태양열 굴뚝: 실행 가능한 에너지 솔루션인가, 아니면 많은 양의 열기인가?

우리는 우리가 생산하는 힘이 다양한 종류의 원천에서 나온다고 생각합니다. 석유, 가스, 석탄, 원자력, 풍력… 정말 다양해요! 그럼에도 불구하고 그들은 근본적으로 터빈을 통해 가스를 이동시켜 실제로 발전기를 회전시키고 주스를 만드는 것으로 귀결됩니다. 일부 태양광 발전소도 이런 방식으로 작동했습니다. 태양 에너지를 사용하여 물을 가열하여 증기로 만들고 일부 블레이드를 회전시키고 조명을 계속 켜는 방식이었습니다.

태양열 상승 기류 타워 역시 이러한 기본 원리에 따라 작동하지만 다소 독특한 구성으로 작동합니다. 인류가 큰 굴뚝을 많이 건설한 것은 산업 시대 이후가 아니었습니다. 이 기술이 타당하다면 우리는 다시 돌아올 수 있을 것입니다. 그것이 어떻게 작동하는지, 그리고 그것이 모든 큰 소리를 낼 만한 가치가 있는지, 아니면 단지 뜨거운 공기 덩어리인지 알아봅시다.

당신은 나를 제대로 회전시켜, 자기야, 바로 위로

태양 상승 기류 타워의 개념은 이해하기 비교적 간단합니다. 아이디어는 높은 수직 굴뚝을 둘러싸는 대형 온실형 구조를 만드는 것입니다. 태양 에너지가 온실 유리를 통과하면서 내부 공기는 물론 바닥과 기타 내용물도 가열됩니다. 온실은 대체로 대기에 완전히 개방되어 있지 않기 때문에 대류에 의해 열이 쉽게 빠져나갈 수 없으므로 내부 공기는 주변 온도보다 더 뜨거워지는 경향이 있습니다. 즉, 굴뚝을 제외하고. 온실 아래의 공기가 따뜻해지면 밀도가 낮아져 부력으로 인해 위쪽으로 이동하려고 하며 유일한 탈출구는 굴뚝을 통해서입니다. 따라서 굴뚝 바닥에 터빈을 설치하여 공기가 타워 위로 올라가거나 나올 때 에너지를 포착하는 것이 가능합니다.

단순한 발전을 넘어, 태양열 상승 기류 타워는 수력 발전 댐과 마찬가지로 에너지 저장에 대한 잠재력도 제공합니다. 태양은 온실 아래의 공기를 가열하는 데 사용될 수 있지만 그 공기가 즉시 굴뚝을 통과하도록 허용할 필요는 없습니다. 터빈을 통과하여 굴뚝 위로 올라가기 전에 일정 시간 동안 저장될 수 있습니다. 일부 개념에서는 온실 아래에 열 흡수원으로 대형 물 탱크를 추가하여 저장 능력을 더욱 향상시킬 것을 제안합니다. 그러나 모든 열 저장 장치와 마찬가지로 시간 제한이 있습니다. 해가 지고 주변 온도가 떨어지면 온실 안의 공기가 에너지를 잃기 시작하기 때문입니다.

간단한 엔지니어링에 따르면 잠재적인 전력 출력은 주로 터빈을 돌리는 데 필요한 따뜻한 공기의 양과 터빈을 움직일 수 있는 양에 따라 달라집니다. 따라서 더 큰 온실 수집 공간은 더 많은 전력 잠재력을 갖게 됩니다. 굴뚝이 커질수록 지상의 뜨거운 공기와 상부의 차가운 주변 공기 사이에 더 큰 압력 차이가 발생합니다. 여러분이 상상할 수 있듯이, 방금 공기 중에 압축된 엄청난 양의 에너지는 없습니다. 좀 따뜻해졌어 태양으로. 따라서 상당한 생산량을 얻으려면 거대한 수집기와 거대한 굴뚝이 필요할 것입니다. 규모가 궁금하다면 수백 미터 높이의 굴뚝과 평방 킬로미터 단위로 측정된 온실을 고려해 보세요.

가이드로써, 서호주에서 제안된 프로젝트 중 하나 200MW의 전력을 생산하겠다고 약속했습니다. 절충안? 1km 높이의 타워와 직경 10km의 수집기가 필요하며 1.67억 XNUMX천만 달러의 비용으로 건설되었습니다. 아이디어를 뒷받침하는 엔지니어링 팀인 Schlaich Bergermann과 파트너는 태양광 상승 기류 타워가 실제로 이러한 대규모 규모에서만 의미가 있다고 지적했습니다. 소규모 설치는 광전지 태양광 패널과 비용 경쟁력이 없지만 대규모 설치는 가능합니다. 대규모 시설은 막대한 건설 비용을 상쇄할 만큼 충분한 전력을 생산하며, 실제로는 터빈과 발전기를 가동 및 가동시키는 것만 포함되므로 지속적인 유지 관리 비용이 저렴합니다. 예를 들어, 청소해야 할 더러운 패널이 없습니다.

대체로 태양광 상승 기류 타워는 거의 개념적으로만 남아 있으며 실제 프로젝트는 거의 건설되지 않았습니다. 실제 태양 상승 기류 타워의 가장 좋은 예는 다음과 같습니다. Manzanares에 구축된 소규모 노력, 1982년 스페인 마드리드 남부 지역. 출력 50kW로 건설되었으며 단 3년 동안 운영될 예정이었습니다. 결국 7년 동안 운영되다가 1989m 높이의 타워를 지탱하는 강풍과 부식된 와이어로 인해 194년에 무너졌습니다. 굴뚝은 유리와 플라스틱 멤브레인의 조합을 사용하여 온실을 만드는 직경 244m의 수집기와 짝을 이루었습니다.

최근에는 다른 파일럿 프로젝트에서 이 기술을 실험했습니다. 보츠와나의 연구원들은 직경 22m의 작은 수집기를 사용하여 높이가 15m에 불과한 소규모 구축을 실험했습니다. 대신 그 나라는 광전지 및 집중형 태양광 발전 개념을 모색해 왔습니다.

중국의 노력은 조금 더 나아갔지만 크게 나아지지는 않았습니다. 진샤완(Jinshawan)에서는 200억 달러 규모의 프로젝트로 사막 지역에 태양광 타워를 건설했습니다. 다시 2010의. 이는 태양 상승 기류 생성과 특수 공기 유입 도어를 결합하여 우세한 바람으로부터도 전력을 포획할 수 있게 했습니다. 큰 계획은 빌드가 여러 단계로 확장되어 결국 27.5메가와트를 생성하는 것이었지만 결코 근접하지 못했습니다. 단지 200kW에 불과했고 온실 수집기의 유리 패널이 부서지는 문제를 겪었습니다. 원래는 굴뚝 높이가 200m로 계획됐지만 근처 공항 때문에 50m까지만 지을 수 있었다. 이로 인해 가열된 공기로부터 전력을 생성하는 데 사용할 수 있는 압력 차이가 크게 제한되었습니다. 프로젝트는 계속됐다 몇 년 동안, 그러나 거의 인상을 남기지 않았습니다.

태양 상승 기류 타워는 확실히 흥미로운 개념입니다. 그들은 간단한 물리학에 의존하고 이해하기 쉽습니다. 그러나 의미 있는 전력을 생산하려면 거대한 토지와 엄청나게 높은 타워가 필요합니다. 이는 수많은 문제를 야기하며 그 중 다수는 단순히 건설 및 토지 이용과 관련되어 있으며 알려지지 않은 것들이 많이 있습니다.

이에 비해 우리는 이제 여분의 모든 평평한 표면에 태양 전지판을 부착하는 방법을 배웠습니다. 그 경로를 통해 엄청난 양의 전력이 공급됩니다.. 도대체 그들은 심지어 지금 물 위에 붙이세요. 더 쉬운 경로가 있을 때 대규모 건설이 포함된 뾰족한 발전 프로젝트를 수락하려는 정부나 기업은 거의 없습니다. 기술은 태양 상승 기류 굴뚝이 실행 가능한 지점을 훨씬 지나서 발전한 것 같지만 누가 알겠는가! 어쩌면 언젠가는 돈이 많고 대규모 프로젝트에 대한 취향을 가진 누군가가 다시 한번 현실로 만들 수도 있을 것입니다.

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