Solarni dimniki: učinkovita energetska rešitev ali veliko vročega zraka?

Mislimo, da moč, ki jo ustvarjamo, prihaja iz vseh teh različnih vrst virov. Nafta, plin, premog, jedrska energija, veter … tako raznoliko! In vendar se vsi v bistvu spustijo na premikanje plina skozi turbino, da se dejansko zavrti generator in proizvede nekaj soka. Celo nekatere sončne elektrarne so delovale na ta način in so izkoriščale sončno energijo za segrevanje vode v paro, ki je vrtela nekaj rezil in ohranjala prižgane luči.

Tudi sončni stolp deluje po teh osnovnih načelih, vendar v precej edinstveni konfiguraciji. Človeštvo že od zore industrijske dobe ni gradilo veliko velikih dimnikov, in če je ta tehnologija smiselna, bi se lahko spet srečali. Ugotovimo, kako deluje in ali je vredno vsega hlastanja ali je le kup vročega zraka.

You Spin Me Right Up, Baby, Right Up

Koncept sončnega stolpa navzgor je razmeroma preprost za razumevanje. Ideja je ustvariti veliko strukturo tipa rastlinjaka, ki obdaja visok navpični dimnik. Ko sončna energija prehaja skozi steklo rastlinjaka, segreje zrak v notranjosti ter tla in drugo vsebino. Ker rastlinjak na splošno ni popolnoma odprt za atmosfero, toplota ne more hitro preiti s konvekcijo, zato zrak v njem postane bolj vroč kot temperatura okolja. Se pravi, razen dimnika. Ko se zrak pod rastlinjakom segreva, postaja manj gost in tako zaradi vzgonskih sil želi potovati navzgor, edini izhod pa je skozi dimnik. Tako je možno namestiti turbine na dno dimnika, da zajamejo energijo iz tega zraka, ko ta potuje navzgor in iz stolpa.

Poleg preproste proizvodnje električne energije stolp s sončnim tokom navzgor ponuja tudi nekaj možnosti za shranjevanje energije, podobno kot jez hidroelektrarne. S soncem lahko segrevamo zrak pod rastlinjakom, vendar tega zraka ni treba takoj pustiti skozi dimnik. Lahko se hrani nekaj časa, preden gre skozi turbine in navzgor po dimniku. Nekateri koncepti predlagajo nadaljnje izboljšanje zmogljivosti shranjevanja z dodajanjem velikih rezervoarjev za vodo kot toplotnih ponorov pod rastlinjakom. Vendar pa je, tako kot vsa toplotna skladišča, časovno omejen, saj zrak v rastlinjaku začne izgubljati energijo, ko sonce zaide in temperatura okolja pade.

Enostavno inženirstvo nam pove, da je potencialna izhodna moč odvisna predvsem od tega, koliko toplega zraka imate, da obrnete turbino, in koliko jo lahko spravite v gibanje. Tako bo večja površina zbiralnika rastlinjaka imela večji energetski potencial. Enako velja za višji dimnik, ki bo ustvaril večjo tlačno razliko med vročim zrakom pri tleh in hladnejšim zunanjim zrakom na vrhu. Kot si morda predstavljate, zrak, ki je bil pravkar v zraku, ni ogromna količina energije malo ogrel po soncu. Če želite doseči znatno moč, potrebujete ogromen kolektor in ogromen dimnik. Če se sprašujete o obsegu, bi želeli razmisliti o dimnikih, visokih več sto metrov, in rastlinjakih, merjenih v kvadratnih kilometrih.

Kot vodilo en predlagani projekt v Zahodni Avstraliji obljubil, da bo proizvedel 200 MW električne energije. Kompromis? Vključevala je 1 km visok stolp in kolektor s premerom 10 km, ki naj bi ga zgradili po ceni 1.67 milijarde USD. Inženirska ekipa, ki stoji za idejo, Schlaich Bergermann in partner, je ugotovila, da so stolpi s sončnim tokom navzgor resnično smiselni le pri teh ogromnih lestvicah. Manjše naprave niso cenovno konkurenčne fotovoltaičnim sončnim kolektorjem, večje pa so lahko. Veliki objekti proizvedejo dovolj energije, da pokrijejo ogromne stroške gradnje, tekoče vzdrževanje pa je poceni, saj v resnici vključuje samo vzdrževanje in delovanje turbin in generatorja. Na primer, ni umazanih plošč za čiščenje.

Na splošno so stolpi s sončnim tokom navzgor ostali večinoma konceptualni, zgrajenih pa je bilo le malo projektov v resničnem svetu. Najboljši primer dejanskega sončnega stolpa navzgor je bil majhno prizadevanje, zgrajeno v Manzanaresu, kraj južno od Madrida v Španiji leta 1982. Zgrajen je bil za moč 50 kW in naj bi deloval le 3 leta. Na koncu je deloval 7 let, preden se je leta 1989 zrušil zaradi nevihtnih vetrov in zarjavelih žic, ki so držale 194-metrski stolp. Dimnik je bil povezan s kolektorjem s premerom 244 metrov, s kombinacijo steklenih in plastičnih membran za ustvarjanje rastlinjaka.

Pred kratkim so drugi pilotni projekti eksperimentirali s to tehnologijo. Raziskovalci v Bocvani so eksperimentirali z majhno zgradbo, visoko le 22 metrov, z majhnim zbiralnikom s premerom 15 metrov. Država se je namesto tega osredotočila na koncepte fotovoltaike in koncentrirane sončne energije.

Kitajska prizadevanja so nekoliko napredovala, vendar ne veliko. V Jinshawanu so v 200 milijonov dolarjev vrednem projektu zgradili sončni stolp na puščavskih območjih nazaj v 2010. Kombiniral je ustvarjanje sončnega toka navzgor s posebnimi vrati za vstop zraka, ki so omogočala zajemanje energije tudi iz prevladujočih vetrov. Veliki načrti so bili, da bi se gradnja razširila v več fazah, da bi na koncu proizvedla 27.5 megavatov, vendar se nikoli ni približala. Dosegel je le 200 kilovatov, pestile pa so ga steklene plošče, ki so se razletele v kolektorju rastlinjaka. Prvotno naj bi imel 200 metrov visok dimnik, a je bilo zaradi bližnjega letališča mogoče zgraditi le do 50 metrov. To je močno omejilo razliko v tlaku, ki je na voljo za pomoč pri pridobivanju energije iz segretega zraka. Projekt se je nadaljeval več let, vendar je naredil malo vtisa.

Sončni stolpi navzgor so zanimiv koncept, nedvomno. Zanašajo se na preprosto fiziko in jih je enostavno razumeti. Vendar pa za ustvarjanje pomembne moči potrebujejo ogromna zemljišča in neverjetno visoke stolpe. Predstavljajo veliko število izzivov, od katerih so številni preprosto povezani z gradnjo in rabo zemljišč, in prinašajo veliko neznank.

Za primerjavo, zdaj smo se naučili, kako nalepiti sončne celice na vsako ravno površino, ki je rezervna, in lahko ustvarimo ogromne količine energije po tej poti. Hudiča, kvit so zdaj jih nalepite na vodo. Nekaj ​​vlad ali podjetij bi želelo sprejeti neverjeten projekt proizvodnje električne energije, ki vključuje gradnjo v velikem obsegu, ko obstajajo lažje poti. Zdi se, da je tehnologija krepko presegla točko, ko bi lahko bili sončni dimniki navzgor sprejemljivi, a kdo ve! Morda bo nekega dne nekdo z veliko denarja in okusom za megaprojekte enega spet uresničil.

• Distribucija vsebine in PR s pomočjo SEO. Okrepite se še danes.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Opolnomočite se. Dostopite tukaj.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Razširjeno znanje. Dostopite tukaj.
• PlatoESG. Ogljik, CleanTech, Energija, Okolje, sončna energija, Ravnanje z odpadki. Dostopite tukaj.
• PlatoHealth. Obveščanje o biotehnologiji in kliničnih preskušanjih. Dostopite tukaj.
• vir: https://hackaday.com/2024/01/15/solar-chimneys-viable-energy-solution-or-a-lot-of-hot-air/