Солнечные дымоходы: жизнеспособное энергетическое решение или много горячего воздуха?

Мы думаем, что энергия, которую мы генерируем, исходит из всех этих различных источников. Нефть, газ, уголь, атомная энергия, ветер… так разнообразно! И все же, по сути, все они сводятся к прохождению газа через турбину, чтобы раскрутить генератор и произвести немного сока. Даже некоторые солнечные электростанции работали таким образом, используя солнечную энергию для нагрева воды в пар, чтобы вращать лопасти и поддерживать свет.

Солнечная башня с восходящим потоком воздуха также работает по этим основным принципам, но в довольно уникальной конфигурации. Человечество не строило множество больших дымоходов с самого начала индустриальной эпохи, и если эта технология имеет смысл, мы могли бы снова появиться на свет. Давайте выясним, как это работает и стоит ли это всех бахвальств, или это просто пустая болтовня.

Ты раскручиваешь меня вверх, детка, прямо вверх

Идея солнечной восходящей башни относительно проста для понимания. Идея состоит в том, чтобы создать большую конструкцию типа теплицы, окружающую высокий вертикальный дымоход. Когда солнечная энергия проходит через стекло теплицы, она нагревает воздух внутри, а также пол и другое содержимое. Поскольку теплица, по большому счету, не полностью открыта для атмосферы, тепло не может легко уйти за счет конвекции, и поэтому воздух внутри имеет тенденцию становиться горячее, чем температура окружающей среды. То есть, кроме дымохода. По мере того, как воздух под теплицей становится теплее, он становится менее плотным и, таким образом, из-за сил плавучести он стремится подняться вверх, и единственный выход — через дымоход. Таким образом, можно установить турбины в основании дымохода для улавливания энергии из воздуха, когда он поднимается вверх и выходит из башни.

Помимо простого производства электроэнергии, солнечная башня с восходящим потоком также предлагает некоторый потенциал для хранения энергии, подобно плотине гидроэлектростанции. Солнце можно использовать для нагрева воздуха под теплицей, но не обязательно сразу же пропускать этот воздух через дымоход. Его можно хранить некоторое время, прежде чем пропустить через турбины и вверх по дымовой трубе. Некоторые концепции предлагают еще больше улучшить возможности хранения за счет добавления больших резервуаров для воды в качестве теплоотводов под теплицей. Однако, как и любое тепловое хранилище, оно ограничено по времени, поскольку воздух в теплице начинает терять энергию, когда солнце садится и температура окружающей среды падает.

Простая инженерия говорит нам, что потенциальная выходная мощность в первую очередь зависит от того, сколько теплого воздуха вам нужно, чтобы вращать турбину, и насколько вы можете заставить ее двигаться. Таким образом, большая площадь коллектора теплицы будет иметь больший энергетический потенциал. То же самое произойдет и с более высоким дымоходом, который создаст большую разницу давлений между горячим воздухом на уровне земли и более прохладным окружающим воздухом наверху. Как вы можете себе представить, в воздухе, который только что прошел, не так уж много энергии. немного согрелся солнцем. Таким образом, чтобы получить значительную производительность, вам понадобятся огромный коллектор и огромный дымоход. Если вас интересует масштаб, вам следует рассмотреть дымоходы высотой во многие сотни метров и теплицы размером в квадратные километры.

В качестве ориентира один предлагаемый проект в Западной Австралии пообещал выработать 200 МВт электроэнергии. Компромисс? Он включал в себя башню высотой 1 км и коллектор диаметром 10 км, стоимость строительства которого составила 1.67 миллиарда долларов. Команда инженеров, стоящая за этой идеей, Шлайх Бергерманн и партнер, отметила, что солнечные башни с восходящим потоком воздуха действительно имеют смысл только в таких огромных масштабах. Небольшие установки не могут конкурировать по стоимости с фотоэлектрическими солнечными панелями, но более крупные могут быть конкурентоспособными. Крупные объекты производят достаточно энергии, чтобы компенсировать огромные затраты на строительство, а текущее обслуживание обходится дешево, поскольку на самом деле оно просто включает в себя поддержание турбин и генератора в рабочем состоянии. Например, нет грязных панелей, которые нужно чистить.

В целом, солнечные башни с восходящим потоком воздуха остались в основном концептуальными, и было построено лишь несколько реальных проектов. Лучшим примером настоящей солнечной восходящей башни был небольшой проект, построенный в Мансанаресе, место к югу от Мадрида, Испания, в 1982 году. Он был построен на мощность 50 кВт и рассчитан на эксплуатацию всего 3 года. В итоге она проработала 7 лет, прежде чем рухнула в 1989 году из-за штормового ветра и коррозии растяжек, поддерживающих 194-метровую башню. Дымоход был соединен с коллектором диаметром 244 метра, в котором для создания теплицы использовалась комбинация стекла и пластиковых мембран.

Совсем недавно другие пилотные проекты экспериментировали с этой технологией. Исследователи из Ботсваны экспериментировали с небольшой постройкой высотой всего 22 метра с небольшим коллектором диаметром 15 метров. Вместо этого страна с тех пор обратилась к концепциям фотоэлектрической и концентрированной солнечной энергии.

Усилия Китая продвинулись немного дальше, но ненамного. В Цзиньшаване в рамках проекта стоимостью 200 миллионов долларов на пустынной территории была построена солнечная башня. еще в 2010. Он сочетал в себе генерацию восходящего потока солнечной энергии со специальной дверью для входа воздуха, которая позволяла улавливать энергию и от преобладающих ветров. Большие планы заключались в том, чтобы построить строительство в несколько этапов, чтобы в конечном итоге вырабатывать 27.5 мегаватт, но этого так и не удалось достичь. Он достиг всего 200 киловатт, и ему мешали разбитые стеклянные панели в коллекторе теплицы. Первоначально предполагалось, что дымоход будет иметь высоту 200 метров, но из-за близлежащего аэропорта его можно было построить только до 50 метров. Это значительно ограничивало перепад давления, необходимый для выработки электроэнергии из нагретого воздуха. Проект продолжился в течение нескольких лет, но произвел мало впечатления.

Солнечные башни с восходящим потоком воздуха, безусловно, представляют собой интересную концепцию. Они основаны на простой физике и их легко понять. Однако для генерации значимой энергии им требуются огромные участки земли и невероятно высокие башни. Они создают множество проблем, многие из которых просто связаны со строительством и землепользованием, и сопряжены с большим количеством неизвестных.

Для сравнения, теперь мы научились прикреплять солнечные панели на каждую свободную плоскую поверхность и можем генерировать огромное количество энергии по этому маршруту. блин, они даже теперь приклеиваем их к воде. Лишь немногие правительства или предприятия захотят принять грандиозный проект по производству электроэнергии, предполагающий крупномасштабное строительство, когда есть более простые пути. Кажется, что технологии далеко прошли ту точку, когда солнечные дымоходы с восходящим потоком могли бы быть жизнеспособными, но кто знает! Возможно, однажды кто-то с большим количеством денег и вкусом к мегапроектам сможет снова воплотить один из них в жизнь.

• SEO-контент и PR-распределение. Получите усиление сегодня.
• PlatoData.Network Вертикальный генеративный ИИ. Расширьте возможности себя. Доступ здесь.
• ПлатонАйСтрим. Интеллект Web3. Расширение знаний. Доступ здесь.
• ПлатонЭСГ. Углерод, чистые технологии, Энергия, Окружающая среда, Солнечная, Управление отходами. Доступ здесь.
• ПлатонЗдоровье. Биотехнологии и клинические исследования. Доступ здесь.
• Источник: https://hackaday.com/2024/01/15/solar-chimneys-viable-energy-solution-or-a-lot-of-hot-air/