Chimeneas solares: ¿solución energética viable o mucho aire caliente?

Pensamos que la energía que generamos proviene de todos estos diferentes tipos de fuentes. Petróleo, gas, carbón, nuclear, eólica… ¡tan variados! Y, sin embargo, todos se reducen fundamentalmente a mover un gas a través de una turbina para hacer girar un generador y producir algo de jugo. Incluso algunas plantas solares funcionaban de esta manera, utilizando la energía del sol para calentar agua y convertirla en vapor para hacer girar algunas aspas y mantener las luces encendidas.

Una torre de corriente ascendente solar también funciona según estos principios básicos, pero en una configuración bastante única. No es desde los albores de la Era Industrial que la humanidad ha construido muchas chimeneas grandes, y si esta tecnología tiene sentido, podríamos volver a hacerlo. Averigüemos cómo funciona y si vale la pena tanta fanfarronada o si es sólo un montón de palabrería.

Me haces girar hacia arriba, bebé, hacia arriba

El concepto de torre de corriente ascendente solar es relativamente sencillo de entender. La idea es crear una gran estructura tipo invernadero que rodee una alta chimenea vertical. A medida que la energía solar pasa a través del vidrio del invernadero, calienta el aire del interior, así como el suelo y otros contenidos. Dado que el invernadero, en general, no está completamente abierto a la atmósfera, el calor no puede escapar fácilmente por convección, por lo que el aire en su interior tiende a calentarse más que la temperatura ambiente. Es decir, excepto la chimenea. A medida que el aire bajo el invernadero se calienta, se vuelve menos denso y, por lo tanto, debido a las fuerzas de flotación, desea viajar hacia arriba, y la única salida es a través de la chimenea. Por tanto, es posible instalar turbinas en la base de la chimenea para capturar la energía de este aire a medida que sube y sale de la torre.

Más allá de la simple generación de energía, la torre de corriente ascendente solar también ofrece cierto potencial para el almacenamiento de energía, muy similar a una presa hidroeléctrica. Se puede utilizar el sol para calentar el aire debajo del invernadero, pero no es necesario dejar que ese aire pase inmediatamente a través de la chimenea. Se puede almacenar durante algún tiempo antes de pasar por las turbinas y subir por la chimenea. Algunos conceptos proponen mejorar aún más la capacidad de almacenamiento añadiendo grandes tanques de agua como sumideros térmicos debajo del invernadero. Sin embargo, como todo almacenamiento térmico, tiene una duración limitada, ya que el aire del invernadero empieza a perder energía cuando se pone el sol y baja la temperatura ambiente.

La ingeniería simple nos dice que la producción potencial de energía depende principalmente de la cantidad de aire caliente que se tiene para hacer girar la turbina y de cuánto se puede hacer que se mueva. Por lo tanto, un área de colector de invernadero más grande tendrá más potencial de energía. También lo será una chimenea más alta, lo que creará una mayor diferencia de presión entre el aire caliente al nivel del suelo y el aire ambiente más frío en la parte superior. Como se puede imaginar, no hay una gran cantidad de energía acumulada en el aire que acaba de ser se calentó un poco por el sol. Por lo tanto, para obtener un rendimiento significativo, necesitarás un colector enorme y una chimenea enorme. Si se pregunta acerca de la escala, considere chimeneas de muchos cientos de metros de altura e invernaderos medidos en kilómetros cuadrados.

Como guía, un proyecto propuesto en Australia Occidental prometió generar 200 MW de potencia. ¿La compensación? Se trataba de una torre de 1 km de altura y un colector de 10 km de diámetro, cuya construcción costó 1.67 millones de dólares. El equipo de ingeniería detrás de la idea, Schlaich Bergermann and Partner, señaló que las torres de corriente ascendente solar en realidad sólo tienen sentido a estas escalas masivas. Las instalaciones más pequeñas no son competitivas en términos de costos con los paneles solares fotovoltaicos, pero las más grandes sí pueden serlo. Las grandes instalaciones producen suficiente energía para compensar los enormes costos de construcción, y el mantenimiento continuo es barato, ya que en realidad sólo implica mantener las turbinas y el generador en funcionamiento. Así, por ejemplo, no hay paneles sucios que limpiar.

En general, las torres de corriente ascendente solar han seguido siendo en gran medida conceptuales, con pocos proyectos del mundo real construidos. El mejor ejemplo de una torre de corriente ascendente solar real fue un esfuerzo a pequeña escala construido en Manzanares, un lugar al sur de Madrid, España, en 1982. Fue construido para una potencia de 50 kW y estaba previsto que funcionara durante solo 3 años. Al final funcionó durante 7 años, antes de colapsar en 1989 debido a los vientos tormentosos y los vientos corroídos que sostenían la torre de 194 metros. La chimenea se combinó con un colector de 244 metros de diámetro, utilizando una combinación de membranas de vidrio y plástico para crear el invernadero.

Más recientemente, otros proyectos piloto han experimentado con esta tecnología. Investigadores de Botswana experimentaron con una construcción a pequeña escala de sólo 22 metros de altura con un pequeño colector de 15 metros de diámetro. Desde entonces, el país ha recurrido a conceptos de energía fotovoltaica y solar concentrada.

Los esfuerzos chinos llegaron un poco más lejos, pero no mucho. En Jinshawan, un proyecto de 200 millones de dólares supuso la construcción de una torre solar en tierras desérticas de nuevo en 2010. Combinó la generación de corriente ascendente solar con una puerta de entrada de aire especial que también le permitió capturar energía de los vientos predominantes. Los grandes planes eran ver la construcción expandirse en múltiples fases para eventualmente generar 27.5 megavatios, pero nunca estuvo cerca. Sólo alcanzaba 200 kilovatios y los paneles de vidrio del colector del invernadero se rompían. Originalmente se suponía que tendría una chimenea de 200 metros de altura, pero debido al aeropuerto cercano, solo se pudo construir hasta 50 metros. Esto limitó en gran medida el diferencial de presión disponible para ayudar a generar energía a partir del aire calentado. El proyecto continuó por muchos años, pero ha causado poca impresión.

Las torres de corriente solar ascendente son un concepto interesante, sin duda. Se basan en física simple y son fáciles de entender. Sin embargo, para generar energía significativa, se necesitan grandes extensiones de terreno y torres increíblemente altas. Plantean una gran cantidad de desafíos, muchos de los cuales están simplemente relacionados con la construcción y el uso del suelo, y conllevan muchas incógnitas.

En comparación, ahora hemos aprendido a colocar paneles solares en todas las superficies planas que sobran y somos capaces de generar enormes cantidades de energía a través de esa ruta. Diablos, están incluso pegándolos en agua ahora. Pocos gobiernos o empresas querrían aceptar un proyecto de generación de energía imposible que implique una construcción a gran escala cuando hay caminos más fáciles por recorrer. Parece que la tecnología ha avanzado mucho más allá del punto en el que las chimeneas solares ascendentes podrían ser viables, pero ¡quién sabe! Quizás algún día, alguien con mucho dinero y gusto por los megaproyectos pueda volver a hacer uno realidad.

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