίμακα, όταν υπάρχουν ευκολότερες διαδρομές. Φαίνεται ότι η τεχνολογία έχει ξεπεράσει αρκετά το σημείο όπου οι καμινάδες ηλιακής ανοδικής ροής μπορεί να είναι βιώσιμες, αλλά ποιος ξέρει! Ίσως μια μέρα, κάποιος με πολλά χρήματα και γούστο για μεγάλα έργα να το κάνει πραγματικότητα για άλλη μια φορά.

• SEO Powered Content & PR Distribution. Ενισχύστε σήμερα.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Ενδυναμώστε τον εαυτό σας. Πρόσβαση εδώ.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Ενισχύθηκε η γνώση. Πρόσβαση εδώ.
• PlatoESG. Ανθρακας, Cleantech, Ενέργεια, Περιβάλλον, Ηλιακός, Διαχείριση των αποβλήτων. Πρόσβαση εδώ.
• PlatoHealth. Ευφυΐα βιοτεχνολογίας και κλινικών δοκιμών. Πρόσβαση εδώ.
• πηγή: https://hackaday.com/2024/01/15/solar-chimneys-viable-energy-solution-or-a-lot-of-hot-air/