Camini solari: soluzione energetica valida o molta aria calda?

Pensiamo che l’energia che generiamo provenga da tutti questi diversi tipi di fonti. Petrolio, gas, carbone, nucleare, eolico... così vario! Eppure fondamentalmente si riducono tutti a spostare un gas attraverso una turbina per azionare effettivamente un generatore e produrre un po' di succo. Anche alcuni impianti solari funzionavano in questo modo, utilizzando l'energia del sole per riscaldare l'acqua e trasformarla in vapore per far girare alcune pale e tenere accese le luci.

Anche una torre solare ascensionale funziona secondo questi principi di base, ma in una configurazione piuttosto unica. È dagli albori dell'era industriale che l'umanità non è andata in giro a costruire grandi ciminiere, e se questa tecnologia ha senso, potremmo essere nuovamente dovuti. Scopriamo come funziona e se vale la pena di tutte queste spacconate o se sono solo chiacchiere.

Mi fai girare su, tesoro, su

Il concetto di torre solare ascensionale è relativamente semplice da capire. L'idea è quella di creare una grande struttura tipo serra che circonda un alto camino verticale. Quando l'energia solare passa attraverso il vetro della serra, riscalda l'aria all'interno, il pavimento e altri contenuti. Poiché la serra non è, in generale, completamente aperta all'atmosfera, il calore non può dissiparsi facilmente per convezione, quindi l'aria all'interno tende a diventare più calda della temperatura ambiente. Cioè, ad eccezione del camino. Man mano che l'aria sotto la serra diventa più calda, diventa meno densa e quindi, a causa delle forze di galleggiamento, desidera viaggiare verso l'alto e l'unica via d'uscita è attraverso il camino. È quindi possibile installare delle turbine alla base del camino per catturare l'energia dell'aria mentre sale ed esce dalla torre.

Oltre alla semplice generazione di energia, la torre solare ascensionale offre anche qualche potenziale per l’accumulo di energia, proprio come una diga idroelettrica. Il sole può essere utilizzato per riscaldare l'aria sotto la serra, ma non è necessario che l'aria passi immediatamente attraverso il camino. Può essere immagazzinato per un po' di tempo prima di passare attraverso le turbine e su per il camino. Alcuni concetti propongono di migliorare ulteriormente la capacità di stoccaggio aggiungendo grandi serbatoi d’acqua come pozzi termici sotto la serra. Tuttavia, come tutti gli accumulatori termici, è limitato nel tempo, poiché l'aria nella serra inizia a perdere energia quando il sole tramonta e la temperatura ambiente diminuisce.

L'ingegneria semplice ci dice che la potenza potenziale dipende principalmente dalla quantità di aria calda necessaria per far girare la turbina e da quanto è possibile farla muovere. Pertanto, un’area di raccolta della serra più ampia avrà un potenziale energetico maggiore. Lo stesso vale per un camino più alto, che creerà una maggiore differenza di pressione tra l'aria calda al livello del suolo e l'aria ambiente più fresca nella parte superiore. Come potete immaginare, non c'è un'enorme quantità di energia racchiusa nell'aria che è appena stata scaldato un po' dal sole. Quindi, per ottenere una produzione significativa, avresti bisogno di un enorme collettore e di un enorme camino. Se ti stai chiedendo quale sia la scala, dovresti considerare i camini alti molte centinaia di metri e le serre misurate in chilometri quadrati.

Come una guida, un progetto proposto nell'Australia occidentale ha promesso di generare 200 MW di potenza. Il compromesso? Si trattava di una torre alta 1 km e di un collettore di 10 km di diametro, da costruire per un costo di 1.67 miliardi di dollari. Il team di ingegneri dietro l’idea, Schlaich Bergermann and Partner, ha notato che le torri solari ascensionali hanno davvero senso solo su queste enormi scale. Le installazioni più piccole non sono competitive in termini di costi con i pannelli solari fotovoltaici, ma quelle più grandi sì. Le grandi strutture producono abbastanza energia per compensare gli enormi costi di costruzione, e la manutenzione continua è economica, poiché in realtà implica solo il mantenimento delle turbine e del generatore attivi e funzionanti. Non ci sono pannelli sporchi da pulire, ad esempio.

Nel complesso, le torri solari ascensionali sono rimaste in gran parte concettuali, con pochi progetti reali realizzati. Il miglior esempio di una vera torre solare ascensionale era uno sforzo su piccola scala costruito a Manzanares, una località a sud di Madrid, Spagna nel 1982. Fu costruito per una potenza di 50 kW e destinato a funzionare per soli 3 anni. Alla fine durò 7 anni, prima di crollare nel 1989 a causa dei venti tempestosi e dei tiranti corrosi che reggevano la torre alta 194 metri. Il camino è stato abbinato a un collettore del diametro di 244 metri, utilizzando una combinazione di membrane di vetro e plastica per creare la serra.

Più recentemente, altri progetti pilota hanno sperimentato la tecnologia. I ricercatori in Botswana hanno sperimentato una costruzione su piccola scala di soli 22 metri di altezza con un piccolo collettore di 15 metri di diametro. Da allora il paese ha guardato al fotovoltaico e all’energia solare concentrata.

Gli sforzi cinesi sono andati un po’ oltre, ma non di molto. A Jinshawan, un progetto da 200 milioni di dollari ha visto la costruzione di una torre solare su terre deserte indietro nel 2010. Ha combinato la generazione di correnti ascensionali solari con una speciale porta di ingresso dell’aria che gli ha permesso di catturare energia anche dai venti dominanti. I grandi piani prevedevano di vedere la costruzione espandersi in più fasi per generare alla fine 27.5 megawatt, ma non ci si è mai avvicinati. Ha raggiunto solo 200 kilowatt ed è stato afflitto dalla frantumazione dei pannelli di vetro nel collettore della serra. Originariamente avrebbe dovuto avere un camino alto 200 metri, ma la vicinanza di un aeroporto ha fatto sì che potesse essere costruito solo fino a 50 metri. Ciò limitava notevolmente il differenziale di pressione disponibile per contribuire a generare energia dall'aria riscaldata. Il progetto è continuato per molti anni, ma ha fatto poca impressione.

Le torri solari ascensionali sono sicuramente un concetto interessante. Si basano su una fisica semplice e sono facili da capire. Tuttavia, per generare energia significativa, richiedono enormi tratti di terra e torri incredibilmente alte. Esse pongono un gran numero di sfide, molte delle quali sono semplicemente legate all’edilizia e all’uso del territorio, e comportano molte incognite.

In confronto, ora abbiamo imparato come attaccare i pannelli solari su ogni superficie piana e siamo in grado di generare energia enormi quantità di energia attraverso quel percorso. Cavolo, sono pari attaccandoli sull'acqua adesso. Pochi governi o aziende sarebbero disposti ad accettare un progetto di generazione di energia campestre che prevede la costruzione su vasta scala quando ci sono strade più facili da percorrere. Sembra che la tecnologia abbia superato il punto in cui i camini solari ascensionali potrebbero essere praticabili, ma chi lo sa! Forse un giorno qualcuno con una grande quantità di denaro e un gusto per i megaprogetti potrebbe trasformarne uno in realtà ancora una volta.

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