Päikesekorstnad: elujõuline energialahendus või palju kuuma õhku?

Arvame, et meie genereeritav jõud pärineb kõigist nendest erinevatest allikatest. Nafta, gaas, kivisüsi, tuumaenergia, tuul… nii erinevad! Ja ometi taanduvad kõik põhimõtteliselt gaasi liigutamisele läbi turbiini, et generaator üles keerata ja mahla teha. Isegi mõned päikesejaamad töötasid sel viisil, kasutades päikeseenergiat vee auruks soojendamiseks, et keerata mõned labad ja hoida tuled põlema.

Päikeseenergia ülesvoolu torn töötab samuti nende põhiprintsiipide järgi, kuid üsna ainulaadses konfiguratsioonis. Inimkond ei ehitanud palju suuri korstnaid alates tööstusajastu koidikust ja kui see tehnoloogia on mõistlik, võiksime seda uuesti teha. Uurime välja, kuidas see toimib ja kas see on kõike seda pahviks väärt või on see lihtsalt hunnik kuuma õhku.

Sa keerutad mind otse üles, kallis, otse üles

Päikeseenergia ülesvoolu torni kontseptsioonist on suhteliselt lihtne aru saada. Idee on luua suur kasvuhoone-tüüpi struktuur, mis ümbritseb kõrget vertikaalset korstnat. Kuna päikeseenergia läbib kasvuhoone klaasi, soojendab see nii siseõhku kui ka põrandat ja muud sisu. Kuna kasvuhoone ei ole üldiselt atmosfäärile täielikult avatud, ei saa soojus konvektsiooni teel kergesti ära minna ja seetõttu kipub sees olev õhk muutuma ümbritsevast temperatuurist kuumemaks. See tähendab, välja arvatud korsten. Kasvuhoone all oleva õhu soojenedes muutub see vähem tihedaks ja seetõttu soovib see ujuvusjõudude mõjul liikuda ülespoole ning ainuke väljapääs on korstna kaudu. Seega on võimalik paigaldada korstna põhja turbiinid, et koguda energiat sellest õhust, kui see liigub tornist üles ja välja.

Lisaks lihtsale energiatootmisele pakub päikeseenergia ülesvoolu torn ka teatud potentsiaali energia salvestamiseks, sarnaselt hüdroelektrijaama tammiga. Päikest saab kasutada kasvuhoone all oleva õhu soojendamiseks, kuid seda õhku ei pea kohe korstnast läbi laskma. Seda saab mõnda aega säilitada, enne kui see läbi turbiinide ja virnast üles tõsta. Mõnede kontseptsioonide kohaselt tuleks hoiustamisvõimet veelgi parandada, lisades kasvuhoone alla suured veepaagid. Kuid nagu kõik soojussalvestid, on see ajaliselt piiratud, kuna kasvuhoone õhk hakkab päikese loojumisel ja ümbritseva õhu temperatuuri langemisel energiat kaotama.

Lihtne tehnika ütleb meile, et potentsiaalne väljundvõimsus sõltub peamiselt sellest, kui palju sooja õhku teil on turbiini pööramiseks ja kui palju saate selle liikuma panna. Seega on suuremal kasvuhoonekollektoripinnal suurem võimsuspotentsiaal. Sama teeb ka kõrgem korsten, mis tekitab suurema rõhuerinevuse maapinnal oleva kuuma õhu ja ülaosas jahedama välisõhu vahel. Nagu võite ette kujutada, pole õhku pakendatud tohutul hulgal energiat, mis on just olnud soojendas veidi päikese poolt. Seega on märkimisväärse väljundi saamiseks vaja tohutut kollektorit ja tohutut korstnat. Kui teid huvitab mastaapsus, võiksite kaaluda sadade meetrite kõrguseid korstnaid ja ruutkilomeetrites mõõdetavaid kasvuhooneid.

Juhendina üks kavandatud projekt Lääne-Austraalias lubas toota 200 MW võimsust. Kompromiss? See hõlmas 1 km kõrgust torni ja 10 km läbimõõduga kollektorit, mille ehitamine läks maksma 1.67 miljardit dollarit. Idee taga olnud insenerimeeskond Schlaich Bergermann ja partner märkisid, et päikeseenergia ülesvoolutornid on tõesti mõttekad ainult nendes tohututes mastaapides. Väiksemad paigaldised ei ole fotogalvaaniliste päikesepaneelidega konkurentsivõimelised, kuid suuremad võivad olla. Suured rajatised toodavad tohutute ehituskulude katmiseks piisavalt võimsust ja pidev hooldus on odav, kuna see hõlmab tegelikult ainult turbiinide ja generaatori töös hoidmist. Pole näiteks määrdunud paneele, mida puhastada.

Üldiselt on päikeseenergia ülesvoolu tornid jäänud suures osas kontseptuaalseks, reaalseid projekte on ehitatud vähe. Parim näide tegelikust päikeseenergia ülesvoolu tornist oli Manzanaresesse ehitatud väikesemahuline jõupingutus1982. aastal Hispaanias Madridist lõunas asuv piirkond. See ehitati 50 kW võimsuseks ja oli mõeldud töötama vaid 3 aastat. See töötas lõpuks 7 aastat, enne kui kukkus 1989. aastal tormituulte ja 194-meetrist torni üleval hoidvate roostetatud juhtmete tõttu kokku. Korsten ühendati 244-meetrise läbimõõduga kollektoriga, kasutades kasvuhoone loomisel klaas- ja plastmembraanide kombinatsiooni.

Viimasel ajal on seda tehnoloogiat katsetanud ka teised pilootprojektid. Botswana teadlased katsetasid väikese, vaid 22 meetri kõrguse konstruktsiooniga väikese 15-meetrise läbimõõduga kollektoriga. Sellest ajast peale on riik vaadanud fotogalvaanilise ja kontsentreeritud päikeseenergia kontseptsioonide poole.

Hiina jõupingutused jõudsid veidi kaugemale, kuid mitte palju. Jinshawanis ehitati 200 miljoni dollari suuruse projekti raames kõrbemaadele päikesetorn tagasi 2010. See ühendas päikeseenergia ülesvoolu genereerimise spetsiaalse õhusissepääsuuksega, mis võimaldas tal koguda energiat ka valitsevatest tuultest. Suured plaanid olid näha, et ehitus laieneb mitmes etapis, et lõpuks toota 27.5 megavatti, kuid see ei jõudnud kunagi lähedale. See saavutas vaid 200 kilovatti ja seda vaevasid kasvuhoonekollektoris purunenud klaaspaneelid. Algselt pidi sellel olema 200 meetri kõrgune korsten, kuid lähedal asuv lennujaam tähendas, et selle sai ehitada vaid 50 meetri kõrguseks. See piiras oluliselt olemasolevat rõhuerinevust, mis aitab kuumutatud õhust energiat toota. Projekt jätkus mitu aastat, kuid on vähe muljet jätnud.

Päikeseenergia ülesvoolu tornid on kindlasti huvitav kontseptsioon. Need põhinevad lihtsal füüsikal ja on kergesti mõistetavad. Mõtetava jõu genereerimiseks vajavad nad aga tohutuid maa-alasid ja uskumatult kõrgeid torne. Need kujutavad endast suurt hulka väljakutseid, millest paljud on lihtsalt seotud ehituse ja maakasutusega ning nendega kaasneb palju tundmatuid.

Võrdluseks, oleme nüüd õppinud, kuidas kleepida päikesepaneele igale tasasele pinnale, ja suudame genereerida tohutul hulgal võimsust sellel teel. Pagan, nad on võrdsed kleepige need nüüd vee peale. Vähesed valitsused või ettevõtted tahaksid leppida elektritootmisprojektiga, mis hõlmab suuremahulist ehitust, kui on lihtsamad teed. Tundub, et tehnoloogia on jõudnud kaugele punktist, kus päikeseenergia ülesvoolu korstnad võivad olla elujõulised, kuid kes teab! Võib-olla võib keegi, kellel on palju raha ja maitseb megaprojektide järele, ühel päeval selle taas teoks teha.

• SEO-põhise sisu ja PR-levi. Võimenduge juba täna.
• PlatoData.Network Vertikaalne generatiivne Ai. Jõustage ennast. Juurdepääs siia.
• PlatoAiStream. Web3 luure. Täiustatud teadmised. Juurdepääs siia.
• PlatoESG. Süsinik, CleanTech, Energia, Keskkond päikeseenergia, Jäätmekäitluse. Juurdepääs siia.
• PlatoTervis. Biotehnoloogia ja kliiniliste uuringute luureandmed. Juurdepääs siia.
• Allikas: https://hackaday.com/2024/01/15/solar-chimneys-viable-energy-solution-or-a-lot-of-hot-air/